СПОСОБ РАЗОГРЕВА ЗАГУСТЕВШИХ И ЗАСТЫВШИХ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HEATING THICKENED AND CONGEALED HIGH-VISCOSITY OIL PRODUCTS IN TANK CARS AND DEVICE TO THIS END

Предполагаемое изобретение относится к разгрузке железнодорожных цистерн с загустевшими и застывшими высоковязкими нефтепродуктами при любых их объемах, предварительный разогрев которых до состояния текучести производится в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), и может быть использовано для очистки железнодорожных цистерн на промывочно-пропарочных станциях и предприятиях, опорожняющих цистерны с указанными материалами.
Известны способ разогрева в емкости загустевших продуктов и устройство для его осуществления направленным излучением сверхвысокой частоты в диапазоне 400-3000 МГц, создаваемое генератором СВЧ-колебаний, соединенного посредством передающей линии с излучателем. На горловине емкости размещен электромагнитный экран, в окне которого установлена передающая линия в виде металлического волновода, а излучатель выполнен в виде направленной антенны, установленной наклонно к поверхности продукта [1].
Недостатками данного способа разогрева в емкости загустевших продуктов и устройства для его осуществления являются повышенные затраты энергии и длительный цикл разогрева нефтепродукта при воздействии на него ЭМП СВЧ, возможность проникновения образующихся продуктов возгонки в волноводный тракт, способствующих электрическому пробою и выходу его из строя.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются способ разогрева загустевших и застывших вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах с использованием энергии ЭМП СВЧ направленным излучением в диапазоне 400-1000 МГц с дополнительным воздействием подогретого от обдува вывода энергии магнетрона и внутренних поверхностей стенок волноводного тракта воздушного потока с подпариванием паровой рубашки клапана сливного прибора давлением пара не более 0,2 МПа [2] и устройство для разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах, содержащее СВЧ-генератор, жестко соединенный с волноводным трактом, крышкой-экраном и излучателем. Между крышкой-экраном, выполненной со скошенными к центру краями и диаметрально-противополжно расположенными отверстиями с резьбовыми втулками для ввинчивания заглушек, имеющих вентиляционные каналы и бобышки в верхней части, и горловиной цистерны устанавливают кольцо, имеющее обечайку, затвор с уплотнительной экранирующей прокладкой, пластины с пазами и прижимы для крышки-экрана, нижняя посадочная поверхность которого выполнена в соответствии с размерами и профилем верха горловины типа цистерны, подлежащего обработке, и имеет круговой паз с уплотнительной экранирующей прокладкой, при этом кольцо плотно притягивается к горловине цистерны стяжными, откидными, люковочными болтами с барашками, а при их отсутствии - специальными прижимами [3].
Недостатком способа является недостаточная эффективность разогрева вязких нефтепродуктов в железнодорожной цистерне, т.к. в сочетании с дополнительным воздействием воздушного потока, который практически не нагревается, если стенки волноводного тракта выполнены из алюминиевых сплавов, имеющих довольно высокое значение удельной проводимости, и, попадая в цистерну, охлаждает поверхность продукта и способствует более интенсивному переходу пара в конденсат, увеличивая тем самым потери СВЧ-энергии на нагрев верхней части оболочки котла цистерны, что особенно ощутимо на завершающей стадии разогрева.
Недостатком устройства является то, что при плотной посадке крышки-экрана через кольцо в цистерне уже в начальной стадии разогрева создается избыточное давление паров воды и газов, удаление которых через вентиляционные каналы, имеющиеся в заглушках, в полной мере не представляется возможным. Увеличение сечения каналов приведет к утечке СВЧ-энергии в окружающее пространство. Кроме того, при значительном увеличении избыточного давления в цистерне имел место случай проникновения паров воды и газов в волноводный тракт.
Целью изобретения является повышение эффективности разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах, надежности и безопасности работы оборудования, а также расширение технологических возможностей.
Поставленная цель достигается тем, что в способе разогрева загустевших и застывших вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах с использованием энергии ЭМП СВЧ направленным излучением в диапазоне 400-1000 МГц с дополнительным воздействием подогретого от обдува вывода энергии магнетрона и внутренних поверхностей стенок волноводного тракта воздушного потока с подпариванием паровой рубашки клапана сливного прибора давлением пара не более 0,2 МПа, нагрев продуктов осуществляют в разреженном воздушном пространстве, а воздушный поток, поступающий в цистерну из волноводного тракта, дополнительно подогревается отходящими от продукта парами и газами, в устройстве для осуществления способа, содержащем СВЧ-генератор, жестко соединенный с волноводным трактом, крышкой-экраном и излучателем, между крышкой-экраном, имеющей обечайку и выполненной со скошенными к центру краями и диаметрально-противоположно расположенными отверстиями с резьбовыми втулками для ввинчивания заглушек, имеющих вентиляционные каналы и бобышки в верхней части, и горловиной цистерны устанавливают кольцо, имеющее обечайку, затвор с уплотнительной экранирующей прокладкой, пластины с пазами и прижимы для крышки-экрана, нижняя посадочная поверхность которого выполнена в соответствии с размерами и профилем верха горловины типа цистерны, подлежащего обработке, и имеет круговой паз с уплотнительной экранирующей прокладкой, при этом кольцо плотно притягивается к горловине цистерны стяжными, откидными, люковочными болтами с барашками, а при их отсутствии - специальными прижимами, в резьбовые втулки вместо заглушек ввинчены патрубки, выполненные в виде тройников, средние отводы которых через вентиляционные СВЧ-фильтры и воздуховоды соединены с воздушным трактом, одна из стенок которого служит стенкой волноводного тракта, а верхние отводы оснащены резьбой для ввинчивания заглушек, при этом воздушный тракт имеет возможность подсоединяться к вентиляционной отсасывающей системе.
Остатки вязких загустевших и застывших нефтепродуктов, поступающие на промывочно-пропарочные станции в железнодорожных цистернах, не подвергаются контролю по определению марки продукта, содержания воды в нем, а также наличию посторонних материалов и предметов, которые могут находиться в толще застывшего нефтепродукта и присутствие которых может оказывать решающее значение на эффективность или даже возможность разогрева СВЧ-энергией с точки зрения безопасности самого процесса. Опыт эксплуатации СВЧ-установки с ранее указанными техническими решениями показывает, что уже в начальной фазе разогрева в цистерне устанавливается избыточное давление паров воды, которая практически всегда присутствует в продукте и очень хорошо поглощает СВЧ-энергию. Молекулы пара при увеличении избыточного давления сближаются, и взаимодействие между ними при воздействии СВЧ ЭМП идет более интенсивно. При соприкосновении с холодной оболочкой верхней части котла цистерны пары воды конденсируются и стекают на поверхность нефтепродукта, охлаждая его, при этом данный процесс идет непрерывно, отбирая часть энергии на нагрев верхней оболочки котла цистерны. Аналогично происходит СВЧ-разогрев продуктов и в случае, когда в цистерне присутствуют такие материалы, как резина, например старые уплотнительные кольцевые прокладки клапана сливного прибора или люка горловины котла, оставленные в цистерне, или неплотно закрытый сам клапан сливного прибора из-за попадания в него постороннего предмета, что нередко имеет место. В этом случае кроме паров воды начинают интенсивно выделяться газы - продукты возгонки резины. Вентиляционные каналы, имеющиеся в заглушках, не справляются с задачей по удалению образующихся в цистерне паров и газов в атмосферу, как в первом, так и, тем более, во втором случае, а при значительном превышении избыточного давления в цистерне пары и газы проникают в волноводный тракт. При этом происходит электрический пробой между стенками волновода, возгорание газа, разрыв волноводного тракта и повреждение магнетрона. Увеличение напора воздуха в волноводном тракте не решает задачи, т.к. это может спровоцировать возгорание газов непосредственно в цистерне, способствовать увеличению избыточного давления и замедлению самого процесса разогрева продукта. Поэтому железнодорожные цистерны с остатками, при СВЧ-разогреве которых уже в начальной стадии появляется дым из вентиляционных каналов, обрабатывать такими способом и устройством небезопасно и не представляется возможным.
Исходя из вышеизложенного, с целью устранения указанных недостатков, необходимо обеспечивать постоянное удаление из котла цистерны образующихся паров воды и газов при помощи отсасывающего устройства с таким расчетом, чтобы в котле цистерны создавалось разрежение, которое позволит создать новый положительный импульс, сопутствующий разогреву нефтепродукта СВЧ-энергией.
Общеизвестно, что в разреженном пространстве снижается температура кипения воды и других жидкостей, а процесс парообразования идет более интенсивно, при этом расстояние между молекулами пара увеличивается, а эффект взаимодействия между ними при воздействии ЭМП СВЧ снижается. Подобное происходит и с вязкими загустевшими и застывшими нефтепродуктами, когда для достижения необходимой текучести продукта нужна более низкая температура. На этом законе основана современная технология перегонки нефтепродуктов в вакууме, т.е. при пониженном давлении [4].
Эти обстоятельства позволят снизить потери СВЧ-энергии на нагрев оболочки верхней части котла цистерны, а также сократить время и расход СВЧ-энергии на разогрев самого продукта, т.е. на достижение необходимой текучести для слива его из цистерны при меньших температурах.
В предлагаемом способе предусматривается разогрев загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов СВЧ-энергией с одновременным созданием разрежения в железнодорожной цистерне путем ее подсоединения через отверстия в крышке-экране к вентиляционно-отсасывающей системе, при этом приток подогретого воздушного потока в цистерну будет осуществляться из волноводного тракта, что позволит в большей степени защитить его от проникновения внутрь паров и газов. Движение газообразных масс в вентиляционную отсасывающую систему будет осуществляться за счет создания разности давлений - более высокого в периферийных зонах от постоянно выделяющихся паров и газов при нагреве содержимого в цистерне и пониженного в центральной зоне котла цистерны. Для снижения охлаждения паров и интенсивности образования конденсата в центральной верхней части котла цистерны предполагается использование дополнительного источника энергии для подогрева воздушного потока, поступающего из волноводного тракта, удаляемыми парами и газами. Данные решения позволяют создать новую совокупность существенных признаков, отличающихся от прототипа и обеспечивающих получение требуемого технического результата.
В предлагаемом устройстве для осуществления данного способа предлагаются следующие технические решения, отличающиеся от прототипа:
- в резьбовые втулки, расположенные диаметрально-противоположно на крышке-экране, вместо заглушек ввинчиваются патрубки;
- патрубки выполнены в виде тройников, средние отводы которых через вентиляционные СВЧ-фильтры и воздуховоды соединяются с воздушным трактом и вентиляционной отсасывающей системой;
- верхние отводы оснащены резьбой для ввинчивания заглушек на время разогрева нефтепродукта и удаления одной из них для ввода в патрубок специального ключа с целью открытия клапана сливного прибора;
- одна из стенок воздушного и волноводного трактов выполнена общей, это обеспечит дополнительный подогрев воздушного потока, проходящего через волноводный тракт в цистерну, удаляемыми через воздушный тракт парами и газами от разогрева нефтепродукта СВЧ-энергией.
Вышеперечисленная совокупность признаков определяет отличительные особенности предлагаемого устройства.
На чертеже изображено устройство для осуществления способа разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах: фронтальная проекция - вверху, горизонтальная проекция - в центре и разрез (А-А) - внизу. Устройство состоит из крышки-экрана 1, двух диаметрально-противоположно расположенных технологических отверстий с резьбовыми втулками 2, в которые ввинчиваются патрубки 3, выполненные в виде тройника, средний отвод которого через вентиляционный СВЧ-фильтр 4 и воздуховод 5 подсоединяется к воздушному тракту 6 и далее к вентиляционной отсасывающей системе (не показана). Верхний отвод оснащен резьбой для ввинчивания в патрубки заглушек 7.
Устройство используется следующим образом.
Крышку-экран обычным образом устанавливают на горловину железнодорожной цистерны через кольцо, типоразмер которого соответствует данному типу цистерны, предварительно определив расположение штанги сливного прибора. Воздушный тракт подсоединяют к вентиляционной отсасывающей системе, приводят ее в действие и начинают разогрев продукта СВЧ-энергией. По окончанию разогрева высоковязкого нефтепродукта магнетрон отключают и специальным торцевым ключом вывинчивают заглушку из верхнего отвода патрубка, расположенного над штангой сливного прибора, а затем тем же ключом открывают сам клапан. При этом вентиляционную отсасывающую систему не отключают, блокируя тем самым поступление воздуха в цистерну через верхний отвод открытого патрубка. После открытия клапана сливного прибора производят слив нефтепродукта из железнодорожной цистерны. Затем отключают вентиляционную отсасывающую систему и отсоединяют от нее воздушный тракт, закрывают клапан сливного прибора, а заглушку ввинчивают в верхний отвод патрубка. Крышку-экран и кольцо снимают с горловины в обратном порядке.
Источники информации
1. Патент РФ № 2103211 С1, кл. 6 В65D 88/74, 1998.
2. Патент РФ № 2172286 С1, кл. 7 В65D 88/74, 2001.
3. Положительное решение о выдачи патента на изобретение от 08.04.2008 г. по заявке № 2006141980/12 (045833).
4. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. М.: Химия, 1981, стр.174-196.