УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УТЕЧЕК ИЗ ДНИЩА НАЗЕМНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХЖИЛЬНОГО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам для хранения нефти и нефтепродуктов. Она может быть использована в нефтехимической и нефтедобывающей отрасли промышленности.
Предлагаемая полезная модель наиболее применима при хранении нефти и нефтепродуктов, различных марок на строящихся и реконструируемых нефтесборных пунктах и нефтебазах, оборудованных наземными вертикальными стальными резервуарами большой вместимости (РВС).
Загрязнения литосферы и гидросферы происходят в результате утечек горючего из резервуаров и трубопроводов, переливов РВС нефтепродуктами, проливов из рукавов, автоцистерн и другим причинам.
1. Если пролив горючего из поясов резервуара можно обнаружить визуально, то утечку нефтепродуктов из днища наземного РВС определить можно только сложными диагностическими методами. Данные методы связанны с освобождением резервуара от горючего с последующей зачисткой РВС и проводятся с определенной периодичностью в среднем 1 раз в 5-8 лет в зависимости от сроков эксплуатации резервуара [В.Н. Зайченко. Новые технологии ремонта стальных резервуаров. М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим», 2002.].
В процессе эксплуатации днище РВС подвергается различным видам коррозии, которые связаны с наличием сернистых и других агрессивных соединений в нефти и нефтепродуктах, а также воды в резервуаре и в грунте.
Борьба с потерями горючего от утечек через днище РВС становится важной экологической и экономической задачей.
2. Известен вертикальный цилиндрический стальной резервуар для светлых нефтепродуктов [В.Н. Зайченко. Новые технологии ремонта стальных резервуаров. М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим», 2002.]. Данный резервуар имеет днище, стенку и стационарную крышу. Для приема и выдачи нефтепродуктов у резервуаров данного типа имеются приемо-раздаточные патрубки. С внешней стороны к ним присоединяются задвижки. С целью обеспечения «малых» и «больших» дыханий резервуара имеется дыхательный клапан. На крыше резервуара устанавливается замерной люк, который служит для замера уровня и отбора проб горючего.
Также на резервуаре имеются приборы контроля и сигнализации (уровнемеры, пробоотборники, сигнализаторы уровня, противопожарные приборы) и другое оборудование (люк-лаз, световой люк, предохранительные клапаны).
Недостатками данного резервуара при хранении нефти и нефтепродуктов являются:
1. Отсутствие устройства, позволяющего диагностировать обнаружение утечки горючего из днища  резервуара.
2. Высокий уровень загрязнения атмосферы парами нефтепродуктов и литосферы утечками горючего.
Также известно переносное устройство оперативного контроля и диагностики днищ вертикальных стальных резервуаров, находящихся в эксплуатации [Д.Д. Костровский. Эксплуатация военных складов ракетного топлива и горючего. М.: Воениздат, 1992.- 416 с.]. Работа этого устройства сводится к зондированию грунта под днищем резервуара с нефтепродуктом для  выявления   места нахождения утечек нефтепродуктов по месту обнаружения электрических аномалий. Электрические аномалии связаны с повышенным и пониженным удельным сопротивлением относительно фоновой величины грунта под днищем резервуара. Техническое устройство оперативного контроля и диагностики днищ вертикальных стальных резервуаров включает металлические зонды от 8 до 16 штук, кабель кросс, измеритель электрических величин (омметр), а также электрические разъемы.
Устройство работает следующим образом. В грунт вокруг основания резервуара через равные интервалы вводят металлические зонды. К металлическим зондам с помощью электрических разъемов посредством кабеля-кросса подсоединяют измеритель электрических величин (омметр). При помощи металлических зондов и измерителя электрических величин выполняют зондаж грунта под днищем резервуара замером сопротивления между соседними парами зондов в последовательности (1-2, 1-3, 1-4, 1-n, 2-3, 2-4,2-5, 2- n, 3-4 и т.д.). Данные результатов измерений заносят в таблицу. Затем с помощью коэффициентов пересчитывают фактически полученные результаты в удельные единицы, которые также заносят в таблицу. После этого выбирают аномальные значения показателей и по ним на эскизе днища графически определяют место утечки нефтепродуктов.
Недостатками данного устройства при диагностировании днища вертикальных стальных резервуаров  являются:
1. Отсутствие данного устройства на стационарных резервуарах нефтебаз и складах горючего.
2. Низкая точность определения в зимний период, а также в условиях высокой влажности почвы.
3. Длительность и трудоемкость определения.
Также известен наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов и устройством для диагностирования днища [Ю.А. Матвеев, С.Г. Новиков, И.О. Золотовский. Патент на полезную модель №114674 от 10.04.2012 г. «Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов и устройством для диагностирования днища»].
На резервуар, имеющий приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов, задвижки, световой и замерный люки, дыхательный клапан повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления, дополнительный трубопровод с обратным клапаном и задвижкой, соединенный с заглубленным резервуаром  с низкооктановым компонентом, внутреннее  и внешнее   днище с перегородками жесткости  дополнительно на внутреннее днище оборудуется гидрофобный компаундный слой с волоконно-оптическим распределенным датчиком давления, который линией связи  соединяется с оптическим рефлектометром  и персональным компьютером. Резервуар оборудуется переносным источником звука с тросом. При этом источник звука линиями связи  соединен с усилителем  и  персональным компьютером.
Устройство работает следующим образом. Через приемный трубопровод  нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего  начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства  уменьшаться.
После заполнения резервуара объемы горючего и парового пространства стабилизируются.
С целью диагностирования внутреннего днища в резервуар с нефтепродуктом с определенной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара, через световой люк с помощью троса  опускается источник звука, который линиями связи  соединен с усилителем, и персональным компьютером.
Волоконно-оптический распределенный датчик давления  соединяется с оптическим рефлектометром  и персональным компьютером, которые могут регистрировать механические изменения по длине кабеля. Каждому участку кабеля в зависимости от конфигурации крепления соответствует свой участок днища резервуара.
Волны, создающиеся в резервуаре с помощью источника звука, распространяются в жидкой среде (горючее) и твердой среде (дно). Интенсивность прошедших звуковых волн будет зависеть от толщины жидкой и твердой сред. При взаимодействии прошедшей звуковой волны с волоконно-оптическим распределенным датчиком давления в последнем возникают механические напряжения, распределенные по длине. Оценка интенсивности напряжений с помощью регистрирующей аппаратуры позволит наблюдать картину распределения толщины внутреннего днища и оценить по заданным параметрам уровень опасности прорыва и потенциальной утечки горючего.
Недостатками наземного вертикального резервуара с двойным дном, оборудованного установкой улавливания паров нефтепродуктов и устройством для диагностирования днища являются:
1. Осаждение на днище резервуаров воды, механических примесей, смол, кислот и других загрязнений, что значительно снижает точность определения.
2. Высокая стоимость аппаратуры и приборов, а также длительность, сложность и трудоемкость определения.
3. Возможность скопления взрывоопасных паровоздушных смесей между днищами, а также повышенная металлоемкость резервуаров.
Наиболее близкой к указанной проблеме является наземный вертикальный резервуар для нефти и нефтепродуктов, оборудованный стационарным устройством диагностирования  днища [Ю.А. Матвеев, С.Г. Новиков, А.А. Бутузов, Т.Ю. Марцева, А.В. Беринцев. Патент на полезную модель №131014 от 10.08.2013 г. «Наземный вертикальный резервуар для нефти и нефтепродуктов, оборудованный стационарным устройством диагностирования  днища»].
Под резервуаром, имеющим приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов, задвижки, световой и замерный люки, вентиляционный люк, дыхательный клапан повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления,  днище дополнительно в грунте на определенном расстоянии от днища резервуара горизонтально оборудуются металлические зонды первого уровня, перпендикулярно которым устанавливаются металлические зонды второго уровня, при этом металлические зонды различных уровней с помощью линий связи соединены с электронными коммутаторами, имеющими клеммы для подсоединения линий связи конкретных металлических зондов. Электронные коммутаторы с помощью линии связи  связаны прибором для определения сопротивления омметром, который соединен с переносным компьютером.
С целью диагностирования днища резервуара с установленной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара с помощью линий связи  электронных коммутаторов  и омметра  производятся поочередные замеры сопротивлений между металлическими зондами  различных уровней, которые выводятся на компьютер. При этом каждому измерению соответствует свой участок днища резервуара.
Значения с высоким сопротивлением относятся к скоплению нефтепродуктов.
Оценка значений сопротивлений между отдельными зондами различных уровней расположенных перпендикулярно относительно друг друга с помощью электронных коммутаторов, омметра и компьютера позволяет определить не только наличие утечки нефтепродуктов из  днища резервуара, но и выявить конкретное место утечки с целью эффективного ремонта резервуара.
Недостатками наземного вертикального резервуара для нефти и нефтепродуктов, оборудованного стационарным устройством  диагностирования днища являются:
1. Большое количество металлических зондов, что повышает металлоемкость и стоимость устройства.
2. Длительность и трудоемкость определения.
3. Недостаточная точность определения при малой утечке, так как нефтепродукт должен промочить грунт между зондами различных уровней.
Решение указанной задачи достигается тем, что  под днищем  резервуара горизонтально и спиралеобразно по диаметру резервуара в грунт укладывается двухжильный кабель с зачищенной через определенное расстояние изоляцией, который своими концами через линии связи соединен с  клеммами электронного коммутатора, при этом к электронному коммутатору подключен омметр, соединенный  через линию связи  с компьютером,  а также тем, что периодически производятся   измерения сопротивлений между концами двухжильного кабеля, которые позволяют определить  наличие и место утечек нефтепродуктов из  днища резервуара.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как повышается эффективность  определения  утечек горючего из днища  резервуара без его освобождения, уменьшается металлоемкость и стоимость устройства, сокращается время определения, а также возрастает надежность эксплуатации резервуарного парка.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг.1, фиг.2), на которых изображены: разрез резервуара, вид сверху двухжильного спиралеобразного кабеля, соединенного своими концами линиями связи с электронным коммутатором, омметром и компьютером.
Под предлагаемым резервуаром 1 (фиг.1), имеющим приемный и раздаточный патрубки 2, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов 3, задвижку 4, световой и замерный люки 5,6, вентиляционный люк 7, дыхательный клапан повышенного давления 8, люк-лаз 9, дыхательный клапан рабочего давления 10, днище 11дополнительно в грунте 12  горизонтально и спиралеобразно по диаметру резервуара 1 укладывается двухжильный кабель 13, который своими концами 14 через линии связи 15 соединяется с клеммами 16 электронного коммутатора 17 при этом к электронному коммутатору с помощью линии связи 15 подключен омметр 18, который линией связи 15 связан с компьютером 19. Двухжильный кабель через определенные расстояния имеет участки с зачищенной изоляцией 20, которые необходимы для определения точного места утечки нефтепродукта из резервуара.
Полезная модель работает следующим  образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт 21 поступает в резервуар 1.
С целью диагностирования днища 11 резервуара 1 с установленной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара с помощью линий связи 15 электронного коммутатора 17 и омметра 18 производятся поочередные замеры сопротивлений между концами 14 двухжильного кабеля 13 с зачищенной изоляцией 20, которые выводятся на компьютер 19.
В компьютере  имеется программа расчета, которая позволяет определить не только утечку горючего из днища резервуара, но и конкретное место утечки.
Отклонение значений от экспериментально полученных при начальном измерении сопротивлений грунта, свидетельствует о наличии утечки из резервуара. Значения с высоким  сопротивлением относятся к скоплению нефтепродуктов.
Оценка значений сопротивлений между концами двухжильного кабеля с зачищенной изоляцией, уложенного горизонтально и спиралеобразно по диаметру резервуара с помощью электронного коммутатора, омметра и компьютера позволяет определить не только наличие утечки нефтепродуктов из днища резервуара, но и выявить конкретное место утечки с целью эффективного ремонта резервуара.