Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре Российский патент 2019 года по МПК B65D90/26 

Изобретение относится к обеспечению безопасной эксплуатации резервуаров с плавающей крышей (понтоном).

Резервуары с плавающей крышей (понтоном) были специально разработаны для нефтяной и нефтехимической промышленности, это внутренняя плавающая крыша (понтон), которая изготавливается из алюминия, нержавеющей стали или комбинации этих материалов и значительно снижает потерю нефтепродуктов, возникающую при испарении продуктов во время хранения в резервуарах. Уровень снижения потерь достигает 95-98% в зависимости от хранимого продукта и оперативных факторов. Для защиты от осадков некоторые резервуары дополнительно имеют внешнюю защитную крышу.

Противоаварийная эксплуатация резервуара с плавающей крышей (понтоном) включает в себя контроль плавучести, перекосов, верхнего положения плавающей крыши (понтона) и перелива продукта.

Контроль плавучести и перекосов плавающей крыши (понтона) осуществляется, например, в плавающей крыше резервуара по патенту России №2264338, B65D 88/34 от 08.08.2003.

Плавающая крыша резервуара по патенту России №2264338, включающая центральную часть с расположенными по ее периметру коробами понтонного кольца и оснащенная, по меньшей мере, тремя сигнализаторами аварийности, устроена так, что каждый сигнализатор аварийности выполнен в виде полого цилиндрического поплавка с автономной плавучестью, заполненного диэлектрической жидкостью, и снабжен внутри реостатом и скользящими по нему электрическими контактами, причем электрические контакты через подвеску имеют жесткое соединение с плавающей крышей, при этом полый цилиндрический поплавок сигнализатора аварийности снабжен регулятором плавучести.

Данное техническое решение позволяет контролировать плавучесть и перекос плавающей крыши (понтона), но не позволяет контролировать верхнее положение плавающей крыши (понтона) в резервуаре, и тем самым исключить возможность перелива продукта в резервуар.

В настоящее время контроль переполнения резервуара осуществляется измерительными системами для контроля уровня, объема и массы продукта в резервуаре, в которых есть опции сигнализации о достижении опасного уровня наполнения резервуара, например системами измерительными «СТРУНА+». Однако в последнее время в соответствии с требованиями Федеральных норм и правил для обеспечения безопасной эксплуатации резервуары, в дополнение к измерительным системам, должны снабжаться независимыми автономными сигнализаторами уровня, которые должны иметь постоянный контроль работоспособности. Однако известные сигнализаторы уровня, например датчики уровня жидкости по патентам России №2135961, G01F 23/74 от 25.12.1996 г., №2284482, G01F 23/74 от 13.05.2005 г., №2521130 G01F 23/00 от 18.10.2012 г., работают по уровню жидкости и не связаны с положением плавающей крыши (понтона). Установка сигнализаторов на самой плавающей крыше (понтоне) усложняется из-за ограниченного количества люков на направляющих плавающей крыши (понтона), которые, как правило, заняты измерительными системами и используются для взятия проб и доступа в резервуар.

Известен - датчик контроля переполнения резервуаров с понтоном ДС-100ПТ, выпускаемый фирмой ООО «ИИТ» г. Королев.

Информация о датчике размещена на сайте http://www.iit-korolev.ru/100pt.htm

Указанный датчик предназначен для контроля предельного уровня заполнения резервуаров с понтоном. Состоит из фланца, клеммной коробки и направляющей трубки с встроенным герконом, на которой расположена пружина с подвижным магнитом. В исходном состоянии пружина находится в сжатом состоянии под действием груза, закрепленного на тросе. При достижении понтоном уровня, на котором закреплен груз, пружина разжимается, магнит перемещается вверх и вызывает замыкание контактов геркона. Предельный уровень заполнения резервуара может меняться на объекте контроля путем изменения длины троса, для чего датчик необходимо извлечь из резервуара.

Аналогичный датчик уровня ПМП-022 выпускается фирмой НИИ «Сенсор» г. Заречный. Конструкция и устройство этих датчиков аналогичны.

Информация о датчике размещена на сайте http://www.nppsensor.ru/catalog/showprodukt/13

Оба вышеуказанных датчика обладают рядом недостатков, а именно: при штатной работе резервуара (понтон не достиг верхнего положения) отсутствует информация об исправности датчика и подводящих цепей, отсутствует возможность плавной регулировки уровня срабатывания датчика без его демонтажа, нет предупреждающей информации о приближении к аварийному положению понтона, нет защиты от конденсата, образующегося на верхней крыше резервуара и металлических частях датчика, который может нарушить нормальную работу датчика при понижении температуры (замерзание конденсата нарушает подвижность магнита), при застревании или потоплении плавающей крыши (понтона) при повышении уровня продукта сигнализация не сработает, и может произойти перелив продукта в резервуаре.

Выше указанные недостатки, кроме невозможности срабатывания датчика при застревании или потоплении плавающей крыши (понтона), устранены в техническом решении по патенту России №2662703 B65D 90/26, G01F 23/72 от 21.09.2017 г.

Данное устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, состоящее из фланца с прикрепленной к нему трубой из немагнитного материала, на которой размещается подвижная магнитная система, совмещенная с пружинным механизмом, к которому с помощью троса подвешен груз, контактирующий с плавающей крышей (понтоном) при его подъеме до контролируемого уровня, вес груза превышает силу сжатия пружины, в трубе из немагнитного материала расположены два геркона, основной геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне разжатой пружины, а дополнительный геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне сжатой пружины, уровень срабатывания герконов регулируется путем изменения длины троса с демонтажом устройства или с помощью цангового зажима без демонтажа устройства, для точного совмещения положения нижнего геркона с магнитной системой при сжатой пружине установлен стакан, для защиты от конденсата установлен зонтик, расположенный над пружинным механизмом, обеспечивается постоянный контроль целостности цепей и достоверная информация о положении плавающей крыши (понтона) в резервуаре путем формирования сигналов по трем уровням - Норма, Уровень 1 (предупреждение), Уровень 2 (аварийное отключение насоса). Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому.

Однако вышеуказанный датчик, также как и ранее описанные, обладает существенным недостатком, а именно - при застревании или потоплении плавающей крыши (понтона) он не сработает при повышении уровня продукта, и может произойти перелив продукта в резервуаре. Для исключения этого совместно с указанными датчиками ставятся дополнительные поплавковые датчики (сигнализаторы уровня), что удорожает и усложняет систему защиты резервуара от перелива и усложняет проверку и обслуживание.

Известен датчик уровня по патенту Японии №1-176918 G01F 23/00 (опубликован 01.07.1988 г). Указанный датчик используется для контроля уровня масла на складах горюче-смазочных материалов. В его состав входит поплавок (буй), подвешенный на нитевидном элементе к сигнальному устройству, с помощью пружины и расположенному выше уровня жидкости (масла), сигнальное устройство содержит геркон, окруженный кольцевым магнитом. Вес поплавка превышает силу сжатия пружины, и изготавливается из материала, удельный которого превышает вес жидкости. Уровень срабатывания регулируется с помощью изменения длины нитевидного элемента. Пока груз находится выше жидкости магнит под действием веса груза опускается, пружина находится в сжатом состоянии, при подъеме уровня жидкости за счет выталкивающей силы, действующей на буй, пружина распрямляется и магнит перемещается в верхнее положение, при этом происходит срабатывание геркона, сигнализирущего о достижении уровня.

Указанный датчик имеет следующие недостатки - отсутствует информация об исправности датчика и подводящих цепей, нет предупреждающей информации о приближении к аварийному положению, регулировка уровня срабатывания осуществляется с демонтажом устройства. Следует отметить, что указанные датчики не предусмотрены для использования в понтонных резервуарах.

Целью предлагаемого изобретения является возможность контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, а также контроль переполнения резервуара при подъеме жидкости выше заданного уровня в случае перекоса, застревания или потопления понтона с помощью единого датчика.

Сущностью изобретения является то, что в результате дополнения известного технического решения по патенту России №2662703 буем, описанным в патенте Японии №1-176918, был получен неожиданный для такого решения технический результат, обусловленный взаимосвязью дополняемой части и известного средства - создание устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, которое не только сигнализирует о подъеме плавающей крыши (понтона) выше заданного значения, но и выдает сигнал о переполнении резервуара в случае перекоса, застревания или потопления плавающей крыши (понтона) при постоянном контроле целостности сигнальных цепей устройства и возможности оперативного регулирования уровня срабатывания без демонтажа устройства.

Необходимо отметить, что использование предлагаемого устройства существенно снизит стоимость системы контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре за счет исключения установки дополнительного поплавкового датчика перелива (сигнализатора уровня) и относящейся к нему электронной системы и тем самым повысит надежность и безопасность эксплуатации резервуаров с плавающей крышей (понтоном).

Техническим результатом является создание нового устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, состоящего из фланца с прикрепленной к нему трубой из немагнитного материала, на которой размещается подвижная магнитная система, совмещенная с пружинным механизмом, к которому с помощью троса подвешен буй, контактирующий с плавающей крышей (понтоном) при его подъеме до контролируемого уровня, в трубе из немагнитного материала расположены два геркона, верхний геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне разжатой пружины, а нижний геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне сжатой пружины, уровень срабатывания герконов регулируется путем изменения длины троса или с помощью цангового зажима, для точного совмещения положения нижнего геркона с магнитной системой при сжатой пружине установлен стакан, для защиты от конденсата установлен зонтик, расположенный над пружинным механизмом, обеспечивается постоянный контроль целостности цепей и достоверная информация о положении плавающей крыши (понтона) в резервуаре путем формирования сигналов по трем уровням - Норма, Уровень 1 (предупреждение), Уровень 2 (аварийное отключение насоса), вес буя превышает силу сжатия пружины, а объем буя выполнен таким, чтобы при перекосе, заклинивании или потоплении плавающей крыши (понтона) и погружении буя в продукт выталкивающая сила, действующая на буй, позволяет пружинному механизму распрямиться и обеспечить срабатывание верхнего геркона, при этом устройство выполнено с возможностью контроля одновременно как положения плавающей крыши (понтона) при ее подъеме в верхнее положение, так и контроль повышения уровня жидкости в резервуаре в случае перекоса, застревания или потопления плавающей крыши (понтона) при постоянном контроле целостности цепей и возможности оперативного регулирования уровня срабатывания без демонтажа устройства.

На фигуре 1 схематично представлено устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, на фигуре 2 схематично представлено расположение деталей при рабочей ситуации (уровень продукта меньше аварийного), на фигуре 3 схематично представлено расположение деталей при аварийной ситуации (положение понтона равно или выше аварийного), на фигуре 4 схематично представлено расположение деталей при аварийной ситуации (уровень продукта равен или выше аварийного при перекосе, застревании или потоплении понтона), а на фигуре 5 представлена конструкция узла регулировки уровня срабатывания.

Цифрами на рисунках обозначены:

1 - клеммный отсек;

2 - фланец;

3 - труба из немагнитного материала;

4 - магнитная система;

5 - тяга;

6 - трос;

7 - буй;

8 - узел регулировки уровня срабатывания;

9 - зонтик;

10 - кольцо;

11 - пружина;

12 - стакан;

13 - зажим;

14 - верхний геркон;

15 - нижний геркон;

16 - плавающая крыша (понтон);

17 - магнит;

18 - резервуар;

19 - штуцер

20 - кольцо

21 - шайба

22 - прокладка

23 - втулка

24 - прокладка

Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре состоит из фланца 2, клеммного отсека 1, трубы из немагнитного материала 3, пружинного механизма, состоящего из магнитной системы 4, тяги 5, пружины 11, стакана 12, узла регулировки уровня срабатывания 8, прикрепленному к фланцу 2. К тяге 5 с помощью зажимов 13 троса 6 подвешен буй 7. Над пружинным механизмом с помощью кольца 10 закреплен зонтик 9 для предохранения от попадания капель конденсата, который образуется на верхней (защитной) крыше резервуара (в случае ее наличия). Внутри трубы из немагнитного материала 3 установлены верхний 14 и нижний 15 герконы, их положение выбрано таким образом, чтобы они срабатывали при нахождении магнитной системы 4 в верхнем (срабатывает верхний геркон 14) или нижнем положении (срабатывает нижний геркон 15). Магнитная система выполнена в виде кольца из немагнитного материала, в котором имеются углубления, в которые установлены один или несколько магнитов 17, которые залиты герметиком для защиты от внешних воздействий. Устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) рекомендуется устанавливать в резервуаре в количестве не менее трех экземпляров, равномерно расположенных по окружности, на случай перекоса или заклинивания плавающей крыши (понтона), крепятся с помощью фланцев 2 на верхней (защитной) крыше резервуара 18, в котором на поверхности продукта находится плавающая крыша (понтон) 16. В случае отсутствия верхней (защитной) крыши (резервуар с открытой плавающей крышей) для крепления используются специальные кронштейны. Узел регулировки уровня срабатывания имеет цанговую конструкцию и состоит из штуцера 19, кольца 20, шайбы 21, втулки 23 и двух прокладок 22 и 24.

Устройство работает следующим образом. В рабочей ситуации (фигура 2) плавающая крыша (понтон) 16 находится на низком уровне, не касается подвешеннго буя 7. Своим весом буй 7 удерживает пружину 11 в сжатом состоянии, причем максимальное сжатие пружины 11 ограничивается с помощью стакана 12. Это позволяет не только обеспечить строго фиксированное положение магнитной системы 4 относительно нижнего геркона 15, но и снизить требования к точности изготовления пружины 11. Когда магнитная система 4 находится в нижнем положении, нижний геркон находится во включенном состоянии, при этом на систему контроля через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Норма» (уровень продукта меньше аварийного).

При заполнении резервуара 18 (фигура 3) плавающая крыша (понтон) 16 поднимается вверх, касается буя 7 и начинает его поднимать. После начала подъема нижний геркон 15 отключается и на систему контроля через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Предупреждение». Если оператор не выключил насос, то происходит дальнейший подъем плавающей крыши (понтона) 16, пружина распрямляется до упора тяги 5, при этом происходит срабатывание верхнего геркона 14, при этом через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Авария» и происходит автоматическое аварийное отключение насоса.

При перекосе, застревании или потоплении плавающей крыши (понтона) 16 (фигура 4) происходит заполнение резервуара 18 выше плавающей крыши (понтона) 16, и когда уровень жидкости достигает буя 7, за счет выталкивающей силы, действующей на буй 7 при его погружении в жидкость, происходит распрямление пружины 11. После начала распрямления пружины 11 нижний геркон 15 отключается и на систему контроля через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Предупреждение». Если оператор не выключил насос, то происходит дальнейшее распрямление пружины 11 до упора тяги 5, при этом происходит срабатывание верхнего геркона 14, при этом через клеммный отсек 1 поступает сигнал «Авария» и происходит автоматическое аварийное отключение насоса.

Настройка положения буя 7 (положения срабатывания) осуществляется грубо изменением длины троса 6 (с демонтажом устройства) и плавно (без демонтажа устройства) с помощью узла регулировки положения 8 (фигура 5). Для плавной регулировки осуществляется ослабление прижатия кольца 20 с помощью поворота штуцера 19 внутри втулки 23, после чего производится перемещение трубы из немагнитного материала выше или ниже до необходимого положения, после чего с помощью штуцера 19, шайбы 21 и кольца 20 призводится фиксация нового положения. Прокладки 22 и 24 предназначены для обеспечения герметичности.

При своем движении плавающая крыша (понтон) 16 может иметь перекос, для исключения ошибки контроля на резервуар рекомендуется устанавливать не менее трех устройств контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, равномерно расположенных по окружности резервуара.

Устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре закреплены на внешней крыше резервуара или на кроштейнах в случае отсутствия внешней крыши.

Во время эксплуатации при температурах, близких к нулевым значениям, на внешней крыше резервуара 18 и на трубе из немагнитного материала 3 образуется конденсат продукта, находящегося в резервуаре, и в виде капель падает вниз, при этом нарушается нормальная работа датчика при понижении температуры (замерзание конденсата нарушает подвижность магнитной системы). Для защиты устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре установлен зонтик 9, прикрывающий пружинный механизм от попадания капель конденсата.

На предприятии были изготовлены опытные образцы устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре и проведены испытания.

Сигналы от устройства контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре поступали на блок аварийной сигнализации. К выходным контактам блока аварийной сигнализации подключалась световая и звуковая сигнализация.

Испытания подтвердили повышение надежности контроля положения плавающей крыши (понтона) резервуара, как при ее подъеме, так и при заклинивании (потоплении) за счет предупреждающего сигнала о приближении к аварийному положению плавающей крыши (понтона) или повышении уровня жидкости в резервуаре выше заданного, постоянного контроля целостности цепей устройства, возможности дополнительного регулирования уровня срабатывания с помощью цангового зажима без демонтажа устройства, контроля наличия сигнала нормального или аварийного положения плавющей крыши (понтона), защиты от конденсата.

Следует отметить, что при обрыве любой цепи от герконов или отключении питания формируется аварийный сигнал, что дополнительно повышает надежность эксплуатации резервуаров.

Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре в составе системы сигнализации предельных уровней прошло аттестацию по взрывозащите, и был получен соответствующий сертификат.

Изобретение относится к обеспечению безопасной эксплуатации резервуаров с плавающей крышей (понтоном). Устройство состоит из фланца с прикрепленной к нему трубой из немагнитного материала, на которой размещается подвижная магнитная система, совмещенная с пружинным механизмом, к которому с помощью троса подвешен буй, контактирующий с плавающей крышей (понтоном) при его подъеме до контролируемого уровня, в трубе из немагнитного материала расположены два геркона, верхний геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне разжатой пружины, а нижний геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне сжатой пружины, уровень срабатывания герконов регулируется путем изменения длины троса или с помощью цангового зажима, для точного совмещения положения нижнего геркона с магнитной системой при сжатой пружине установлен стакан, для защиты от конденсата установлен зонтик, расположенный над пружинным механизмом, обеспечивается постоянный контроль целостности цепей и достоверная информация о положении плавающей крыши (понтона) в резервуаре путем формирования сигналов по трем уровням - Норма, Уровень 1 (предупреждение), Уровень 2 (аварийное отключение насоса), вес буя превышает силу сжатия пружины, а объем буя выполнен таким, чтобы при перекосе, заклинивании или потоплении плавающей крыши (понтона) и погружении буя в продукт выталкивающая сила, действующая на буй, позволяла пружинному механизму распрямиться и обеспечить срабатывание верхнего геркона, при этом устройство выполнено с возможностью контроля одновременно как положения плавающей крыши (понтона) при ее подъеме в верхнее положение, так и повышения уровня жидкости в резервуаре в случае перекоса, застревания или потопления плавающей крыши (понтона) при постоянном контроле целостности цепей и возможности оперативного регулирования уровня срабатывания без демонтажа устройства. 5 ил.

Устройство контроля верхнего положения плавающей крыши (понтона) в резервуаре, состоящее из фланца с прикрепленной к нему трубой из немагнитного материала, на которой размещается подвижная магнитная система, совмещенная с пружинным механизмом, к которому с помощью троса подвешен буй, контактирующий с плавающей крышей (понтоном) при его подъеме до контролируемого уровня, в трубе из немагнитного материала расположены два геркона, верхний геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне разжатой пружины, а нижний геркон расположен таким образом, что он срабатывает на уровне сжатой пружины, уровень срабатывания герконов регулируется путем изменения длины троса или с помощью цангового зажима, для точного совмещения положения нижнего геркона с магнитной системой при сжатой пружине установлен стакан, для защиты от конденсата установлен зонтик, расположенный над пружинным механизмом, обеспечивается постоянный контроль целостности цепей и достоверная информация о положении плавающей крыши (понтона) в резервуаре путем формирования сигналов по трем уровням - Норма, Уровень 1 (предупреждение), Уровень 2 (аварийное отключение насоса), вес буя превышает силу сжатия пружины, а объем буя выполнен таким, чтобы при перекосе, заклинивании или потоплении плавающей крыши (понтона) и погружении буя в продукт выталкивающая сила, действующая на буй, позволяла пружинному механизму распрямиться и обеспечить срабатывание верхнего геркона, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью контроля одновременно как положения плавающей крыши (понтона) при ее подъеме в верхнее положение, так и повышения уровня жидкости в резервуаре в случае перекоса, застревания или потопления плавающей крыши (понтона) при постоянном контроле целостности цепей и возможности оперативного регулирования уровня срабатывания без демонтажа устройства.