Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре
FLOATING ROOF (PONTOON) IN THE TANK UPPER POSITION MONITORING DEVICE

Изобретение относится к обеспечению безопасной эксплуатации резервуаров с плавающей крышей (понтоном).
Резервуары с плавающей крышей (понтоном) были специально разработаны для нефтяной и нефтехимической промышленности, это - внутренняя плавающая крыша (понтон), которая изготавливается из алюминия, нержавеющей стали или комбинации этих материалов и значительно снижает потерю нефтепродуктов, возникающую при испарении продуктов во время хранения в резервуарах. Уровень снижения потерь достигает 95-98% в зависимости от хранимого продукта и оперативных факторов.
Противоаварийная эксплуатация резервуара с плавающей крышей (понтоном) включает в себя контроль плавучести, перекосов и контроль верхнего положения плавающей крыши (понтона).
Контроль плавучести и перекосов осуществляется, например, в плавающей крыше резервуара по патенту России №2264338, B65D 88/34 от 08.08.2003.
Плавающая крыша резервуара по патенту России №2264338, включающая центральную часть с расположенными по ее периметру коробами понтонного кольца и оснащенная, по меньшей мере, тремя сигнализаторами аварийности, устроена так, что каждый сигнализатор аварийности выполнен в виде полого цилиндрического поплавка с автономной плавучестью, заполненного диэлектрической жидкостью, и снабжен внутри реостатом и скользящими по нему электрическими контактами, причем электрические контакты через подвеску имеют жесткое соединение с плавающей крышей, при этом полый цилиндрический поплавок сигнализатора аварийности снабжен регулятором плавучести.
Данное техническое решение позволяет контролировать плавучесть и перекос плавающей крыши (понтона), но не позволяет контролировать верхнее положение плавающей крыши (понтона) в резервуаре и тем самым исключить возможность перелива продукта в резервуар.
В настоящее время контроль переполнения резервуара осуществляется измерительными системами для контроля уровня, объема и массы продукта в резервуаре, в которых есть опции сигнализации о достижении опасного уровня наполнения резервуара, например системами измерительными «СТРУНА+». Однако в последнее время в соответствии с требованиями Федеральных норм и правил для обеспечения безопасной эксплуатации резервуары, в дополнение к измерительным системам, должны снабжаться независимыми автономными сигнализаторами уровня, которые должны иметь постоянный контроль работоспособности. Однако известные сигнализаторы уровня, например датчики уровня жидкости по патентам России №2135961, G01F 23/74 от 25.12.1996 г., №2284482, G01F 23/74 от 13.05.2005 г., №2521130 G01F 23/00 от 18.10.2012 г., работают по уровню жидкости и не связаны с положением плавающей крыши (понтона). Установка сигнализаторов на самой плавающей крыше (понтоне) усложняется из-за ограниченного количества люков на направляющих плавающей крыши (понтона), которые, как правило, заняты измерительными системами и используются для взятия проб и доступа в резервуар.
Известен датчик контроля переполнения резервуаров с понтоном ДС-100ПТ, выпускаемый фирмой ООО «ИИТ» г. Королев.
Информация о датчике размещена на сайте http://www.iit-korolev.ru/100pt.htm
Указанный датчик предназначен для контроля предельного уровня заполнения резервуаров с понтоном. Состоит из фланца, клеммной коробки и направляющей трубки с встроенными герконами, на которой расположена пружина с подвижным магнитом. В исходном состоянии пружина находится в сжатом состоянии под действием груза, закрепленного на тросе. При достижении понтоном уровня, на котором закреплен груз, пружина разжимается, магнит перемещается вверх и вызывает замыкание контактов геркона. Предельный уровень заполнения резервуара может меняться на объекте контроля путем изменения длины троса, для чего датчик необходимо извлечь из резервуара. Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому.
Аналогичный датчик уровня ПМП-022 выпускается фирмой НПП «Сенсор» г. Заречный. Конструкция и устройство этих датчиков аналогично.
Информация о датчике размещена на сайте http://www.nppsensor.ru/catalog/showproduct/13
Оба вышеуказанных датчика обладают рядом недостатков, а именно: при штатной работе резервуара (понтон не достиг верхнего положения) отсутствует информация об исправности датчика и подводящих цепей, отсутствует возможность плавной регулировки положения датчика без его демонтажа, нет предупреждающей информации о приближении к аварийному положению понтона, нет защиты от конденсата, образующегося на верхней крыше резервуара и металлических частях датчика, который может нарушить нормальную работу датчика при понижении температуры (замерзание конденсата нарушает подвижность магнита).
Технической задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности контроля положения плавающей крыши (понтона) резервуара за счет формирования предупреждающего сигнала о приближении к аварийному положению плавающей крыши (понтона), постоянного контроля целостности цепей устройства при уровне меньше аварийного, возможности дополнительного оперативного регулирования уровня срабатывания с помощью цангового зажима без демонтажа датчика, контроля наличия сигнала нормального или аварийного положения плавающей крыши (понтона), защиты датчика от конденсата.
Предметом изобретения является устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, состоящее из фланца с прикрепленной к нему трубой из немагнитного материала, на которой размещается подвижная магнитная система, совмещенная с пружинным механизмом, к которому с помощью троса подвешен груз, контактирующий с плавающей крышей (понтоном) при его подъеме до контролируемого уровня, вес груза превышает силу сжатия пружины, на уровне разжатой пружины в трубе из немагнитного материала расположен геркон, уровень срабатывания геркона регулируется путем изменения длины троса, в трубе из немагнитного материала на уровне сжатой пружины установлен дополнительный геркон, расположенный таким образом, что он находится в режиме срабатывания при сжатой пружине, для точного совмещения положения нижнего геркона с магнитной системой при сжатой пружине установлен стакан, конструкция выполнена с возможностью дополнительного регулирования уровня срабатывания с помощью цангового зажима без демонтажа устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, для защиты от конденсата установлен зонтик, расположенный над пружинным механизмом, обеспечивается постоянный контроль целостности цепей и достоверная информация о положении плавающей крыши (понтона) в резервуаре путем формирования сигналов по трем уровням - Норма, Уровень 1 (предупреждение), Уровень 2 (аварийное отключение насоса).
Техническим результатом является создание нового устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, обеспечивающего контроль целостности сигнальных цепей устройства, возможность регулирования уровня срабатывания с помощью цангового зажима, защиту от конденсата, формирование сигналов по трем уровням - Норма, Уровень 1 (предупреждение), Уровень 2 (аварийное отключение насоса).
На фигуре 1 схематично представлено устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, на фигуре 2 схематично представлено расположение деталей при рабочей ситуации (уровень продукта меньше аварийного), на фигуре 3 схематично представлено расположение деталей при аварийной ситуации (уровень продукта равен или больше аварийного), а на фигуре 4 представлена конструкция узла регулировки положения. Цифрами на рисунках обозначены:
1 - клеммный отсек;
2 - фланец;
3 - труба из немагнитного материала;
4 - магнитная система;
5 - тяга;
6 - трос;
7 - груз;
8 - узел регулировки положения;
9 - зонтик;
10 - кольцо;
11 - пружина;
12 - стакан;
13 - зажим;
14 - верхний геркон;
15 - нижний геркон;
16 - плавающая крыша (понтон);
17 - магнит;
18 - резервуар;
19 - штуцер
20 - кольцо
21 - шайба
22 - прокладка
23 - втулка
24 - прокладка
Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре состоит из фланца 2, клеммного отсека 1, трубы из немагнитного материала 3, пружинного механизма, состоящего из магнитной системы 4, тяги 5, пружины 11, стакана 12, узла регулировки положения 8, прикрепленному к фланцу 2. К тяге 5 с помощью зажимов 13 троса 6 подвешен груз 7. Над пружинным механизмом с помощью кольца 10 закреплен зонтик для предохранения от попадания капель конденсата, который образуется на верхней крыше резервуара. Внутри трубы из немагнитного материала 3 установлены верхний 14 и нижний 15 герконы, их положение выбрано таким образом, чтобы они срабатывали при нахождении магнитной системы 4 в верхнем (срабатывает верхний геркон 14) или нижнем положении (срабатывает нижний геркон 15). Магнитная система выполнена в виде кольца из немагнитного материала, в котором имеются углубления, в которые установлены один или несколько магнитов 17, которые залиты герметиком для защиты от внешних воздействий. Устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) устанавливаются в резервуаре в количестве не менее трех экземпляров, равномерно расположенных по окружности, на случай перекоса плавающей крыши (понтона), крепятся с помощью фланцев 2 на верхней крыше резервуара 18, в котором на поверхности продукта находится плавающая крыша (понтон) 16. В случае отсутствия верхней крыши (резервуар с плавающей крышей) для крепления используются специальные кронштейны. Узел регулировки положения имеет цанговую конструкцию и состоит из штуцера 19, кольца 20, шайбы 21, втулки 23 и двух прокладок 22 и 24.
Устройство работает следующим образом. В рабочей ситуации (фигура 2) плавающая крыша (понтон) 16 находится на низком уровне, не касается подвешенного груза 7. Своим весом груз 7 удерживает пружину 11 в сжатом состоянии, причем максимальное сжатие пружины 11 ограничивается с помощью стакана 12. Это позволяет не только обеспечить строго фиксированное положение магнитной системы 4 относительно нижнего геркона 15, но и снизить требования к точности изготовления пружины 11. Когда магнитная система 4 находится в нижнем положении, нижний геркон находится во включенном состоянии, при этом на систему контроля через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Норма» (уровень продукта меньше аварийного).
При заполнении резервуара 18 (фигура 3) плавающая крыша (понтон) 16 поднимается вверх, касается груза 7 и начинает его поднимать. После начала подъема нижний геркон 15 отключается и на систему контроля через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Предупреждение». Если оператор не выключил насос, то происходит дальнейший подъем плавающей крыши (понтона) 16, пружина распрямляется до упора тяги 5, при этом происходит срабатывание верхнего геркона 14, при этом через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Авария» и происходит автоматическое аварийное отключение насоса.
Настройка положения груза 7 (положения срабатывания) осуществляется грубо изменением длины троса 6 (с демонтажом устройства) и плавно (без демонтажа устройства) с помощью узла регулировки положения 8 (фигура 4). Для плавной регулировки осуществляется ослабление прижатия кольца 20 с помощью поворота штуцера 19 внутри втулки 23, после чего производится перемещение трубы из немагнитного материала выше или ниже до необходимого положения, после чего с помощью штуцера 19, шайбы 21 и кольца 20 призводится фиксация нового положения. Прокладки 22 и 24 предназначены для обеспечения герметичности.
При своем движении плавающая крыша (понтон) 16 может иметь перекос, для исключения ошибки контроля на резервуар устанавливается не менее трех устройств контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, равномерно расположенных по окружности резервуара.
Устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре закреплены на внешней крыше резервуара или на кронштейнах в случае отсутствия внешней крыши.
Во время эксплуатации при температурах, близких к нулевым значениям, на внешней крыше резервуара 18 и на трубе из немагнитного материала 3 образуется конденсат продукта, находящегося в резервуаре, и в виде капель падает вниз, при этом нарушается нормальная работа датчика при понижении температуры (замерзание конденсата нарушает подвижность магнитной системы). Для защиты устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре установлен зонтик 9, прикрывающий пружинный механизм от попадания капель конденсата.
На предприятии были изготовлены опытные образцы устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре и проведены испытания.
Сигналы от устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре поступали на блок аварийной сигнализации. К выходным контактам блока аварийной сигнализации подключалась световая и звуковая сигнализация.
Испытания подтвердили повышение надежности контроля положения плавающей крыши (понтона) резервуара за счет предупреждающего сигнала о приближении к аварийному положению плавающей крыши (понтона), постоянного контроля целостности цепей устройства, возможности дополнительного регулирования уровня срабатывания с помощью цангового зажима без демонтажа устройства, контроля наличия сигнала нормального или аварийного положения плавающей крыши (понтона), защиты от конденсата.
Следует отметить, что при обрыве любой цепи от герконов или отключении питания формируется аварийный сигнал, что дополнительно повышает надежность эксплуатации резервуаров.
Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре в составе системы сигнализации предельных уровней прошло аттестацию по взрывозащите, и был получен соответствующий сертификат.