Пристрій для розігрівання нафти і в’язких нафтопродуктів в залізничних вагонах-цистернах

1 Пристрій для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів в залізничних вагонах-цистернах, що містить автономний тракт для подачі теплоносія у вигляді вертикальної штанги, на торці якої розташована паророзподільна коробка, в якій знаходиться парна КІЛЬКІСТЬ струминних апаратів, а також засіб з можливістю перекриття пари, який відрізняється тим, що пристрій містить другий автономний тракт для подачі теплоносія, що розташований паралельно першому автономному тракту для подачі теплоносія і поряд з ним, на торці другого автономного тракту для подачі теплоносія розміщено парне число направлених до дна вагона-цистерни торцевих сопел, що розміщені у вертикальній площині і мають одну основу, причому осі торцевих сопел утворюють між собою тупий кут, струминні апарати, що знаходяться в паророзподільній коробці, розміщені в горизонтальній площині, при цьому осі струминних апаратів, що знаходяться з протилежних боків паророзподільної коробки, утворюють між собою гострий кут, як засіб з можливістю перекриття подачі пари використано кульовий кран, що встановлений на кожному з автономних трактів подачі теплоносія 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що величина кута між осями торцевих сопел другого автономного тракту для подачі теплоносія знаходиться в межах 135 -170° 3 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що величина кута між осями струминних апаратів, що знаходяться з протилежних боків паророзподільної коробки, знаходиться в межах 25 - 50° 4 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що кульові крани розміщені у верхній частині кожного з автономних трактів для подачі теплоносія 5 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що в паророзподільній коробці розміщені ЗМІННІ струминні апарати Винахід відноситься до залізничного транспорту, зокрема до устаткування для вантажнорозвантажувальних робіт, і може бути і використаний на естакадах нафтоперевал очних комплексів для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів в залізничних вагонах-цистерна при низьких температурах Як аналог вибраний пристрій для розігрівання і зливання із залізничних цистерн матеріалів, що можуть застигати, зокрема для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів, що містить підйомноопускну штангу, яка складається із двох трубопроводів, розміщених вертикально Один з трубопроводів призначений для подачі теплоносія (пари), що подається з надлишковим тиском На нижньому КІНЦІ цього трубопровода встановлена розподільна голдака, яка оснащена на торці і з боків струминними апаратами з соплами (гідродинамічними насадками), а також засіб з можливістю перекриття подачі пари, що розміщений на згаданій О 47999 частині пристрою [1] Недоліком пристрою аналога є недостатньо швидкий злив нафти і в'язких нафтопродуктів Як прототип вибраний пароструминний нагрівник, що виконаний у вигляді пристрою для розігрівання в'язких нафтопродуктів в цистерні парою [2] Пристрій прототипу містить вертикальну штангу, сполучену з нею через паророзподільну коробку з елементами, пару відкидних труб з соплами на КІНЦІ, а також засіб для перекриття пари Причому в елементі паророзподільної коробки на боці, зверненому до ВІДПОВІДНОГО торця цистерни, виконано отвір з елементом, що закривається, а пара відкидних труб пов'язана з останнім з можливістю закриття вказаного отвору при розкладанні Крім того, в нижній частині елемента паророзподільної коробки, що закривається, і який сполучений за допомогою штанги з паропроводом, також виконано отвір При цьому кожна відкидна труба в МІСЦІ приєднання до паророзподільної коробки має зігнену дільницю, що дорівнює 1/3 довжини відкидної труби, в КІНЦІ якої розташоване сопло А ВІДКИДНІ труби встановлені з можливістю повороту на кут, що перевищує 90° Недоліком пристрою прототипу є складність конструкції і недостатньо рівномірна міра розподілу тепла по об'єму нафтопродуктів, залитих в цистерну Крім цього, заміна і правильне встановлення сопел в пристрої прототипу вимагає складних монтажних операцій, що, в свою чергу, негативно позначається на ефективності використання пристрою загалом До того ж конструкція штанги з встановленим на ній штуцером для приєднання паропроводу не дозволяє механізувати процес введення, маніпулювання (в т ч повороту) і витягання пароструминного нагрів через великі габарити пристрою в робочому стані Це приводить виключно до ручної роботи, тобто до низької ефективності процесу розігрівання застиглої рідини в цистерні Ще одним недоліком вищезазначеного пристрою є недостатньо інтенсивний процес розігрівання за його допомогою нафти і в'язких нафтопродуктів при низьких температурах, а також недостатня економічність процесу розігрівання і зливу нафти і в'язких нафтопродуктів Це обумовлено тим, що при подачі гарячих струменів нафти і в'язких нафтопродуктів у відкритий простір вагонацистерни відбувається істотне віднесення легколетючих фракцій через розвинені поверхні розділу фаз, що сприяє утворенню вибухонебезпечних концентрацій пари Також суттєвим недоліком пристрою прототипу є обводнювання нафти і в'язких нафтопродуктів у вагоно-цистерні при використанні як теплоносія пари, а також значна КІЛЬКІСТЬ залишків незлитої нафти і в'язких нафтопродуктів у вагоні-цистерні В основу винаходу поставлена задача створення оптимального режиму і інтенсифікації процесу розігрівання застиглих нафти і в'язких нафтопродуктів при низьких температурах по всьому об'єму вагона-цистерни, як в придонній частині, так і на торцевих дільницях цистерни з врахуванням и геометрії та погодних умов проведення процесу за рахунок створення ефективних локальних напрямів руху пари, м, розподілу (тиску і концент рації) по об'єму цистерни і доповнення відомих конструкцій пристроїв новими елементами, розробленням оптимальних співвідношень конструктивних параметрів струминних апаратів, визначення їх геометричних розмірів і орієнтації, а також скорочення часу і КІЛЬКОСТІ операцій по зливанню розігрітих нафти і в'язких нафтопродуктів, істотного зменшення КІЛЬКОСТІ незлитих залишків при зведенні до мінімуму ступеня обводнення нафти і в'язких нафтопродуктів при використанні як теплоносія насиченої пари Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів в залізничних вагонах-цистернах, що має автономний тракт для подачі теплоносія у вигляді вертикальної штанги, на торці якої розташована паророзподільна коробка, в якій знаходиться парна КІЛЬКІСТЬ струминних апаратів, а також засіб з можливістю перекриття пари, міститься другий автономний тракт для подачі теплоносія, що розташований паралельно першому автономному тракту подачі теплоносія і поряд з ним, на торці другого автономного тракту для подачі теплоносія розміщено парне число направлених до дна вагона-цистерни торцевих сопел, що розміщені у вертикальній площині і мають одну основу, причому осі торцевих сопел утворюють між собою тупий кут, струминні апарати, що знаходяться в паророзподільній коробці, розміщені в горизонтальній площині, при цьому осі струминних апаратів, що знаходяться з протилежних боків паророзподільної коробки, утворюють між собою гострий кут, як засіб з можливістю перекриття подачі пари, використано кульовий кран, що встановлений на кожному з автономних трактів для подачі теплоносія Величина кута між осями торцевих сопел другого автономного тракту для подачі теплоносія знаходиться в межах 135 -170° Величина кута між осями струминних апаратів, що знаходяться з протилежних боків паророзподільної коробки, знаходиться в межах 25 - 50° Кульові крани розміщені у верхній частині кожного з автономних трактів для подачі теплоносія В паророзподільній коробці розміщені ЗМІННІ струминні апарати Перераховані ознаки пристрою складають суть винаходу Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотних ознак винаходу і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному Струминний апарат є практично єдиним пристроєм, що дозволяє за певних умов використовувати найбільш ефективно не тільки теплову, але й кінетичну енергію пари для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів Це обумовлено тим, що шляхом вибору геометрії сопла і розроблення оптимальної форми проточної частини струминного апарату можливо керувати температурою і швидкістю струменів, що формуються на виході з неї У сукупності зазначені параметри повинні найбільш повно задовольняти технологічним вимогам процесу розігрівання Для малов'язкої нафти і в'язких нафтопродуктів з низькою температурою застигання для до 47999 дання їм плинності потрібен незначний приріст температури (до 10°С), що істотно зменшує необхідну КІЛЬКІСТЬ теплоносія, що подається, а отже, і час його подачі Крім того, через підвищений вміст у такій нафті і в'язких нафтопродуктах летючих з'єднань, небажаним є навіть локальний перегрів нафти і в'язких нафтопродуктів, тому що це може призвести до інтенсивного випаровування Для високов'язкої нафти і в'язких нафтопродуктів з високою температурою застигання для переведення їх до плинного стану потрібен приріст температури 20 - 30°С й більше, що істотно збільшує необхідну КІЛЬКІСТЬ тепла і час його підведення В цих умовах струминний апарат повинен працювати в режимі високотемпературного нагрівання і високих швидкостей витікання сформованих струменів, що дозволить забезпечити їх високу проникаючу здатність в об'ємі високов'язкої рідини Найважливішою функцією струминного апарату є підсмоктування (накачування) рідини до його камери змішування Механізм накачування в'язкої рідини пов'язаний з подоланням сил, що пручаються зрушенню и шарів На це витрачається значна частина кінетичної енергії струменя пари Чим більше в'язкість рідини, тим більше зростають ці сили Сили опору долаються застосуванням ВІДПОВІДНОГО режиму роботи сопла і їх геометрією, що дозволяє змінювати величину розрідження в конфузорі При цьому для високов'язких рідин потрібно створити істотно більше розрідження, ніж для малов'язких Експериментальним шляхом авторами була доведена технологічна і конструктивна ДОЦІЛЬНІСТЬ виконання трубопроводів, що підводять пар до струминних апаратів та до торцевих сопел у вигляді автономних трактів через різне функціональне призначення зазначених насадок в процесі розігріву нафти і в'язких нафтопродуктів При цьому кожен автономний тракт підведення пари > оснащений кульовим краном, що має нульовий гідравлічний опір Це дає помітний економічний і часовий ефект, особливо при одночасній обробці партії із 10 - 20 вагоно-цистерн Крім того, оснащення кульовими кранами, забезпечує незаперечні експлуатаційні переваги в порівнянні з вентильними кранами, які серійно використовують у відомих пристроях Адже перекриття (включення-відключення) пари у даному пристрої стає можливим при повороті шпинделя всього на 90° У свою чергу, розміщення кульових крани у верхній частині кожного з автономних трактів для подачі теплоносія сприяє зручності і доступності кранів при подачі/перекритті пари в процесі експлуатації пристрою Як було експериментальне встановлено, осі торцевих сопел другого автономного тракту для подачі теплоносія утворюють між собою змінний тупий кут, ефективна величина якого знаходиться, в межах 135 - 170°С Таке розташування торцевих сопел дозволяє ефективно локалізувати дію теплового агента (насиченої пари) в потрібній області і напрямі в залежності від геометричних параметрів цистерни (зокрема, и діаметра, діаметра її зливного отвору, типу і властивостей в'язкого нафто продукту, а також особливостей проведення процесу розігрівання і зливання тощо) В свою чергу, виконання струминних апаратів, що розміщені в паророзподільній коробці у горизонтальній площині, змінними, дозволяє швидко переналагоджувати пристрій шляхом підбору струминних апаратів з потрібними геометричними розмірами в залежності від типу і властивостей в'язкого нафтопродукту, що розігрівається і зливається При цьому заміна і правильне встановлення сопел в пристрої не вимагає складних монтажних операцій, що, в свою чергу, позитивно позначається на ефективності використання пристрою загалом Експериментально було встановлено, що величина кута розхилу а, утвореного осями струминних апаратів у кожній парі, який вибирається також у залежності від геометричних розмірів вагоноцистерни (м довжини і діаметру), повинна складати 25° - 50° У зазначених межах величини кута розхилу забезпечуються умови інтенсивного перемішування і рівномірного розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів у всьому об'ємі вагон а-цистерни При цьому ШВИДКІСНІ струмені нагрітої нафти і в'язких нафтопродуктів зіштовхуються з циліндричною поверхнею, підсилюючи ефект змиву відкладень у нижній частині цистерни Зазначена картина спостерігається візуально у вигляді чітко виражених каналів у товщі придонних відкладень уздовж напрямків руху струменів, що свідчить про динаміку їхнього розширення Вихід за верхню межу величини кута розхилу а, що дорівнює 50°, не дозволяє з достатньою ефективністю підводити тепло до найбільш віддалених частин об'єму нафтопродуктів, що примикають до торців вагона-цистерни Вихід за нижню межу величини кута розхилу а, що дорівнює 25°, призводить до інтерференційної взаємодії струменів нагрітої нафти і в'язких нафтопродуктів, що розширюються Це викликає їхнє злиття в потік, еквівалентний у механічному відношенні одному струменю Тим самим падає інтенсивність перемішування і знижується ефект змиву Розташування другого автономного тракту для подачі теплоносія паралельно першому автономному тракту для подачі теплоносія і поряд з ним сприяє як компактності пристрою в цілому, особливо з точки зору невеликих розмірів вхідного люка вагоно-цистерни, тобто при введенні пристрою і його подальшій роботі у вагоно-цистерні, так і простоті в експлуатації і при здійсненні ремонта На фіг 1 представлено схему пристрою для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів у залізничному вагоні-цистерні, на фіг 2 - представлено фотографію пристрою, що знаходиться у вертикальному стані, на фіг 3 - представлено схему розташування пристрою в залізничній цистерні з орієнтацією її щодо утворюючої осей струминних апаратів (вид зверху), на фіг 4 - представлено фрагмент фотографії паророзподільної коробки, в якій знаходяться чотири пароструминних апарати, та фрагмент другого автономного тракту для подачі теплоносія з двома торцевими соплами, на фіг 5 - представлено фотографію фрагментів двох автономних трактів для подачі теплоносія з вста 47999 новленими в них двома кульовими кранами До складу пристрою для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів у залізничному вагоніцистерні входять паророзподільна коробка 1, ЗМІННІ струминні апарати 2, торцеві сопла 3, підйомно-опускна штанга, що складається з трубопроводів (автономних трактів для подачі теплоносія) 4 і 5, по яких підводять пару до струминних апаратів 2 та торцевих сопел 3, кульові крани 6 і 7, ВІДВІД зі штуцером 8 для приєднання до магістрального паропроводу (на фіг 1 не показаний), вушко 9 для підвісу пристрою до підйомно-поворотнго стояка (на фіг 1 не показана) На фіг 3, де представлена схема розташування пристрою в залізничній цистерні з орієнтацією її щодо утворюючої осей струминних апаратів, прийняті такі позначення D u - діаметр, І_ц - довжина вагоноцистерни, а - кут між вісями струминних апаратів Пристрій працює таким чином На залізничному вагоні-цистерні за допомогою з вушка 9 здійснюють ПІДВІС пристрою до підйомно-поворотного стояка (на фіг 1 - 5 не показано) Після відкривання люка залізничної цистерни, в нього занурюють пристрій для розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів Потім відкривають кульовий кран 6 для підведення пари по трубопроводу (другому автономному тракту) 5 до розподільної коробки 1 та торцевих сопел З В процесі розігрівання вертикального стовпа нафти і в'язких нафтопродуктів за допомогою сопел 3 пристрій опускається в напрямку дна цистерни, після чого відкривається кульовий кран 7 і по трубопроводу (першому автономному тракту) 4 подають пару через розподільну коробку 1 до струминних апаратів 2 Таким чином одночасно працюють струминні апарати 2 та торцеві сопла З На початку процесу розігрівання з використанням струменів від торцевих сопел 3, що спрямовані донизу, вимивається вертикальний канал в центрі вагона-цистерни від зони розташування 8 сопел 3 до її днища Потім розмивається вміст вагона-цистерни горизонтальними струменями, що виходять з струминних апаратів 2 Після прогріву зони зливного клапана вагонацистерни (на фіг 1 - 5 не показано), що здійснюється протягом 3 - 5 хвилин, подачу пари на торцеві сопла 3 припиняють за допомогою кульового крана 6 Подальше розігрівання нафти і в'язких нафтопродуктів проводять за допомогою горизонтальних струминних апаратів 2 Через 20 хвилин подачу пари на струминні апарати 2 припиняють, і вмикають насос примусового відкачування нафти і в'язких нафтопродуктів з вагона-цистерни В процесі зливання при зниженні рівня нафти і в'язких нафтопродуктів до ВІДМІТКИ 0,6 - 0,8 метра від дна цистерни, до завершення зливу знову подають пару на струминні апарати 2 Подачу пари на пристрій призупиняють кульовим краном 7 після "оголення" струминних апаратів 2 за рахунок падіння рівня нафти і в'язких нафтопродуктів у вагоні-цистерні внаслідок їх зливання Після ЦЬОГО пристрій витягають з вагонацистерни, що практично не містить залишків нафти і в'язких нафтопродуктів Проведені експериментальні дослідження показали високу ефективність розігрівання і зливання нафти і в'язких нафтопродуктів при застосування пристрою на Феодосійському підприємстві по забезпеченню нафтопродуктами Так, використання пристрою дозволяє отримати такі результати Висота залишків незлитої нафти і в'язких нафтопродуктів у вагоні-цистерні і не перевищувала ЗО 50мм, загальна тривалість процесу зливання зменшується у 1,5 - 2 рази, а ступінь обводнення нафти і в'язких нафтопродуктів не перевищує 0,7% Література 1 SU №1551624, МПК 6 B65D88/74, 1990 2 SU № 1373637, МПК 6 B65D88/74, 1988 47999 Фи 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул СІМІХОХЛОВИХ 15 м Київ 04119 Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)216-32-71 10