NO323548B1

NO323548B1 - Nivamaler

Info

Publication number: NO323548B1
Application number: NO20055030A
Authority: NO
Inventors: Oivind Jenssen; Oivind Tommeras; Oddbjorn Malmo
Original assignee: Kongsberg Maritime As
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-06-11
Also published as: WO2007049966A1; KR100891572B1; JP2009513971A; CN101297182A; NO20055030D0; KR20070045888A; JP4757920B2; CN101297182B

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et apparat for å fastsette fluidnivået i en beholder, omfattende en radarmåleanordning med en antenne for å sende signaler mot væskeoverflaten, anordninger for å detektere ekkosignaler. Apparatet er karakterisert ved at det omfatter en anordning for å tilveiebringe et beholderreferansesignal, med en markør som følger beholderens bunn ved en fast eller beregnelig avstand. Oppfinnelsen er også knyttet til en fremgangsmåte for å måle fluidnivået i en beholder ved hjelp av et radarsystem, omfattende å sende signaler mot fluidoverflaten, å detektere et første ekkosignal fra fluidoverflaten, å detektere et andre ekkosignal fra en beholderreferanseanordning og basert på nevnte første og andre ekkosignaler å tilveiebringe et signal som er representativt for fluidnivået.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører apparatet for å fastsette væskenivå beskrevet i søkerens norske patentsøknad nr. 20054466 hvor innholdet er innlemmet her ved henvisning.

Oppfinnelsen vedrører et apparat for å måle væskenivå i en beholder, og vil forklares i detalj ved hjelp av et eksempel hvor fluidet er LNG og beholderen er en tank plassert i et fartøy.

Konvensjonelle nivåmåleradarer som støttes av tankens tak måler i virkeligheten mellomrommet, mens fluidnivået beregnes som forskjellen mellom en antageligvis kjent tankdybde, og det målte mellomrommet. Denne metoden er av flere grunner ikke tilstrekkelig nøyaktig til å måle lave nivåer i dype tanker. Termisk ekspansjon av tankens tak har alene et potensial til å påvirke tankdybden mer enn den påkrevde nøyaktigheten for CTS-anvendelser. I LNG-anvendelser er det også betydelige kilder for feil i fremgangsmåtene som anvendes for å rette nivåmålingen for termisk kontraksjon av radarens målerør.

Den kjente teknikken leverer ingen tilfredsstillende fremgangsmåte for å måle fluidnivået i dype tanker fordi referansenivået som anvendes for tankens bunn ikke tar i betraktning høydeendringer på tilstrekkelig nøyaktig måte.

En hensikt med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe en

beholderreferanseanordning som leverer et nøyaktig referansesignal for nivåmåling i forhold til bunnen av beholderen.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning som lett festes til beholderen.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning som tar i betraktning termisk kontraksjon/utvidelse av målerøret.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe fremgangsmåter for iboende å fastsette bølgeforplantningshastigheten eller permittiviteten (dielektrisk konstant) i væsken slik at gangavstanden for radarsignalet gjennom væskefasen kan beregnes ut fra den målte tidsforsinkelsen.

Disse og andre hensikter er oppnådd ved hjelp av et apparat for fastsettelse av fluidnivå i en beholder, omfattende en radarmåleanordning med en antenne for å sende signaler mot væskeoverflaten og anordninger for å detektere ekkosignaler,karakterisert vedat den omfatter en anordning for å tilveiebringe et beholderreferansesignal, hvor nevnte anordning omfatter en markør som følger beholderens bunn ved en fast eller beregnelig avstand.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å måle fluidnivå i en beholder ved hjelp av et radarsystem, omfattende å sende signaler mot fluidoverflaten,karakterisert vedat den videre omfatter å detektere et første ekkosignal fra fluidoverflaten, å detektere et andre signal fra en beholderreferanseanordning, og basert på nevnte første og andre ekkosignaler, å tilveiebringe et signal som er representativt for fluidnivået. I én utførelse er de karakteristiske egenskapene til væsken og således bølgeforplantningshastigheten kjent, i en annen utførelse er de karakteristiske egenskapene til væsken ukjent og permittiviteten eller bølgeforplantningshastigheten er iboende målt av systemet.

Oppfinnelsen omfatter også et system for å fastsette fluidnivå i en beholder, omfattende en radarmåleanordning med en antenne for å sende signaler mot væskeoverflaten, og anordninger for å detektere et første ekkosignal fra væskeoverflaten,karakterisert vedat den omfatter: en beholderreferanseanordning for å tilveiebringe et andre ekkosignal, anordninger for å detektere nevnte andre ekkosignal og anordninger for basert på de første og andre ekkosignalene å tilveiebringe et signal som er representativt for fluidnivået.

Oppfinnelsen er ellers kjennetegnet ved det som fremgår av patentkravene.

De første og de andre ekkosignalene kan f.eks. sammenlignes for å tilveiebringe det signalet som er representativt for fluidnivået.

I én utførelse av oppfinnelsen er referanseanordningen koblet til beholderens bunn. I en andre utførelse er referanseanordningen plassert på beholderens bunn. I en annen utførelse er referanseanordningen koblet til en beskyttelsesanordning. I en annen utførelse er referanseanordningen koblet til beskyttelsesanordningens bølgeskjerm.

Forskjellige trekk ved oppfinnelsen presenteres som forskjellige utførelser for klarhets skyld og fagmannen på området vil forstå at det er mulig å kombinere disse for å tilpasse apparatet til en konkret anvendelse.

Oppfinnelsen omfatter også anvendelse av to eller flere

beholderreferanseanordninger for å tilveiebringe to eller flere ekkosignaler. Anvendelse av målerørreferanseanordninger, dvs. anordninger som er koblet til målerøret og som sporer dets bevegelse sammen med beholderreferanseanordninger er også tenkt.

Ifølge oppfinnelsen er bunnekko eller kan ekko fra en markør som følger bunnen med en fast eller beregnelig avstand anvendes for å måle eller beregne fluidnivået basert på tidsforsinkelsen mellom nivåekko og den virkelige eller det forsinkede fremskyndte bunnekko.

Dette i kombinasjon med bunnekkoattenuatoren beskrevet i den norske patentsøknad NO 20054466, vil tilveiebringe den fordelen med anvendelse av en markørekko som enten er fremskyndet eller forsinket i forhold til bunnekko at nivåekkoen kan spores med høyere nøyaktighet og nærmere bunnen.

Oppfinnelsen vil nå beskrives ved hjelp av et eksempel illustrert på flg. 1-6.

På fig. 1 omfatter en beholderreferanseanordning en referansetapp 10 som er ført gjennom to diametralt motsattliggende slisser 11 i radarens målerør 12. Referansetappen 10 hviler på toppen av en beskyttelsesanordning 13 og således følger bevegelsene til tankens bunn. Slissehøyde tillater den maksimale termiske kontraksjon av målerøret 12 og vil være typisk 90-120 mm og fortrinnsvis 100 mm for en 30 m dyp tank. Bredden til slissene 11 er fortrinnsvis under 5 mm for å unngå uønskede forstyrrelser i radarsignalet. Tappen 10 kan f.eks. være laget av metall eller plastmateriale og signaturen velges slik at det er lett å detektere men mindre enn nivåekkoen for å minimalisere interferensen med nivåekkoen. Avstanden fra bunnen av beskyttelsesanordningen 13 til referansetappen 11 er fortrinnsvis mer enn 20 cm og fortrinnsvis mer enn 25 cm for å unngå uønsket interferens med nivåekko i det kritiske bunnområdet.

I fig. 2 oppnås de samme hensiktene ved hjelp av en beholderreferanseanordning omfattende en referansemarkør (skive 14) som hviler på en støttetapp 15 laget av plast eller et annet ikke-metallisk materiale.

På fig. 3 omfatter beholderreferanseanordningen en krage 16 som er plassert på toppen av beskyttelsesanordningen 13. Kragen kan også være plassert på beskyttelsesanordningens vegger ved et lavere nivå enn beskyttelsesanordningens topp, i dette tilfelle vil den være utformet som et ringformet fremspring på veggene. Kragen 16 er anvendt for å forsinke bunnreferansesignalet ved å reflektere deler av energien som deflekteres fra bunnen av beskyttelsesanordningen tilbake til målerøret 12. Signalet som sendes av radaren vil da, gjennom tre refleksjonstrinn før den når mottakeren, forsinkes i forhold til det direkte væskenivåekko, og således vil det ikke forstyrre væskenivåekkoet selv når den er i nærheten av tankens bunn. Forsinkelsen til dette ekko vil imidlertid være avhengig av avstanden mellom radaren og bunnen av tanken, og således være et mål for tankens dybde.

I fig. 4 oppnås den samme effekt som på fig. 3 ved hjelp av en beholderreferanseanordning omfattende en atskilt reflektor 17. Denne utførelsen er mer fleksibel når det gjelder forskyvningsavstand enn den vist på fig. 3.

I utførelsene vist på fig. 3 og 4 kan ikke radarenergien absorberes fullstendig ved bunnen, men en tilstrekkelig del bør heller deflekteres mot reflektoren ved hjelp av et kvart bølgetrinn eller en annen type deflektor 18.1 disse utførelsene må bølgeforplantningshastigheten i væsken (fluidet) enten være kjent eller måles differensielt av radaren under lasting/lossing av tanken eller måles direkte f.eks. ved å påføre to målerørreferansetapper 19, 20, 21, 22 i en kjent fast avstand som illustrert på fig. 5 og 6. Målerørreferansetappene 19, 20, 21, 22 kan atskilles med et avstandsstykke laget av Invar eller den aktuelle avstanden i LNG kan beregnes med anvendelse av kjente termiske korreksjonsfaktorer hvis den er laget av et materiale som ikke er invariant i forhold til temperaturendringer. Når den er nedsenket vil et hvilket som helst par med varmereflektorer (skiver som anvendt i Kongsbergs Autrocal<®->system) som er anvendt for å beregne bølgeforplantningshastigheten i damp (og således mellomrommet), kunne anvendes for å beregne permittiviteten i LNG, eller en hvilken som helst kombinasjon av skiver, ytterligere referansetapper og markører som beskrevet i utførelsene illustrert på fig. 1 -4 kan anvendes, så lenge avstanden mellom disse er kjent.

Hvis bølgeforplantningshastigheten (dvs. den elektriske permittiviteten) er målt direkte, vil en forkunnskap vedrørende andeler av de forskjellige hydrokarboner i LNG ikke være nødvendig, og avstanden fra radaren til tankbunnen kan beregnes fra radarmålingene beskrevet over for alle nivåene, ikke bare når nivået er i bunnområdet.

Claims

1. Apparat for fastsettelse av fluidnivå i en beholder, omfattende en radarmåleanordning med en antenne for å sende signaler mot væskeoverflaten, og anordninger for å detektere ekkosignaler, karakterisert vedat den omfatter en anordning for å tilveiebringe et beholderreferansesignal, hvor nevnte anordning omfatter en markør som følger beholderens bunn ved en fast eller en beregnelig avstand.

2. Fremgangsmåte for å måle fluidnivå i en beholder ved hjelp av et radarsystem, omfattende å sendé signaler mot fluidoverflaten,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter: - å detektere et første ekkosignal fra fluidoverflaten, - å detektere et andre signal fra en beholderreferanseanordning, - basert på nevnte første og andre ekkosignaler å tilveiebringe et signal som er representativt for fluidnivået.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat den omfatter å sammenligne karakteristiske parametere for de første og de andre ekkosignalene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat signalet som er representativt for fluidnivået er levert basert på tidsforsinkelse mellom nevnte første og andre signaler og bølgeforplantningshastigheten.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert vedlevering av de karakteristiske egenskapene til væsken og således bølgeforplantningshastigheten.

6. Fremgangsmåte ifølge krav S, karakterisert vedat de karakteristiske egenskapene til væsken er ukjent og fremgangsmåten omfatter å måle permittivitet eller bølgeforplantningshastigheten.

7. Apparat ifølge krav 1 eller fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat referanseanordningen er koblet til beholderens bunn.

8. Apparat ifølge krav 1 eller fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat referanseanordningen er plassert på beholderens bunn.

9. Apparat ifølge krav 1 eller fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat referanseanordningen er koblet til en beskyttelsesanordning.

10. Apparat ifølge krav 2 eller fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat referanseanordningen er koblet til en beskyttelsesano rdn i ngs bølgeskj erm.

11. System for å fastsette fluidnivået i en beholder, omfattende en radarmåleanordning med en antenne for å sende signaler mot væskeoverflaten, og anordninger for å detektere et første ekkosignal fra fluidoverflaten,karakterisert vedat den omfatter - en beholderreferanseanordning for å tilveiebringe et andre ekkosignal, - anordninger for å detektere nevnte andre ekkosignal, - og anordninger for basert på de første og andre ekkosignalene å tilveiebringe et signal som er representativt for fluidnivået.

12. System ifølge krav 11, karakterisert vedat det omfatter anordninger for å sammenligne de første og de andre ekkosignalene.

13. System ifølge et av de foregående krav 11-12, integrert i en radarnivåanordning for å fastsette bølgeforplantningshastigheten eller den elektriske permittiviteten til fluidet i bunnområdet til tanken.

14. System integrert i en radarnivåanordning for å fastsette bølgeforplantningshastigheten eller den elektriske permittiviteten til fluidet i bunnområdet til tanken, karakterisert vedat den omfatter et apparat ifølge krav 1.