RU156736U1 - Устройство диагностирования контура днища резервуара с использованием волоконно-оптического кабеля - Google Patents

Abstract

Устройство диагностирования контура днища резервуара с использованием волоконно-оптического кабеля, отличающееся тем, что днище резервуара оборудовано расположенными горизонтально и перпендикулярно друг другу участками волоконно-оптического кабеля, который помещен в гидроизоляционный слой и своими концами связан с оптическим рефлектометром, соединенным линией связи с персональным компьютером, а также тем, что изменения контура днища вызывают механические напряжения в кабеле, оценка которых позволяет определить значения данных изменений.

Description

Полезная модель относится к устройствам для хранения нефти и нефтепродуктов. Она может быть использована в нефтяной промышленности.

Предлагаемая полезная модель наиболее применима при хранении нефти и нефтепродуктов, различных марок на строящихся и реконструируемых нефтебазах, оборудованных наземными вертикальными стальными резервуарами большой вместимости (РВС).

Загрязнения литосферы и гидросферы происходят в результате утечек горючего из резервуаров и трубопроводов, переливов РВС нефтепродуктами, проливов из рукавов, автоцистерн и другим причинам. Утечки горючего из резервуаров связаны с коррозией и деформацией днища.

Если пролив горючего из поясов резервуара можно обнаружить визуально, то утечку нефтепродуктов из днища наземного РВС определить можно только сложными диагностическими методами. Данные методы связанны с освобождением резервуара от горючего с последующей зачисткой РВС и проводятся с определенной периодичностью в среднем 1 раз в 5-10 лет в зависимости от сроков эксплуатации резервуара [РД 08-95-95 Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Утверждено постановлением Гостехнадзора России от 25.07.1995 г. №38; Правила технической эксплуатации нефтебаз. Утверждены приказом Минэнерго РФ от 19.06.2003 г.№232].

В процессе эксплуатации днище РВС подвергается различным видам деформации, которые связаны с изменением наружного контура днища и образованием выпучин и вмятин.

Отклонения наружного контура днища, определяются после освобождения резервуара путем нивелирования в различных точках на расстояниях не реже чем через 6 метров. Например, для заполненных резервуаров вместимостью от 1000 до 5000 кубических метров разность отметок наружного контура днища для точек на расстояниях 6 метров не должна превышать 40 мм, а для других точек по периметру 80 мм [1. РД 08-95-95 Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Утверждено постановлением Гостехнадзора России от 25.07. 1995 г. №38.].

При превышении указанных величин увеличивается вероятность утечки нефтепродукта из резервуара. Не допускается эксплуатация вертикальных стальных резервуаров, у которых разность отметок наружного контура днища на расстоянии 6 м более 50 мм [Правила технической эксплуатации нефтебаз. Утверждены приказом Минэнерго РФ от 19.06.2003 г. №232].

На днищах РВС диаметром свыше 12 метров высота выпучин или вмятин не должна превышать 180 мм при их предельной площади 5 квадратных метров [Правила технической эксплуатации нефтебаз. Утверждены приказом Минэнерго РФ от 19.06.2003 г. №232; В.Н. Зайченко. Новые технологии ремонта стальных резервуаров. М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим» Москва. 2002.]. Выпучины и вмятины определяются после освобождения резервуара путем непосредственных измерений соответствующими приборами их высоты и площади.

Деформации днища приводят не только к утечкам нефтепродуктов, но и значительно увеличивают погрешность измерений горючего в резервуарах, а также повышают напряжения в основном металле.

Поэтому своевременное определение деформаций днищ РВС становится важной экологической и экономической задачей.

Известен стандартный вертикальный цилиндрический стальной резервуар для нефти и нефтепродуктов [В.Н. Зайченко. Новые технологии ремонта стальных резервуаров. М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим» Москва. 2002.]. Данный резервуар имеет днище, стенку и стационарную крышу. Для приема и выдачи нефтепродуктов у резервуаров данного типа имеются приемо-раздаточные патрубки. С внешней стороны к ним присоединяются задвижки. С целью обеспечения «малых» и «больших» дыханий резервуара имеется дыхательный клапан. На крыше резервуара устанавливается замерной люк, который служит для замера уровня и отбора проб горючего.

Также на резервуаре имеются приборы контроля и сигнализации (уровнемеры, пробоотборники, сигнализаторы уровня, противопожарные приборы) и другое оборудование (люк-лаз, световой люк, предохранительные клапаны).

Недостатками данного резервуара при хранении нефти и нефтепродуктов являются:

1. Отсутствие устройства, позволяющего диагностировать обнаружение утечки горючего из днища резервуара.

2. Отсутствие устройства, позволяющего диагностировать изменения контура днища резервуара.

Также известно переносное устройство оперативного контроля и диагностики днищ вертикальных стальных резервуаров, находящихся в эксплуатации [3]. Работа этого устройства сводится к зондированию грунта под днищем резервуара с нефтепродуктом для выявления места нахождения утечек нефтепродуктов по месту обнаружения электрических аномалий. Электрические аномалии связаны с повышенным и пониженным сопротивлением относительно фоновой величины грунта под днищем резервуара. Техническое устройство оперативного контроля и диагностики днищ вертикальных стальных резервуаров включает металлические зонды от 8 до 16 штук, кабель кросс, измеритель электрических величин (омметр), а также электрические разъемы.

Устройство работает следующим образом. В грунт вокруг основания резервуара через равные интервалы вводят металлические зонды. К металлическим зондам с помощью электрических разъемов посредством кабеля-кросса подсоединяют измеритель электрических величин (омметр).

При помощи металлических зондов и измерителя электрических величин выполняют зондаж грунта под днищем резервуара замером сопротивления между соседними парами зондов в последовательности (1-2, 1-3, 1-4, 1-n, 2-3, 2-4,2-5, 2-n, 3-4 и т.д.). Данные результатов измерений заносят в таблицу. Затем с помощью коэффициентов пересчитывают фактически полученные результаты в удельные единицы, которые также заносят в таблицу. После этого выбирают аномальные значения показателей и по ним на эскизе днища графически определяют место утечки нефтепродуктов.

Недостатками данного устройства при диагностировании днища вертикальных стальных резервуаров являются:

1. Низкая точность определения в зимний период, а также в условиях высокой влажности почвы.

2. Длительность и трудоемкость определения.

3. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.

Также известен наземный вертикальный резервуар для нефти и нефтепродуктов, оборудованный стационарным устройством диагностирования днища [Ю.А. Матвеев, С.Г. Новиков, А.А. Бутузов, Т.Ю. Марцева, А.В. Беринцев. Патент на полезную модель №131014 от 10.08.2013 г. Наземный вертикальный резервуар для нефти и нефтепродуктов, оборудованный стационарным устройством диагностирования днища.].

Под резервуаром, имеющим приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов, задвижки, световой и замерный люки, вентиляционный люк, дыхательный клапан повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления, днище дополнительно в грунте на определенном расстоянии от днища резервуара горизонтально оборудуются металлические зонды первого уровня, перпендикулярно которым устанавливаются металлические зонды второго уровня, при этом металлические зонды различных уровней с помощью линий связи соединены с электронными коммутаторами, имеющими клеммы для подсоединения линий связи конкретных металлических зондов. Электронные коммутаторы с помощью линии связи связаны прибором для определения сопротивления омметром, который соединен с переносным компьютером.

С целью диагностирования днища резервуара с установленной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара с помощью линий связи электронных коммутаторов и омметра производятся поочередные замеры сопротивлений между металлическими зондами различных уровней, которые выводятся на компьютер. При этом каждому измерению соответствует свой участок днища резервуара.

Значения с высоким сопротивлением относятся к скоплению нефтепродуктов.

Оценка значений сопротивлений между отдельными зондами различных уровней расположенных перпендикулярно относительно друг друга с помощью электронных коммутаторов, омметра и компьютера позволяет определить не только наличие утечки нефтепродуктов из днища резервуара, но и выявить конкретное место утечки с целью эффективного ремонта резервуара.

Недостатками наземного вертикального резервуара для нефти и нефтепродуктов, оборудованного стационарным устройством диагностирования днища являются:

1. Большое количество металлических зондов, что повышает металлоемкость и стоимость устройства.

2. Длительность и трудоемкость определения.

3. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.

Также известно устройство диагностирования утечек из днища наземного вертикального резервуара для нефти и нефтепродуктов с использованием двухжильного кабеля [Ю.А. Матвеев, А.А. Бутузов, А.В. Беринцев, С.Г. Новиков. Патент на полезную модель №141279 от 27.05.2014 г. Устройство диагностирования утечек из днища наземного вертикального резервуара для нефти и нефтепродуктов с использованием двухжильного кабеля.].

В данном устройстве под днищем резервуара горизонтально и спиралеобразно по диаметру резервуара в грунт укладывается двухжильный кабель с зачищенной через определенное расстояние изоляцией, который своими концами через линии связи соединен с клеммами электронного коммутатора. К электронному коммутатору подключен омметр, соединенный через линию связи с компьютером. При этом периодически производятся измерения сопротивлений между концами двухжильного кабеля, которые позволяют определить наличие и место утечек нефтепродуктов из днища резервуара.

Устройство работает следующим образом. С целью диагностирования днища резервуара с установленной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара с помощью линий связи электронного коммутатора и омметра производятся поочередные замеры сопротивлений между концами двухжильного кабеля с зачищенной изоляцией. Данные измерения выводятся на компьютер.

В компьютере имеется программа расчета, которая позволяет определить не только утечку горючего из днища резервуара, но и конкретное место утечки.

Отклонение значений от экспериментально полученных при начальном измерении сопротивлений грунта, свидетельствует о наличии утечки из резервуара. Значения с высоким сопротивлением относятся к скоплению нефтепродуктов.

Недостатками указанного устройства являются:

1. Большое количество витков кабеля, что повышает металлоемкость и стоимость устройства.

2. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.

Наиболее близкой к указанной проблеме является «Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов и устройством для диагностирования днища» [Ю.А. Матвеев, С.Г. Новиков, И.О. Золотовский. Патент на полезную модель №114674 от 10.04.2012 г. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов и устройством для диагностирования днища.].

В данном техническом устройстве внутреннее днище резервуара оборудуется волоконно-оптическим распределенным датчиком давления, который помещается в гидрофобный компаундный слой под внутренним днищем резервуара и соединяется линиями связи с оптическим рефлектометром и персональным компьютером.

В резервуар с горючим для создания звуковых волн периодически на тросе опускается мощный источник звука, соединенный с усилителем, при этом звуковая волна взаимодействует с датчиком, в котором возникают механические напряжения, распределенные по длине, оценка эффективности которых с помощью рефлектометра и персонального компьютера позволяет наблюдать картину распределения толщины днища.

С целью диагностирования внутреннего днища в резервуар с нефтепродуктом с определенной периодичностью, которая зависит от сроков эксплуатации резервуара, через световой люк с помощью троса опускается источник звука, который линиями связи соединен с усилителем и персональным компьютером.

Волоконно-оптический распределенный датчик давления соединяется с оптическим рефлектометром и персональным компьютером, которые могут регистрировать механические изменения по длине кабеля. Каждому участку кабеля в зависимости от конфигурации крепления соответствует участок днища резервуара.

Волны, создающиеся в резервуаре с помощью источника звука, распространяются в жидкой среде (горючее) и твердой среде (дно). Интенсивность прошедших звуковых волн будет зависеть от толщины жидкой и твердой сред. При взаимодействии прошедшей звуковой волны с волоконно-оптическим распределенным датчиком давления в последнем возникают механические напряжения, распределенные по длине. Оценка интенсивности напряжений с помощью регистрирующей аппаратуры позволяет наблюдать картину распределения толщины внутреннего днища и оценить по заданным параметрам уровень опасности прорыва и потенциальной утечки горючего.

Недостатками указанного резервуара являются:

1. Высокая стоимость аппаратуры и приборов, а также длительность, сложность и трудоемкость определения.

2. Отсутствие возможности диагностировать изменения контура днища резервуара.

Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу эффективности диагностирования контура днища для проведения своевременного ремонта резервуара.

Решение указанной задачи достигается тем, что днище резервуара оборудовано расположенными горизонтально и перпендикулярно друг другу участками волоконно-оптического кабеля, который помещен в гидроизоляционный слой и своими концами связан с оптическим рефлектометром, соединенным линией связи с персональным компьютером, также тем, что изменения контура днища вызывают механические напряжения в кабеле, оценка которых позволяет определить значения данных изменений

Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как своевременно определяются сверхнормативные изменения контура днища, связанные с вмятинами, выпучинами и осадкой, тем самым предупреждаются и предотвращаются утечки горючего из резервуара.

Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), на которых изображены: разрезы резервуара и гидроизоляционного слоя, днища с волоконно-оптическим кабелем и вид сверху кабеля, связанного своими концами с рефлектометром, который линиями связи соединен с компьютером.

На предлагаемый резервуар 1 (фиг. 1), имеющий приемный и раздаточный патрубки 2, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов 3, задвижки 4, световой и замерный люки 5, 6, вентиляционный люк 7, дыхательный клапан повышенного давления 8, люк-лаз 9, дыхательный клапан рабочего давления 10, дополнительно под днищем 11 оборудуется гидроизоляционный слой 12 с двумя перпендикулярно расположенными участками волоконно-оптического кабеля 13, который своими концами связан с оптическим рефлектометром 14. Рефлектометр линией связи 15 соединен с персональным компьютером 16. Гидроизоляционный слой служит для защиты от коррозии днища резервуара.

Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт поступает в резервуар 1. При этом уровень горючего 17 начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства 18 уменьшаться.

После заполнения резервуара объемы горючего и парового пространства стабилизируются.

Для диагностирования изменений контура днища с определенной периодичностью, зависящей от сроков эксплуатации резервуара, снимаются показания оптического рефлектометра 14, который выводит данные на персональный компьютер 16.

Рефлектометр регистрирует механические напряжения по длине кабеля. Каждому участку кабеля в зависимости от конфигурации крепления соответствует определенный участок днища резервуара.

Оценка механических напряжений волоконно-оптического кабеля с помощью оптического рефлектометра и персонального компьютера позволит наблюдать значения изменений контура днища и оценить по заданным параметрам возможность дальнейшей эксплуатации резервуара или вывода его в капитальный ремонт.

Предложенное устройство диагностирования позволяет без освобождения резервуара от нефтепродукта в постоянном режиме контролировать изменения контура днища.

Claims (1)

1. Устройство диагностирования контура днища резервуара с использованием волоконно-оптического кабеля, отличающееся тем, что днище резервуара оборудовано расположенными горизонтально и перпендикулярно друг другу участками волоконно-оптического кабеля, который помещен в гидроизоляционный слой и своими концами связан с оптическим рефлектометром, соединенным линией связи с персональным компьютером, а также тем, что изменения контура днища вызывают механические напряжения в кабеле, оценка которых позволяет определить значения данных изменений.

   

Images