Вертикальный цилиндрический резервуар для хранения легкоиспаряющихся жидкостей
VERTICAL CYLINDRICAL RESERVOIR FOR VOLATILE FLUIDS STORAGE

Изобретение относится к средствам хранения жидкостей, преимущественно легкоиспаряющихся нефтепродуктов, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Из практики эксплуатации резервуаров с понтоном следует, что большинство из них имеют сложную и материалоемкую конструкцию понтона, на монтаж которого внутри резервуара требуется несколько месяцев (Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении. Абузова Ф.Ф., Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. - М., Недра, 1981, с. 91-98).
Перед авторами стояла задача разработать вертикальный цилиндрический резервуар с понтоном для хранения легкоиспаряющихся жидкостей, обеспечивающий повышение надежности и эффективности его эксплуатации и снижение затрат на монтаж понтона в резервуаре.
При анализе патентной информации были выявлены устройства, которые частично решают поставленную задачу.
Так известен резервуар с понтоном для хранения легкоиспаряющихся нефтепродуктов, содержащий корпус, днище и стационарную крышу. Понтон состоит из поплавков, выполненных из алюминиевых сплавов. Поплавки изготовлены из набора цилиндрических обечаек с уплотняющим затвором. Противоповоротное устройство выполнено в виде тросов, пропущенных через понтон, снабженный вторпластовыми втулками. Тросы в нижней части закреплены на днище, а в верхней части - под крышей резервуара (патент RU №2295486 С1, МПК В65D 88/34, 2005 г.).
Недостатками этого резервуара являются ненадежное и недолговечное уплотнение в местах прохода тросов через понтон, что приводит к увеличению потерь нефтепродуктов от испарения, а также сложная и металлоемкая конструкция понтона и недолговечная конструкция уплотняющего затвора.
Известен резервуар для хранения нефтепродуктов, содержащий днище, стенку, стальную крышу, приемо-раздаточные патрубки, дыхательную арматуру, защитную пленку. Защитная пленка верхним краем прикреплена по периметру к верхней части стенки резервуара, нижним - к центральной части днища, а узел крепления защитной пленки к верхнему краю стенки выполнен с возможностью соединения пространства под защитной пленкой с атмосферой через дыхательную арматуру (RU №2376230, С1, кл. В65D 88/34, 2008 г.).
Недостатком этого резервуара являются большая трудоемкость крепления защитной пленки на днище резервуара и возможность скопления конденсата внутри объема, ограниченного пленкой, который поступает вместе с воздухом через дыхательный клапан во время слива нефтепродукта из резервуара.
Известен резервуар для хранения нефтепродуктов, содержащий патрубки входа и выхода нефтепродуктов. Внутренняя поверхность резервуара снабжена защитной пленкой, верхняя часть которой снабжена поплавком со штуцером для закачивания инертного газа и клапаном для сброса паровоздушной смеси, а нижняя часть - крепежной пластиной для фиксации пленки к стенке резервуара (патент RU №2256594 С2, МПК В65D 88/34, Е04Н 7/02, 2003 г.).
Недостатком данной конструкции является необходимость наличия оборудования для хранения, перекачки и поддержания давления инертного газа при заполнении и опорожнении резервуара, а также возможность скопления конденсата между стенкой резервуара и защитной пленкой.
Известна плавающая крыша резервуара для хранения легких нефтепродуктов, содержащая центральную мембрану с кольцевым понтоном и системой водоотвода. Плавающая крыша снабжена абсолютно гибкой в вертикальном и горизонтальном направлениях цилиндрической гермооболочкой, герметично закрепленной нижним концом по всему периметру понтона, а верхним концом также герметично закрепленной по всему периметру кольца жесткости вертикальной стенки резервуара. Гермооболочка имеет гиперболическую поверхность за счет оснащения ее в средней части по кольцу горизонтальной полостью, оснащенной кольцевым пружинящим элементом, позволяющим оболочке складываться в горизонтальном направлении. Оболочка по всей поверхности армирована под углом 45° к вертикали нерастяжимыми и абсолютно гибкими стекловолоконными нитями, расположенными во взаимоперекрестных линейных направлениях (RU №2248315, С2, кл. В65D 88/34, 88/42, 2003 г.).
Недостатком указанной плавающей крыши является большая трудоемкость изготовления гермооболочки гиперболической формы с армированием на ее поверхности стекловолоконных нитей, а также возможность скопления под центральной эластичной мембраной паровоздушной смеси, удерживающей центральную мембрану на некотором расстоянии от зеркала нефтепродукта и увеличивающей тем самым поверхность испарения нефтепродукта.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и взятым за прототип является вертикальный цилиндрический резервуар для легкоиспаряющихся жидкостей, содержащий размещенные в нижней части корпуса люк-лаз и приемо-раздаточный патрубок.
Внутри резервуара установлен полый понтон, по периметру которого размещен полый торообразный элемент, на котором герметично закреплен эластичный пояс-уплотнитель, выполненный с горизонтальными гофрами, вершины которых постоянно находятся в контакте с внутренней поверхностью корпуса резервуара. Поверхность между гофрами герметично закреплена на торообразном элементе, который герметично связан с нижним и верхним полотнищами полого понтона. Между нижним и верхним полотнищами по всей длине закроеплены эластичные вертикальные перемычки. Полый понтон связан газовой линией с источником сжатого воздуха. По центральной оси понтона на нижнем и верхнем полотнищах закреплен цилиндрический стакан с перфорированным днищем, внутри которого размещен игольчатый поплавковый клапан. На крыше резервуара установлены световой люк, дыхательный и предохранительный клапаны (RU пат. №2493084, G1, МПК В65D 90/28, 2012 г. - прототип).
Недостатками указанного резервуара являются быстрый износ уплотнительного пояса при частом заполнении и опорожнении резервуара, нарушение герметичности между корпусом резервуара и уплотнительным поясом при быстром скоплении большого объема паровоздушной смеси под понтоном, вызывающей его перекос и вращение понтона во время заполнения резервуара нефтепродуктом.
Технический результат изобретения - повышение надежности и эффективности эксплуатации резервуара за счет улучшения технологичности изготовления и снижения трудоемкости монтажа вертикальной цилиндрической оболочки и центральной эластичной мембраны, а также исключения заклинивания и поворота понтона в горизонтальной плоскости в процессе заполнения резервуара нефтепродуктом.
Этот технический результат достигается тем, что вертикальный цилиндрический резервуар для хранения легкоиспаряющихся жидкостей, содержащий приемо-раздаточный патрубок и люк-лаз в нижней части, дыхательный воздушный клапан и световой люк на крыше резервуара, внутри которого с возможностью вертикального перемещения размещен кольцевой понтон с центральной эластичной мембраной, согласно изобретению дополнительно содержит образующую с внутренней поверхностью резервуара кольцевую полость эластичную вертикальную цилиндрическую оболочку, верхний торец которой герметично закреплен на кольцевом кронштейне, жестко связанном с корпусом резервуара, а нижний торец вертикальной цилиндрической оболочки герметично закреплен на выполненном из дугообразных секторов с радиальными каналами для выпуска паровоздушной смеси из-под центральной эластичной мембраны кольцевом понтоне, в котором выполнено не менее четырех равноудаленных друг от друга вертикальных каналов, через которые пропущены дополнительно введенные размещенные в кольцевой полости между вертикальной цилиндрической оболочкой и корпусом резервуара направляющие тросы, нижние концы которых закреплены на нижних ограничителях перемещения кольцевого понтона, а верхние закреплены на кольцевом кронштейне, под которым кольцевая полость сообщена с дыхательным паровоздушным клапаном, ниже которого на стенке резервуара установлены верхние ограничители перемещения кольцевого понтона, при этом полость внутри вертикальной цилиндрической оболочки сообщена с дополнительно введенным источником вакуума, патрубок подключения которого размещен на крыше резервуара, а перед дыхательным воздушным клапаном установлен фильтр-влагоотделитель.
На фиг. 1 представлен вертикальный цилиндрический резервуар для хранения легкоиспаряющихся жидкостей (в разрезе, в порожнем состоянии);
фиг. 2 - кольцевой понтон (вид по А-А на фиг. 1);
фиг. 3 - положение вертикальной цилиндрической оболочки перед началом заполнения резервуара жидкостью при включенном вакуумном насосе;
фиг. 4 - положение вертикальной цилиндрической оболочки в процессе заполнения резервуара жидкостью;
фиг. 5 - вариант узла заделки торцов центральной эластичной мембраны и вертикальной цилиндрической оболочки в сплошной эластичный жгут (в разрезе);
фиг. 6 - вариант узла заделки торцов центральной эластичной мембраны и вертикальной цилиндрической оболочки в эластичную трубку (в разрезе);
фиг. 7 - узел крепления торца центральной эластичной мембраны и вертикальной цилиндрической оболочки на кольцевом понтоне (в разрезе);
фиг. 8 - дугообразный сектор кольцевого понтона (вид Б-Б на фиг. 2);
фиг. 9 - узел соединения дугообразных секторов (в изометрии).
Вертикальный цилиндрический резервуар для хранения легкоиспаряющихся жидкостей состоит из корпуса 1, днища 2 и крыши 3. В нижней части корпуса 1 расположены приемо-раздаточный патрубок 4 (один или два) и люк-лаз 5, а в верхней части - коленообразный патрубок 6, на котором установлен дыхательный паровоздушный клапан 7. На крыше 3 резервуара установлены световой люк 8, патрубок 9, на котором закреплены последовательно фильтр-влагоотделитель 10 и дыхательный воздушный клапан 11. На крыше 3 резервуара также размещен патрубок 12, к которому подсоединен трубопровод 13, связанный с дополнительно введенным источником вакуума (вакуумным насосом) 14. Внутри резервуара размещен кольцевой понтон 15, на котором герметично закреплена по периметру центральная эластичная мембрана 16 и нижний торец эластичной вертикальной цилиндрической оболочки 17. Верхний торец вертикальной цилиндрической оболочки 17 герметично закреплен на кольцевом кронштейне 18, который жестко соединен с корпусом 1 резервуара. Эластичная вертикальная цилиндрическая оболочка 17 образует с внутренней поверхностью корпуса 1 резервуара кольцевую полость, которая вверху под кольцевым кронштейном 18 сообщена с дыхательным паровоздушным клапаном 7. Внутри корпуса 1 резервуара вверху и внизу установлены ограничители 19 и 20 перемещения кольцевого понтона 15. Четыре нижних ограничителя 20 используются также для крепления направляющих тросов 21, исключающих поворот кольцевого понтона 15 в горизонтальной плоскости. Вверху направляющие тросы 21 закреплены на кольцевом кронштейне 18. В кольцевом понтоне 15 выполнено не менее 4 равноудаленных друг от друга вертикальных каналов 22, через которые пропущены направляющие тросы 21, размещенные в кольцевой полости между вертикальной цилиндрической оболочкой 17 и внутренней поверхностью корпуса 1 резервуара.
На верхней горизонтальной поверхности кольцевого понтона 15 жестко закреплена металлическая подкладка 23, состоящая из дугообразных отрезков (без позиций), на которых жестко закреплены замковые устройства 24 и 25 для герметичного крепления центральной эластичной мембраны 16 и нижнего торца вертикальной цилиндрической оболочки 17. Верхний торец вертикальной цилиндрической оболочки 17 герметично закреплен в замковом устройстве 26, которое жестко и герметично закреплено на кольцевом кронштейне 18.
Кольцевой понтон 15 состоит из дугообразных секторов 27 (фиг. 2), изготовленных из пенополиуретана. На верхней горизонтальной поверхности каждого дугообразного сектора 27 выполнено не менее двух радиальных каналов 28 для выпуска паровоздушной смеси из-под центральной эластичной мембраны 16. Количество дугообразных секторов 27 зависит от размера резервуара. Замковые устройства 24 и 25 состоят из дугообразных участков (не показаны), длина которых соответствует длине дугообразных секторов 27, и выполнены в виде двух дугообразных частей с желобом в каждой части и соединенных между собой болтами (фиг. 7), при этом одна из частей замковых устройств 24 и 25 жестко закреплена на отрезке металлической подкладки 23, а вторая устанавливается после установки в желоб торца центральной эластичной мембраны 16 или вертикальной цилиндрической оболочки 17. После этого вторая часть прижимается к первой части болтами.
Замковое устройство 26 состоит из металлического кольца с желобом, жестко закреплено на кольцевом кронштейне 18, к которому болтами крепятся дугообразные участки.
Дугообразные сектора 27 кольцевого понтона 15 с закрепленными на них дугообразными участками замковых устройств 24 и 25 герметично соединены между собой посредством уголковых кронштейнов болтами с уплотнительной прокладкой 31 (фиг. 9).
Для обеспечения герметичности уплотнения и облегчения монтажа мембраны 16 и цилиндрической оболочки 17 их торцы снабжаются либо сплошным эластичным кольцевым жгутом 29 (фиг. 5), либо эластичной трубкой 30 (фиг. 6).
2
Центральная эластичная мембрана 16 и вертикальная цилиндрическая оболочка 17 могут быть изготовлены из полимерных материалов, например из «Полифуда» или «Эволайна» (по ТУ 2245-001-52186250-2005), с минимальной проницаемостью нефтепродуктов (не более 3 г/м сут).
Вместо вакуумного насоса 14 можно использовать воздуходувку во взрывобезопасном исполнении.
В качестве фильтроэлементов в фильтре-влагоотделителе 10 могут использоваться, например, силикагель или углеродная ткань «Вискум», которая намотана послойно на специальный каркас внутри корпуса фильтра.
Выталкивающая сила кольцевого понтона 15 должна быть больше суммарной массы центральной эластичной мембраны 16, вертикальной цилиндрической оболочки 17, металлической подкладки 23 и замковых устройств 24 и 25.
Изготовление кольцевого понтона 15 из дугообразных секторов 27 позволяет заносить их в резервуар через люк-лаз 5 и производить сборку кольцевого понтона 15 внутри резервуара с помощью гаечных ключей.
Оснащение кольцевого понтона 15 вертикальной цилиндрической оболочкой 17, которая вверху герметично закреплена на кольцевом кронштейне 18, жестко и герметично закрепленном в верхней части корпуса 1 резервуара, а внизу - на кольцевом понтоне 15, исключает необходимость установки уплотнителя между корпусом 1 резервуара и кольцевым понтоном.
Использование в конструкции резервуара кольцевого понтона 15 из пенополиуретана с центральной эластичной мембраной 16 и вертикальной цилиндрической оболочки 17 облегчает конструкцию понтона, сокращает площадь испарения нефтепродукта и, следовательно, сокращаются общие потери от испарения при «больших» и «малых» дыханиях.
Вертикальная цилиндрическая оболочка 17 позволяет сократить объем газового пространства в резервуаре и, следовательно, сократить потери паров нефтепродукта при «выдыхании» из резервуара.
Наличие радиальных каналов 28 на кольцевом понтоне 15 исключает скопление паровоздушной смеси под центральной эластичной мембраной 16, что обеспечивает плотное прижатие эластичной мембраны 16 к поверхности нефтепродукта и снижение потерь от испарения.
Оснащение кольцевого понтона 15 направляющими тросами 21 исключает вращение и перекос во время налива, а размещение направляющих тросов 21 в кольцевой полости между вертикальной цилиндрической оболочки 17 и корпусом 1 резервуара исключает необходимость герметизации вертикальных каналов 22, в которых размещены направляющие тросы 21.
Установка патрубка 6 дыхательного паровоздушного клапана 7 под кольцевым кронштейном 18 позволяет регулировать давление в газовом пространстве, ограниченном кольцевой полостью.
Заделка торцов вертикальной цилиндрической оболочки 17 и центральной эластичной мембраны 16 в жгут (фиг. 5) или в эластичную трубу (фиг. 6) позволяет быстро закрепить и загерметизировать оболочку 17 и мембрану 16 в замковом устройстве и, следовательно, сократить время монтажа понтона в резервуаре.
Наличие верхних ограничителей 19 перемещения кольцевого понтона 15 исключает повреждение вертикальной цилиндрической оболочки 17, а наличие нижних ограничителей 20 позволяет зачищать днище и закреплять направляющие тросы 21.
Сообщение полости внутри вертикальной цилиндрической оболочки 17 с источником вакуума 14 позволяет во время заполнения резервуара нефтепродуктом придавать цилиндрической оболочке 17 гиперболоидную форму (фиг. 3), исключающую попадание оболочки 17 в зазор между корпусом резервуара 1 и кольцевым понтоном 15.
Установка в линии дыхательного воздушного клапана 11 фильтра-влагоотделителя 10 позволяет исключить попадание и скопление влаги на центральной эластичной мембране 16.
Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации резервуара.
Резервуар эксплуатируется следующим образом.
Кольцевой понтон 15 собирается в резервуаре из дугообразных секторов 27, которые заносятся в резервуар через люк-лаз 5.
Перед началом заполнения резервуара нефтепродуктом включают вакуумный насос 14 и в резервуаре создается разрежение, соответствующее допускаемому для данного типа резервуаров с эластичной вертикальной цилиндрической оболочкой 17, при этом дыхательный воздушный клапан 11 должен быть отрегулирован на допустимое разрежение, при котором не происходит разрушение эластичной цилиндрической оболочки 17. Контроль за разрежением осуществляется по вакуумметру, установленному на вакуумном насосе 14. Под действием разрежения, создаваемого над центральной эластичной мембраной 16, эластичная вертикальная цилиндрическая оболочка 17 принимает форму гиперболоида (фиг. 3). Далее заполняют резервуар нефтепродуктом. При подъеме кольцевого понтона 15 вертикальная цилиндрическая оболочка 17 укладывается на центральную эластичную мембрану 16, не попадая в зазор между кольцевым понтоном 15 и стенкой корпуса 1 резервуара (фиг. 4).
Паровоздушная смесь, имеющаяся под центральной эластичной мембраной 16 и в кольцевой полости между корпусом 1 резервуара и эластичной цилиндрической оболочкой 17, выходит в атмосферу через дыхательный паровоздушный клапан 7. После окончания заполнения резервуара до установленного уровня, вакуумный насос 14 выключают, при этом эластичная цилиндрическая оболочка 17 находится на центральной эластичной мембране 16 и не заклинивает кольцевой понтон 15, а наличие направляющих тросов 21 исключает поворот кольцевого понтона 15 в горизонтальной плоскости.
В период хранения нефтепродукта нижняя поверхность центральной эластичной мембраны 16 под действием собственной массы и массы лежащей на ней эластичной цилиндрической оболочки 17 провисает и постоянно находится в контакте с нефтепродуктом, что позволяет сократить потери от испарения.
В процессе слива нефтепродукта вакуумный насос 14 не включают. Воздух в пространство над центральной эластичной мембраной 16 поступает через дыхательный воздушный клапан 11, а влага из воздуха будет улавливаться фильтром-влагоотделителем 10, что исключает попадание и скопление влаги над центральной эластичной мембраной 16. Воздух в кольцевую полость между корпусом 1 резервуара и эластичной вертикальной цилиндрической оболочкой 17 во время слива нефтепродукта будет поступать через дыхательный паровоздушный клапан 7.
Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации резервуара.