OA20094A - Intelligent real-time gauging system for petroleum products. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système intelligent de jaugeage en temps réel des produits pétroliers en stock dans des cuves aériennes et enterrées. L'invention concerne un dispositif manufacturé conformément aux normes, NF EN 1127-1, capable mesurer et traiter les informations relatives à la qualité et à la quantité des produits pétroliers en stocks dans des cuves aériennes, souterraines et mobiles en temps réel et sans contact avec le produit à mesurer. Le dispositif selon l'invention est constitué d'un boitier composé de deux parties, une partie supérieure (1) dans laquelle est insérée la carte mère (Fig.3) et l'alimentation et une partie inférieure (2) dans laquelle est introduite le capteur ultrasonique, le capteur de température. Les deux parties sont reliées par une jonction vissable. Le dispositif selon l'invention mesure et traite les informations relatives à la quantité et à la qualité des produits pétroliers en stocks dans des cuves mobiles, aériennes et enterrées et les transmettre à distance grâce à un protocole de communication radio Machine to Machine et un protocole LoRaWAN. Pour effectuer la mesure, le dispositif émet une impulsion sonore. Cette impulsion se déplace ensuite dans le média à la vitesse du son. En heurtant un obstacle, cette impulsion est réfléchie et elle revient soit en arrière. La distance mesurée représentera la hauteur du vide dans la cuve contenant le produit à mesurer. Pour obtenir la hauteur du liquide, le dispositif au travers de sa carte mère, fera une différence entre la hauteur totale de la cuve et la hauteur du vide. Cette valeur sera par la suite intégrée dans l'algorithme de calcul intégré dans le microcontrôleur de la carte mère pour déterminer le volume en même temps que la densité. The invention relates to an intelligent system for real-time gauging of petroleum products stored in above-ground and underground tanks. The invention relates to a device manufactured in accordance with standards, NF EN 1127-1, capable of measuring and processing information relating to the quality and quantity of petroleum products in stocks in overhead, underground and mobile tanks in real time and without contact. with the product to be measured. The device according to the invention consists of a box made up of two parts, an upper part (1) in which is inserted the motherboard (Fig. 3) and the power supply and a lower part (2) in which is inserted the ultrasonic sensor, the temperature sensor. The two parts are connected by a screwable junction. The device according to the invention measures and processes information relating to the quantity and quality of petroleum products in stocks in mobile, overhead and underground tanks and transmitting them remotely using a Machine to Machine radio communication protocol and a protocol. LoRaWAN. To perform the measurement, the device emits a sound pulse. This pulse then travels through the media at the speed of sound. On hitting an obstacle, this impulse is reflected and it either comes back. The measured distance will represent the height of the vacuum in the tank containing the product to be measured. To obtain the height of the liquid, the device, through its motherboard, will make a difference between the total height of the tank and the height of the vacuum. This value will subsequently be integrated into the calculation algorithm integrated into the microcontroller of the motherboard to determine the volume at the same time as the density.
Description
DESCRIPTION DE L’INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
Système intelligent de jaugeage en temps réel des produits pétroliersIntelligent real-time petroleum product gauging system
La présente invention concerne un dispositif électronique pour le jaugeage en temps réel des produits pétroliers en stocks dans des cuves aériennes et enterrées.The present invention relates to an electronic device for real-time gauging of petroleum products in stocks in overhead and underground tanks.
Le jaugeage des produits pétroliers est traditionnellement effectué à l’aide d’une pige manuelle (sabre de jaugeage) ou une jauge filaire. Des procédés qui occasionnent des problèmes HSE, des pertes d’exploitations, des fraudes,· des erreurs humaines, des pertes sur stocks et demandent une étude de site, des formations pour effectuer des installations à cause de leur caractère filaire. Ces dispositifs sont généralement alimentés en courant alternatifs et connectés au travers de raccordement de câbles, demandant ainsi de casser certaines constructions pour leur installation.The gauging of petroleum products is traditionally carried out using a manual gauge (gauging saber) or a wired gauge. Processes which cause HSE problems, loss of operations, fraud, · human errors, losses on stocks and require a site study, training to carry out installations because of their wired nature. These devices are generally supplied with alternating current and connected through cable connections, thus requiring to break certain constructions for their installation.
Le dispositif selon l’invention permet de remédier à ces inconvénients. En effet, il comporte selon une première caractéristique, une partie supérieure (Fig.2) par laquelle peut être introduit une carte mère (Fig.5) qui est l’unité centrale de l’invention comprenant une alimentation intégrée d’une autonomie allant jusqu’à 10 années. Et une partie inférieure (Fig.l) par laquelle sont introduits un capteur ultrasonique et de température.The device according to the invention overcomes these drawbacks. Indeed, it comprises according to a first characteristic, an upper part (Fig. 2) through which can be introduced a motherboard (Fig. 5) which is the central unit of the invention comprising an integrated power supply with an autonomy ranging from up to 10 years. And a lower part (Fig.l) through which an ultrasonic and temperature sensor are introduced.
Le dispositif selon l’invention détient une protection contre toute infiltration totale de poussière, et contre toute immersion entre 15 centimètres et 1 mètre de profondeur. Il a une Compatibilité Électromagnétique, est immunisé des perturbations mécaniques extérieures, est Imperméable et résistant aux conditions climatiques et thermiques de températures allant jusqu’à 65°C pendant plusieurs jours d’exposition à la source de chaleur.The device according to the invention provides protection against any total infiltration of dust, and against any immersion between 15 centimeters and 1 meter deep. It has Electromagnetic Compatibility, is immune to external mechanical disturbances, is Waterproof and resistant to climatic and thermal conditions of temperatures up to 65 ° C for several days of exposure to the heat source.
Les planches et dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying plates and drawings illustrate the invention:
• La figure 1 représente la partie supérieure du dispositif, dans laquelle est introduite le capteur ultrasonique et le capteur de température.• Figure 1 shows the upper part of the device, into which the ultrasonic sensor and the temperature sensor are inserted.
• La figure 2 représente la partie inférieure du dispositif contenant la carte mère ;• Figure 2 shows the lower part of the device containing the motherboard;
• La figure 5 représente la carte mère de l’invention ;• Figure 5 shows the motherboard of the invention;
• La planche IV représente le circuit électronique de la carte mère ;• Plate IV represents the electronic circuit of the motherboard;
• La figure 3 représente filetage du dispositif, il d’agit de la partie qui se visse sur la bride sur trou d’homme de la Cuve ;• Figure 3 shows the thread of the device, this is the part that screws onto the manhole flange of the Tank;
• La figure 4 représente le dispositif assemblé, la partie supérieure et inférieure réunies ;• Figure 4 shows the assembled device, the upper and lower part together;
En référence à ces dessins, le dispositif comprend un module de composant de capteur à ultrasons robuste. Ce capteur est dans un boîtier en PVC compact et robuste qui répond à la norme d'intrusion d'eau IP67 et correspond aux raccords de tuyauterie électrique standard en PVC de 3/4 po.Referring to these drawings, the device comprises a rugged ultrasonic sensor component module. This sensor is in a compact and rugged PVC housing that meets the IP67 water intrusion standard and matches standard 3/4 inch PVC electrical pipe fittings.
Le dispositif selon !’invention est conçu selon la norme ATEX et manufacturé dans un polycarbonate et/ou dans de l’acier inoxydable Conformément aux normes, NF EN 1127-1 et NF EN 62262 (Atmosphères explosives prévention de l’explosion et protection contre l’explosion. Les valeurs maximales observées durant la fabrication seront conformes aux valeurs ci-après : - Densité, g/cm3 : 0,96 - DIN EN ISO 1183The device according to the invention is designed according to the ATEX standard and manufactured in a polycarbonate and / or in stainless steel In accordance with the standards, NF EN 1127-1 and NF EN 62262 (Explosive atmospheres, explosion prevention and protection against explosion The maximum values observed during manufacture will comply with the following values: - Density, g / cm 3 : 0.96 - DIN EN ISO 1183
- Module E à la traction, MPa ; 1100 - DIN EN ISO 527- Tensile modulus E, MPa; 1100 - DIN EN ISO 527
- Résistance au seuil de fluage, MPa, : 23 - DIN EN ISO 527- Creep strength, MPa,: 23 - DIN EN ISO 527
- Résistance au choc sur éprouvette lisse, kJ/m2 : sans casse DIN EN ISO 179- Impact resistance on a smooth specimen, kJ / m 2 : without breakage DIN EN ISO 179
- Coef 1,8 x 10-4 f. moyen de dilatation thermique, K-l : 1,8 x 10-4 - ISO 11359-2- Coef 1.8 x 10-4 f. means of thermal expansion, K-l: 1.8 x 10-4 - ISO 11359-2
- Conductibilité thermique, W/m * K : 0,38 - DIN EN 12667- Thermal conductivity, W / m * K: 0.38 - DIN EN 12667
- Résistivité superficielle, Ohm : > 1014 - DIN IEC 60093- Surface resistivity, Ohm:> 1014 - DIN IEC 60093
- Température d'utilisation, °C : -20 à +120- Operating temperature, ° C: -20 to +120
Le dispositif selon l’invention comprend une alimentation intégrée de 7v, 9600mAh, 2. 8Wh. Chaque Bloc de la carte mère fonctionne sous une tension nominale de 3,3 volts pouvant aller jusqu’à lOv et un courant continu minimal de 0,5mA. Grâce à son circuit d’optimisation buck boost DC - DC, le dispositif acceptera une tension d’alimentation allant jusqu’à 2V. Ainsi, une batterie sera considérée comme déchargée lorsqu’elle ne pourra pas délivrer une tension de cette valeur.The device according to the invention comprises an integrated power supply of 7v, 9600mAh, 2.8Wh. Each Block on the motherboard operates at a nominal voltage of 3.3 volts up to lOv and a minimum direct current of 0.5mA. Thanks to its DC - DC buck boost optimization circuit, the device will accept a supply voltage of up to 2V. Thus, a battery will be considered discharged when it cannot deliver a voltage of this value.
Autonomie batterie = capacité batterie en mAh / courant de charge en mAhBattery life = battery capacity in mAh / charging current in mAh
Le dispositif selon l’invention, mesure et traite les informations relatives à la quantité et à la qualité des produits pétroliers de la manière suivante : Un transducteur à ultrasons est déclenché pendant une courte période de temps, à l'aide de la broche de déclenchement du microcontrôleur, ce qui permet au capteur ultrason d’émettre une impulsion sonore. Cette impulsion se déplace ensuite dans le média à la vitesse du son. En heurtant un obstacle, cette impulsion est réfléchie et elle revient soit en arrière. Suivant la formule : Distance = temps de parcours x vitesse de propagation des ondes.The device according to the invention measures and processes information relating to the quantity and quality of petroleum products as follows: An ultrasonic transducer is triggered for a short period of time, using the trigger pin of the microcontroller, which allows the ultrasonic sensor to emit a sound pulse. This pulse then travels through the media at the speed of sound. On hitting an obstacle, this impulse is reflected and it either comes back. According to the formula: Distance = travel time x wave propagation speed.
Selon l’invention, l'impulsion qui revient est captée par le même transducteur. Ce transducteur à la réception de l'impulsion la convertit en un signal logique pour le microcontrôleur assemblé sur la carte mère (Fig.5). Le temps entre ces événements de déclenchement et d'écho est calculé par le microcontrôleur présent sur la carte mère. Ce temps est également appelé temps de vol. Le temps ainsi calculé peut être utilisé pour mesurer la hauteur nécessaire pour déterminer le volume correspondant, car la vitesse du son est connue.According to the invention, the returning pulse is picked up by the same transducer. This transducer on reception of the pulse converts it into a logic signal for the microcontroller assembled on the motherboard (Fig. 5). The time between these trigger and echo events is calculated by the microcontroller present on the motherboard. This time is also called the flight time. The time thus calculated can be used to measure the pitch necessary to determine the corresponding volume, since the speed of sound is known.
Le dispositif selon l’invention génère pendant 10 millisecondes un signal sonore, de fréquence 0,6 GHz et en fonction du milieu traversé à une vitesse V déterminée par l’approximation de la formule de Van der Waals relative à la vitesse du son dans un gaz.The device according to the invention generates for 10 milliseconds a sound signal, of frequency 0.6 GHz and as a function of the medium crossed at a speed V determined by the approximation of the Van der Waals formula relating to the speed of sound in a gas.
Selon l’approximation, la vitesse des ondes sera obtenue en fonction de la température suivant la formule : V = 331,5 + 0,607*1°According to the approximation, the speed of the waves will be obtained as a function of the temperature according to the formula: V = 331.5 + 0.607 * 1 °
Et La hauteur H du liquide dans la cuve correspondante : H = d cuve - (V*t / 2)And The height H of the liquid in the corresponding tank: H = d tank - (V * t / 2)
Où dcuve est le diamètre de la cuve ; U est la vitesse de propagation de l’onde ; t est le temps d’un aller et retour de l’onde.Where dcuve is the diameter of the vat; U is the wave propagation speed; t is the time for a round trip of the wave.
Selon l’invention, l’abaque de la cuve contenant produit à mesurer (suivant la norme ISO 91:2017) peut être inséré dans le système du dispositif et la détermination du volume sera faite par application du principe mathématique d’interpolation spline cubique en fonction du niveau de liquide renvoyé après émission des ondes ultrasoniques.According to the invention, the abacus of the tank containing the product to be measured (according to the ISO 91: 2017 standard) can be inserted into the system of the device and the volume determination will be made by application of the mathematical principle of cubic spline interpolation in function of the level of liquid returned after emission of ultrasonic waves.
Le dispositif selon l’invention, convertit les grandeurs analogiques de lecture de niveau et de température, obtenues respectivement grâce au capteur émetteur — récepteur ultrason et au capteur de température en grandeurs numérique par le biais de convertisseurs analogiques numérique (CAN) intégrés du microprocesseur. Ces grandeurs numériques sont ensuite grâce au programme embarqué, typées et formatées afin d’être acheminées au serveur de traitement de données via le module de communication basse fréquence LoRaWAN. Les données envoyées contiennent le niveau de liquide, la densité, la température et les données temporelles relatives à l’instant de lecture et jour de lectures de niveau et températureThe device according to the invention converts the analog values for level and temperature readings, obtained respectively by the ultrasonic transceiver sensor and the temperature sensor, into digital quantities by means of analog digital converters (ADC) integrated in the microprocessor. These digital quantities are then, thanks to the on-board program, typed and formatted in order to be sent to the data processing server via the LoRaWAN low frequency communication module. The data sent contains the liquid level, density, temperature and time data relating to the reading instant and day of level and temperature readings
Le dispositif selon l’invention intègre un impact réduit de la condensation et du gel lorsqu'il est utilisé en continu dans des environnements fermés ou à humidité élevée, une résolution millimétrique, une détection de courte à longue distance, informations de plage de 300 mm à 5000 mm pour le plus proche détectable cible.The device according to the invention incorporates reduced impact of condensation and freezing when used continuously in closed or high humidity environments, millimeter resolution, short to long distance detection, 300mm range information at 5000mm for the nearest detectable target.
Le dispositif selon l’invention offre des lectures de distance pratiquement sans bruit grâce à futilisation d'une puissance acoustique à haut rendement combinée à un gain variable en continu, un étalonnage automatique de l'arrière-plan en temps réel, une analyse de signature de forme d'onde en temps réel et des algorithmes de rejet du bruit.The device according to the invention provides virtually noise-free distance readings through the use of high-efficiency acoustic power combined with continuously variable gain, automatic real-time background calibration, signature analysis. real-time waveform and noise rejection algorithms.
Le dispositif selon l’invention possède une tolérance élevée au bruit acoustique. Cela signifie que durant son fonctionnement, elle a la capacité de réduire ou éliminer les fausses détections causées par des sources de bruit externes afin de fournir des lectures fiables et stables.The device according to the invention has a high tolerance to acoustic noise. This means that during operation it has the ability to reduce or eliminate false detections caused by external noise sources in order to provide reliable and stable readings.
Le dispositif selon peut ramener le volume mesuré du produit à une température égale à 15°G. en effet, les produits pétroliers sont influencés par la température : ils se contractent au froid et se dilatent à la chaleur. II est donc important d'en tenir compte dans les inventaires. Un volume mesuré à une température de 15°C sera plus grand que s'il est mesuré à 5°C. La plupart des fournisseurs de produits pétroliers livrent leurs produits à un volume corrigé selon une température de 15°C. Pour ramener le volume à 15°C, on mesure la température du liquide à tO et le volume du liquide vO, on corrige la température mesurée tO, puis on fait une correspondance entre la température tO et le coefficient de conversion fl)dans la table des coefficients. On multiplie ensuite le volume vO par le coefficientfO afin d’obtenir le volume à 15°C.The device according to can bring the measured volume of the product to a temperature equal to 15 ° G. in fact, petroleum products are influenced by temperature: they contract when cold and expand when heated. It is therefore important to take this into account in the inventories. A volume measured at a temperature of 15 ° C will be greater than if it is measured at 5 ° C. Most petroleum product suppliers deliver their products at a temperature corrected volume of 15 ° C. To bring the volume back to 15 ° C, we measure the temperature of the liquid at tO and the volume of the liquid vO, we correct the measured temperature tO, then we make a correspondence between the temperature tO and the conversion coefficient fl) in the table coefficients. The volume vO is then multiplied by the coefficientfO to obtain the volume at 15 ° C.
: Le dispositif selon l’invention peut mesurer la densité du produit. En effet, à l’aide d’une sonde de pression reliée par câble à la carte mère, le dispositif peut mesurer la pression du liquide au fonds de la cuve. Une fois cette mesure effectuée, l’unité de traitement au niveau de la carte mère, appliquera la formule liant la masse volumique à la pression au fond de la cuve et la pression du vide (milieu gazeux). La table ASTM sera par la suite utilisée pour ramener la masse volumique à I5°C.: The device according to the invention can measure the density of the product. Indeed, using a pressure probe connected by cable to the motherboard, the device can measure the pressure of the liquid at the bottom of the tank. Once this measurement has been made, the processing unit at the motherboard will apply the formula relating the density to the pressure at the bottom of the tank and the vacuum pressure (gaseous medium). The ASTM table will then be used to reduce the density to 15 ° C.
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OA20094A true OA20094A (en) | 2021-11-17 |
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