Повітряний запобіжний компенсатор закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в’язких нафтопродуктів

1 Повітряний запобіжний компенсатор закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, що складається з вертикальної труби, основа якої сполучена із закритою циліндричною порожниною, а вершина сполучена з дихальним клапаном, при цьому закрита циліндрична порожнина для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів сполучена через зливний патрубок з трубопроводом, який з'єднаний із залізничною вагоноцистерною з нафтою і в'язкими нафтопродуктами, який відрізняється тим, що вертикальна труба виконана у вигляді двох СПІВВІСНО розташованих циліндричних дільниць різної довжини і діаметрів і з герметичним з'єднанням дільниць в МІСЦІ їх стику, причому діаметр другої циліндричної ДІЛЬНИЦІ перевищує діа метр першої циліндричної ДІЛЬНИЦІ не менш, ніж в 2 рази, довжина першої циліндричної ДІЛЬНИЦІ не перевищує довжини другої циліндричної ДІЛЬНИЦІ, об'єм другої циліндричної ДІЛЬНИЦІ перевищує об'єм другої циліндричної ДІЛЬНИЦІ в 4 і більше разів, при цьому загальна довжина повітряного запобіжного компенсатора перевищує висоту залізничної вагоноцистерни з нафтою і в'язкими нафтопродуктами не менш, ніж на 1,5 м 2 Повітряний запобіжний компенсатор по п 1, який відрізняється тим, що закрита циліндрична порожнина для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів виконана у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 3 Повітряний запобіжний компенсатор по п 1, який відрізняється тим, що до другої циліндричної Винахід відноситься до запобіжної арматури, що застосовується для комунікаційних систем, призначених для зливально-наливальних операцій з нафтою і в'язкими нафтопродуктами, що гуснуть, і які знаходяться у залізничному вагонів-цистерні, зокрема, при транспортуванні у розігрітому стані нафти і в'язких нафтопродуктів з вагонів-цистерн до інших ємностей по колекторах нижнього зливання-наливання, і може бути використаний в ХІМІЧНІЙ, нафтопереробній та інших галузях промисловості Як аналог вибраний повітряний запобіжний компенсатор закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, виконаної у вигляді циліндричного резервуара для зберігання і зливу-наливу (переміщення) нафти і в'язких нафтопродуктів, який має дах [1] Функцію повітряного запобіжного компенсатора пристроюаналога виконує дихально-запобіжний клапан, який встановлюється на даху закритої циліндричної порожнини, і який містить корпус із затворами тиску і вакууму, а також вогневий запобіжник Дихально-запобіжний клапан, який служить для здійснення великого і малого дихання резервуара як при зберіганні нафти і в'язких нафтопродуктів, так і в процесі їх переміщення (зливуналиву) в резервуарі, тобто при ЗМІНІ тиску в резервуарі, містить корпус із затворами тиску і вакууму, а також вогневий запобіжник Недоліком пристрою аналога є недосконалість його конструкції і обмежена застосовність для динамічних операцій переміщення (зливу-наливу) ДІЛЬНИЦІ в МІСЦІ її з'єднання з дихальним клапаном кріпляться сходи 4 Повітряний запобіжний компенсатор по п 1, який відрізняється тим, що циліндричні ДІЛЬНИЦІ вер тикальної труби виконані з неіржавіючої сталі 5 Повітряний запобіжний компенсатор по п 1, який відрізняється тим, що дихальний клапан виконаний з можливістю реверсивного повороту відносно осі симетрії циліндричних дільниць вертикальної труби О о 1^ о ю 50700 нафти і в'язких нафтопродуктів всередині закритої циліндричної порожнини, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів Як прототип вибраний повітряний запобіжний компенсатор закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, виконаної у вигляді циліндричного резервуара для зберігання і зливу-наливу (переміщення) нафти і в'язких нафтопродуктів [2] При цьому закрита циліндрична порожнина для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів сполучена через зливний патрубок з трубопроводом, який з'єднується із залізничною вагоно-цистерною з нафтою І в'язкими нафтопродуктами Функцію повітряного запобіжного компенсатора пристрою-прототипу виконує дихальнозапобіжний клапан, який встановлюється на КІНЦІ вертикальної труби, що з'єднується із закритою циліндричною порожниною Вертикальна труба виконана у вигляді патрубка з фланцями, причому основа вертикальної труби кріпиться до закритої циліндричної порожнини за допомогою фланців При цьому затвори виконані у вигляді блоків в складі патрубка з фланцем і тарілки з механічним кріпленням Тарілки утримуються в закритому положенні за допомогою пружин і забезпечені додатковими малими перепускними затворами, а вогневі запобіжники встановлені із зовнішньої сторони затворів клапана Недоліком пристрою прототипу є недосконалість його конструкції і обмежена застосовність для динамічних операцій переміщення (зливуналиву) нафти і в'язких /й-нафтопродуктів із залізничних вагонів-цистерн всередині закритої циліндричної порожнини, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, а також відсутність ефективного співвідношення розмірів пристрою, які в процесі зливуналиву забезпечують не викидання назовні із закритої циліндричної порожнини паливо-повітряної суміші, що складається з повітря і переміщуваної всередині циліндричної порожнини нафти/в'язкого нафтопродукту Крім того, проведені експериментальні дослідження застосовності пристрою прототипу для операцій зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничних вагонів-цистерн по колекторах нижнього зливу-наливу показали, що пристрій прототипу, встановлений на колектор нижнього зливу-наливу, працює як звичайний перепускний клапан При попаданні нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничних вагонів-цистерн в колектор нижнього зливу відбувається витіснення повітря, що знаходиться там, спочатку до запобіжного компенсатора, а потім і в атмосферу При цьому повітря, що утворилося в процесі зливу нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничних вагонів-цистерн, змішується з нафтою і в'язким нафтопродуктом, і отримана суміш через запобіжний компенсуючий пристрій виходить назовні Це явище має такі негативні наслідки • відбувається втрата певної КІЛЬКОСТІ нафти і в'язкого нафтопродукту внаслідок викиду суміші, • відбувається забруднення технологічного обладнання, а також робочої зони навколо компенсатора, і тим самим наноситься шкода навколишньому середовищу, • затрачуються додаткові кошти на ліквідацію наслідків розливання нафти і в'язкого нафтопродукту в робочій зоні В основу винаходу поставлена задача створення ефективної конструкції повітряного запобіжного компенсатора закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, в якому за рахунок конструктивних особливостей і взаємного розташування елементів повітряного запобіжного компенсатора досягається надійне видалення повітря з колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, а також запобігається розливання нафти і в'язких нафтопродуктів в робочій зоні навколо запобіжного компенсатора Вказана задача вирішується тим, що в повітряному запобіжному компенсаторі закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, що складається з вертикальної труби, основа якої сполучена із закритою циліндричною порожниною, а вершина сполучена з дихальним клапаном, при цьому закрита циліндрична порожнина для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів сполучена через зливний патрубок з трубопроводом, який з'єднаний із залізничною вагоном-цистерною з нафтою і в'язкими нафтопродуктами, вертикальна труба виконана у вигляді двох СПІВВІСНО розташованих циліндричних ділянок різної довжини і діаметрів і з герметичним з'єднанням дільниць в МІСЦІ їх стику, причому діаметр другої циліндричної ділянки перевищує діаметр першої циліндричної ділянки не менше ніж в 2 рази, довжина першої циліндричної ділянки не перевищує довжини другої циліндричної ділянки, об'єм другої циліндричної ділянки перевищує об'єм першої циліндричної ділянки в 4 і більше разів, при цьому загальна довжина повітряного запобіжного компенсатора перевищує висоту залізничного вагона-цистерни з нафтою і в'язкими нафтопродуктами не менше ніж на 1,5м Закрита циліндрична порожнина для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів виконана у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів До другої циліндричної ділянки в МІСЦІ и з єднання з дихальним клапаном кріпляться сходи Циліндричні ділянки вертикальної труби виконані з нержавіючої сталі Дихальний клапан виконаний з можливістю реверсивного повороту відносно осі симетрії циліндричних дільниць вертикальної труби Перераховані ознаки пристрою складають суть винаходу Наявність причинно-наслідного зв'язку між сукупністю істотних ознак винаходу і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному При проведенні вантажно-розвантажувальних операцій по зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничних вагонів-цистерн і подальшого їх транспортування (переміщення) по закритих циліндричних порожнинах, виконаних у вигляді 50700 колекторів нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, на вантажних залізничних естакадах застосовуються колектори, до яких герметично монтуються прилади нижнього зливу КІЛЬКІСТЬ останніх відповідає КІЛЬКОСТІ вантажних місць залізничної естакади Як правило, вантажні операції на всіх вантажних місцях вантажної залізничної естакади починаються одночасно з метою збільшення продуктивності процесу зливу-наливу і зменшення часу, що відводиться на вантажні операції (тобто зменшення часу простою вагонів-цистерн) При відкриванні замикаючих клапанів нижніх зливних стаканів залізничних вагонів-цистерн, що знаходяться під вантажними операціями, нафта і в'язкий нафтопродукт із залізничних вагонівцистерн через нижні зливні прилади поступає через трубопровід до колектора нижнього зливу, витісняючи з нього повітря, яке попало туди під час проведення зачисних операцій Це повітря може далі попасти до внутрішньо площинних трубопроводів і до насосів, значно утруднюючи їх роботу Для усунення негативних наслідків від попадання повітря із зливних колекторів до внутрішньо площинних трубопроводів і насосних агрегатів застосовують різноманітні компенсуючи пристрої Внаслідок проведених авторами винаходу ДОСЛІДІВ встановлено, що конструкція повітряного запобіжного компенсатора закритої циліндричної порожнини, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, повинна бути виконана з двох циліндричних ділянок різної довжини і діаметрів при дотриманні наступних співвідношень конструктивних розмірів D 2 >2Di, l_2> Li, V 2 > 4 V i , де Di і D2, Li і l_2, Vi і V2 - ВІДПОВІДНО діаметри, довжини і діаметри першої і другої циліндричних ділянок компенсатора При цьому загальна довжина повітряного запобіжного компенсатора повинна відповідати такій умові Li + І_2> НВаг+ 1500мм, де Нваг - висота залізничної вагонів-цистерни (від рейок до верхнього люка вагонів-цистерни) При недотриманні вказаних вище умов повітря, яке попадає в колектор нижнього зливу під час проведення зачисних операцій, може далі надходити до внутрішньо площинних трубопроводів і насосів, значно утруднюючи їх роботу Крім того, суміш повітря з нафтою і в'язким нафтопродуктом, що утворилася, через запобіжний компенсуючий пристрій виходить назовні Внаслідок цього відбувається втрата певної КІЛЬКОСТІ нафти і в'язкого нафтопродукту із-за викиду суміші, а також забруднення технологічного обладнання і робочої зони навколо компенсатора Тим самим наноситься шкода навколишньому середовищу Експериментальне встановлене, що при дотриманні вищезгаданих умов (D2 > 2Di, l_2 > L-i, \6 > 4V-I, І_і + І_2 > Нваг + 1500мм), при попаданні нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничних вагонівцистерн до колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів повітря, що знаходиться в ньому, стискується і частково змішується з нафтопродуктом Суміш, що утворилася, складається з повітря і нафтопродукту, і має тиск Рь який перевищує атмосферний тиск Ця суміш із колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів через з'єднувальний патрубок спрямовується до першої циліндричної ділянки далі до другої циліндричної ділянки (розширювача) У другій циліндричній ДІЛЯНЦІ швидкість руху повітря різко знижується за рахунок розширення, яке досягається за допомогою збільшення об'єму другої циліндричної ДІЛЯНЦІ На цій ДІЛЯНЦІ повітряно-паливний струмінь, який сформувався в колекторі нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів і в першій циліндричній ДІЛЯНЦІ повітряного запобіжного компенсатора, різко втрачає свою швидкість і тиск Рг, внаслідок чого суміш повітря і нафтопродукту розділяється на окремі складаючи суміші Потім нафта і в'язкий нафтопродукт стікають по стінках другої і першої, циліндричної ділянки до колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, а повітря, що знаходиться в колекторі, виходить в атмосферу через дихальний клапан У свою чергу, виконання умови Ц + І_2 > Нваг + 1,5м, а також виконання циліндричних ділянок повітряного запобіжного компенсатора з нержавіючої сталі і кріплення сходів до другої циліндричної ділянки в МІСЦІ її з'єднання з дихальним клапаном, сприяє як компактності конструкції вантажної залізничної естакади, в якій пролягає вказаний колектор, так і зручності в обслуговуванні залізничного вагонів-цистерни і повітряного запобіжного компенсатора Зокрема, останнє особливо наочно виявляється при очищені внутрішньої поверхні циліндричних ділянок від забруднення, а також при запобіганні їх корозії У той же час виконання дихального клапана з можливістю реверсивного повороту відносно осі симетрії циліндричних дільниць, для чого також непрямо служать сходи, сприяє необхідному напряму повороту дихального клапана відносно залізничного вагонів-цистерни, що є особливо важливим у разі виникнення різних нештатних (аварійних) ситуацій Герметичність з єднання циліндричних ділянок в МІСЦІ їх стику необхідна для надійного видалення з колекторів нижнього зливу повітря і для запобігання при цьому розливу нафтопродуктів з циліндричних ділянок компенсатора На фіг 1 показана схема пристрою повітряного запобіжного компенсатора закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, з його прив'язкою до технологічної схеми зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничної вагонів-цистерни Повітряний запобіжний компенсатор закритої циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафта і в'язких нафтопродуктів, складається з вертикальної труби 1, основа якої сполучена з колектором 2 за допомогою зливного патрубка 3 з трубопроводом 4, що сполучений з вагоно-цистерною 5, в якій знаходяться нафта і в'язкі нафтопродукти На іншому 50700 8 КІНЦІ вертикальної труби 1 розташований дихальний клапан 6, який кріпиться до неї за допомогою фланцевого з'єднання Для надійного видалення з колекторів нижнього зливу-наливу 2 повітря і для запобігання при цьому розливу нафтопродуктів, вертикальна труба повітряного запобіжного компенсатора 1 виконана у вигляді двох СПІВВІСНО розташованих циліндричних ділянок 7 і 8 різних довжини і діаметрів (ВІДПОВІДНО І_І, І_2 і Di D2) і з герметичним з єднанням ділянок 7 і 8 в МІСЦІ їх стику за допомогою фланцевого з'єднання (на фіг не показано) ділянки 7, і далі до другої циліндричної ділянки (розширювача) 8 У другій циліндричній ДІЛЯНЦІ 8 швидкість руху повітря різко знижується за рахунок розширення цієї ділянки, яке досягається за допомогою збільшення об'єму ділянки 8 На цій ДІЛЬНИЦІ повітрянопаливний струмінь, який сформувався в колекторі 2 і в першій циліндричній ДІЛЯНЦІ 7 повітряного запобіжного компенсатора 1, різко втрачає свою швидкість і тиск Рг, внаслідок чого суміш повітря і нафтопродукту розділяється на окремі складові (повітря і нафта/в'язкий нафтопродукт) Діаметр другої циліндричної ділянки 8 перевищує діаметр першої циліндричної ділянки 7 не менш, ніж в 2 рази, тобто виконується наступна умова D2 > 2D-I, а довжина першої циліндричної ділянки 7 не перевищує довжини другої циліндричної ділянки 8, тобто виконується умова І_і ЛУ^] При цьому загальна довжина повітряного запобіжного компенсатора 1, (тобто І_і + І_2), перевищує висоту вагоно-цистерни 5 з нафтою і в'язкими нафтопродуктами (Н ва г) не менш, ніж на 1,5м, ТОбТО І_1 + І_2 > Нваг + 1,5М До другої циліндричної ділянки 8 в МІСЦІ її з єднання з дихальним клапаном 6 для зручності обслуговування дихального клапана 6 кріпляться (приварюються) сходи 9 Циліндричні ділянки 7 і 8 з метою зручності їх обслуговування, а також спрощення очищення внутрішньої поверхні і ДОВГОВІЧНОСТІ, виконані з нержавіючої сталі Основа першої циліндричної ділянки 7 повітряного компенсатора 1 з опорною плитою 10 встановлюється на підмурівок 11 і кріпиться до нього за допомогою анкерних болтів (на фіг не показано) Злив нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничної вагоно-цистерни 5 до колектора нижнього зливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2 здійснюється через прилад нижнього зливу 12, який герметично встановлюється в основі залізничного вагоно-цистерни 5, і сполучається з трубопроводом 4 Крім того, дихальний клапан 6 виконаний з можливістю реверсивного повороту відносно осі симетрії 13 циліндричних ділянки 7 і 8 Повітряний запобіжний компенсатор циліндричної порожнини для переміщення нафти і в'язких нафтопродуктів, виконаної у вигляді колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів, працює таким чином При попаданні із залізничного вагоно-цистерни 5 нафти і в'язких нафтопродуктів до колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2, повітря, що знаходиться в ньому, стискується, і частково змішується з нафтою і в'язким нафтопродуктом Суміш, що утворилася, і яка складається з повітря і нафти/в'язкого нафтопродукту, має тиск Р-і, який перевищує атмосферний тиск, з колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2 через з'єднувальний патрубок 3 спрямовується до першої циліндричної У реалізованих конструкціях повітряного запобіжного компенсатора були вибрані наступні розміри його конструктивних елементів Di = 300мм, D2 = 700мм, І_і = 3000мм, І_2 = 3000мм При цьому шукане співвідношення об'ємів склало V2.-W.-47 V! 0,23 тобто необхідна умова співвідношення об'ємів циліндричних ділянок (V2 > 4V-i) виконується Було експериментальне встановлено, що при дотриманні цих умов такий повітряний запобіжний компенсатор 1 буде надійно забезпечувати роботу колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2 загальною довжиною до 100м при одночасному початку зливних операцій з декількох залізничних вагонів-цистерн При перевищенні довжини колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2 величини 100м необхідно встановлювати другий повітряний запобіжний компенсатор 1, тобто необхідно встановлювати один повітряний компенсатор 1 на кожні 100м довжини колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2 Повітряний запобіжний компенсатор, що пропонується, дозволяє • видалити в момент початку зливних операцій (при заповненні колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2 нафтопродуктом) повітря з колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких нафтопродуктів 2, не допустивши при цьому надходження повітря до насосних агрегатів і внутрішньо площинних трубопроводів (на фіг не показано), що забезпечує надійну роботу цих насосів і дозволяє економити час на їх запуск, • запобігти в процесі видалення повітря з колектора нижнього зливу-наливу нафти і в'язких 50700 нафтопродуктів 2 викиду нафти і в'язких нафтопродуктів, уникнути їх втрат, а також забруднення навколишнього середовища, • скоротити час на ПІДГОТОВЧІ операції при за пуску технологічної системи вивантаження нафти і в'язких нафтопродуктів із залізничних вагонівцистерн 5 (так як час, необхідний для видалення повітряних пробок з технологічної системи і з насосних агрегатів при цьому виключається із загальної тривалості технологічних операцій як необ 10 хідна умова для їх безперервної роботи, при цьому видалення повітряних пробок забезпечується автоматично за допомогою повітряних запобіжних компенсаторів 1) Джерела інформації 1 Дыхательный клапан SU №278542, 1970 МПК 7F16K17/00 2 Дыхательно-предохранительный клапан RU №2137002,1999 МПК 7F16K17/19 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71