мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов

Формула изобретения

Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов, содержащий поддон, на котором размещена с возможностью фиксации замкнутая оболочка, состоящая из топливостойкого, светозащитного и силового слоев, и имеющая на верхней поверхности сливо-наливную горловину, отличающийся тем, что топливостойкий слой выполнен из двух слоев полимерного материала толщиной 80-150 мкм с массой не более 0,3 кг/м², разрывной нагрузкой не менее 200 Н, температурой хрупкости не менее минус 50°С, максимальной температурой хранимого нефтепродукта не выше 70°С, проницаемостью не более 10 г/м² сутки, светозащитный слой - из электропроводной саженаполненной полиэтиленовой пленки толщиной 80-150 мкм, силовой слой размещен с наружной стороны резервуара и выполнен из одного или двух слоев фальцованной полипропиленовой ткани с поверхностной плотностью 200±20 г/м ² и количеством нитей на 10 см ткани по основе и по утку 54±2 и 50±2 соответственно, при этом внутренняя часть поддона выполнена из материала, идентичного материалу топливостойкого слоя, и представляет замкнутую герметичную полость для заполнения воздухом или другим агентом, а наружная - из материала, идентичного материалу силового слоя, боковые стенки наружной части поддона имеют высоту, равную не менее 0,7 от высоты заполненного эластичного резервуара, и расположены относительно днища под углом 65-75°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к большим контейнерам, в частности к эластичным (мягким) резервуарам, предназначенным для хранения и транспортирования жидкостей, в том числе нефтепродуктов, и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Мягкие резервуары по сравнению с металлическими и другими жесткими резервуарами обладают рядом существенных преимуществ, к которым относятся:

малая собственная масса по отношению к массе перевозимого или хранимого нефтепродукта;

возможность свертывания порожнего резервуара в рулон (пакет) небольшого объема;

малое удельное давление на грунт в заполненном состоянии;

отсутствие потерь нефтепродуктов от испарения при «малых» и «больших» дыханиях.

Известен эластичный резервуар (далее резервуар) для хранения и перевозки жидкостей, представляющий собой герметичную замкнутую оболочку подушкообразной формы, снабженную сливоналивной горловиной [Магула В.Э. и др. Судовые мягкие емкости. - Л.: Судостроение, 1979, с.162-163].

Недостатками известного эластичного резервуара являются значительные трудозатраты при эксплуатации, вызванные необходимостью использования погрузочных механизмов (кранов и т.д.). Кроме того, при заполнении резервуара нефтепродуктом на его поверхности и в пространстве вокруг него создаются электростатические поля с напряженностью электрического поля от 300 В до 20 кВ. Наблюдается также примерзание оболочки резервуара к грунту при отрицательных температурах в результате конденсации паров воды из атмосферного воздуха на поверхности резервуара, а в случае разгерметизации замкнутой оболочки или проливов нефтепродуктов происходит загрязнение окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является эластичный резервуар, содержащий поддон из брезента, на котором размещена с возможностью фиксации замкнутая оболочка, состоящая из двухслойной резинотканевой материи, содержащей силовой слой из высокопрочной вискозной ткани, размещенный между топливостойким покрытием с внутренней стороны и светозащитным - с наружной, при этом все слои соединены между собой с помощью клеев горячего отверждения. На верхнем полотнище резервуара вблизи одного из углов размещена сливоналивная горловина, изготовленная из легких сплавов [Ю.М.Михеев. Резинотканевые резервуары. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1977, с.20].

Недостатком данного эластичного резервуара являются:

масса резервуара, обусловленная высокой материалоемкостью (3-5 кг/м²) резинотканевого материала;

ограниченная область применения резервуара в зонах с температурой ниже минус 30°С, что связанно с использованием в качестве топливостойкого слоя нитрильной резины с температурным пределом хрупкости минус 30°С;

высокие потери хранимого нефтепродукта, обусловленные проницаемостью (100-250 г/м² сут.) нефтепродукта через конструкционный материал;

высокая пожароопасность при наливе нефтепродуктов, обусловленная диэлектрическими свойствами прорезиненной ткани (изолятор) - удельное объемное электрическое сопротивление составляет 10¹¹ -10¹² Ом·м.

Практика эксплуатации таких резервуаров показала, что они имеют ограниченный срок хранения в нем нефтепродукта, т.к. внутренний слой влияет на качество хранимого нефтепродукта, а хранимый нефтепродукт - на физико-механические характеристики материала (снижается адгезия внутреннего и внешнего слоев, происходит вымывание сажи и пластификаторов и др.).

Все это в целом снижает эффективность использования известного резервуара.

Технический результат изобретения - повышение эффективности эластичных резервуаров для нефтепродуктов за счет создания условий мобильности, снижения потерь и обеспечения электростатической и экологической безопасности при эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном мобильном эластичном резервуаре для нефтепродуктов, содержащем поддон, на котором размещена с возможностью фиксации замкнутая оболочка, состоящая из топливостойкого, светозащитного и силового слоев и имеющая на верхней поверхности сливоналивную горловину, согласно изобретению топливостойкий слой выполнен из двух слоев полимерного материала толщиной 80-150 мкм с массой не более 0,3 кг/м ², разрывной нагрузкой не менее 200 Н, температурой хрупкости не менее минус 50°С, максимальной температурой хранимого нефтепродукта не выше 70°С, проницаемостью не более 10 г/м ² сутки, светозащитный слой - из электропроводной саженаполненной полиэтиленовой пленки толщиной 80-150 мкм, силовой слой размещен с наружной стороны резервуара и выполнен из одного-двух слоев фальцованной полипропиленовой ткани с поверхностной плотностью 200±20 г/м² и количеством нитей на 10 см ткани по основе и по утку 54±2 и 50±2 соответственно, при этом внутренняя часть поддона выполнена из материала, идентичного материалу топливостойкого слоя, и представляет замкнутую герметичную полость для заполнения воздухом или другим агентом, а наружная - из материала, идентичного материалу силового слоя, боковые стенки наружной части поддона имеют высоту, равную не менее 0,7 от высоты заполненного эластичного резервуара, и расположены относительно днища под углом 65-75°.

На фиг.1 показан мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов (в заполненном виде, в разрезе);

на фиг.2 - мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов (с поддоном, заполненным воздухом или другим агентом);

на фиг.3 - мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов (в момент слива остатка нефтепродукта).

Суть изобретения заключается в использовании конструкционных материалов, отвечающих техническим требованиям (табл.1) к слоям мобильных эластичных резервуаров для хранения нефтепродуктов.

Для определения возможности использования широко выпускаемых эластичных материалов в конструкции мобильных эластичных резервуаров были проведены исследования стойкости различных материалов к воздействию нефтепродуктов.

Результаты исследований физико-механических и эксплуатационных характеристик конструкционных материалов представлены в таблицах 2, 3, 4, 5, 6:

табл.2 - результаты исследования резинотканевого конструкционного материала марки ТПОЭР, выпускаемого по ТУ 405831-2005 (г.Москва);

табл.3 - результаты исследования конструкционного материала на основе термопластичного полиуретана марки L 328 NESU, изготовленного ООО «Мостор 7» (г.Сергиев-Посад);

табл.4 - результаты исследования пленочных конструкционных материалов, выпускаемых по ТУ 2245-002-70005482-2003 (г.Москва) и ТУ 2245-001-52186250-2005 (г.Санкт-Петербург»);

табл.5 - результаты исследования конструкционного материала на основе полипропиленовой ткани, выпускаемой по ТУ 8237-012-58584000-05 (г.Москва);

табл.6 - результаты испытаний светозащитного антистатического конструкционного материала, выпускаемого по ГОСТ 10354-82 (г.Москва).

По каждому из определяемых показателей исследуемых конструкционных материалов можно сделать вывод о возможности использования того или иного материала для создания конкретного эластичного резервуара (заданных вместимости, температурной зоны эксплуатации, марки нефтепродукта и т.д.).

Так, толщина (табл.1 п.п.1, 14, 29) материала характеризует расчетную толщину слоя, необходимого для обеспечения прочности оболочки резервуара при воздействии внутреннего или наружного давления.

Масса 1 м² (табл.1 п.п.2, 15, 30) характеризует материалоемкость слоя конструкционного материала и в целом массу (вес) резервуара.

Удельное поверхностное электрическое сопротивление (табл.1 п.16) характеризует электрическую проводимость, т.е. граничные условия эффективности применения конструкционного материала (диэлектрики - больше 10⁸, полупроводники - 10²-10⁸, проводники - менее 10²), обеспечивающего электростатическую безопасность резервуара при наливе нефтепродуктов.

Светопроницаемость (табл.1 п.20) характеризует защитную способность конструкционного материала от светового излучения в различных областях спектра и обеспечивает требования по сохранению качества нефтепродукта в резервуаре [ГОСТ 1510-84 Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. М., Издательство стандартов, 2000, с.22-23].

Разрывная нагрузка, прочность при растяжении (табл.1 п.п.3, 18, 22) характеризует предельное сопротивление механическому разрушению резервуара при проведении погрузочно-разгрузочных работ в порожнем и заполненном состояниях в транспортные средства и из них.

Удлинение при разрыве (табл.1 п.п.4, 18, 23) позволяет оценить высокоэластические и упругие свойства при воздействии деформаций растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и др при развертывании и свертывании резервуара из походного положения в рабочее.

Проницаемость (табл.1 п.5) определяет количественные и качественные потери хранимого в резервуаре нефтепродукта, характеризует степень пожароопасности, загрязнения окружающей среды, влияния на обслуживающий персонал и др.

Температура хрупкости (табл.1 п.п.9, 19, 25) характеризует морозостойкость и определяет возможность эксплуатации резервуара в различных климатических зонах.

Изменение массы полимерного материала и масса веществ, экстрагированных нефтепродуктом (табл.1 п.п.6, 7), определяют сроки хранения и контроля качества нефтепродукта в резервуаре, а также продолжительность эксплуатации самого резервуара.

Изменение качества нефтепродукта (табл.1 п.12) характеризует степень воздействия конструкционного материала резервуара на хранимый нефтепродукт. При контакте с нефтепродуктами (наиболее агрессивными средами являются светлые нефтепродукты - топлива, бензины) из полимерного материала экстрагируются различные наполнители - антифризы, антистарители, пластификаторы, отвердители, реологические добавки, красители, антисептики и др, введенные при производстве этого полимерного материала. Экстракция из полимерного материала в хранимый нефтепродукт вышеперечисленных наполнителей снижает качество нефтепродукта (повышается концентрация фактических смол, снижающих детонационную стойкость и испаряемость; изменяется внешний вид - цвет, прозрачность и т.д.).

Воздействие на все материалы (табл.2, 3, 4, 5) проводили нефтепродуктом, для хранения которого должен быть создан резервуар.

В качестве такого нефтепродукта использовали широко применяемую марку высокооктанового автобензина АИ-92 [ГОСТ Р 51105-97 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия. М., Издательство стандартов, 1999, с.2-3], имеющего в своем составе ароматические углеводороды, а также кислородосодержащие антидетонационные (октаноповышающие) присадки и являющегося наиболее агрессивным нефтепродуктом.

Испытания проводились при температуре (70±2)°С - верхняя граница области применения мобильных эластичных резервуаров (табл.1), в течение 5-15 суток - время достижения полимерным материалом равновесного состояния набухания в нефтепродукте.

По результатам испытаний установлено, что из всех перечисленных материалов в полном объеме предъявляемым требованиям к слоям мобильных эластичных резервуаров (табл.1) отвечают следующие материалы:

для внутреннего топливостойкого слоя - пленка полимерная многослойная [ТУ 2245-001-52186250-2005 Пленка полимерная многослойная. Санкт-Петербург, 2005] - табл.4, столбцы 6 и 7, строки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 серийно выпускаемая отечественной промышленностью, основное назначение которой вакуумная упаковка холодных пищевых продуктов с влажностью более 15%, в том числе и замороженных;

для наружного силового слоя - ткань полипропиленовая [ТУ 8237-012-58584000-2005 Ткань полипропиленовая рукавная. Технические условия] - табл.5, столбцы 4 и 5, строки 1, 2, 3, 4, серийно выпускаемая отечественной промышленностью, основное назначение которой силовые оболочки контейнеров для хранения и транспортирования сыпучих грузов (зерна, цемента, песка, удобрений и др.).

Испытания электропроводной антистатической саженаполненной полиэтиленовой пленки СМ [ГОСТ 10354-82 Пленка полиэтиленовая. Технические условия. М., Издательство стандартов, 1999] показали, что пленка обеспечивает необходимые антистатические и светозащитные свойства (табл.6, столбец 4, строки 6 и 8) и может быть использована в качестве светозащитного слоя в конструкции мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов. Пленка СМ серийно выпускается отечественной промышленностью и применяется в сельском хозяйстве, мелиоративном и водохозяйственном строительстве, а также как упаковочный материал.

Получив результаты испытаний материалов и выбрав наиболее перспективные, авторы разработали конструкцию мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов, отвечающую современным требованиям к техническим средствам нефтепродуктообеспечения (табл.1).

Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов состоит из поддона 1, на котором размещена с возможностью фиксации (за счет сил тяжести и трения) замкнутая оболочка, состоящая из топливостойкого 2а, 2б, светозащитного 3 и силового 4 слоев. Все слои, в том числе и светозащитный 3, соединены в области горловины 5. Резервуар заземлен (не показано) известным способом [Техническое описание и инструкция по эксплуатации резинотканевых резервуаров. М., Военное издательство, 1980, с.26 п.3.2.4).

Все используемые в конструкции мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов материалы выпускаются отечественной промышленностью в виде рукавов шириной 800, 1500, 3000 и 6000 мм, что упрощает процесс создания резервуара (соединение торцевых слоев известными методами - сварка, склейка, сшивка и др.).

Так, в качестве топливостойкого слоя 2а, 2б можно использовать полимерный материал толщиной 80-150 мкм с массой не более 0,3 кг/м², разрывной нагрузкой не менее 200 Н, температурой хрупкости не менее минус 50°С, максимальной температурой хранимой рабочей среды не выше 70°С, проницаемостью не более 10 г/м ² сутки.

В соответствии с требованиями ГОСТ 1510-84 нефтепродукты следует хранить, защищенными от прямых солнечных лучей, а конструкция и условия эксплуатации средств хранения и транспортирования должны удовлетворять еще и требованиям по электростатической искробезопасности. В связи с этим авторы в качестве светозащитного слоя используют в конструкции мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов электропроводную саженаполненную полиэтиленовую пленку толщиной 80-150 мкм (табл.6). Выполнение светозащитного слоя 3 из электропроводной саженаполненной пленки позволит исключить образование электростатических полей на поверхности резервуара и в пространстве вокруг него при заполнении нефтепродуктом, сохранив при этом светозащитные функции.

Для силового слоя 4 можно использовать один-два слоя фальцованной светостойкой полипропиленовой ткани белого или других светлых цветов (для предотвращения избыточных нагрузок в резервуаре в жаркое время года из-за воздействия солнечной радиации) с поверхностной плотностью 200±20 г/м² и количеством нитей на 10 см ткани по основе и по утку 54±2 и 50±2 соответственно (табл.5).

Выполняя силовой слой 4 как самостоятельный и размещая его снаружи, авторы достигли снижения материалоемкости за счет использования более тонкого топливостойкого слоя 2а и 2б, трудозатрат на изготовление, ремонт и зачистку мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов.

Внутренняя часть 1а поддона выполнена из соединенного в замкнутую герметичную полость А слоя полимерного, идентичного топливостойкому слою 2а, 2б, материала толщиной 80-150 мкм с массой не более 0,3 кг/м ², разрывной нагрузкой не менее 200 Н, температурой хрупкости не менее минус 50°С, максимальной температурой хранимой рабочей среды не выше 70°С, проницаемостью не более 10 г/м ² пленки. Образованная герметичная полость А поддона 1 после заполнения через патрубок 6 с обратным клапаном (на фиг.2 не показан) агентом (например воздухом) образует опору эластичного резервуара. Наружная часть поддона 16 выполнена из материала, идентичного материалу силового слоя 4, а именно из фальцованной полипропиленовой ткани с поверхностной плотностью 200±20 г/м² и количеством нитей на 10 см ткани по основе и по утку 54±2 и 50±2 соответственно. Боковые стенки наружной части 1б поддона имеют высоту, равную не менее 0,7 от высоты заполненного резервуара, и расположены относительно днища под углом 65-75°.

Геометрические и массовые параметры изготовленных опытных образцов мобильных эластичных резервуаров для нефтепродуктов представлены в табл.7.

Таблица 7 Геометрические и массовые параметры опытных образцов мобильных эластичных резервуаров для нефтепродуктов
№ п.п	Параметр	Марка резервуара, вместимость, м3
		ЭР-4	ЭР-6	ЭР-25	ЭР-50
1	2	3	4	5	6
1	Длина резервуара, мм	3600	3800	9000	17600
2	Ширина резервуара, мм	2600	2500	3700	3700
3	Площадь резервуара в плане, м2	9,36	9,50	33,30	65,12
4	Высота резервуара с нефтепродуктом, Н, мм	650	900	1000	1000
5	Высота стенки наружной части поддона min, h=0,7 H, мм	455	630	700	700
6	Длина поддона в плане, мм	4600	4800	10000	18600
7	Ширина поддона в плане, мм	3600	3500	4700	4700
8	Площадь поддона в плане, м2	16,56	16,80	47,00	87,42
9	Объем поддона, м3	7,5	10,6	32,9	61,2
	Масса резервуара с поддоном, кг:
10	в порожнем состоянии	30	40	95	135
	в заполненном состоянии*	2950	4420	18345	36635
*плотность АИ-92 при 15°С - 730 кг/м3 .

Высота h наружной части стенок 16 поддона 1, равная 0,7 от высоты Н заполненного резервуара (Н), выбрана авторами, исходя из площадей и объемов поддона и резервуара (табл.7, строки 8, 9, столбцы 3, 4, 5, 6), исключающая пролив нефтепродукта на грунт в случае разгерметизации оболочки резервуара (топливостойких слоев 2а, 2б).

Расположение боковых стенок наружного слоя 1б поддона 1 под углом 65-75° обеспечивает равномерное распределение нагрузки и минимально необходимую высоту наружной части поддона 1б, исключающую перелив нефтепродукта из поддона 1. Кроме того, предложенная конструкция поддона 1 не требует подготовки обвалования, использования опор для удержания поддона в развернутом состоянии.

Авторы не имеют сведений о заявляемой совокупности использования известных материалов.

Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов работает следующим образом (на примере резервуара марки ЭР-4).

Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов вместимостью 4 м³, содержащий поддон 1, на котором размещена замкнутая оболочка, раскладывают на ровной горизонтальной площадке, соответствующей геометрическим параметрам порожнего резервуара в развернутом состоянии (4,6 м ×3,6 м). Разворачивают вначале по длине, а затем по ширине, при этом сливоналивная горловина 5 должна находиться сверху. Проверяют комплектность резервуара, затяжку гаек крепления горловины к эластичной оболочке и при необходимости производят их подтяжку. Проводят визуальный осмотр и устанавливают его техническое состояние (проколы, трещины и т.п.). Проверяют резервуар на герметичность известным методом, заполняя его воздухом через запорный (дыхательный) клапан сливоналивной горловины 5, после чего заполняют нефтепродуктом через сливоналивную горловину 5 (сливоналивных горловин может быть несколько). Количество принятого в резервуар нефтепродукта определяют по счетчику или высотному трафарету (не показан), при предельном заполнении срабатывает сигнализатор (не показан) окончания налива. Во внутреннюю часть 1а поддона 1 резервуара через патрубок 6 подают воздух, который расправляет полость А, при этом боковые стенки наружной части 16 поддона 1 устанавливаются под углом 70° относительно днища. Под собственным весом замкнутая оболочка, заполненная нефтепродуктом, фиксируется поддоном 1.

В процессе налива автобензина АИ-92 определялось удельное поверхностное электрическое сопротивление в районе сливоналивной горловины 5 резервуара. Величина показателя составила от 10 до 10² Ом, что соответствует техническим требованиям к резервуарам (табл.1, строка 16, столбец 4).

С целью определения влияния конструкционного материала мобильного эластичного резервуара на качество хранимого автомобильного бензина АИ-92 в течение 2005 года была проведена подконтрольная эксплуатация в условиях очень жаркого сухого климатического района II ₁₂ (средняя месячная температура воздуха января плюс 4 минус 4°С, июля от плюс 30°С и выше) [ГОСТ 16350 Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. М., издательство стандартов, 1986, с.2-3]. Контроль качества АИ-92 проводился по физико-химическим показателям, склонным к изменению в процессе хранения: концентрации фактических смол и внешнему виду. Результаты ежеквартального изменения показателей качества автобензина АИ-92 представлены в табл.8.

Таблица 8 Изменение физико-химических показателей автобензина АИ-92 после хранения в мобильном эластичном резервуаре для нефтепродуктов
Показатель	Норма ГОСТ Р 51105-97	Исходный	Квартал 2005 г.
			I	II	III	IV
1 Концентрация фактических смол, мг/100 см 3	Не более 5,0	3,2	3,5	3,5	3,7	3,7
Внешний вид	Чистый, прозрачный	Чистый, прозрачный	Чистый, прозрачный

По результатам исследований установлено, что качество хранимого в мобильном эластичном резервуаре для нефтепродуктов в течение года автобензина АИ-92 практически не изменилось и находится в пределах требований ГОСТ Р 51105-97.

Выдачу нефтепродукта из мобильного эластичного резервуара производят с помощью мотонасосной установки (не показана) через сливоналивную горловину 5 в автоцистерну. При снижении уровня нефтепродукта в резервуаре до 100 мм уменьшают подачу насоса до минимальной величины и увеличивают давление до 0,3 кгс/см ² в герметичной полости А поддона 1 путем нагнетания воздуха через патрубок 6. Под воздействием давления воздуха в герметичной полости А поддона 1 и силы тяжести сливоналивной горловины 5 резервуара в последнем образуется воронка (фиг.3) с нефтепродуктом, откачка которого без срыва струи продолжается, что снижает несливаемый остаток до минимума (1,5-2,0 л).

При аварийной разгерметизации замкнутой оболочки мобильного эластичного резервуара или технологическом проливе нефтепродукт локализуется в поддоне 1, объем которого не менее объема (вместимости) эластичного резервуара (табл.7, строка 9, столбец 3), при этом исключается:

загрязнение окружающей среды (почвы, поверхностных вод);

деградация флоры и фауны;

необходимость рекультивации земель.

Нефтепродукт удаляется из поддона с помощью мотонасосной установки.

Перед свертыванием и упаковкой резервуара через патрубок 6 из полости А поддона 1 удаляют воздух вакуумным насосом и сворачивают поддон 1 с размещенной на нем замкнутой оболочкой мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов в порядке, обратном развертыванию (в случае разгерметизации замкнутой оболочки мобильного эластичного резервуара - разрывы, проколы, отпотины и т.д.), ее демонтируют с поддона и проводят ремонт топливостойкого слоя известными методами или заменяют на новый.

Таким образом, резервуар отвечает всем требованиям, предъявляемым к мобильным эластичным резервуарам для нефтепродуктов (табл.1), и превосходит известный за счет снижения толщины, массы 1 м ², проницаемости, влияния на качество нефтепродуктов, а также повышения стойкости к воздействию нефтепродуктов (табл.4, строки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, столбцы 6, 7).

Применение изобретения позволит повысить эффективность эластичных резервуаров для нефтепродуктов за счет создания условий мобильности, снижения потерь и обеспечения электростатической и экологической безопасности при эксплуатации.