IT202000030440A1 - VENTILATED HONEYCOMB FOUNDATION FOR REFRIGERATED CYLINDRICAL LIQUEFIED GAS TANKS - Google Patents

VENTILATED HONEYCOMB FOUNDATION FOR REFRIGERATED CYLINDRICAL LIQUEFIED GAS TANKS Download PDF

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Valerio Colone
Mario Sellaro
Maria Carmela Romano
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Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo: FONDAZIONE ALVEOLARE VENTILATA PER SERBATOI CILINDRICI REFRIGERATI DI GAS LIQUEFATTI; Description of the industrial invention entitled: VENTILATED HONEYCOMB FOUNDATION FOR REFRIGERATED CYLINDRICAL LIQUEFIED GAS TANKS;

La presente invenzione riguarda il settore delle raffinerie di prodotti petroliferi, ed in particolare una soluzione innovativa per le fondazioni dei serbatoi cilindrici refrigerati di stoccaggio di gas liquefatti, quali Propano, Butano o Etilene. The present invention relates to the petroleum product refinery sector, and in particular to an innovative solution for the foundations of refrigerated cylindrical storage tanks for liquefied gases, such as Propane, Butane or Ethylene.

La temperatura interna di questo tipo di serbatoi, che sono a pressione ambiente, ? normalmente e costantemente molto inferiore a 0?C e pertanto anche il suolo sotto la fondazione pu? essere soggetto a temperature inferiori a 0?C. The internal temperature of this type of tank, which is at ambient pressure, is? normally and constantly much lower than 0?C and therefore also the soil under the foundation pu? be subjected to temperatures below 0?C.

Il principale problema associato a tali temperature indotte nel suolo, ? il congelamento dell?acqua interstiziale contenuta nel terreno, il corrispondente aumento di volume ed il conseguente possibile dissesto della fondazione con danni al serbatoio o alle tubazioni ad esso connesse. The main problem associated with such induced temperatures in the soil, ? the freezing of the interstitial water contained in the ground, the corresponding increase in volume and the consequent possible instability of the foundation with damage to the tank or to the pipes connected to it.

Tale fenomeno risulta infatti essere progressivo, nel senso che il congelamento dello strato di umidit? pi? superficiale del terreno provoca la risalita capillare di altra acqua destinata a congelare a sua volta. Ci? provoca evidentemente un continuo incremento della ?lente? di ghiaccio che si genera sotto la fondazione e quindi sollecitazioni sempre crescenti non compatibili con la struttura delle fondazioni. This phenomenon is in fact progressive, in the sense that the freezing of the layer of humidity? more surface of the ground causes the capillary rise of other water destined to freeze in turn. There? evidently causes a continuous increase of the? lens? of ice that is generated under the foundation and therefore ever increasing stresses that are not compatible with the structure of the foundations.

Allo scopo di prevenire questo fenomeno, la prassi ingegneristica e le normative internazionali di riferimento (quali la API 625) prevedono due soluzioni alternative: In order to prevent this phenomenon, engineering practice and international reference standards (such as API 625) provide for two alternative solutions:

? l?installazione di scaldiglie elettriche all?interno dello spessore del disco di fondazione, oppure ? the installation of electric heaters inside the thickness of the foundation disk, or

? la costruzione del disco di fondazione sopraelevato rispetto al piano campagna, su una serie di pilastri. ? the construction of the foundation disc raised above the ground level, on a series of pillars.

Ambedue queste alternative, pur risolvendo i problemi sopra accennati, risultano onerose: la prima per il costo di esercizio, la seconda per il costo di investimento della sopraelevazione. Both of these alternatives, while solving the problems mentioned above, are expensive: the first for the operating cost, the second for the investment cost of the elevation.

L?idea innovativa alla base della presente invenzione, applicabile nel caso in cui tali serbatoi cilindrici refrigerati siano ubicati in siti la cui temperatura minima ambiente sia sempre maggiore di 0?C, ? quella di realizzare una fondazione aerata in modo da impedire la propagazione della bassa temperatura nel terreno sottostante la fondazione stessa. The innovative idea at the basis of the present invention, applicable in the case in which such refrigerated cylindrical tanks are located in sites where the minimum ambient temperature is always greater than 0?C,? that of creating an aerated foundation in order to prevent the propagation of the low temperature in the ground below the foundation itself.

Ci? ? stato ottenuto, secondo il trovato, prevedendo un ?solettone? alveolare di cemento armato di fondazione, a pianta circolare o poligonale, avente la quota di base sostanzialmente al piano campagna e caratterizzato appunto dal fatto di prevedere una pluralit? di canali di ventilazione, predisposti nello spessore della gettata in cemento armato del solettone stesso, comunicanti direttamente con l?ambiente esterno per consentire lo scambio continuo di calore tra l?aria ambiente - la cui temperatura ? sempre superiore a 0?C - ed il corpo della fondazione su cui poggia il serbatoio contenente il gas liquefatto, prevenendo cos? il congelamento del terreno sottostante la fondazione stessa. There? ? obtained, according to the invention, by providing a ?solettone? alveolar reinforced concrete foundation, with a circular or polygonal plan, having the base share substantially at the ground level and characterized precisely by the fact of providing for a plurality of ventilation channels, arranged in the thickness of the reinforced concrete casting of the slab itself, communicating directly with the external environment to allow the continuous exchange of heat between the ambient air - whose temperature is ? always higher than 0?C - and the body of the foundation on which rests the tank containing the liquefied gas, thus preventing? the freezing of the ground below the foundation itself.

Nel seguito della presente descrizione, col termine solettone ?alveolare? si intende un solettone che integra al suo interno una pluralit? di canali di aerazione/ventilazione aventi ciascuno entrambe le estremit? comunicanti con l?esterno. In the continuation of the present description, with the term ?honeycomb? you mean a solettone that integrates within it a plurality? of channels of aeration/ventilation each having both ends? communicating with the outside.

Una migliore comprensione dell?invenzione si avr? con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento alle figure allegate che illustrano, a puro titolo esemplificativo e non gi? limitativo, una preferita forma di realizzazione. A better understanding of the invention will be achieved with the following detailed description and with reference to the attached figures which illustrate, purely by way of example and not already limiting, a preferred embodiment.

Nei disegni: In the drawings:

la figura 1 mostra, in sezione verticale, il comportamento termico di un sistema serbatoio/fondazione/terreno di tipo noto, cio? senza canali di aerazione, ed il verificarsi di temperature <0?C nel terreno sottostante; figure 1 shows, in vertical section, the thermal behavior of a tank/foundation/soil system of a known type, ie? without ventilation channels, and the occurrence of temperatures <0?C in the underlying ground;

la figura 2 mostra, in sezione verticale di dettaglio, il comportamento termico del sistema serbatoio/fondazione/terreno secondo la presente invenzione, cio? con canali di aerazione e quindi il verificarsi di temperature sempre >0?C nella fondazione e nel terreno sottostante; figure 2 shows, in vertical section detail, the thermal behavior of the tank/foundation/soil system according to the present invention, i.e. with ventilation channels and therefore the occurrence of temperatures always >0?C in the foundation and in the underlying ground;

la figura 3 illustra, in sezione assonometrica, il comportamento termico del sistema serbatoio/fondazione/terreno di fig. 2, con canali di aerazione e quindi il verificarsi di temperature sempre >0?C nella fondazione e nel terreno sottostante; figure 3 illustrates, in axonometric section, the thermal behavior of the tank/foundation/soil system of fig. 2, with ventilation channels and therefore the occurrence of temperatures always >0?C in the foundation and in the underlying ground;

la figura 4 ? una vista verticale, secondo un piano parallelo ai canali di ventilazione, del comportamento termico del sistema serbatoio/fondazione/terreno e conferma il verificarsi di temperature sempre >0?C nella fondazione e nel terreno sottostante; figure 4 ? a vertical view, according to a plane parallel to the ventilation channels, of the thermal behavior of the tank/foundation/soil system and confirms the occurrence of temperatures always >0?C in the foundation and in the underlying soil;

la figura 5 ? una vista in pianta della fondazione realizzata con canali di aerazione a sezione rettangolare; figure 5 ? a plan view of the foundation built with rectangular section air ducts;

la figura 6 mostra, in sezione verticale il dettaglio dei canali di ventilazione a sezione rettangolare, realizzati mediante casseforme rimovibili; figure 6 shows, in vertical section, the detail of the ventilation channels with a rectangular section, made by means of removable formworks;

la figura 7 mostra, in sezione verticale, il dettaglio delle armature del solettone di fondazione previste in corrispondenza dei canali di ventilazione allo scopo di integrare detti canali nella struttura della fondazione. figure 7 shows, in vertical section, the detail of the reinforcements of the foundation slab provided in correspondence with the ventilation channels for the purpose of integrating said channels into the structure of the foundation.

Secondo l?invenzione, la fondazione FV ? dotata di una pluralit? di canali 1 di ventilazione (che nel seguito verranno anche indicati come ?tubi/tubazioni di ventilazione?), equamente distribuiti in pianta e preferibilmente paralleli tra loro e al fondo del serbatoio S, i quali sono passanti da un lato della fondazione FV a quello opposto, con sezione sostanzialmente costante, con leggera pendenza longitudinale e comunicanti direttamente con l?esterno. According to the invention, the PV foundation ? endowed with a plurality of ventilation channels 1 (which will hereinafter also be referred to as ?ventilation tubes/pipes?), equally distributed in plan view and preferably parallel to each other and to the bottom of the tank S, which pass from one side of the PV foundation to the other opposite, with a substantially constant section, with a slight longitudinal slope and communicating directly with the outside.

La ventilazione di detti canali 1 di areazione ? preferibilmente, ma non esclusivamente, naturale e la loro dimensione trasversale minima ? preferibilmente di 600 mm per garantirne l?ispezionabilit?. The ventilation of said aeration channels 1 ? preferably, but not exclusively, natural and their minimum transverse dimension ? preferably 600 mm to guarantee its inspectionability.

Durante la campagna di sperimentazioni, ? stata effettuata l?analisi dell?effettivo comportamento termico del sistema serbatoio-fondazione-terreno (S-FV-T) per mezzo di un modello 3D agli elementi finiti (realizzato mediante il software ANSYS), atto a simulare lo scambio di calore tra l?aria ambiente nei canali 1 di ventilazione ed il gas liquefatto all?interno del serbatoio S. During the testing campaign, ? the analysis of the effective thermal behavior of the tank-foundation-soil system (S-FV-T) was carried out by means of a 3D finite element model (created using the ANSYS software), capable of simulating the heat exchange between the ?ambient air in the ventilation channels 1 and the liquefied gas inside the tank S.

Tale analisi ? necessaria durante la progettazione di una nuova fondazione FV, sia per dimensionare la distribuzione e le caratteristiche dimensionali di tali canali 1 di aerazione, sia per poter effettuare la progettazione strutturale del solettone alveolare di fondazione FV che li deve contenere, tenendo conto della sezione resistente ridotta di detto solettone di fondazione FV proprio a causa delle canalizzazioni 1 presenti nel suo spessore; nonch? della eventuale palificata sottostante. Such an analysis? necessary during the design of a new PV foundation, both to size the distribution and dimensional characteristics of these aeration channels 1, and to be able to carry out the structural design of the PV foundation honeycomb slab which must contain them, taking into account the reduced resistant section of said FV foundation slab precisely because of the channels 1 present in its thickness; as well as of any underlying piling.

I canali 1 di ventilazione sono preferibilmente realizzati mediante la posa in opera di tubazioni parallele, o sub-parallele, che restano annegate nel getto della fondazione FV stessa, oppure (come si vedr? meglio nel seguito) mediante la posa in opera di casseforme rimovibili dopo la maturazione del calcestruzzo. The ventilation channels 1 are preferably made by laying parallel or sub-parallel pipes, which remain embedded in the casting of the FV foundation itself, or (as will be better seen later) by laying removable formwork after curing of the concrete.

Per facilitare l?ispezione e l?eventuale pulizia di tali canalizzazioni 1 di aerazione, ? preferibile che abbiano una forma prismatica, ed una leggera pendenza longitudinale (almeno del fondo) onde prevenire il ristagno dei liquidi all?interno e favorire l?effetto ?camino?. To facilitate the inspection and possible cleaning of these aeration channels 1, ? it is preferable that they have a prismatic shape, and a slight longitudinal slope (at least of the bottom) in order to prevent the stagnation of liquids inside and favor the ?chimney effect?.

Secondo l?invenzione, l?orientamento delle canalizzazioni 1 di aerazione ? preferibilmente perpendicolare rispetto ai venti prevalenti nel sito geografico dove si trova la fondazione FV ventilata che si descrive, allo scopo di rendere minimo il rischio di trascinamento di sabbia o altri detriti all?interno delle stesse canalizzazioni. According to the invention, the orientation of the ventilation ducts 1 is preferably perpendicular to the prevailing winds in the geographic site where the ventilated PV foundation described is located, in order to minimize the risk of sand or other debris being dragged inside the ducts themselves.

La tabella che segue, riporta i dati relativi a tre fondazioni-prototipo realizzate a scopo sperimentale per altrettanti serbatoi S a doppio contenimento di gas liquefatto, aventi le seguenti caratteristiche principali: The following table shows the data relating to three prototype foundations built for experimental purposes for as many double containment tanks S for liquefied gas, having the following main characteristics:

Nota: nonostante il serbatoio D-0002 abbia una temperatura di progetto pari a -7?C anzich? -46?C come gli altri due, la relativa fondazione ? stata progettata con le stesse caratteristiche delle altre sia per uniformit? di realizzazione, sia per consentire un?eventuale futura variazione del prodotto contenuto nel serbatoio e quindi della temperatura di progetto. Note: although tank D-0002 has a design temperature of -7?C instead of? -46?C like the other two, the relative foundation? been designed with the same characteristics as the others both for uniformity? of realization, and to allow a possible future variation of the product contained in the tank and therefore of the design temperature.

L?immagine dal modello 3D agli elementi finiti del sistema serbatoio-fondazione-terreno di tipo noto, senza canali di ventilazione (Fig. 1), indica chiaramente che nel terreno T sottostante la fondazione F possono essere raggiunte temperature <0?C. The image from the 3D finite element model of the known type of tank-foundation-soil system, without ventilation channels (Fig. 1), clearly indicates that temperatures <0°C can be reached in the soil T underlying the foundation F.

Viceversa, le immagini dal modello 3D agli elementi finiti del sistema serbatoio-fondazioneterreno con canali 1 di ventilazione secondo la presente invenzione (Figg. 2, 3 e 4), che in tale esempio sono realizzati con tubi diametro 600mm, indicano che le temperature <0?C restano confinate all?interno del serbatoio S, mentre il terreno T rimane a T>5?C a fronte di una temperatura minima ambiente di 11?C. Conversely, the images from the 3D finite element model of the tank-ground foundation system with ventilation channels 1 according to the present invention (Figs. 2, 3 and 4), which in this example are made with 600mm diameter pipes, indicate that the temperatures < 0?C remain confined inside the tank S, while the ground T remains at T>5?C compared to a minimum ambient temperature of 11?C.

Con riferimento alle figure 5 e 6, che mostrano una vista in pianta e una vista parziale di una sezione tipica delle fondazioni FV secondo la presente invenzione, ? altres? possibile prevedere (come si ? gi? accennato) che i canali 1 di ventilazione siano realizzati mediante l?impiego di casseforme rimovibili, invece che di tubazioni annegate nel getto di calcestruzzo della fondazione FV. With reference to figures 5 and 6, which show a plan view and a partial view of a typical section of the PV foundations according to the present invention, ? otherwise? It is possible to foresee (as already mentioned) that the ventilation channels 1 are made by means of the use of removable formworks, instead of pipes drowned in the concrete casting of the PV foundation.

LEGENDA: LEGEND:

S = serbatoio S = tank

F = fondazione standard F = standard foundation

T = terreno o suolo T = ground or soil

FV= fondazione ventilata PV= ventilated foundation

1 = canali (o tubi o tubazioni o canalizzazioni) di aerazione 1 = ventilation channels (or pipes or pipes or ducts).

Claims (8)

RIVENDICAZIONI:CLAIMS: 1. Fondazione (FV) alveolare ventilata per serbatoi (S) cilindrici refrigerati di gas liquefatti, per luoghi geografici la cui temperatura ambiente minima ? sempre maggiore di 0?C, caratterizzata dal fatto che ha una struttura in cemento armato ed ? dotata di mezzi di aerazione (1) integrati nella struttura della fondazione (FV), per impedire la propagazione della bassa temperatura dalla parte superiore della fondazione verso il terreno (T) sottostante alla fondazione stessa.1. Ventilated alveolar foundation (FV) for refrigerated cylindrical tanks (S) of liquefied gases, for geographical locations whose minimum ambient temperature ? always greater than 0?C, characterized by the fact that it has a reinforced concrete structure and ? equipped with aeration means (1) integrated in the foundation structure (FV), to prevent the propagation of low temperatures from the upper part of the foundation towards the ground (T) below the foundation itself. 2. Fondazione (FV) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto di avere la quota di base posta sostanzialmente in corrispondenza del piano campagna, e che detti mezzi di aerazione integrati nella sua struttura di cemento armato comprendono una pluralit? di canali (1) di ventilazione, predisposti nello spessore della gettata in cemento armato; in cui detti canali (1) di ventilazione sono comunicanti direttamente con l?ambiente esterno per consentire lo scambio continuo di calore tra l?aria ambiente - la cui temperatura ? sempre superiore a 0?C - ed il corpo della fondazione su cui poggia il serbatoio (S) contenente il gas liquefatto, prevenendo cos? il congelamento del terreno (T) sottostante la fondazione (FV) stessa.2. Foundation (FV) according to the preceding claim, characterized in that the base level is placed substantially at ground level, and that said aeration means integrated in its reinforced concrete structure comprise a plurality of of ventilation channels (1), arranged in the thickness of the reinforced concrete casting; wherein said ventilation channels (1) communicate directly with the external environment to allow the continuous exchange of heat between the ambient air - whose temperature is ? always higher than 0?C - and the body of the foundation on which rests the tank (S) containing the liquefied gas, thus preventing? freezing of the ground (T) underlying the foundation (FV) itself. 3. Fondazione (FV) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti canali (1) di ventilazione sono equamente distribuiti in pianta e sono sostanzialmente paralleli tra loro e alla superficie superiore della fondazione (FV) su cui poggia il fondo del serbatoio (S); in cui detti canali (1) di ventilazione sono passanti da un lato della fondazione (FV) a quello opposto.3. Foundation (FV) according to the preceding claim, characterized in that said ventilation channels (1) are equally distributed in plan view and are substantially parallel to each other and to the upper surface of the foundation (FV) on which rests the bottom of the tank ( S); wherein said ventilation channels (1) pass from one side of the foundation (FV) to the opposite one. 4. Fondazione (FV) secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detti canali (1) di ventilazione hanno una sezione trasversale sostanzialmente costante, con dimensione trasversale minima di 600mm per facilitarne l?ispezione e la pulizia.4. Foundation (FV) according to claim 2 or 3, characterized in that said ventilation channels (1) have a substantially constant cross-section, with a minimum transversal dimension of 600mm to facilitate inspection and cleaning. 5. Fondazione (FV) secondo una delle rivendicazioni da 2 in poi, caratterizzata dal fatto che detti canali (1) di aerazione sono costituiti da tubazioni parallele, o sub-parallele, annegate nel getto della fondazione (FV) stessa, oppure da casseforme rimovibili dopo la maturazione del calcestruzzo.5. Foundation (FV) according to one of claims from 2 onwards, characterized in that said aeration channels (1) consist of parallel or sub-parallel pipes embedded in the casting of the foundation (FV) itself, or formwork removable after the curing of the concrete. 6. Fondazione (FV) secondo una delle rivendicazioni da 2 in poi, caratterizzata dal fatto che detti canali (1) di aerazione hanno una sezione circolare o prismatica con una leggera pendenza longitudinale, per prevenire l?accumulo di liquidi all?interno degli stessi e promuovere l?effetto camino.6. Foundation (FV) according to one of the claims from 2 onwards, characterized in that said aeration channels (1) have a circular or prismatic section with a slight longitudinal slope, to prevent the accumulation of liquids inside them and promote the chimney effect. 7. Fondazione (FV) secondo una delle rivendicazioni da 2 in poi, caratterizzata dal fatto che detti canali (1) di aerazione sono orientati in direzione perpendicolare rispetto ai venti prevalenti nel sito geografico dove si trova la fondazione (FV) stessa, allo scopo di rendere minimo il rischio di trascinamento di sabbia o altri detriti all?interno delle stesse canalizzazioni (1).7. Foundation (FV) according to one of the claims from 2 onwards, characterized in that said aeration channels (1) are oriented perpendicular to the prevailing winds in the geographical site where the foundation (FV) itself is located, for the purpose to minimize the risk of dragging sand or other debris inside the ducts themselves (1). 8. Fondazione (FV) secondo una delle rivendicazioni da 2 in poi, caratterizzata dal fatto che la sezione trasversale di detti canali (1) di aerazione ? calcolata per garantire la sufficiente ventilazione a prescindere dalla direzione dei venti prevalenti nel sito geografico dove la fondazione ? posta. 8. Foundation (FV) according to one of the claims from 2 onwards, characterized in that the cross section of said aeration channels (1) ? calculated to ensure sufficient ventilation regardless of the direction of the prevailing winds in the geographic site where the foundation is? mail.
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