ПОДВОДНОЕ НЕФТЕХРАНИЛИЩЕ

Полезная модель относится к конструкции устройства, предназначенного для подводного хранения жидких углеводородов, в частности, нефти.
В настоящее время из уровня техники известны следующие решения.
Так, из описания к патенту РФ №2341433 (опубликован 20.12.2008) известна конструкция подводного хранилища для сырой нефти, которое содержит секцию хранения в виде непроницаемой для нефти и воды ткани, якорную секцию, структурную секцию и передаточную секцию. Секция хранения выполнена в виде гибкого баллона, который можно наполнять, использовать для хранения и освобождать от хранимой текучей среды. Якорная секция выполнена в виде промежуточной структуры между структурной секцией и морским дном со средствами крепления или устойчивого размещения на морском дне. Передаточная секция содержит трубы и клапаны для загрузки и разгрузки хранимой текучей среды и расположена по существу снаружи верхней части хранилища. Структурная секция выполнена в виде наружного корпуса над секцией хранения и закрыта в верхней части так, что образуется закрытый сверху объем с размером, по меньшей мере, соответствующим объему секции хранения, но с отверстиями в окружающее пространство в нижней части. Секция хранения изготовлена из тканого сложного полиэфира, покрытого на каждой стороне сополимерным сплавом на основе хлорированного структурированного этилена.
Кроме этого, из опубликованной евразийской заявки №200501495 (дата публикации 27.04.2007) известна система подводного хранения нефти, которая содержит водяной резервуар, образованный в стеновой конструкции под грунтом для размещения заданного количества воды, причем водной резервуар имеет горизонтальную стенку дна, средство покрытия резервуара, средство стойки, фиксировано установленное на горизонтальной стенке дна водяного резервуара и нефтяной бак, установленный внутри водяного резервуара и поддерживаемый на упомянутом средстве стойки над стенкой дна резервуара и окруженный водой, размещенной в водяном резервуаре, при этом нефтяной бак имеет канал доступа нефти, проходящий вверх наружу упомянутого средства покрытия.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является конструкция резервуара, содержащего, также как и патентуемый резервуар, куполообразный сферический корпус и днище, которое установлено на дне посредством опор. Резервуар также содержит крепежные средства и сопло для заполнения его нефтью или сжатым воздухом. Днище выполнено тороидальной формы.
Недостатком известного нефтехранилища является наличие зоны контакта нефти с водой и большой вероятности их смешивания, что приводит к размножению бактерий в данной зоне и постепенному уменьшению полезной емкости хранилища в период эксплуатации. Кроме этого, есть риск утечки нефти из резервуара и загрязнении акватории.
Техническим результатом патентуемого решения является повышение несущей способности подводного нефтехранилища.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции подводного нефтехранилища, выполненного в виде плоского днища круглой формы и корпуса в виде полусферы, жестко соединенного с днищем и образованием герметичного объема для хранения нефтепродуктов, корпус сообщен посредством трубопровода (внешнего газопровода) с газосборником, при этом днище выполнено выступающим за пределы корпуса, а корпус содержит, по меньшей мере, один патрубок для закачки нефтепродуктов внутрь корпуса и, по меньшей мере, один патрубок для слива нефтепродуктов.
Патрубки для заполнения нефтью и слива могут располагаться в любой части корпуса.
В качестве материала корпуса и основания подводного нефтехранилища можно использовать сталь, железобетон, бетон.
При этом толщина элементов конструкции определяется из условия прочности по первому предельному состоянию и может составлять для стали - 15-20 мм, для бетона и железобетона - 70-150 мм.
Внутри корпуса устанавливается контрольно-измерительное оборудование: запорная арматура, контрольно-измерительные приборы и датчики, в частности, датчик давления для контроля избыточного давления паровоздушной смеси и уровнемер для контроля уровня нефтепродуктов.
Контрольно-измерительное оборудование может быть выполнено дистанционно-управляемым и интегрированным в систему диспетчерского управления и сбора данных (СКАДА/SCADA).
Крепление корпуса к основанию зависит от материала хранилища. В случае выполнения хранилища из стали, корпус жестко приваривается к днищу с помощью электродуговой сварки по периметру нижней кромки полусферы с внешней стороны. В случае изготовления резервуара из бетона или железобетона нижняя кромка корпуса замоноличивается в кольцевой желоб, выполненный в днище.
После погружения резервуара производится закрепление днища на гравийной подушке с помощью анкерных устройств. Количество и расположение анкерных устройств рассчитывается таким образом, чтобы защитить конструкцию подводного резервуара от всплытия и воздействия подводных течений.
Таким образом, выполнение днища выступающим за пределы корпуса и жесткое соединение корпуса с основанием обеспечивают несущую способность конструкции, и, благодаря ее герметичности, препятствует попаданию нефтепродукта в акваторию, что обеспечивает экологическую безопасность. Внешний газопровод служит для транспорта газовоздушной смеси из резервуара в газосборник и, наоборот, при заполнении и опорожнении резервуара.
Кроме этого, согласно теории расчета на прочность и устойчивость упругих тонких оболочек, выполнение корпуса в виде полусферы позволяет достичь наивысшей несущей способности при действии внешнего гидростатического давления, а основание круглой формы обладает наименьшим сопротивлением при обтекании его подводным течением.
Далее патентуемое решение поясняется ссылкой на фигуру, на которой приведен разрез подводного нефтехранилища.
Нефтехранилище состоит из днища 3 и имеющего форму полусферы корпуса 5,, жестко защемленного в днище 3. Габариты и толщина стенки конструктивных элементов резервуара выбираются согласно расчету на прочность и устойчивость оболочек. Уровень надежности конструкции подводного резервуара и коэффициент запаса определяются в зависимости от его несущей способности. Рядом с резервуаром расположен газосборник 9, соединенный с корпусом 5 посредством внешнего газопровода 8, для обеспечения процесса «больших» и «малых» дыханий при заполнении и опорожнении нефтехранилища. Конструкция газосборника представляет собой герметичный стальной баллон высокого давления, в котором происходит последовательно сжатие и расширение газа при опорожнении нефтехранилища и заполнении нефтепродуктом. Газосборник 9 устанавливается с помощью свай 10 в грунте дна водоема.
Днище 3 с помощью завинчивающихся анкерных устройств 2 жестко крепится сквозь гравийное основание 1 ко дну водоема. Корпус 5 содержит патрубок 4 для заполнения нефтехранилища нефтью и патрубок (не показан) для слива нефтепродукта из нефтехранилища под действием избыточного давления газа в газосборнике 9, расположенный за патрубком 4 на одном с ним уровне. Внутри нефтехранилища устанавливается контрольно-измерительное оборудование (не показано), хранится продукт налива (нефтепродукт) 6, над которым образуется газовоздушная смесь 7,.
Нефтехранилище устанавливается на предварительно выровненной поверхности на подготовленное гравийное основание 1.
Количество и расположение анкерных устройств 2 выбирается таким образом, чтобы защитить конструкцию подводного нефтехранилища от всплытия и воздействия подводных течений.
В построенном на суше резервуаре находится воздух под давлением, равным атмосферному.
Чтобы погрузить резервуар под воду, необходимо преодолеть Архимедову силу. Для этого служат специальные пригрузы, с помощью которых резервуар плавно опускается на гравийное основание 1 по заранее нанесенным реперам, и, с помощью анкерных устройств 2, жестко закрепляется на основании 1. После этого, при помощи плавучих кранов пригрузы снимаются.
Заполнение нефтехранилища производится центробежным насосом через подводящий трубопровод (не показаны), соединенный с патрубком 4.
При заполнении внутреннего объема корпуса 5 с помощью центробежного насоса, происходит сжатие газовоздушного пространства над зеркалом нефтепродукта. Жидкий нефтепродукт по мере заполнения объема, как поршень, движется вверх и сжимает воздух. При этом происходит перемешивание атомов воздуха с углеводородами и образуется газовоздушная смесь. Как только избыточное давление газа достигнет тарированного значения (что фиксируется измерительными приборами внутри корпуса), открывается клапан (не показан) и газ через внешний герметичный газопровод поступает в газосборник 9, который обладает высокой несущей способностью. Подача нефтепродукта потребителю (например, подводному танкеру) происходит под избыточным давлением газа из газосборника, который поступает в резервуар через внешний газопровод и вытесняет нефтепродукт. Избыточное давление газа в газосборнике становится равным нулю, когда весь нефтепродукт покинет оболочку резервуара и емкость станет пустой.
Предлагаемый резервуар может быть сооружен как одиночным, так и в составе группы подобных резервуаров, образуя подводный резервуарный парк.
Нефтехранилища данной конструктивной формы могут использоваться для хранения сырой нефти и нефтепродуктов под водой на разных глубинах.
Применение такого рода нефтехранилищ становится особо актуальным в связи с освоением шельфовых месторождений в настоящее время.