ПОНТОН

Полезная модель относится к плавающим покрытиям резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, в частности, к беспоплавковым понтонам вертикальных стальных резервуаров.
Известен понтон резервуара для хранения легкоиспаряющихся нефтепродуктов, содержащий настил, состоящий из металлических полос, края которых закреплены между продольными нижними и верхними балками, а также закрепленный по периметру настила уплотняющий затвор с эластичным элементом (см., например, патент РФ на изобретение №2211791 от 17.10.2001 г., МПК В65D 88/34).
Недостатком этого понтона является сложность конструкции и эксплуатации, что связано с наличием поплавков, необходимых для обеспечения его плавучести. Объясняется это тем, что наличие поплавков делает необходимым использование в конструкции понтона вертикальных стоек, закрепленных на понтоне снизу, а также способствует образованию между поверхностью продукта и настилом полостей, заполненных газовоздушной смесью, которая при повышении температуры попадает через неплотности в настиле в надпонтонное пространство и негативно влияет на окружающую среду, а также создает риск возникновения пожаров.
Известно плавающее покрытие, содержащее настил, состоящий из металлических полос, края которых закреплены между продольными нижними и верхними балками, поперечных швеллеров, установленных на верхних полках верхних продольных балок, и слоя пенополиуретана, расположенного на настиле сверху не выше верхних кромок полок поперечных швеллеров и снабженного защитным слоем, а также закрепленный по периметру настила уплотняющий затвор с эластичным элементом (см., например, патент РФ на изобретение №2331564 от 11.07.2006 г., МПК В65D 88/34).
Недостатком этого беспоплавкового покрытия является возможность повреждения его в процессе эксплуатации, а также сложность и небезопасность в изготовлении. Это связано с наличием на настиле сверху слоя пенополиуретана, который необходим для обеспечения прочности и плавучести покрытия, но конструктивно ничем не защищен от механических воздействий и воздействия паров нефтепродуктов и при этом наносится на поверхность настила в процессе монтажа внутри резервуара. За счет операции нанесения слоев пенополиуретана увеличиваются затраты времени на проведение монтажных работ.
Кроме того, для удаления из-под настила газо-воздушной смеси, которая образуется в пространстве между балками при заполнении резервуара нефтепродуктами, а также для слива под настил нефтепродуктов, попавших на его поверхность, имеется большое количество сливных трубок, наличие которых способствует испарению нефтепродуктов.
Известен также взятый за прототип понтон, содержащий настил, состоящий из неподвижно соединенных между собой пустотелых блоков с легким наполнителем внутри, и закрепленный по периметру настила уплотняющий затвор с эластичным элементом (см., например, патент РФ на изобретение №2219117 от 27.03.2002 г., МПК В65D 88/34).
Конструктивные особенности понтона, в частности, его настила, выполненного из однотипных (в виде секторов и трапеций) алюминиевых блоков, соединенных между собой с помощью расположенных сверху тавровых балок и болтовых соединений, приводят к образованию под балками воздушных полостей. Наличие полостей, как уже отмечалось выше, создает возможность накопления под понтоном газо-воздушной смеси, включающей летучие соединения углеводородов, которые при увеличении температуры могут проходить через негерметичные болтовые соединения в надпонтонное пространство, увеличивая концентрацию паров углеводородов, и тем самым увеличивая пожароопасность и ухудшая экологическое состояние окружающей территории, а также качество хранящегося в резервуаре легкоиспаряющегося продукта.
Наличие балочно-болтового соединения блоков настила приводит к увеличению веса понтона, а значит и к снижению его плавучести, что не позволяет изготавливать однотипные блоки с толщиной стенки больше 0,8 мм (т.е. более стойкими к воздействию агрессивной среды), и тем самьм сокращает срок службы понтона.
Наличие болтовых соединений между блоками делает конструкцию понтона не достаточно жесткой и приводит к необходимости использования большого количества опорных стоек, устанавливаемых на днище, что затрудняет обслуживание резервуара, в том числе проведение работ по его зачистке.
Кроме того, для монтажа известного понтона необходимо оборудовать резервуар специальными технологическими проемами, т.к. форма однотипных блоков и их габаритные размеры не позволяют использовать для подачи внутрь резервуара имеющиеся эксплуатационные люки - лазы (ДУ-500) первого пояса. Большое количество болтовых соединений увеличивает также время на сборку понтона.
Полезная модель решает задачу создания полноконтактного понтона, обладающего повышенной герметичностью, жесткостью и долговечностью, а также снижения трудоемкости и упрощения его монтажа.
Для решения этой задачи в известном понтоне, содержащем настил, состоящий из неподвижно соединенных между собой пустотелых блоков с легким наполнителем внутри, и закрепленный по периметру настила уплотняющий затвор с эластичным элементом, в соответствии с полезной моделью пустотелые блоки выполнены в виде одинаковых параллельно расположенных балок, сцепленных между собой боковыми сторонами, выполненными в виде сопрягаемых профилей, снабженных элементами сцепления, при этом каждый узел сцепления балок дополнительно зафиксирован замковой рейкой, расположенной в замковом гнезде, образованном профилями в верхней части узла сцепления.
Балки и замковые рейки настила выполнены из алюминия.
Элементы сцепления каждой пары сопрягаемых профилей расположены под замковым гнездом и выполнены на одном профиле в виде округлой впадины, плавно переходящей в вертикальный выступ, а на другом профиле в виде ответного округлого выступа, снабженного снизу технологическим скосом и переходящего в ответную вертикальную впадину, а упомянутые вертикальный выступ и впадина плавно соединены с расположенными снизу упорными вертикальными частями профилей, при этом замковая рейка в поперечном сечении имеет форму тонкостенного равнобедренного треугольника, расположенного незамкнутой вершиной вниз, и снабжена упругим элементом, расположенным в незамкнутой вершине между параллельными концевыми частями боковых сторон, замковое гнездо, образованное скосами профилей, соответствующими наклону сторон замковой рейки, снизу имеет замковую полость, образованную в своей верхней части расположенными на каждом профиле на одной высоте горизонтальными замковыми выступами, а в нижней части - горизонтальным опорным выступом, расположенным над упомянутой округлой впадиной соответствующего профиля, при этом параллельные концевые части замковой рейки снабжены снаружи ответными горизонтальными замковыми выступами с направляющими скосами снизу, параллельными боковым сторонам рейки, и в положении «замкнуто» замковые выступы рейки имеют возможность сопряжения с натягом с замковьми выступами замковой полости, а упругий элемент - возможность опирания нижней поверхностью на опорный выступ этой полости.
Упругий элемент замковой рейки выполнен в виде полосы прямоугольного сечения, большая сторона которой расположена вертикально.
Верхняя поверхность замковых реек расположена в одной плоскости с верхней поверхностью балок.
Балки и замковые рейки выполнены составными по длине, при этом составляющие их части соединены между собой с помощью клея-герметика.
Узлы соединения частей балок и замковых реек расположены на настиле в шахматном порядке.
Торцы частей балок расположены под углом 15° к их горизонтальным поверхностям.
Благодаря конструктивным особенностям заявляемого понтона (герметичному соединению одинаковых параллельно расположенных с легким наполнителем внутри балок настила профильными боковыми сторонами с дополнительной фиксацией узлов соединения замковой рейкой) обеспечивается полный контакт нижней плоской поверхности настила с продуктом, повышается прочность, жесткость и герметичность настила с обеспечением необходимой плавучести понтона.
Плоский полноконтактный и герметичный настил устраняет возможность образования полостей между поверхностью продукта и нижней поверхностью настила, а значит и возможность испарения продукта из-под понтона с образованием газовой смеси, что не только значительно снижает вредное воздействие паров углеводородов на окружающую среду и пожароопасность при эксплуатации резервуара, но и потери продукта, связанные с его испарением при хранении в резервуаре, а также сохраняет качество самого продукта за счет сведения до минимума испарения его легких фракций.
Благодаря сцеплению (а не болтовому соединению) балок между собой профильными боковыми сторонами появилась возможность увеличения толщины контактирующих с продуктом стенок балок, что увеличивает долговечность понтона при выполнении балок из алюминия до 30 лет.
Благодаря прочности и жесткости понтона появляется возможность значительно сократить количество опорных стоек в резервуаре.
Выполнение балок со сцепляемыми профилями по бокам существенно упрощает сборку настила, т.к. позволяет произвести ее вручную без применения стандартных крепежных узлов и оборудования, а небольшие размеры поперечного сечения балок (которые при большом диаметре резервуара могут быть выполнены по длине из нескольких частей) позволяют использовать для подачи балок внутрь резервуара эксплуатационные люки-лазы (т.е. обойтись без монтажа на резервуаре специальных технологических проемов).
Заявляемая полезная модель обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для объектов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 - поперечное сечение понтона (расположенного в резервуаре на опорных стойках), на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 (узел соединения соседних балок настила, масштаб увеличен).
Заявляемый понтон состоит из полноконтактного относительно поверхности продукта плоского настила, выполненного из (фиг.1, 2, 3) одинаковых параллельно расположенных узких балок 1, и затвора 2, закрепленного по периметру настила (фиг.1, 2). Затвор 2 имеет кольцевой эластичный элемент (в виде цельносварной полиуретановой ленты). При наличии в резервуаре центральной стойки на понтоне монтируется центральный затвор, аналогичный периферийному.
Балки 1 (фиг.3) выполнены пустотелыми из тонкостенного алюминия (толщина стенок, в том числе, контактирующей с продуктом, равна 1, 5 мм) и для обеспечения необходимой плавучести понтона имеют внутри легкий и прочный наполнитель 3 (пенополиуретан с закрытой ячеистой структурой). Балки неподвижно и беззазорно сцеплены между собой боковыми сторонами, которые выполнены для этого в виде сопрягаемых профилей.
Для герметичного замыкания сверху каждого узла сцепления балок 1 имеются замковые рейки 4 (фиг.2, 3), представляющие собой в поперечном сечении тонкостенный равнобедренный треугольник, расположенный незамкнутой вершиной вниз, а в верхней части узла сцепления имеется соответствующее замковое гнездо, образованное скосами 5 сопрягаемых профилей. Угол наклона скосов 5 соответствует наклону сторон рейки 4.
Сопрягаемые профили соседних балок 1 имеют (фиг.3) расположенные под замковым гнездом элементы сцепления, выполненные на профиле левой балки в виде округлой впадины 6, плавно переходящей снизу в вертикальный выступ 7, а на профиле правой - в виде ответного впадине 6 выступа 8, переходящего в ответную выступу 7 вертикальную впадину 9. Для введения выступа 8 правой балки во впадину 6 левой на выступе 8 имеется технологический скос 10. Для фиксации горизонтального положения балок на профилях имеются вертикальные участки 11 на левой балке и 12 на правой.
Очертания и размеры элементов профилей, в частности выступа 8 и впадины 6, вертикальных выступа 7 и впадины 9 и вертикальных частей 11 и 12 профилей определяются из условия обеспечения беззазорного сцепления профилей от действия горизонтальных и вертикальных сил и сохранения горизонтального положения балок за счет сцепления профилей. Угол наклона технологического скоса 10 выступа 8 правой балки выбирается из условия обеспечения введения выступа 8 во впадину 6 при повороте балки в процессе сборки.
Замковое гнездо снизу имеет прямоугольную замковую полость 13 (см. там же), которая образована в верхней части горизонтальными замковыми выступами 14, расположенными на каждом профиле на одной высоте, а в нижней части - горизонтальным опорным выступом 15, расположенным над впадиной 6 левого профиля. При этом в вершине рейки 4 имеются замковые выступы 16 (ответные выступам 14), которые расположены снаружи на параллельных концевых частях боковых сторон. Под выступами 16 рейки 4 имеются направляющие скосы, параллельные сторонам рейки.
Каждая замковая рейка 4 снабжена упругим элементом 17 (например, из резины), расположенным в незамкнутой вершине между параллельными концевыми частями боковых сторон рейки. Элемент 17 представляет собой в поперечном сечении вертикально расположенный удлиненный прямоугольник.
Параметры рейки 4 и элемента 17, размеры замковых выступов 14 и опорного выступа 15 гнезда 13 и их расположение, а также размеры и расположение выступов 16 рейки 4 выбираются из условия обеспечения в положении «замкнуто» гарантированного герметичного сцепления балок 1 и их горизонтального положения за счет замыкания узлов сцепления рейкой 4 путем введения в контакт (после сжатия элемента 17 при надавливании на рейку сверху) замковых выступов 14 и 16 и их поджатия в горизонтальном и вертикальном направлениях элементом 17.
Для повышения удобства при эксплуатации (исключения возможности получения травм от падения при нахождении на понтоне обслуживающего персонала) и для устранения на настиле мест возможного скопления конденсата от пара и воды при промывке резервуара рейки 4 расположены в одной плоскости с верхней поверхностью балок 1, образуя сверху на настиле гладкую поверхность.
При выполнении резервуара большого диаметра балки 1 и замковые рейки 4 (кроме расположенных в начале и в конце сцепленного ряда) могут состоять из нескольких частей, склеенных между собой стойким к воздействию нефти и нефтепродуктов клеем-герметиком (фиг.1, 2). При этом узлы 18 торцевого соединения частей каждой последующей балки (и рейки 4) располагаются в промежутках между аналогичными узлами 18 предыдущей балки (фиг.2), т.е. в шахматном порядке.
Для большей прочности и лучшей герметизации узлов 18 торцы частей балок расположены под углом α=15° к их горизонтальным поверхностям (фиг.1).
Балки 1 и рейки 4 могут быть выполнены также из пластмассы.
Балки настила и замковые рейки заявляемой конструкции могут быть неоднократно воспроизведены методом экструзии на известном оборудовании по известной технологии. Заполнение балок пенополиуретаном также производится в заводских условиях по известной технологии на известном оборудовании.
Полезная модель работает следующим образом.
Для сборки настила балки 1 и рейки 4 через эксплуатационный люк-лаз первого пояса резервуара вручную подаются внутрь на расположенную на опорных стойках монтажную раму (фиг.1).
Сборка производится с использованием метода, названного методом «Turn-flick», путем последовательного (от одного края настила к другому) сцепления профилями боковых сторон каждой последующей балки (в процессе ее поворота - «Turn» относительно продольной оси) с предыдущей балкой, расположенной в составе настила на монтажной раме, и замыкания (защелкивания - «flick») узла сцепления замковой рейкой.
В процессе сборки настила слева направо (фиг.3) для сцепления балок производится поворот по часовой стрелке присоединяемой правой балки 1, находящейся в руках монтажника, относительно левой балки, лежащей на монтажной раме. При этом выступ 8 правой балки заводится (с использованием скоса 10) во впадину 6 левой до соприкосновения нижней поверхности правой балки с монтажной рамой, а вертикальных частей 11 и 12 профилей между собой до упора. В результате происходит сопряжение профилей и сцепление балок, препятствующее воздействию горизонтальных сил за счет упирания нижней части выступа 8 правой балки в вертикальный выступ 7 левой (при растяжении узла) или основной части выступа 8 - в ответную часть впадины 6 (при сжатии), а вертикальных сил - за счет упирания верхней части выступа 8 в ответную часть впадины 6 или за счет опирания вертикальной впадины 9 правой балки на ответный выступ 7 левой.
После сцепления боковых поверхностей балок в замковое гнездо (предварительно заполненное клеем-герметиком) вводится рейка 4, вершина которой при кратковременном надавливании на рейку сверху (легком ударе резиновой киянкой) сжимает концевыми частями упругий элемент 17 (упираясь направляющими скосами упоров 16 в скосы 5 гнезда), а затем проходит внутрь замковой полости 13 (направляющие скосы скользят по скосам гнезда), в результате чего выступы 16 рейки под действием силы упругости элемента 17 входят в зацепление с выступами 14 профилей (при этом раздается звуковой сигнал - щелчок), нижняя часть элемента 17 упирается в опорный выступ 15 левого профиля, а боковые части замковой рейки 4 плотно прилегают к поверхностям 5 гнезда, герметизируя и упрочняя узел сцепления балок.
При необходимости балки 1 собираются по длине из нескольких частей (фиг.1, 2). В процессе сборки каждая последующая часть балки присоединяется к предыдущей части, уже сцепленной с расположенной на монтажном столе балкой, после сцепления с которой и склеивания (с герметизацией) всех расположенных в промежутках между стыками предыдущей балки узлов соединения 18 торцов балки, производят замыканиеузла сцепления по всей длине балки замковой рейкой 4 (защелкивание замка), торцы частей которой также склеиваются.
После сборки настила по его периметру монтируется герметичный затвор 2.
При поступлении нефти в резервуар происходит подъем понтона, после чего он начинает свободно плавать на поверхности и при наполнении резервуара или сливе нефти поднимается и опускается вместе с ее уровнем.
При колебаниях понтона на поверхности нефти эластичный элемент уплотняющего затвора 2 скользит по стенке резервуара и устраняет возможность поступления атмосферного воздуха к ее кольцевой поверхности у стенки резервуара, а ее паров в надпонтонное пространство.
При сливе нефти из резервуара жесткий понтон в нижнем положении опирается на монтажную раму и опорные стойки (фиг.1).
В процессе эксплуатации герметичный и полностью контактирующий с поверхностью продукта понтон гарантировано сохраняет качество продукта и предохраняет его от потерь, связанных с испарением легких фракций, а также значительно снижает поступление паров углеводородов в надпонтонное пространство.
Использование полезной модели позволяет сделать более экономичным и удобным в эксплуатации резервуар для хранения нефти и ее продуктов.
Благодаря повышенной жесткости понтона (который может выдержать на верхней поверхности до 4-х человек в одном месте) появляется возможность значительно (~ на 50%) уменьшить количество опорных стоек монтажной рамы (которая после сборки понтона остается в резервуаре для эксплуатации в качестве опоры), а уменьшение количества стоек, в свою очередь, повышает удобство и безопасность при обслуживании резервуара, в частности, при проведении регламентных работ, а также зачистке днища от нефтешлама. Операция зачистки днища производится рабочими с использованием шланговых противогазов, страхующих веревок и специальных скребков, и уменьшение количества стоек позволяет рабочему меньше тратить времени на отслеживание направления своего движения, чтобы не запутаться между стойками. Кроме того, уменьшение количества стоек уменьшает и количество нефтешлама, который образуется на днище в местах опирания стоек.
Меньшее количество стоек значительно упрощает технологию проведения регламентных работ (диагностику днища резервуара, калибровку мертвой полости с применением геометрических методов, ремонт днища резервуара с заменой дефектных участков), что приводит к уменьшению стоимости этих работ.
Благодаря повышенной герметичности настила значительно уменьшается негативное воздействие мест хранения нефти и ее продуктов на расположенные рядом территории.
Понтон в соответствии с полезной моделью изготовлен и прошел эксплуатационные испытания, по результатам которых можно сделать вывод о его повышенной герметичности, жесткости и долговечности, низкой трудоемкости и простоте его монтажа.
Полезная модель может быть использована также в качестве плавающей крыши вертикальных резервуаров для хранения нефти и ее продуктов.