Пробоотборник секционный сниженный для резервуаров с плавающей крышей (понтоном)
SECTIONAL LOWERED SAMPLER FOR RESERVOIRS WITH FLOATING ROOF (PONTOON)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к технологическому оборудованию для предприятий хранения нефти и нефтепродуктов, в частности к устройствам для получения фактического состава пробы на каждом измеряемом уровне из резервуара, оснащенного понтоном или плавающей крышей, без потерь нефтепродукта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известен пробоотборник для отбора проб, в частности из резервуаров с понтоном или плавающей крышей, оснащенный гибкой пробозаборной трубкой, прикрепленной к тяговому тросу, а также дополнительным тросом, закрепленным на барабане и грузом (SU 1352294 А1, 15.11.1987, G01N 1/10, патентообладатель Куйбышевское специальное конструкторское бюро научно-производственного объединения «Нефтехимавтоматика»). Пробоотборник предназначен для стационарной установки внутри резервуара с нефтью/нефтепродуктами.
К недостаткам конструкции указанного пробоотборника можно отнести отсутствие возможности вернуть излишки продукта обратно в резервуар (потеря продукта во время отбора проб) и выполнение пробозаборной трубки гибкой по всей длине, которая при постоянном воздействии с агрессивными нефтепродуктами теряет свои физико-механические свойства, такие как прочность, упругость и гибкость, что неизбежно приводит к деформациям, перегибам, образованию трещин и разрывов пробозаборной трубки, в результате чего пробозаборная трубка теряет герметичность, пропускную способность и подлежит частой замене, тем самым снижая надежность пробоотборника и сокращая срок его службы.
Из уровня техники также известен пробоотборник плавающий для резервуара с понтоном (плавающей крышей) ППП, предназначенный для отбора проб нефтепродукта с определенных уровней резервуара с самотечным или принудительным (при помощи насоса ручного поршневого) сливом объединенной (смешанной) или точечной пробы, см. https://gazovikoil.ru/probootbornik-plavayushhij-dlya-rezervuara-s-pontonom-plavayushhej-kryishej-ppp.
Указанный пробоотборник типа ППП предназначен для использования в резервуаре с нефтью/нефтепродуктами, содержит приемный узел, штангу из двух секций, имеющую шарнирное соединение, узел крепления к понтону, опоры, переходные трубки и пробозаборные трубы, соединенные резиновым шлангом.
К недостатку указанного пробоотборника относится использование гибких резиновых шлангов для соединения пробозаборных труб. Гибкие шланги, в частности из резины, при длительном воздействии с агрессивными нефтепродуктами теряют свои физико-механические свойства, такие как прочность, упругость и гибкость, что неизбежно приводит к деформациям, перегибам, образованию трещин и разрывов, в результате чего места соединений теряют герметичность, пропускную способность и подлежат частой замене, тем самым снижая надежность пробоотборника и сокращая срок его службы.
Также у пробоотборников типа ППП в конструкции имеется жесткое крепление с помощью троса нижней секции, что будет препятствовать прогибу коленных секций в пределах упругих деформаций и суммарному перемещению коленных секций во время возможного радиального перемещения борта плавающей крыши/понтона и при сейсмических воздействиях до 10 баллов включительно, что может привести к поломке конструкции во время радиального перемещения борта плавающей крыши/понтона и при сейсмических воздействиях, а соответственно к уменьшению срока службы пробоотборника и низкому показателю надежности.
Из уровня техники также известен пробоотборник типа ПСРпт-1, предназначенный для отбора проб нефти и нефтепродуктов с трех уровней жидкости резервуаров, который выполнен с возможностью установки на вертикальный резервуар, оснащенный любым типом понтонов: стальных, алюминиевых, блочных и т.п., см. http://xn----itbxofdje7e.xn--plai/rezervuamoe-obomdovanie/probootbomiki-psr-psrp-po-1-po-2-pspr-psprp-psrt-1-psrpt-1/probootbornik-psrt-1-psrpt-1-dlya-rezervuarov-rvs-i-rvsp/.
Указанный пробоотборник типа ПСРпт-1 предназначен для резервуаров с нефтью/нефтепродуктами, состоит из одно- или двухколенных секций, которые соединены между собой гибкими трубками и шарнирными узлами. Нижний шарнирный узел закрепляется к стационарной опоре понтона. Верхний, соответственно, крепится к самому понтону.
К недостаткам указанного типа пробоотборника следует отнести соединение коленных секций гибкими трубками, поскольку при постоянном и длительном воздействии с агрессивными нефтепродуктами они теряют свои физико-механические свойства, такие как прочность, упругость и гибкость, что неизбежно приводит к деформациям, перегибам, образованию трещин и разрывов, в результате чего места соединений теряют герметичность, пропускную способность и подлежат частой замене, тем самым снижая надежность пробоотборника и сокращая срок его службы.
Кроме того, отсутствие поплавков в конструкции пробоотборников типа ПСРпт-1 также является недостатком, т.к. при отсутствии поплавков вес конструкции пробоотборника создает дополнительную нагрузку па понтон/плавающую крышу, что может привести к затоплению и/или разрушению понтона, снижает надежность и срок службы пробоотборника.
К наиболее близкому аналогу можно отнести пробоотборник резервуарный сниженный трехуровневый ПРСпт производства ООО ПУП «Поршень», предназначенный для отбора точечных проб продукта с трех уровней в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами в соответствии с нормативными требованиями по определению качества нефтепродуктов см. https://porshen-hvp.ru/proobotborniki/probootbornik_prst/.
Указанный пробоотборник ПРСпт устанавливается внутрь резервуара, включает узел управления, патрубок приемо-раздаточный в комплекте с усиливающей накладкой, стрелу, состоящую из двух секций и имеющую шарнирные соединения в средней и нижней частях, поворотный кронштейн крепления стрелы к стенке резервуара или его дну, гибкие рукава соединения узла управления со стрелой, узел крепления стрелы к понтону резервуара и пробозаборные трубы, соединенные гибкими рукавами. Гибкие рукава соединения узла управления со стрелой резиновые напорные с текстильным каркасом. Для уменьшения прогиба и внутренних напряжений, при необходимости, применяются дополнительные поплавки. Такие поплавки крепятся в средней части стрелы и создают дополнительную подъемную силу для компенсации веса стрелы.
Основным недостатком указанного пробоотборника типа ПРСпт является соединение пробозаборных труб между собой в местах шарнирных узлов, а также соединение узла управления со стрелой - гибкими рукавами. Гибкие рукава, выполненные из резины или мягкого полиуретана, при постоянном и длительном воздействии с агрессивными нефтепродуктами теряют свои физико-механические свойства, такие как прочность, упругость и гибкость, что неизбежно приводит к деформациям, перегибам, образованию трещин и разрывовв рукавах, в результате чего места соединений теряют герметичность, пропускную способность и подлежат частой замене, тем самым снижая надежность пробоотборника и сокращая срок его службы.
Расположение поплавков в средней части стрелы приводит к компенсации веса нижней части стрелы, однако сохраняется нагрузка верхней части стрелы и риск затопления или разрушения понтона/плавающей крыши при дополнительных нагрузках на него, что также снижает надежность и срок службы пробоотборника.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является исключение из конструкции пробооборника, предназначенного для дифференцированного отбора проб нефти и нефтепродуктов без потерь с трех уровней в соответствии с ГОСТ 25)7-2012, в резервуарах, оснащенных понтоном или плавающей крышей, типа РВСГ1, РВСПК, гибких пробозаборных труб или их соединительных элементов.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности пробоотборника, что соответственно приводит к повышению срока службы устройства.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что пробоотборник сниженный для резервуаров с плавающей крышей или понтоном, содержащий несущую коленную штангу, состоящую из верхней и нижней секций, соединенных посредством среднего шарнирного узла, верхний шарнирный узел, предназначенный для крепления к плавающей крыше или понтону через кронштейн, нижний шарнирный узел, предназначенный для закрепления на стенке резервуара, пробозаборные колонны верхнего, среднего и нижнего уровней отбора пробы с верхним, средним и нижним узлами забора пробы соответственно, распределительное устройство, гидравлически связанное с патрубком прокачки, краны забора пробы с нижнего, среднего и верхнего уровней отбора пробы, краны слива и откачки, кран прокачки и ручной насос, согласно изобретению, пробозаборные колонны выполнены жесткими, при этом соединение трубопроводов пробозаборных колонн среднего и верхнего уровня отбора пробы в местах шарнирных узлов выполнено через шарнирные узлы.
Пробозаборная колонна среднего уровня отбора пробы выполнена из жестких трубопроводов, соединенных между собой, например, сваркой или при помощи муфтовых соединений, проходящих вдоль нижней секции коленной штанги, не доходя до среднего шарнирного узла, а в месте нижнего шарнирного узла - через него.
Пробозаборная колонна верхнего уровня отбора пробы выполнена из жестких трубопроводов, соединенных между собой, например, сваркой или при помощи муфтовых соединений, проходящих вдоль нижней и верхней секций коленной штанги через нижний, средний и верхний шарнирные узлы.
Пробозаборные колонны могут быть выполнены из различных материалов: пластик, композит, металл, коррозионно-стойкий материала, например, 12Х18Н10Т для исключения загрязнения пробы продуктами коррозии.
Нижний шарнирный узел содержит два корпуса, антифрикционные втулки, прижимы, уплотнительные кольца, опору, площадку, сплошную ось с двумя глухими торцевыми отверстиями, выполненными с обоих торцов оси и соосно с ней, в которых расположены штуцеры, и двумя глухими отверстиями, выполненными со стороны стенки оси, таким образом, что глухие отверстия попарно образуют два канала между собой внутри оси.
Средний шарнирный узел включает два корпуса, антифрикционные втулки, прижимы и уплотнительные кольца, опору, площадку, сплошную ось с одним глухим торцевым отверстием, выполненным на торце соосно оси, в котором расположен штуцер, и одним глухим отверстием, выполненным в боковой стенке таким образом, что глухие отверстия образуют канал внутри оси.
Верхний шарнирный узел включает два корпуса, антифрикционные втулки, прижимы, уплотнительные кольца, опору, площадку, сплошную ось с одним глухим торцевым отверстием, выполненным соосно оси, в котором расположен штуцер, и одним глухим отверстием, выполненным в боковой стенке таким образом, что глухие отверстия образуют канал внутри оси.
Пробозаборная колонна верхнего уровня отбора пробы проходит через каналы, образованные в нижнем, среднем и верхнем шарнирных узлах.
Пробозаборная колонна среднего уровня отбора пробы проходит через канал, образованный в нижнем шарнирном узле.
Пробоотборник содержит поплавки, расположенные на верхней секции несущей коленной штанги, при этом поплавки выполнены спаренными и расположены по обе стороны от верхней секции несущей коленной штанги.
Пробозаборные колонны верхнего и среднего уровней отбора проб закреплены по бокам несущей коленной штанги при помощи проушин, расположенных на несущей коленной штанге.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Реализация заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг. 1 - схематичный общий вид пробоотборника,
фиг. 2 - вид пробоотборника сбоку,
фиг. 3 - верхний подшипниковый узел в изометрии,
фиг. 4 - средний подшипниковый узел в изометрии,
фиг. 5 - нижний подшипниковый узел в изометрии,
фиг. 6 - нижний подшипниковый узел в разрезе,
фиг. 7 - распределительное устройство, вид сбоку, где на чертеже позиции имеют следующие обозначения:
1 - нижняя секция несущей коленной штанги;
2 - верхняя секция несущей коленной штанги;
3 - средний шарнирный узел;
4 - верхний шарнирный узел;
5 - кроншейн;
6 - нижний шарнирный узел;
7 - пробозаборная колонна нижнего уровня отбора пробы;
8 - пробозаборная колонна среднего уровня отбора пробы;
9 - пробозаборная колонна верхнего уровня отбора пробы;
10 - нижним узел забора пробы;
11 - средний узел забора пробы;
12 - верхний узел забора пробы;
13 - распределительное устройство;
14 - патрубок прокачки;
15 - кран забора пробы с нижнего уровня отбора пробы;
16 - кран забора пробы со среднего уровня отбора пробы;
17 - кран забора пробы с верхнего уровня отбора пробы;
18 - кран слива;
19 - кран откачки;
20 - кран прокачки;
21 - ручной насос;
22 - поплавок большой;
23 - поплавок малый;
24 - опора;
25 - площадка;
26 - штуцер;
27 - канал;
28 - ось;
29 - корпус;
30 - антифрикционная втулка;
31 - прижим;
32 - уплотнительное кольцо;
33 - глухое отверстие;
34 - глухое торцевое отверстие;
35 - проушины.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пробоотборник сниженный для резервуаров с плавающей крышей или понтоном содержит несущую коленную штангу, состоящую из нижней (1) и верхней (2) секций, соединенных посредством среднего шарнирного узла (3). Также пробоотборник содержит верхний шарнирный узел (4), предназначенный для крепления пробоотборника к плавающей крыше (понтону) через кронштейн (5), и нижний шарнирный узел (6), предназначенный для закрепления на стенке резервуара.
Пробоотборник включает пробозаборные колонны нижнего (7), среднего (8) и верхнего (9) уровня отбора пробы с нижним (10), средним (11) и верхним (12) узлом забора пробы соответственно, состоящие из пробозаборных трубопроводов.
На открытых концах пробозаборных колонн нижнего (7), среднего (8) и верхнего (9) уровня отбора проб расположены нижний (10), средний (11) и верхний узел забора проб (12) соответственно, представляющие собой цилиндрические наконечники со сквозными осевыми симметричными прорезями.
В целях дифференцированного отбора проб нефти и нефтепродуктов с трех уровней в соответствии с ГОСТ 2517-2012, верхний узел забора проб (12) расположен ниже уровня жидкости на 250 мм, средний узел забора пробы (11) - на расстоянии половины высоты столба нефти/нефтепродукта, а нижний узел забора пробы (10) установлен стационарно на высоте 250 мм от дна резервуара и на расстоянии не менее 400 мм от стенки резервуара.
Пробоотборник включает распределительное устройство (13), гидравлически связанное с патрубком прокачки (14), кранами забора пробы с нижнего (15), среднего (16) и верхнего (17) уровней отбора пробы, кранами слива (18) и откачки (19), краном прокачки (20) и ручным насосом (21).
Отличительной особенностью заявленного изобретения является то, что пробозаборные колонны выполнены жесткими, при этом соединение трубопроводов пробозаборных колонн среднего (8) и верхнего (9) уровня отбора пробы в местах шарнирных узлов выполнено через шарнирные узлы.
Таким образом, нижний (6), средний (3) и верхний (4) шарнирные узлы выполняют роль подшипника скольжения и герметичного подвижного уплотнения одновременно
Более подробно, пробозаборная колонна нижнего уровня отбора проб (7) проходит от распределительного устройства (11) вдоль днища резервуара. Пробозаборная колонна среднего уровня отбора пробы (8) выполнена из жестких трубопроводов, соединенных между собой, например, сваркой или при помощи муфтовых соединений, проходящих от распределительного устройства (13) вдоль нижней секции коленной штанги (1) не доходя до среднего шарнирного узла (3), а в месте нижнего шарнирного узла (6) - через него. Пробозаборная колонна верхнего уровня отбора пробы (9) выполнена из жестких труб, соединенных между собой, например, сваркой или при помощи муфтовых соединений, проходящих от распределительного устройства (13) вдоль нижней (1) и верхней (2) секций коленной штанги через нижний (6), средний (3) и верхний (4) шарнирные узлы.
Нижний шарнирный узел (6) включает сплошную ось (28) с двумя глухими торцевыми отверстиями (34), выполненными с обоих торцов оси (28) и соосно с ней, в которых установлены штуцеры (26), и двумя глухими отверстиями (33), выполненными со стороны стенки оси (28), таким образом, что глухие отверстия (глухое отверстие (33) и глухое торцевое отверстие (34)) попарно образуют два канала (27) между собой внутри оси (28) для соединения трубопроводов в колонну верхнего уровня отбора проб (9) и колонну среднего уровня отбора проб (8).
Также нижний шарнирный узел (6) включает два корпуса (29), антифрикционные втулки (30), прижимы (31), уплотнительные кольца (32), опору (24) посредством которой он крепится к стенке резервуара, площадку (25) с помощью которой он крепится к нижней секции несущей коленной штанги (1).
Средний (3) и верхний (4) шарнирные узлы выполнены аналогично нижнему шарнирному узлу (6).
Средний шарнирный узел (3) включает сплошную ось (28) с одним глухим торцевым отверстием (34), выполненным на торце соосно оси (28), в котором расположен штуцер (26), и одним глухим отверстием (33), выполненным в боковой стенке таким образом, что глухие отверстия (33) и (34) образуют канал (27) между собой внутри оси (28) для герметичного соединения труб в колонну пробозаборных труб верхнего уровня отбора проб (9).
Также средний шарнирный узел (3) содержит два корпуса (29), антифрикционные втулки (30), прижимы (31) и уплотнительные кольца (32), опору (24) посредством которой он крепится к верхней секции несущей коленной штанги (2), площадку (25) с помощью которой он крепится к нижней секции несущей коленной штанги (1).
Верхний шарнирный узел (4) включает сплошную ось (28) с одним глухим торцевым отверстием (34), выполненным соосно оси (28), в котором расположен штуцер (26), и одним глухим отверстием (33), выполненным в боковой стенке таким образом, что глухие отверстия (33) и (34) образуют между собой канал (27) внутри оси (28) для соединения труб в колонну пробозаборных труб верхнего уровня отбора пробы (9).
Также верхний шарнирный узел (4) включает два корпуса (29), антифрикционные втулки (30), прижимы (31), уплотнительные кольца (32), опору (24) посредством которой он крепится к плавающей крыше (понтону) резервуара через кронштейн (5), площадку (25) с помощью которой он крепится к верхней секции несущей коленной штанги (2).
Пробоотборник выполнен таким образом, что шарнирные узлы в его конструкции работают не только как узлы соединения секций несущей коленной штанги и закрепления к узлам резервуара, но и одновременно служат шарнирными герметичными соединениями пробозаборных трубопроводов, исключая при этом использование гибких соединительных элементов и повышая тем самым надежность и соответственно срок службы пробоотборника.
Пробозаборные колонны верхнего (9) и среднего (8) уровня отбора проб могут быть закреплены по бокам несущей коленной штанги при помощи проушин (35), расположенных на несущей коленной штанге.
Таким образом, расположение пробозаборных колонн не препятствует работе пробоотборника при складывании нижней (1) и верхней (2) секций несущих коленных штанг при достижении минимального уровня нефтепродукта в резервуаре, в результате чего снижается вероятность заклинивания пробоотборника, за счет чего повышается его надежность и соответственно увеличивается срок службы.
Дополнительно для снятия нагрузки с понтона/плавающей крыши резервуара от веса нижней (1) и верхней (2) секций несущей коленной штанги пробоотборника, кронштейна (5), верхнего (4) и среднего (3) шарнирного узла, на верхней секции (2) несущей коленной штанги предусмотрены большой (22) и малый (23) поплавки, за счет выталкивающей силы компенсирующие вес указанных элементов. Большой (22) и малый (23) поплавки являются спаренными и расположены по обе стороны от верхней секции несущей коленной штанги. Тем самым достигается равномерность распределения компенсирующих воздействий, за счет устойчивости системы, что положительно сказывается на уменьшении нагрузок, действующих на шарнирные узлы и нагрузок, действующих на место присоединения кронштейна к днищу плавающей крыши/понтона, что повышает надежность пробоотборника и соответственно увеличивает срок его службы.
Предпочтительно, чтобы пробоотборные колонны, шарнирные узлы и несущая коленная штанга были выполнены из жестких, коррозионно-стойких материалов, например, 12Х18Н10Т для исключения загрязнения рабочей среды продуктами коррозии, а также повышения надежности работы пробоотборника и соответственно увеличения срока его службы.
Кроме того, могут применяться иные жесткие коррозионно-стойкие материалы.
РАБОТА УСТРОЙСТВА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.
Конструкция распределительного устройства (13) пробоотборника имеет 4 режима работы:
- отбор пробы с каждого уровня резервуара самотеком, с предварительным опорожнением системы пробоотборных колонн в отдельную тару;
- закачка обратно в резервуар слитого из пробоотборных колонн нефтепродукта;
- прокачка пробоотборных колонн от застойного нефтепродукта, через ручной поршневой насос двойного действия (21), обратно в резервуар;
- принудительный отбор проб с каждого уровня резервуара при помощи ручного поршневого насоса двойного действия (21).
Чтобы взять пробу при помощи пробоотборника секционного сниженного, необходимо открыть кран забора пробы, соответствующий уровню (нижний (15), средний (16) и верхний (17) уровни), слить самотеком в отдельную тару не менее двух объемов нефтепродукта, находящегося в системе пробоотборных труб, или прокачать систему согласно режимам работы распределительного устройства (13), а затем набрать в специальную тару необходимое количество нефтепродукта. В случае длительного простоя, отстаивания нефтепродукта в трубках, слабого течения или отсутствия течения жидкости совсем, необходимо, согласно режимам работы распределительного устройства (13), прочистить пробоотборные трубы, открыв и закрыв соответствующие краны, перекачать ручным поршневым насосом двойного действия (21) нефтепродукт в тот же резервуар, через патрубок прокачки (14).
Слитый в отдельную тару нефтепродукт может быть закачан обратно в резервуар при помощи ручного поршневого насоса двойного действия (21), благодаря режимам работы распределительного устройства (13).
Ручной поршневой насос двойного действия (21) применяется также для принудительного отбора проб при низких температурах и, соответственно, высокой кинематической вязкости нефтепродукта.
В случае слива продукта в отдельную тару, пробоотборник оснащен системой возврата слитого нефтепродукта обратно в резервуар при помощи ручного поршневого насоса двойного действия (21).
При отборе пробы с верхнего уровня самотеком или для слива в тару перед отбором открываются краны (17, 19), перекрываются краны (15, 16, 20 и 18) и нефтепродукт через верхний узел забора пробы (12) по пробозаборной колонне верхнего уровня отбора пробы (9) движется внутри трубопроводов и каналов (27), выполненных в осях (28) верхнего (4), среднего (3) и нижнего (6) шарнирных узлов.
При отборе пробы со среднего уровня самотеком или для слива в тару перед отбором открываются краны (16, 19), перекрываются краны (15, 17, 20 и 18) и нефтепродукт через средний узел забора пробы (11) по пробозаборной колонне среднего уровня отбора пробы (8) движется внутри трубопроводов и канала (27), выполненного в оси (28) нижнего шарнирного узла (6).
При отборе пробы с нижнего уровня самотеком или для слива в тару перед отбором открываются краны (15, 19), перекрываются краны (16, 17, 20 и 18) и нефтепродукт через нижний узел забора пробы (10) по пробозаборной колонне нижнего уровня (7) движется внутри трубопровода.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает герметичность, постоянное проходное сечение, стойкость к деформациям и образованию трещин, а также риску полного перекрытия проходного отверстия пробозаборных колонн верхнего, среднего и нижнего уровня отбора пробы в течение длительного срока, тем самым обеспечивая повышение надежности пробоотборника и соответственно увеличивая срок его службы.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости.