СТАЦИОНАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОНТУРА ДНИЩА РЕЗЕРВУАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЧАСТКОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

Полезная модель относится к устройствам диагностирования резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Она может быть использована в нефтяной промышленности.
Предлагаемая полезная модель наиболее применима при хранении нефти и нефтепродуктов, различных марок на строящихся и реконструируемых 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. Утечки горючего из резервуаров связаны с коррозией и деформацией днища.
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 5-10 лет в зависимости от сроков эксплуатации резервуара [Правила технической эксплуатации нефтебаз. Утверждены приказом Минэнерго РФ от 19.06.2003 г. №232].
В процессе эксплуатации днище РВС подвергается различным видам деформации, которые связаны с изменением наружного контура днища и образованием выпучин, вмятин и осадок.
Отклонения наружного контура днища, определяются после освобождения резервуара путем нивелирования в различных точках на расстояниях не реже чем через 6 метров. Например, для заполненных резервуаров вместимостью от 1000 до 5000 кубических метров, разность отметок наружного контура днища для точек на расстояниях 6 метров не должна превышать 40 мм, а для других точек по периметру 80 мм [РД 08-95-95. Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Утверждено постановлением Гостехнадзора России от 25.07. 1995 г. №38].
Деформации днища приводят не только к утечкам нефтепродуктов, но и значительно увеличивают погрешность измерений горючего в резервуарах, а также повышают напряжения в основном металле.
Поэтому своевременное определение деформаций днищ РВС становится важной экологической и экономической задачей.
Уменьшение толщины днища резервуара вызывается в основном различными видами коррозии металла, которая связана с наличием воды в секторах резервуара с деформациями днища. При достижении минимальных размеров толщины днища происходят утечки нефтепродуктов из резервуаров, а также возможно разрушение отдельных участков днища.
Известен наземный вертикальный резервуар для нефти и нефтепродуктов, оборудованный стационарным устройством диагностирования днища [Ю.А. Матвеев и др. Патент на полезную модель №131014 от 10.08.2013 года].
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 днищаявляются:
1. Большое количество металлических зондов, что повышает металлоемкость стоимость устройства.
2. Длительность и трудоемкость определения.
3. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.
Также известно устройство диагностирования утечек из днища наземного вертикального резервуара для нефти и нефтепродуктов с использованием двухжильного кабеля [Ю.А. Матвеев и др. Патент на полезную модель №141279 от 27.05.2014 года].
В данном устройстве 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. К электронному коммутатору подключен омметр, соединенный через линию связи с компьютером. При этом периодически производятся измерения сопротивлений между концами двухжильного кабеля, которые позволяют определить наличие и место утечек нефтепродуктов из днища резервуара.
Устройство работает следующим образом. С целью диагностирования днища резервуара с установленной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара с помощью линий связи электронного коммутатора и омметра производятся поочередные замеры сопротивлений между концами двухжильного кабеля с зачищенной изоляцией. Данные измерения выводятся на компьютер.
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.
Недостатками указанного устройства являются:
1. Большое количество витков кабеля, что повышает металлоемкость и стоимость устройства.
2. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.
Также известен наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов и устройством для диагностирования днища. [Ю.А. Матвеев и др. Патент на полезную модель №114674 от 10.04.2012 года].
В данном техническом устройстве внутреннее днище резервуара оборудуется волоконно-оптическим распределенным датчиком давления, который помещается в гидрофобный слой под внутренним днищем резервуара и соединяется линиями связи с оптическим рефлектометром и персональным компьютером.
В резервуар с горючим для создания звуковых волн периодически на тросе опускается мощный источник звука, соединенный с усилителем, при этом звуковая волна взаимодействует с датчиком, в котором возникают механические напряжения, распределенные по длине, оценка которых с помощью рефлектометра и персонального компьютера позволяет наблюдать картину распределения толщины днища.
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 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 позволяет наблюдать картину распределения толщины внутреннего днища и оценить по заданным параметрам уровень опасности прорыва и потенциальной утечки горючего.
Недостатками указанного резервуара являются:
1. Высокая стоимость аппаратуры и приборов, а также длительность, сложность и трудоемкость определения.
2. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.
Наиболее близкой к указанной проблеме является устройство диагностирования контура днища резервуара с использованием волоконно-оптического кабеля. [Ю.А. Матвеев и др. Патент на полезную модель №156736 от 20.11.2015 года].
Под резервуар, имеющий стандартное оборудование дополнительно под днищем оборудуется гидрофобный слой с двумя перпендикулярно расположенными волоконно-оптическими кабелями, которые линией связи соединяются с клеммами электронного коммутатора, оптическим рефлектометром и персональным компьютером.
Техническое устройство работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар. После заполнения резервуара объемы горючего и парового пространства стабилизируются.
Для диагностирования изменений контура днища с определенной периодичностью, снимаются показания первого волоконно-оптического кабеля, а затем второго.
Волоконно-оптические кабеля, соединяются с клеммами электронного коммутатора, оптическим рефлектометром и персональным компьютером, которые могут регистрировать механические изменения по длине кабеля. Каждому участку кабеля в зависимости от конфигурации крепления соответствует определенный участок днища резервуара.
Оценка механических изменений первого и второго кабеля с помощью регистрирующей аппаратуры позволит наблюдать значения изменений контура днища и оценить по заданным параметрам возможность дальнейшей эксплуатации резервуара или вывода его в капитальный ремонт.
Недостатками указанного устройства являются:
1. Высокая погрешность диагностирования контура днища резервуара.
2. Наличие секторов резервуара, которые не входят в зону диагностики контура днища резервуара.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу эффективности диагностирования контура днища для проведения своевременного ремонта резервуара.
Решение указанной задачи достигается тем, что днище резервуара оборудовано расположенными горизонтально и параллельно земной поверхности участками волоконно-оптическими кабелей, которые помещены в гидрофобный слой и своими концами соединены линиями связи с электронным коммутатором, связанным с оптическим рефлектометром и персональным компьютером, а также тем, что каждому участку кабеля соответствует свой сектор днища резервуара.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как повышается эффективность и своевременность определения сверхнормативных изменений контура днища, связанные с вмятинами, выпучинами и осадкой, тем самым предупреждаются и предотвращаются утечки горючего из резервуара.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), на которых изображены: разрезы резервуара и гидрофобного слоя, днища с участками волоконно-оптических кабелей и вида сверху участков кабелей, соединенных своими концами линиями связи с электронным коммутатором, рефлектометром и компьютером.
Под предлагаемым резервуаром 1 (фиг. 1), имеющий приемный и раздаточный патрубки 2, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов 3, задвижки 4, световой и замерный люки 5, 6, вентиляционный люк 7, дыхательный клапан повышенного давления 8, люк-лаз 9, дыхательный клапан рабочего давления 10, дополнительно под днищем 11 в грунте земной поверхности 12 оборудуется гидрофобный слой 13 с шестнадцатью участками волоконно-оптических кабелей 14, которые линиями связи 15 соединяются с клеммами 16 электронного коммутатора 17. Электронный коммутатор линией связи 15 соединяется с оптическим рефлектометром 18 и персональным компьютером 19. При этом участки волоконно-оптических кабелей 14 находятся в горизонтальной плоскости параллельно земной поверхности и днищу 11 резервуара 1.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт поступает в резервуар 1. При этом уровень горючего 20 начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства 21 уменьшаться. После заполнения резервуара объемы горючего и парового пространства стабилизируются. Для диагностирования изменений контура днища с определенной периодичностью, поочередно снимаются показания с 16 участков волоконно-оптических кабелей.
Участки волоконно-оптических кабелей 14, соединяются с клеммами 16 электронного коммутатора 17. Коммутатор связан с оптическим рефлектометром 18 и персональным компьютером 19, которые могут регистрировать механические напряжения (изменения) по длине участков кабелей. Каждому из шестнадцати участков волоконно-оптических кабелей в зависимости от конфигурации крепления соответствует определенный сектор днища резервуара, что значительно повышает точность определения и позволяет обнаружить средние и мелкие деформации днища (вмятины, выпучины и осадки), которые связаны с просадками грунта, наличием грунтовых и другими причинами.
Оценка механических напряжений участков кабелей с помощью регистрирующей аппаратуры позволяет определить значения изменений контура днища и оценить по заданным параметрам возможность дальнейшей эксплуатации резервуара или вывода его в капитальный ремонт. Также определения изменений контура днища будут учтены при измерении уровня горючего и учете нефтепродуктов в резервуаре.
Предложенное устройство диагностирования позволяет без освобождения резервуара от нефтепродукта в постоянном режиме контролировать изменения контура по всей площади днища.