IT201900001687A1 - Sistema per la protezione dalla sovrapressione per serbatoi subacquei - Google Patents

Description

Titolo: "SISTEMA DI PROTEZIONE DALLA SOVRAPRESSIONE PER SERBATOI SOTTOMARINI",

DESCRIZIONE

Campo della tecnica dell'invenzione

La presente invenzione trova applicazione nel settore dello stoccaggio subacqueo di prodotti chimici, in particolare come protezione di serbatoi rigidi dalla sovrapressione interna o esterna dovuta alla quota batimetrica.

Stato dell'arte

I serbatoi rigidi (200,300,400) che lavorano sul fondo del mare, anche fino a 3000m, per evitare l'implosione causata dalla pressione batimetrica esterna usano l'acqua di mare come fluido di compensazione della pressione. In tale maniera la pressione interna non sarà diversa da quella esterna. Per evitare il contatto tra liquido contenuto e l'acqua di mare si utilizzano delle membrane o dei serbatoi flessibili (201,301). L'ingresso dell'acqua può essere diretto tramite fori opportunamente collocati, come nei brevetti US4141377 e US7448404 , oppure è pilotato da valvole meccaniche monodirezionali che si aprono quando la pressione interna o esterna supera un certo valore differenziale come nei brevetti US9656800 e US9656801. Nel primo caso i serbatoi hanno una struttura leggera, ma in caso di perdite dalla membrana non proteggono dalla fuoriuscita di prodotto chimico verso l'esterno a causa dei fori. Nel secondo caso se la membrana avesse una perdita, il sistema sarebbe isolato dall'esterno, ma in questo caso il serbatoio richiederebbe una struttura più robusta dovuta alla pressione differenziale caratteristica delle valvole meccaniche. La presente invenzione permette di ottenere l'isolamento del sistema dall'esterno contemporaneamente a una struttura del serbatoio leggera.

Riassunto Dell ’ invenzione

Tale dispositivo è applicabile a serbatoi su bacquei e in particolare a serbatoi sottomarini. Esso permette di separare/isolare l'interno del serbatoio dall'ambiente esterno in caso di sostanziale equipressione . Nel caso di una pressione differenziale superiore al valore previsto dal dimensionamento del sistema, il dispositivo permette di far passare l'acqua, usata come fluido di compensazione, sia verso l'interno, sia verso l'esterno. In pratica tale dispositivo permette di proteggere i serbatoi rigidi dall'implosione dovuta alla pressione batimetrica.

Breve descrizione delle figure

In fig. n. 1 è rappresentato il dispositivo di protezione dalla sovrapressione consistente in un serbatoio (100) diviso in due camere 120,130 comunicanti nella parte inferiore, dove è presente un liquido insolubile (110) in acqua e di densità superiore a quella dell'acqua.

In Fig. n. 2 è rappresentato uno stoccaggio subacqueo con il suo sistema di pompaggio (250) a cui è stato applicato il di protezione dalla sovrapressione. Nel serbatoio è presente un pallone plastico (201) in cui è contenuto il liquido da pompare (220). Il liquido pompato lascerà una depressione che sarà occupata dall'acqua.

In Fig. n. 3 è rappresentato un serbatoio di stoccaggio subacqueo (300) con il suo pallone interno (301) e con il suo sistema di pompaggio (350) a cui è stato applicato il di protezione dalla sovrapressione. Tale serbatoio simile al precedente, differisce per la pressione di collasso dovuta alla pressione batimetrica esterna; infatti avendo una struttura a parallelepipedo è in generale più bassa del caso di serbatoi cilindrici come in fig. n. 2,. Il dispositivo particolarmente adatto per proteggere serbatoi di tale genere.

In Fig. n. 4 è rappresentato un serbatoio di stoccaggio subacqueo (400) orizzontale con il suo pallone interno (401) e con il suo sistema di pompaggio (450) a cui è stato applicato il dispositivo di protezione dalla sovrapressione.

Descrizione dell'invenzione

Tale dispositivo consiste in un serbatoio (100), preferibilmente verticale e cilindrico, di volume contenuto rispetto al serbatoio cui è associato (200,300) e collegato a esso tramite una tubazione (155). Esso è diviso in due camere separate (120,130) ma comunicanti nella parte inferiore. Esso è riempito con un liquido 110 di densità superiore a quella dell'acqua di mare e immiscibile con essa, chiamato liquido di interposizione (LDI), in modo che le due camere siano non comunicanti direttamente. Una camera è collegata al serbatoio (200,300), la seconda camera è collegata con l'ambiente subacqueo. Quando il serbatoio inizia a depressurizzarsi perché il liquido (220,320,420) contenuto nella sacca (201,301,401) è pompato verso gli utilizzi, il liquido (110) nel dispositivo (100) è spinto all'interno del serbatoio dalla pressione esterna e dietro di esso l'acqua di mare. Ad un certo punto l'acqua di mare entra nella camera (130) collegata con il serbatoio. L'acqua di mare avendo una densità minore tende a superare il LDI verso l'alto. Il LDI ridiscende nella sua posizione ristabilendo la separazione tra le due camere (120,130). L'acqua di mare entrata occupa lo spazio del prodotto chimico (220,320,420) pompato e riducendo la differenza di pressione.

Al contrario se la pressione all'interno del serbatoio tende a essere superiore rispetto a quella esterna, l'acqua contenuta nel serbatoio tende a spingere verso l'esterno spostando il LDI. Nel momento in cui l'acqua arriva nella seconda camera (120), essa supererà il LDI avendo una densità minore. Il LDI scenderà e ristabilirà la separazione tra le camere.

La differenza di pressione caratteristica cui un sistema come quello oggetto della presente invenzione interviene può essere di migliaia di Pascal. La pressione cui si può ottenere la rottura del fluido è tarabile in funzione dell'altezza del LDI e della densità del fluido scelto.

Il vantaggio di tale dispositivo è la possibilità, nel caso di serbatoi a pallone contenenti prodotti chimici subacquei, di avere una barriera di protezione/isolamento utilizzando serbatoi dimensionati con pressione di progetto di centinaia di Pascal, e non con pressioni di progetto di oltre 100'000 Pascal; valore conseguente alla taratura delle valvole meccaniche per il controllo e/o la protezione della pressione.

ESEMPIO 1 (Fig. n. 1)

Un serbatoio (100) del diametro di 300mm e alto 850mm con una lamiera (140) nel mezzo che si sviluppa dalla testa del serbatoio giù quasi fino alla linea di tangenza inferiore . Tale lamiera divide il serbatoio in due camere (120,130) comunicanti nella parte ellissoidale inferiore. Esso è riempito di perfluorononano (C9F20), avente una densità di 1740kg/m<3 >e una solubilità in acqua estremamente bassa. Il livello del periluorononano arriva fino a 150mm sopra il lato inferiore della lamiera di separazione (140) in cui le due camere (120,130) comunicano. Il dispositivo è collegato con la linea (155) ad un serbatoio subacqueo contenente un pallone in materiale plastico. Il sistema è immerso in acqua per essere collocato sul fondo del mare. La pressione esterna incomincia ad aumentare, e l'acqua di mare aumentando la pressione batimetrica spinge sul LDI attraverso la linea (165), il LDI scende di livello nella camera (120) e sale di livello nella camera interna (130) del serbatoio, quando il LDI sale oltre 300mm, l'acqua dalla camera esterna (120) passa a quella interna (130), essendo meno densa, tende a galleggiare sul LDI ed a superare il LDI che ricade sul fondo del serbatoio. Questo ingresso di acqua di mare con la discesa del serbatoio verso il fondo marino si ripeterà più volte. La differenza di pressione cui è soggetto il sistema nel momento in cui l'acqua di mare passa dalla camera (120) alla camera (130) e di 5121Pa.

All'arrivo sul fondo la differenza di pressione tra interno ed esterno del serbatoio sarà minore di 5121Pa .

ESEMPIO 2 (Fig. n.2)

A un serbatoio verticale a sezione circolare (200) di 2m di diametro ed alto 9m ed avente una pressione di progetto di 50kPa, contenente una sacca in materiale plastico (201) in cui è contenuto un liquido (metanolo) della densità di 800kg/m3 (220) è applicato il dispositivo soggetto della presente domanda. Si tratta di un serbatoio (100) del diametro di 200mm ed alto 800mm. E diviso in due camere (120,130) da una parete metallica (140) che parte dal tetto del serbatoio fino alla linea di tangenza inferiore, dove le due camere sono collegate. Nel dispositivo sono inseriti ca . 7 litri di LDI costituito da un composto chimico noto come periluoroottano con densità di 1800kg/m3. Il LDI è alto sulla parete divisoria per ca. 200mm. Il serbatoio è collocato sul fondo del mare alla profondità di 2200m e il prodotto chimico contenuto nella sacca (220) è pompato ad una linea sottomarina contenente gas naturale. Il volume di prodotto chimico (220) pompato lascia del vuoto nel serbatoio (200) e una conseguente depressione. La depressione fa si che l'acqua di mare sia aspirata tramite il dispositivo, che lascerà passare dell'acqua di mare per un volume equivalente al chimico pompato (220), chiudendo la comunicazione tra serbatoio (200) e ambiente marino quando la differenza di pressione si è riequilibrata.

ESEMPIO 3 (Fig. n. 3)

Un serbatoio orizzontale in acciaio (300) del volume di 25 m<3>, avente la forma di un parallelepipedo a cui è collegato un dispositivo soggetto della presente domanda, contenente un pallone in gomma (301) avente la forma di un cuscino e contenente un carburante tipo diesel (320), posizionato in un laghetto alla profondità di 20m. Durante la discesa sul fondo la pressione esterna è superiore a quella interna, per cui attraverso il dispositivo entrerà dell'acqua per riequilibrare la pressione differenziale. Arrivato sul fondo del laghetto, il serbatoio (300) avrà una pressione interna molto prossima a quella batimetrica. Il serbatoio sarà collegato a un sistema pompante (350).

Il carburante uscirà dal serbatoio per adempiere all'utilizzo a cui è stato destinato ovvero alimentazione di veicoli, depressurizzando il serbatoio. Contemporaneamente dell'acqua passerà attraverso il dispositivo riequilibrando il volume perso ed equilibrando la pressione.

ESEMPIO 4 (Fig. n.4)

A un serbatoio orizzontale a sezione circolare (400) di 2,5m di diametro ed lungo 10m , avente una pressione di progetto di 10 kPa sia positivi che negativi, contenente una sacca in materiale plastico in NBR (401) in cui è contenuto una soluzione di dietilenglicole della densità di 1118kg/m3 (420) è applicato il dispositivo oggetto della presente domanda. Si tratta di un serbatoio (100) del diametro di 240mm ed alto 1000mm. Il serbatoio (100) è' diviso in due camere (120,130) da una parete metallica (140) che parte dal tetto del serbatoio fino alla linea di tangenza inferiore, dove le due camere sono collegate. Nel dispositivo sono inseriti ca. 15 litri di LDI costituito da un composto chimico noto come perfluoroottano con densità di 1800kg/m3. Il LDI è alto sulla parete divisoria per ca. 300mm. Il serbatoio è collocato sul fondo del mare alla profondità di 2200m e il prodotto chimico contenuto nella sacca (401) è pompato agli utilizzi. Il dietilenglicole (420) pompato lascia del vuoto nel serbatoio (400) e quindi una depressione. La depressione attiva l'ingresso di acqua di mare tramite il dispositivo , che lascerà passare un volume equivalente di acqua, chiudendo la comunicazione tra serbatoio (400) e ambiente marino al riequilibrarsi della pressione.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1) Un dispositivo per la protezione dalla sovrapressione per serbatoi subacquei costituito da un serbatoio diviso in due camere comunicanti sul fondo del serbatoio, riempito parzialmente con un prodotto chimico insolubile in acqua e avente una densità superiore a quella dell'acqua che impedisce la comunicazione tra le due camere in condizioni di equipressione e lo permette solo in condizioni di sovrapressione.
2. 2) Un sistema di cui al punto 1 in cui il livello del prodotto chimico isola le due camere in condizioni di equipressione, mentre permette il passaggio di acqua nel caso di pressione differenziale superiore ad un valore caratteristico del dispositivo, ritornando alle condizioni iniziali in caso riequilibrio della pressione.
3. 3) Un sistema di cui al punto 1 che permette il passaggio di acqua in condizioni di pressione differenziale superiore ad un valore definito e lo impedisce in condizioni di equipressione.