NO174681B - Vakuumventil for anvendelse i sikkerhetsutstyr for aa redusere risiko for vaeskeutslipp fra tankskip - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en vakuumventil for å anvendes i sikkerhetsutstyr for å redusere risiko for utslipp av væske fra tankskip på grunn av skader under vannlinjen, for eksempel ved grunnstøtning.

I forbindelse med forskjellige tankskipulykker som har ført til omfattende miljøskader, er det blitt gjort anstrengelser fra mange hold, innbefattet myndigheter og klassifiserings-selskaper, for å utvikle prinsipper for sådant sikkerhetsutstyr, men det har vist seg vanskelig å opprette standarder som kan iakttas generelt uten betraktelige økede utgifter og ulemper for skipsfarten.

De grunnleggende forhold som foreligger ved sådant sikkerhetsutstyr kan kort beskrives på følgende måte: Bare utslipp fra skader under Vannlinjen vil bli tatt i betraktning, da muligheter for å forholde seg til skader over vannlinjen er praktisk talt ikke til stede.

For skader som opptrer under vannlinjen er det forsøkt å nedsette utslippet ved å lukke alle innløp til tanken, således at en utstrømning raskt vil opprette et vakuum som hindrer en del av lasten som fremdeles ligger i tanken fra å strømme ut i omgivelsene.

Ved studier og beregninger er det blitt fastlagt at lukking av innløpene til tanken må være fullført innenfor et tidsintervall på 5 til 10 sekunder og derfor må utføres automatisk. En mulig løsning vil være et arrangement som for eksempel er styrt av en nivåføler som reagerer på et plutselig nivåfall med automatisk å utløse en isolasjon av lastetanken, for eksempel ved hjelp av hydraulisk styrte stengeventiler. For å opprettholde det vakuum som derved opprettes i tanken, kan en vakuumpumpe eller ejektor derpå settes i drift for kontinuerlig å fjerne de damper som utvikles på grunn av det forandrede kokepunkt for lasten. Den mest kritiske fase er imidlertid raskest mulig stengning av alle innløp til tanken med størst mulig sikkerhet. For et tankskip i fart til sjøs vil innløpene først og fremst være de vakuumventiler som et tankskip vanligvis er utstyrt med for det formål å utligne det vakuum i tanken som forårsakes av temperaturvariasjoner eller under lossing av tanken.

Det er et formål for oppfinnelsen å frembringe en vakuumventil som reagerer på utslipp av store mengder væske per tidsenhet, slik det vil finne sted ved begynnelsen av et utslipp fra en skade under vannlinjen på et tankskip, automatisk vil blokkere seg selv og derfor vil være ideelt egnet for sikkerhetsutstyr av foreliggende art.

Oppfinnelsen kan utnyttes på en vakuumventil av velkjent type og som omfatter et ventilhus i forbindelse med toppen av en tank i tankskipet og utstyrt med en ventilåpning med et ventilsete samt et ventillegeme inne i ventilhuset for å lukke og åpne ventilåpningen, hvor nevnte ventillegeme har en utside som er utsatt for atmosfæretrykket utenfor ventilhuset samt en innside som er utsatt for det indre trykk i tanken, og ventillegemet videre er påvirket av en innbygd lukkekraft som motvirkes av en åpningskraft, således at ventilen åpnes når nevnte åpningskraft som skriver seg fra trykkforskjell mellom utsiden og innsiden av ventillegemet er positiv og større enn nevnte innbygde lukkekraft under utstrømning av væske fra tanken, hvorved luft suges inn gjennom ventilåpningen og oppretter et trykkfall fra atmosfæren over ventilen til det indre av ventilhuset, idet nevnte trykkfall øker med den innstrømmende lufts mengdestrøm.

En vakuumventil av denne art er vist på tegningene i US patentskrift nr. 3,999,471.

For å oppnå det ovenfor angitte formål, er en vakuumventil av den art det er henvist til ovenfor utstyrt med en forspenningsinnretning i beredskap for å frembringe ekstra forspent lukkekraft, som påføres ventillegemet for å lukke nevnte ventilåpning som reaksjon på at det opptrer et trykkfall større enn en forut bestemt kritisk verdi over ventilen.

Ved begynnelsen av et utslipp fra en skade under vannlinjen på et tankskip, vil en vakuumventil utført som angitt ovenfor umiddelbart bli lukket som en direkte følge av det høye trykkfall over ventilen frembragt av den ekstraordinære mengdestrøm av væske ut fra tanken og den tilsvarende mengdestrøm av luft inn gjennom ventilåpningen, og ventilen vil således virke både som en føler og en utløser. På denne måte vil vakuumventilen utgjøre en-egen fullstendig sikker-hetsenhet, nemlig en enhet som ikke er avhengig av at annet sikkerhetsutstyr skal fungere korrekt. Videre er den meget hurtigvirkende og pålitelig.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom en vakuumventil i henhold til en utførelse av oppfinnelsen, og Fig. 2 viser et vertikalt snitt gjennom en vakuumventil i henhold til den annen utførelse av oppfinnelsen.

Den viste vakuumventil i fig. 1 har et ventilhus 1 som i sin venstre ende er utført med et koblingsparti 2 som kan være forbundet enten direkte med toppen av en tank, eller for eksempel med sokkelen for en høyhastighets trykkventilerings-ventil, for eksempel slik som vist og beskrevet i det ovenfor nevnte US patentskrift nr. 3,999,571.

Ventilhuset har en bunnåpning hvori det er montert et ventilsete 3 som bærer en ventilføring 4. Ventilsetet befinner seg i inngrep med et ventillegeme 5, som ved hjelp av en støtstang 6 er bevegelseført i ventilføringen 4. Ventilhuset 1 er lukket oventil ved hjelp av et deksel 7 med en åpning 8 plassert sentralt over ventillegemet 5. Et fjærhus 9 er montert i åpningen 8, idet en brytbar skive 10 er innklemt mellom fjærhuset 9 og en avsatsflate utformet i åpningen 8. I fjærhuset er det anordnet en trykkfjær 11, som holdes sammentrykt mellom et deksel 15 på fjærhuset 9 og en krave 12 på støtstammen 13, hvis nedre ende befinner seg i inngrep med bruddskiven 10. Støtstammen står nær sin nedre ende i føringsforbindelse med et føringsnav 14 som bærer av fjærhuset 9, mens dens øvre ende strekker seg gjennom et hull i dekselet 15. En hette 16 en med toppvegg 17 er montert på oversiden av dekselet 15. En pinne 18 er glidbart montert i et hull i toppveggen og bærer på sin øvre ende et ventillegeme 19 for samvirke med et ventilsete 20 utformet av en krave 21 på oversiden av veggen 17. En trykkfjær 22 holder normalt ventillegemet 19 løftet opp fra setet 20. Innenfor kraven 21 har dekselet et ventileringshull 23 som sammen med et ventileringshull 24 i dekselet 15 danner en ventilerings-bane fra omgivelsene til det indre av fjærhuset 9. Den øvre ende av støtstammen 13 er forbundet med den nedre ende av pinnen 18 ved hjelp av en strekkfjær 25. I normal stilling av delene har strekkfjæren 25 praktisk talt ingen strekning. Toppveggen 17 og ventillegemet 19 er dekket av en beskyt-telsehette 26.

I sitt bunnområde er vakuumventilen på velkjent måte konstruert med en nettring 27 som bærer et dobbelt fl amme - sperrende nett 28, samt med en skjerm 29 med et nav 30 som rommer en kontroll-løfteknatt 31.

Ventillegemet 5 drives mot ventilsetet 3 ved hjelp av en innbygd lukkekraft som i den viste utførelse utgjøres av tyngden av ventillegemet. I tankens vakuumtilstand motvirkes lukkekraften av en løftekraft som er lik det fri område av undersiden av ventillegemet 5 multiplisert med trykkforskjellen mellom undersiden og oversiden av ventillegemet, hvilket vil si mellom omgivelsetrykket og trykket i ventilhuset 1, samt derved også i den tank som vakuumventilen er forbundet med. Hvis det oppstår undertrykk i tanken, vil ventillegemet bli løftet hvis løftekraften overskrider den innbygde lukkekraft, og luft vil derved strømme fra omgivelsene gjennom ventilåpningen og det indre av ventilhuset til tanken. Når trykket i tanken derved øker til en verdi lik omgivelsetrykket minus trykkfallet over ventilen, vil løftekraften være lik den innbygde lukkekraft, og ventilen blir atter lukket.

På denne måte vil en trykkforskjellutligning finne sted både ved temperaturvariasjoner og variasjoner i barometernivået under fart til sjøs, samt ved lossing av tanken på et bestemmelsessted.

Hvis, under lossing av tanken, et visst væskevolum tappes ut per tidsenhet, for eksempel målt i m<5>/h vil samme luftvolum strømme inn gjennom vakuumventilen. Det vil da opprettes et trykkfall over ventilen, og på grunn av strømningsmotstanden gjennom ventilen, vil dette trykkfall bli større jo større væskemengde per tidsenhet det tappes ut. Hvis man ser bort fra strømningsmotstanden fra ventilhuset til tanken, vil tanktrykket være lik omgivelsetrykket minus trykktapet over ventilen, eller graden av undertrykk i tanken vil med andre ord være lik trykkfallet over ventilen.

Ved konstruksjon av en vakuumventil, vil denne normalt bli dimensjonert for en viss tilsiktet uttapningstakt, hvor da undertrykket i tanken holdes på en verdi som ikke medfører problemer ved utpumpning av væsken, selv under de mest ugunstige betingelser. Derved er også et bestemt trykkfall over ventilen under lossing samtidig fastlagt. Det burde imidlertid være mulig å overskride denne fastlagte lossetakt, og derved det fastlagte trykkfall over ventilen opptil en viss grense.

Som et eksempel kan den innbygde lukkekraft i en vakuumventil være valgt slik at'ventilen åpnes ved en undertrykk på 350 mm vannsøyle, og at trykkfallet over ventilen går opp til 700 mm vannsøyle ved den konstruktivt fastlagte lossetakt.

Hvis tanken er gjenstand for en vesentlig skade, for eksempel frembragt ved grunnstøtning av tankskipet, vil en utstrømning av væske fra tanken umiddelbart bli satt i gang i en utstrømningstakt som langt overskrider den konstruksjonsbestemte lossetakt. Bruddskiven 10 som nå på sin overside er utsatt for omgivelsetrykket gjennom ventilasjonsåpningene 23 og 24, samt på sin'underside for trykket i vakuumventilhuset 1, vil da være dimensjonert slik at den brister når trykkfallet over vakuumventilen når en forut bestemt kritisk verdi som i vesentlig grad overskrider nevnte konstruksjonsbestemte verdi. I det betraktede numeriske eksempel kan for eksempel den kritiske verdi for trykkfallet for eksempel velges til 1000 mm vannsøyle.

Når bruddskiven brister, vil fjæren 11 drive støtstammen 13 mot ventillegemet og derved utsette denne for en ytterligere forspent lukkekraft, således at ventilen umiddelbart lukkes. Fjæren 11 og stammen 13 vil da i kombinasjon med bruddskiven 10 gjøre tjeneste som en forspenningsinnretning i beredskap og som i en nødsituasjon umiddelbart vil utøve en ekstra forspenningskraft for å drive ventillegemet 5 til lukking. Samtidig vil strekkfjæren 25 trekke ventillegemet 19 mot sitt sete 20, i fravær av kraften fra trykkfjæren 22, og vil derved stanse innstrømningen av luft utenfra gjennom ventileringsåpningene 23 og 24, fjærhuset 9 og den revnede bruddskive 10 til vakuumventilhuset 1. Følgelig opprett-holdes undertrykket i tanken, og da ingen ytterligere luft deretter slippes inn i tanken kan bare en sterkt begrenset mengde av væske fremdeles strømme ut gjennom lekkasjen.

Fjærkraften i fjærene 11 bør være dimensjonert slik at den sikrer tanken mot inntrykning.

Hvis hetten 16 er utført i et gjennomsiktig material eller forsynt med et vindu, som kan være utstyrt med markeringer, vil det være mulig å iaktta fra utsiden om vakuumventilen har gått inn i sikkerhetsstilling. Hvis dette har funnet sted ved en tilfeldig hendelse, og ikke frembragt av en ekstraordinær plutselig utstrømning av væske i en katastrofe-situasjon, vil det være tilrådelig under iakttagelse av alle sikkerhetstiltak, å demontere fjærhuset og montere en ny bruddskive, for derved å tilbakestille vakuumventilen til sitt normale funksjonsområde og atter sette den i beredskap for å ta hånd om et ulykkestilfelle.

Hvis ønskelig kan bevegelsen av stammen 13 i en katastrofe-situasjon ytterligere utnyttes for å utløse et kommandosignal for annet sikkerhetsutstyr, slik som sperreventiler for andre innløp til tanken, eller en vakuumpumpe eller ejektor for å opprettholde undertrykket. Alt som er påkrevet for dette formål er en enkelt bryter eller kontaktor som er slått på eller av som følge av bevegelsen av støtstammen 13. Som et eksempel viser fig. 1 en bryter eller kontaktor 32 som er montert på veggen av fjærhuset 9 samt anordnet for å aktiveres av skiven 12 i løpet av den nedoverrettede bevegelse av stammen 13 etter brudd av bruddskiven.

I den utførelse som er vist i fig. 2 består et øvre hus av to husdeler 50, 51 og et toppdeksel 52 er montert på toppen av ventilhuset 1. Bunnveggen 53 av det øvre hus danner på samme tid toppveggen for ventilhuset 1. En støtstamme 33 er montert i det øvre hus 50, 51 og strekker seg tettende gjennom veggen 5 3 inn i det indre av ventilhuset 1. Stammen 3 3 bærer en skive 3 5 som drives nedover av en trykkfjær 36 med anlegg mot en fast montert bærer 37. På oversiden av den sistnevnte bærer stammen en låseskive 38, som er låst ved hjelp av en svingbar arm 39 opplagret ved 40 og i inngrep med en fast montert stopper 41.

Ved siden av stammen 33 er det montert en sylinder 42, som gjennom sin bunn kommuniserer med det indre av ventilhuset 1 gjennom en åpning 43, samt ved sin øvre ende gjennom en åpning 44 står i forbindelse med det indre av det øvre hus 50, 51, som atter kommuniserer med den omgivende atmosfære gjennom en åpning 54. I sylinderen er det anordnet et stempel 45 som hviler mot en trykkfjær 46 og har en stempel-stang 47 som strekker seg oppover gjennom oversiden av sylinderen 42 samt er utstyrt med en krysspinne 48 som befinner seg på oversiden av den bakre del av svingarmen 39.

Når trykket i vakuumventilen faller, blir stempelet 45 drevet nedover, og hvis trykkfallet over ventilen når den forut bestemte kritiske verdi, vil krysspinnen 48 dreie svingarmen 39 om sitt svingepunkt 40 til en vinkelstilling hvor den frigjør støtstammen 33, således at denne sistnevnte blir drevet mot ventillegemet 5 av fjæren 36 og derved frembringer den foreskrevne ytterligere lukkende forspenningskraft på ventillegemet.

Stammen 33 har en forlengelse 55, som strekker seg gjennom en åpning i toppdekselet 52 inn i en hette 56, som kan anvendes for inspeksjon på samme måte som hetten 16 i fig. 1.

En kontaktor 32 tilsvarende den i fig. 1 er montert i veggen av husdelen 50.

Vakuumventilen i henhold til oppfinnelsen kan anvendes i kombinasjon med en hvilken som helst form for trykkven-tileringsventil, og den kan også anvendes i kombinasjon med utstyr for innføring av en inert gass over væskenivået i tanken ved et trykk litt over det omgivende lufttrykk.

Claims (4)

1. Vakuumventil for anvendelse i sikkerhetsutstyr for å redusere risiko for væskeutslipp fra tankskip på grunn av skader under vannlinjen, idet ventilen omfatter et ventilhus (1) forbundet med toppen av en tank i tankskipet og utstyrt med en ventilåpning med et ventilsete (3) samt et ventillegeme (5) inne i ventilhuset for å lukke og åpne ventilåpningen, hvor nevnte ventillegeme (5) har en utside som er utsatt for atmosfæretrykket utenfor ventilhuset (1) samt en innside som er utsatt for det indre trykk i tanken, og ventillegemet videre er påvirket av en innbygd lukkekraft som motvirkes av en åpningskraft, således at ventilen åpnes når nevnte åpningskraft som skriver seg fra trykkforskjell mellom utsiden og innsiden av ventillegemet (5) er positiv og større enn nevnte innbygde lukkekraft under utstrømning av væske fra tanken, hvorved luft suges inn gjennom ventilåpningen og oppretter et trykkfall fra atmosfæren over ventilen til det indre av ventilhuset (1), idet nevnte trykkfall øker med den innstrømmende lufts mengdestrøm, karakterisert ved at ventilen er utstyrt med en forspenningsinnretning i beredskap for å frembringe ekstra forspent lukkekraft som påføres ventillegemet (5) for å lukke nevnte ventilåpning som reaksjon på at det opptrer et trykkfall større enn en forut bestemt kritisk verdi over ventilen.

2. Vakuumventil som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte forspenningsinnretning i beredskap omfatter et fjærforspent utløsnings-legeme (13, 33) montert i en slik stilling at det er istand til å virke slik på ventillegemet (5) at nevnte ytterligere lukkekraft utøves under innvirkning av fjærforspenningen, samt utstyr (10, 45) som er følsomt for trykkforsjellen mellom den omgivende luft og det indre av ventilhuset (1) samt utført for å tilbakeholde nevnte utløsningslegeme (13, 33) fra å virke på ventillegemt (5) så lenge trykkforskjellen forblir under nevnte kritiske verdi, men for å frigjøre nevnte utløsningslegeme (13, 33) for å utøve sin virkning hvis nevnte trykkforskjell antar en verdi utover nevnte forutbestemte kritiske verdi.

3. Vakuumventil som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte trykkforskjell-følsomme utstyr omfatter en bruddskive (10) montert i en åpning i ventilhuset (1) samt dimensjonert for å revne ved en verdi av trykkforskjellen som tilsvarer den forutbestemte kritiske verdi.

4. Vakuumventil som angitt i et av de forutgående krav, karakterisert ved utstyr (32) for å utløse et ordresignal for-annet sikkerhetsutstyr som reaksjon på virkningen av nevnte forspenningsinnretning i beredskap.