РАЗБОРНЫЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к нефтехимии, а более конкретно к разборным резервуарам для хранения нефтепродуктов, включающим дно и стенки, которые выполнены состоящими из соединенных между собой панелей, и может быть использовано для хранения нефти в объемах 1000-50000 куб. м.
Уровень техники
Известен разборный резервуар для хранения нефтепродуктов, включающий дно и стенки, которые выполнены состоящими из соединенных между собой панелей, имеющих средство соединения панелей между собой замкового типа. Такой разборный резервуар известен из источника информации [D1] WO 2017177279 A1, 19.10.2017 ([0005-0028,0084-0088], фиг.1-7) или из [D2] US 2012152960 A1, 21.06.2012 ([0001-0051], фиг.1-10,11В), где описан разборный резервуар для наливных продуктов (10), включающий дно и стенки, которые выполнены из соединенных между собой панелей, имеющих средство соединения, обеспечивающее смыкание панелей. Причем источнику [D2] присущи также следующие признаки: такой разборный резервуар применим для хранения нефтепродуктов.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.
Недостатком данного устройства является сложность устройства разборного резервуара. Любой такой резервуар имеет множество дополнительных крепежных деталей, а это приводит к снижению надежности эксплуатации, к большему числу монтажных операций при его установки или разборке.
Раскрытие полезной модели
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить разборный резервуар для хранения нефтепродуктов, включающий дно и стенки, которые выполнены состоящими из соединенных между собой панелей, позволяющий как минимум сгладить, по меньшей мере, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить упрощение устройства разборного резервуара, что и является технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель.
Для достижения этой цели каждая панель имеет боковые грани, устанавливаемые вертикально, каждая из которых имеет с одной стороны продольный выступ по всей длине боковой грани, а с другой стороны каждая панель имеет ответный продольный паз по всей длине боковой грани, соответствующий по форме продольному выступу, при этом продольный выступ и ответный продольный паз выполнены таким образом, чтобы при вертикальной вставке боковой грани одной панели в боковую грань соседней панели при формировании стенок резервуара обеспечивать надежное соединение указанных панелей между собой.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность значительно упростить устройство разборного резервуара, за счет того, что боковые стенки выполнить только в виде одних панелей и при монтаже просто вставлять вертикально одну панель в другую, размещая продольный выступ боковой грани одной панели в ответный продольный паз соседней панели.
Существует также преимущественный вариант полезной модели, в котором одна из боковых граней имеет пару продольных выступов по всей длине боковой грани, а с другой стороны каждая панель имеет пару ответных продольных пазов по всей длине боковой грани, соответствующий по форме паре продольных выступов.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность достигать более надежного соединения панелей между собой, не увеличивая количество деталей и не влияя на время сборки-разборки.
Существует также преимущественный вариант полезной модели, в котором каждая панель имеет полость.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность достигать облегчения сборки-разборки резервуара, и также упрощения перевозки деталей резервуара, за счет снижения веса деталей резервуара.
Существует также преимущественный вариант полезной модели, в котором каждая панель выполнена из полимерного композитного материала.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность достигать прочности конструкции, удовлетворяющей заданным требованиям.
Существует еще варианты полезной модели, в которых в качестве полимерного композитного материала выбран стеклопластик или углепластик.
Благодаря таким выгодным характеристикам также появляется возможность конкретного выбора материала панели.
Существует также и такой вариант полезной модели, в котором полимерный композитный материал содержит пигментные добавки.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность увеличивать промежуток времени для периодической покраски поверхности разборного резервуара, так как пигментные добавки уже находятся в составе материала и цвет разборного резервуара уже изначально задан и не может стереться, измениться.
Существует такой вариант полезной модели, в котором панели покрыты гидрофобным и/или антигололедным покрытием.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность снижение накопления льда в зимний период, что нежелательно, так как увеличивает вес самого разборного резервуара и повышает нагрузку на его стенки.
Существует также и такой вариант полезной модели, в котором панели покрыты антипиреновым покрытием с нанесением в заводских условиях.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность повышения стойкости к воспламенению, что чрезвычайно важно, так как сам разборный резервуар используется для хранения горячих материалов.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 схематично изображает общий вид разборного резервуара для хранения нефтепродуктов, согласно полезной модели,
- фигура 2 схематично изображает один из вариантов исполнения панели разборного резервуара для хранения нефтепродуктов, согласно полезной модели,
- фигура 3 схематично изображает второй вариант исполнения панели разборного резервуара для хранения нефтепродуктов, согласно полезной модели, изображен две соединенные панели,
- фигура 4 схематично изображает вариант соединения двух панелей, согласно полезной модели,
- фигура 5 схематично изображает в изометрии фрагмент края панели разборного резервуара для хранения нефтепродуктов, согласно полезной модели,
- фигура 6 схематично изображает в изометрии соединение панелей с образованием стенки разборного резервуара для хранения нефтепродуктов, согласно полезной модели.
Согласно фигуре 1 разборный резервуар для хранения нефтепродуктов, включает дно и стенки. Стенки выполнены состоящими из соединенных между собой панелей 1, опционально имеющих внутреннюю полость 2 (показана на одной панели на фигуре 1). Полость может быть одна, две или более. На фигуре 2 показан вариант четырех полостей.
Каждая панель 1 имеет боковые грани, устанавливаемые вертикально, каждая из которых имеет с одной стороны продольный выступ 3 по всей длине боковой грани, а с другой стороны каждая панель имеет ответный продольный паз 4 по всей длине боковой грани, соответствующий по форме продольному выступу 3. При этом продольный выступ и ответный продольный паз выполнены таким образом, чтобы при вертикальной вставке боковой грани одной панели в боковую грань соседней панели при формировании стенок резервуара обеспечивать надежное соединение указанных панелей между собой. См. фигуру 3.
Одна из боковых граней может иметь пару продольных выступов по всей длине боковой грани, а с другой стороны каждая панель имеет пару ответных продольных пазов по всей длине боковой грани, соответствующий по форме паре продольных выступов, см. фигуру 2.
Каждая панель 1 преимущественно выполнена из полимерного композитного материала. В качестве композитного материала может быть выбран стеклопластик или углепластик. Есть вариант, при котором полимерный композитный материал содержит пигментные добавки. Внутренняя полость 2 панели может быть заполнена наполнителем на основе вспененного полиуретана.
Панели 1 могут быть покрыты гидрофобным и/или антигололедным покрытием. Панели 1 могут быть покрыты антипиреновым покрытием с нанесением в заводских условиях.
Свободные полости 2 могут использоваться для размещения различных элементов, (указанных на фигуре 1 позицией 5) таких как:
- датчики определения состояния стенок,
- токопроводящие и токозащитные элементы,
- слаботочные сети и коммуникации,
- технические смеси и сигнальные растворы,
- противопожарная пена и составы.
Направление силы тяжести показано как вектор g. Именно по отношению к нему и применяются прилагательные «верхний» и «нижний».
Пример 1. См. фиг. 2, 4, 5.
Базовым конструктивным элементом является:
- композитная панель размерами 18х2,1 метра;
- двойное замковое соединение с заполнением специальным герметиком;
- специальный наполнитель на основе вспененного полиуретана.
Состав и схема изготовление панели:
- панель изготавливается из специального стеклопластика;
- в компаунд при изготовлении можно добавлять пигментные добавки;
- базовой технологией является пултрузия;
- после изготовления наносится дополнительное защитное покрытие;
- внутренние пустоты заполняются вспененным полиуретаном;
- возможно заполнять часть пустот спец материалами (пена для тушения и т.д.).
Таблица 1. Свойства материалов
(стеклопластик СП и пенополиуретан ППУ)
Название
Место применения
Модуль упругости E11
Модуль упругости E22
Предел прочности
Коэффицинт Пуассона
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
СП
Панели
41 ГПа
27 ГПа
400 МПа
0,3
1800
ППУ
Сердцевина
25 МПа
25 МПа
12 МПа
0,3
55
3
Конструкция, объемом 50000 м, представляет из себя вертикальную ёмкость диаметром 60,8 м и высотой 18 м. На один разборный резервуар требуется до 100 панелей с учетом производственного разборного резерва.
Между собой сегменты конструкции, при моделировании, фиксировались многоточечными ограничениями RBE 2, которые определяют нагрузки и параметры пазового соединения.
Пример 2. См. фиг. 3, 6.
Базовым конструктивным элементом является:
- композитная панель размером 18х1,05 метра, толщина стенок 10 мм;
- одинарное замковое соединение с заполнением герметиком;
- пустотелая панель.
Состав и схема изготовление панели:
- панель изготавливается из стеклопластика;
- в компаунд при изготовлении можно добавлять пигментные добавки;
- базовой технологией является пултрузия;
- после изготовления наносится дополнительное защитное покрытие;
- возможно заполнять часть пустот спец материалами (пена для тушения и т.д).
Таблица 2. Свойства материалов (стеклопластика)
Название
Место применения
Модуль упругости E11
Модуль упругости E22
Предел прочности
Коэффицинт Пуассона
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
СП
Панели
20 ГПа
20 ГПа
350 МПа
0,3
1800
3
Конструкция разборного резервуара, объемом 50000 м, представляет из себя вертикальную ёмкость диаметром 60,8 м и высотой 18 м. На один разборный резервуар требуется до 200 панелей с учетом производственного разборного резерва.
Между собой сегменты конструкции, при моделировании, фиксировались многоточечными ограничениями RBE 2, которые определяют нагрузки и параметры пазового соединения.
Большое количество узлов и нелинейное крепление было заменено линейной схемой расположения элементов при моделировании конструкции.
Таблица 3. Сравнение примера 1 и 2.
Пример №1
Пример №2
Объём, м3
50000
50000
Масса конструкции, т
146
127
Тип крыши
Плавающая
Плавающая
Размер секции, м
18х1
18х2
Конструкция панели
Пространственный профиль
Трёхслойная
Тип соединения
Пазовое соединение
Пазовое соединение
Максимальные действующие напряжения, МПа
282
275
Запас по прочности
1,24
1,45
Запас по устойчивости
1,01
1,12
Композитные панели, применяемые в конструкции будут покрыты специальным гидрофобным и антигололедным покрытием.
Таблица 4.
Тип покрытия
Краевой угол смачивания, град
Гистерезис смачивания, град
Стеклопластик
115 - 125
10 -15
Отдельно в применяемые композиты могут быть добавлены пигментные добавки, что позволит сократить затраты на покраску конструкции.
С целью повышения класса огнестойкости можно применять и антипиреновые покрытия с нанесением в заводских условиях.
Осуществление полезной модели
Разборный резервуар для хранения нефтепродуктов используют следующим образом. Приводится пример использования полезной модели, который является описательным и не ограничивает применения полезной модели.
Этап 1. Соединяют между собой отдельные панели 1, образуя единую стенку разборного резервуара, для чего вертикально размещают продольный выступ каждой боковой грани одной панели в ответный продольный паз каждой соседней панели, так, чтобы при формировании стенок резервуара обеспечивать надежное соединение всех панелей между собой. Если на боковой грани несколько продольных выступов, то размещают все их в ответные продольные пазы.
Этап 2. При необходимости размещают в полости панелей вспененный полиуретан, а также размещают датчики, которые соединяют оптоволокном  с внешнем блоком обработки сигнала.
Этап 3. Покрывают панели гидрофобным и/или антигололедным покрытием и/или антипиреновым покрытием.
Этапы являются примерными и допускают перестановку, добавление и их частичное использование.
Промышленная применимость
Предлагаемый разборный резервуар для хранения нефтепродуктов имеет ясное предназначение, может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу полезной модели, на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели, а также критерию «полнота описания» для полезной модели.
В соответствии с предложенной полезной моделью было проведено математическое моделирование. Расчеты по полезной модели показали следующее.
Расчет по примеру 1.
Расчет по нагрузкам.
Гидростатическое давление нефти в разборного резервуаре моделировалось с помощью задания поля давления на стенки разборного резервуара. Итоговое распределение давления нефти на стенку (ρ=920 кг/м3) рассчитывалось и анализировалось по каждому уровню слою.
Избыточное давление, возникающее в конструкции при закачивании в разборный резервуар нефти (слива), моделировалось с помощью задания давления по всей поверхности разборного резервуара.
Ветровая нагрузка задавалась путём моделирования воздействия распределённой нагрузки в направлении перпендикулярном вертикальной оси ёмкости.  Нагрузка прикладывалась только к половине поверхности цилиндра
Форма деформации. Максимальная деформация 304 мм.
Действующие напряжения в конструкции. Максимальные напряжения в конструкции 275 МПа.
Первая форма потери устойчивости. Запас по устойчивости 1,12.
Форма деформации. Максимальная деформация 616 мм.
Согласно первому расчётному случаю действующие напряжения не превышают 275 МПа, что значительно ниже допустимых для стеклопластика значений в 300-500 МПа, в зависимости от направления воздействия.
Запас прочности составляет 1,45. При этом максимальная деформация в радиальном направлении составила 304 мм. Запас по устойчивости равен 1,12.
Общая масса композитных материалов в конструкции составляет около 146 тонн.
Расчет по примеру 2.
Расчет по нагрузкам.
Гидростатическое давление нефти в разборном резервуаре моделировалось с помощью задания поля давления на стенки разборного резервуара. Итоговое распределение давления нефти на стенку (ρ=920 кг/м3) рассчитывалось и анализировалось по каждому уровню слою
Избыточное давление, возникающее в конструкции при закачивании в разборный резервуар нефти (слива), моделировалось с помощью задания давления по всей поверхности разборного резервуара
Ветровая нагрузка задавалась путём моделирования воздействия распределённой нагрузки в направлении перпендикулярном вертикальной оси ёмкости.  Нагрузка прикладывалась только к половине поверхности цилиндра
Форма деформации. Максимальная деформация 735 мм.
Действующие напряжения в конструкции. Максимальные напряжения в конструкции 282 Мпа.
Первая форма потери устойчивости. Запас по устойчивости 1,04.
Форма деформации. Максимальная деформация 23 мм.
Согласно первому расчётному случаю действующие напряжения не превышают 282 МПа, что значительно ниже допустимых для стеклопластика значений в 300-500 МПа, в зависимости от направления воздействия. Запас прочности составляет 1,24.
При этом максимальная деформация в радиальном направлении составила 735 мм.
Запас по устойчивости равен 1,01.
Общая масса композитных материалов в конструкции составляет около 136 тонн.
Таким образом, за счет того, что каждая панель имеет боковые грани, устанавливаемые вертикально, каждая из которых имеет с одной стороны продольный выступ по всей длине боковой грани, а с другой стороны каждая панель имеет ответный продольный паз по всей длине боковой грани, соответствующий по форме продольному выступу, при этом продольный выступ и ответный продольный паз выполнены таким образом, чтобы при вертикальной вставке боковой грани одной панели в боковую грань соседней панели при формировании стенок резервуара обеспечивать надежное соединение указанных панелей между собой и достигается технический результат, а именно: упрощение устройства разборного резервуара.
Дополнительный достигаемый технический результат:
- оптимизация логистической схемы по доставке комплектующих;
- отсутствие дополнительных затрат на монтаж отдельных систем мониторинга;
- расширения географии применения конструкции;
- минимизация взрывоопасных работ по монтажу конструкции;
- увеличение межремонтного периода с 3\5 лет до 10\15 лет;
- сокращение затрат на обслуживание конструкции до 50%;
- интеграция в конструкцию инженерных сетей и систем безопасности;
- возможность удаленного\автоматического контроля состояния конструкции.
Таблица 5.
Затраты на строительство
Вес, всего тонн
Цена на единицу, тыс. рублей
Общая стоимость, тыс. рублей
Конструкция резервуара
Стальной резервуар
1000
75
75000
Композитный резервуар
150
400
60000
Затраты на монтаж
Стальной резервуар
60
60000
Композитный резервуар
280
42000
ИТОГО конструкция
Стальной резервуар
135000
Композитный резервуар
102000
Таким образом, рекомендуется использовать предлагаемый разборный резервуар для хранения нефтепродуктов для хранения нефти в объемах 1000-50000 куб. м.