大型浮顶储罐的自适应中央排水系统和罐内泡沫消防系统.pdf

一种大型浮顶储罐的自适应中央排水系统或消防系统，其包括多个排水管段17或消防管段17，所述多个排水管段17或消防管段17中相邻的两个排水管段或消防管段之间通过铰链节18进行连接，所述铰链节18中有柔性软管14，相邻的两个排水管段或消防管段17之间通过铰链节18中的所述柔性软管14而相互连通，除了最接近所述浮顶21的铰链节之外，其余的所有铰链节18在静止和工作状态时的弯曲角度均小于45°。

1.  一种大型浮顶储罐的自适应中央排水系统(100)，所述排水系统(100)的一端与储罐(T)的浮顶(21)上的单向阀(19)相连通，另一端从储罐(T)内底部通向储罐外部，浮顶(21)上的积水从单向阀(19)经排水系统(100)由储罐底部经排水管段排到储罐外，所述排水系统(100)包括多个排水管段(17)，其特征在于，所述多个排水管段(17)中相邻的两个排水管段之间通过铰链节(18)进行连接，所述铰链节(18)中有柔性软管(14)，相邻的两个排水管段(17)之间通过铰链节(18)中的所述柔性软管(14)而相互连通。

2.  根据权利要求1所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述柔性软管(14)采用多层对称波纹结构，在所述排水管段(17)与柔性软管(14)的连接部位处加上保护套(12)；在柔性软管(14)外周上整体加上金属网；所述柔性软管(14)整体涂有防腐材料涂层或罩有防腐材料护套，以使所述柔性软管(14)不与储罐(T)内所储存的介质接触。

3.  根据权利要求2所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述防腐材料是耐酸碱的耐芳烃介质。

4.  根据权利要求1所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，采用固定支承件(5)将排水系统(100)的出口端的排水管段(17)固定支承在罐底(10)上。

5.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)有四个。

6.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)有五个。

7.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)有六个。

8.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)有七个。

9.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)采用球形轴承进行连接，所述铰链节(18)与排水管段(17)的连接方式可采用焊接连接或法兰连接。

10.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)可以采用同轴的对称结构或同轴的不对称结构，所述铰链节(18)弯曲时所述柔性软管(14)可弯曲成“Ω”型。

11.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述铰链节(18)可以采用不同轴的对称结构或不同轴的不对称结构，所述铰链节(18)弯曲时所述柔性软管(14)可弯曲为椭圆弧形或圆弧形。

12.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，所述柔性软管(14)的材质可以采用非金属材料、金属材料或非金属材料与金属材料的组合。

13.  根据权利要求1至4之一所述的大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，其特征在于，除了最接近所述浮顶(21)的铰链节之外，其余的所有铰链节(18)在静止和工作状态时的弯曲角度均小于45°。

14.  一种大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，所述消防系统(200)一端与储罐(T)的浮顶(21)上的泡沫发生器(220)相连通，另一端从储罐(T)内底部通向储罐外部，泡沫混合液由储罐(T)底部向上经消防系统(200)而送到泡沫发生器(220)处，所述消防系统(200)包括多个消防管段(17)，其特征在于，所述多个消防管段(17)中相邻的两个消防管段之间通过铰链节(18)进行连接，所述铰链节(18)中有柔性软管(14)，相邻的两个消防管段(17)之间通过铰链节(18)中的所述柔性软管(14)而相互连通。

15.  根据权利要求14所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述柔性软管(14)采用多层对称波纹结构，在所述消防管段(17)与柔性软管(14)的连接部位处加上保护套(12)；在柔性软管(14)外周上整体加上金属网；所述柔性软管(14)整体涂有防腐材料涂层或罩有防腐材料护套，以使所述柔性软管(14)不与储罐(T)内所储存的介质接触。

16.  根据权利要求15所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述防腐材料是耐酸碱的耐芳烃介质。

17.  根据权利要求14所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，采用固定支承件(5)将排水系统(100)的出口端的消防管段(17)固定支承在罐底(10)上。

18.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)有四个。

19.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)有五个。

20.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)有六个。

21.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)有七个。

22.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)采用球形轴承进行连接，所述铰链节(18)与消防管段(17)的连接方式可采用焊接连接或法兰连接。

23.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)可以采用同轴的对称结构或同轴的不对称结构，所述铰链节(18)弯曲时所述柔性软管(14)可弯曲成“Ω”型。

24.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述铰链节(18)可以采用不同轴的对称结构或不同轴的不对称结构，所述铰链节(18)弯曲时所述柔性软管(14)可弯曲为椭圆弧形或圆弧形。

25.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，所述柔性软管(14)的材质可以采用非金属材料、金属材料或非金属材料与金属材料的组合。

26.  根据权利要求14至17之一所述的大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统(200)，其特征在于，除了最接近所述浮顶(21)的铰链节之外，其余的所有铰链节(18)在静止和工作状态时的弯曲角度均小于45°。

大型浮顶储罐的自适应中央排水系统和罐内泡沫消防系统
技术领域
本发明涉及一种用于大型浮顶储罐(10万立方米以上)的自适应中央排水系统和罐内泡沫消防系统，用于保证浮顶储罐的安全运行，该排水系统能够排除浮顶储罐的浮顶上因下雨、下雪及其他原因而积存的积水，该消防系统能够及时输送消防泡沫。
背景技术
目前，国内浮顶储罐的浮顶排水系统一直采用直角旋转接头的刚性管和金属波纹管铰接头排水系统，旋转接头采用填料密封，这种结构现已广泛使用。但是通过大量实践发现这种接头的使用可靠性较差，直角旋转接头在使用一段时间以后往往发生渗漏，致使泄漏原油和雨水一起被排除，质量和使用寿命一直不过关。法国coflexip公司生产有一种浮顶排水系统，其采用挠性不锈钢排水管段，但该排水系统存在下列缺陷：运动轨迹不确定，在浮顶下落时容易被浮顶支柱压坏；不阻燃防火。美国baillietank公司生产的挠性接头折叠式浮顶排水管段可代替旋转接头，但却不防火阻燃而且自适应性差。罐内泡沫消防系统通常采用与排水系统相同或相似的结构。
总体说来，现有的浮顶储罐排水系统和泡沫消防系统主要存在下列问题：
运动轨迹问题：浮顶储罐的中央排水系统和罐内泡沫消防系统在随浮顶运动的过程中不能在罐内漂浮不定。否则，在浮顶下降到罐底时，容易与浮顶支柱发生干涉，支柱有可能会把排水管段或消防管段压坏；同时，浮顶还有偏转和扭转位移的现象，所以要求浮顶储罐的中央排水系统和罐内泡沫消防系统运动轨迹要确定，并且要有一定的适应范围。
自适应性问题：随着浮顶的升降，浮顶储罐中央排水系统和罐内泡沫消防系统的接头应该以相应的角位移适应其变化。
使用寿命：浮顶储罐中央排水系统和罐内泡沫消防系统的使用寿命由接头软管的曲率、弧长、弯曲角度等决定。
系统的防腐：原油成分复杂，含有芳烃、CL-，如何防腐直接涉及使用寿命。
由于排水管段或泡沫消防管段包括可弯曲的软管，在浮顶呼吸过程中，可以随之伸张或弯曲。为保证储罐安全、平稳、长期的运行，就要求整个系统必须沿着一定的轨迹范围运动以适应浮顶位置变化，同时还要确保系统不与浮顶支柱发生干涉。上述问题是大型浮顶储罐的自适应中央排水系统和罐内泡沫消防系统的关键之处。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的上述缺陷并解决上述技术问题，本发明提供了一种大型浮顶储罐的自适应中央排水系统，所述排水系统的一端与储罐地浮顶上的单向阀相连通，另一端从储罐内底部通向储罐外部，浮顶上的积水从单向阀经排水系统由储罐底部经排水管段排到储罐外，所述排水系统包括多个排水管段，其中，所述多个排水管段中相邻的两个排水管段之间通过铰链节进行连接，所述铰链节中有柔性软管，相邻的两个排水管段之间通过铰链节中的所述柔性软管而相互连通。
本发明的排水系统还可进一步包括下列技术特征：除了最接近所述浮顶的铰链节之外，其余的所有铰链节在静止和工作状态时的弯曲角度均小于45°；柔性软管可采用多层对称波纹结构，在排水管段与柔性软管的连接部位处可加上保护套；在柔性软管外周上可整体加上金属网；柔性软管整体涂有防腐材料涂层或罩有防腐材料护套，以使柔性软管不与储罐内所储存的介质接触。防腐材料可以是耐酸碱的耐芳烃介质。
还可采用固定支承件将排水系统出口端的排水管段固定支承在罐底上。在本发明的排水系统中，可以包括四个或五个至七个铰链节。
本发明还提供了一种大型浮顶储罐的自适应罐内消防系统，该消防系统一端与储罐的浮顶上的泡沫发生器相连通，另一端从储罐内底部通向储罐外部，泡沫混合液由储罐底部向上经消防系统而送到泡沫发生器处，所述消防系统包括多个消防管段，其中，所述多个消防管段中相邻的两个消防管段之间通过铰链节进行连接，所述铰链节中有柔性软管，相邻的两个消防管段之间通过铰链节中的所述柔性软管而相互连通。
本发明对中央排水系统和罐内泡沫消防系统从整体结构、铰链节结构形式、铰链与浮顶的连接方式、软管材质、软管弧长、软管曲率、系统防腐等方面进行了更为合理的改进，在使用过程中，排水管段或消防管段不会翻转，运动轨迹固定，而且具有很好的自适应性，同时，该系统采用静密封结构替代了动密封结构，因此没有漏点，极大地提高了使用可靠性和使用寿命，且具有很好的防火阻燃性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1A-图1C为本发明的五铰链节排水系统的不同状态的示意图；
图2A-图2c为本发明的四铰链节排水系统的不同状态的示意图；
图3A-图3C为本发明的五铰链节消防系统的不同状态的示意图；
图4A-图4c为本发明的四铰链节消防系统的不同状态的示意图；
图5A和图5B为软管与铰联节结构示意图；
图6A和图6B为铰链节与软管联接方式示意图；
图7为球轴承铰链节连接示意图；
图8A-8E为铰链节形式及弯曲时软管弯曲形式的示意图。
具体实施方式
图1和图2分别示出了本发明的排水系统的两个实施例。图1A-图1C是包含五个铰链节的排水系统实施例的不同状态的示意图；图2A-图2C是包含四个铰链节的排水系统的不同状态的示意图。
参见图1和图2，一种大型浮顶储罐的自适应中央排水系统100，所述排水系统100的一端与储罐T的浮顶21上的单向阀19相连通，另一端从储罐T内底部通向储罐外部，浮顶21上的积水从单向阀19经排水系统100由储罐底部经排水管段排到储罐外，所述排水系统100包括多个排水管段17，其中，所述多个排水管段17中相邻的两个排水管段之间通过铰链节18进行连接，所述铰链节18中有柔性软管14(参见图5和图6)，相邻的两个排水管段17之间通过铰链节18中的所述柔性软管14而相互连通。
在本实施例中，除了最接近所述浮顶21的铰链节之外，其余的所有铰链节18在静止和工作状态时的弯曲角度均小于45°，当然，铰链节18也可根据需要而选取其它的弯曲角度。
如图5所示，柔性软管14可采用多层对称波纹结构，在排水管段17与柔性软管14的连接部位处可加上保护套12；在柔性软管14外周上可整体地加上金属网；柔性软管14可有整体涂有防腐材料涂层或罩有防腐材料护套，以使柔性软管14不与储罐T内所储存的介质接触。上述防腐材料可以是耐酸碱的耐芳烃介质。
在如图1和2所示的实施例中可以看出，可以采用固定支承件5将排水系统100的出口端的排水管段17固定支承在罐底10上，还可采用活动支承件7将靠近罐底10的排水管段支承在罐底上，另外，还可根据需要而用链条15从两个排水管段的中部所设置的链吊耳16处将两个排水管段17连接起来。
在图1和图2所示实施例中，所述铰链节18分别为五个和四个，但是，也可根据需要而采取其它数量的铰链节18，例如可以采用六至七个个铰链节18。
如图7所示，铰链节18可采用球形轴承进行连接，以增加系统的自由度。铰链节18与排水管段17的连接方式可采用焊接连接或法兰连接。如图6A所示，铰链节18与排水管段17之间采用焊接方式连接；如图6B所示，铰链节18与排水管段17之间通过法兰13而采用法兰方式进行连接。当然，也可采用现有技术中的其它方式进行连接。
柔性软管14与排水管17之间的连接方式可以采用现有技术中的多种连接方式，例如用管接头进行连接，或者采取其它已知方式进行连接。
另外，铰链节18可以采用同轴的对称结构或同轴的不对称结构。如图8A所示，当ab时为同轴不对称铰链结构；a＝b时为同轴对称铰链结构。如图8B所示，图8A所示类型的铰链节18弯曲时柔性软管14可弯曲成“Ω”型。
如图8C所示，所述铰链节(18)也可以采用不同轴的对称结构或不同轴的不对称结构。如图8D所示，当ab时为不同轴的不对称铰链结构；a＝b时为不同轴的对称铰链结构。如图8E所示，图8C、8D所示类型的铰链节弯曲时所述柔性软管(14)可弯曲为椭圆弧形或圆弧形。
柔性软管14的材质可以采用非金属材料、金属材料或非金属材料与金属材料的组合。
参见图1A-1C，以五铰链节排水系统为例说明本发明的排水系统的工作原理：储罐T的浮顶21可以随储罐T内储存的原油介质的多少而上下运行，一中央集水坑20设置在浮顶21上，集水坑20中安装有一单向阀19，该单向阀19可以是一单向球阀。排水系统100的一端与单向阀19相连，另一端从储罐T内底部通向储罐外部。浮顶21上的积水汇入中央集水坑20，此时单向阀19开启，积水由单向阀19经各个铰链节18和排水管段17，最后将积水由储罐底部排到储罐外。储罐外的排水管段管口上可安装一个具有相应直径的阀门，以控制整个排水系统的通断。
在图1和图2所示的排水系统中，为了增加自由度，可将其中一根排水管段作成弯管的形式，或者采用弯头来形成弯曲的排水管段，也可根据需要采用多根弯管和直管相结合来形成排水管段。
图3和图4分别示出了本发明的消防系统的两个实施例。图3A和图3B是包含五个铰链节的消防系统实施例的不同状态的示意图；图4A和图4B是包含四个铰链节的消防系统的不同状态的示意图。
参见图3和图4，一种大型浮顶储罐的消防系统200，所述消防系统200的结构与上述排水系统100的结构基本相同，在此不一一详述。其中，该消防系统200一端与储罐T的浮顶21上的泡沫发生器220相连通，另一端从储罐T内底部通向储罐外部，泡沫混合液由储罐T底部向上经消防系统200而送到泡沫发生器220处，所述消防系统200包括多个消防管段17，其中，所述多个消防管段17中相邻的两个消防管段之间通过铰链节18进行连接，所述铰链节18中有柔性软管14(参见图5和图6)，相邻的两个消防管段17之间通过铰链节18中的所述柔性软管14而相互连通。其余结构与上述排水系统100相同。
参见图3A-3C，以五铰链节消防系统为例说明本发明的消防系统的工作原理：
对于浮顶储罐T来说，外浮顶式储罐经一次密封和二次密封后只有槽口处的原油与大气接触，因此火灾只发生在罐壁密封处222处，此时泡沫混合液由储罐T底部向上经各个消防管段17和铰链节18而送到泡沫发生器220处，泡沫混合液经泡沫发生器220产生泡沫，再由泡沫分配器分配到罐壁密封处222，起到消防作用。消防系统200的出口位于浮顶21中央，泡沫发生器220设置在浮顶21上，随浮顶21一同运动，使其灭火时间更短、灭火效率更高、安全可靠，同时，减少了泡沫液的储备量。
在本发明的排水系统100或消防系统200中，管与管之间采用静密封结构，排水管段17或消防管段17与柔性软管14之间采用铰链节18连接，增加了系统的自由度，在浮顶21呼吸过程中，随之伸张或弯曲，使系统在浮顶21偏转、扭转过程中有更强的适应性，不影响浮顶21的升降，并保持排水管段或消防管段无翻越点，运动轨迹具有一定范围，对于排水系统100，可使积水流路畅通。并且由于可在一座储罐T中可成一定角度地安装几套排水系统100，使得排水效果及时、有效。消防系统200从根本上改变了大型储罐泡沫消防供给方式，增加了消防系统的可靠性。
本发明具有下列优越性：
排水管段17或消防管段17采用铰链节18结构，不仅使柔性软管14全过程不受力及弯矩作用，同时整个排水管段17或消防管段17不会产生死点，罐内铰链节18所固定的可弯曲的柔性软管14在浮顶21呼吸过程中随之伸张或弯曲，不影响浮顶21的升降，使整个系统沿着固定轨迹运动，并保持管组无翻越点，以适应浮顶21的位置变化。
由于采用了多个铰链节结构，增加了系统的自由度，使系统在浮顶偏转、扭转过程中有更强的适应性，运动轨迹具有一定范围。
由于整个系统采用静密封结构替代了动密封结构。从而避免了以往因旋转接头填料失效而导致的储罐事故，极大地提高了使用可靠性。
接头部位采用柔性软管，在静止和工作状态的弯曲度均不大于90度，在不承受力的情况下，其寿命大大延长。同时也避免对旋转密封接头维修，可使本系统的维修检修工作周期大大延长。
由于柔性软管采用了特种防腐阻燃涂层，能抵抗100％芳烃及绝大多数化学产品的腐蚀，能够在350以下环境中运行。
本发明的排水系统和消防系统结构合理、安装简单、自适应性强、安装更换简单、免维护、无泄漏、防腐性能强，可广泛应用于石油、化工行业新建和正在使用的各式浮顶储罐，储存各种原油介质(特别是含海水原油)和绝大多数化学产品。