СПОСОБ ВЫГРУЗКИ ЗАТВЕРДЕВШИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ЕМКОСТИ
METHOD OF UNLOADING OF HARDENED MATERIAL FROM CONTAINER

Изобретение относится к разгрузочным и зачистным работам в емкостях, содержащих затвердевшие материалы, например парафин, мазут, пищевые жиры, поташ и тому подобное.
Известен способ выгрузки затвердевших материалов из емкости, заключающийся в воздействии на них струями текучей рабочей среды, накоплении жидкой фазы затвердевшего материала (расплава, раствора или взвеси), вовлечении ее в спутное движение струями рабочей среды и дальнейший размыв твердой фазы, с последующим сливом или откачиванием материала в виде жидкой фазы из емкости.
Такой способ описывается при изложении действия устройства по авторскому свидетельству СССР №996286, B65D 88/74, 1983 г.: в затвердевший материал направляются струи пара из сопл Лаваля со сверхзвуковой скоростью. Недостаток этого способа - низкая проникающая способность паровых струй как в твердый, так и в расплавленный материал, а следовательно, низкая производительность способа.
Известен способ по патенту SU №1790424 A3, B65D 88/74, 1993 г.: в этом способе устройство подачи греющего пара и отвода расплавленного материала вводят через верхний люк емкости в придонную зону, подачу пара регулируют по температуре расплава; последний, как и конденсат греющего пара, сливают из емкости и через сливной клапан, и через верх по специальной трубе устройства под действием избыточного давления, создаваемого паром в герметизируемой для этого емкости. Недостатками данного способа являются низкая интенсивность теплообмена от свободных струй пара к материалу; сложность устройства для подачи пара и отвода жидкости через верх емкости; невозможность слива под давлением для крупных емкостей, не предназначенных для повышенных давлений.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ работы устройства для разогрева вязких жидкостей в емкости по патенту №2055801, опубл. 10.03.1996 г. Целью данного изобретения являлась интенсификация процесса разогрева загустевших жидкостей, в том числе и горючих, что обеспечивает сокращение времени разгрузки транспортных емкостей. Поставленная цель достигалась тем, что для перемешивания разогреваемых нефтепродуктов используются ультразвуковые колебания частотой, максимально воздействующей на молекулы нефтепродуктов. Устройство разогрева, состоящее из ТЭНов и излучателей ультразвуковых колебаний, подключенных к генератору УКВ, позволяет значительно интенсифицировать процесс разогрева и уменьшить расход электроэнергии. Недостатками данного способа являются:
- малая интенсивность воздействия на разогреваемый материал, т.к. не используются звуковые и инфразвуковые волны, а также турбулентные струи жидкости;
- дороговизна и сложность применяемого оборудования - электронных генераторов УКВ.
Задачами настоящего изобретения являются ускорение выгрузки затвердевших материалов из емкостей произвольных конструкций и размеров; экономия энергии и трудозатрат; применение более дешевого оборудования для осуществления выгрузки затвердевших материалов из емкости, в том числе при зачистных работах - освобождении емкостей от отложений и загрязнений на дне, стенах и на внутренних конструкциях.
Для решения поставленной задачи предложен способ выгрузки затвердевших материалов из емкости, заключающийся в термическом воздействии на материалы, накоплении жидкой фазы и воздействии посредством жидкой фазы на твердую ультразвуковыми колебаниями с последующим сливом или откачиванием материалов в виде жидкой фазы из емкости. Причем на затвердевшие материалы производится дополнительное воздействие звуковыми и инфразвуковыми колебаниями и турбулентными струями подогретой текучей среды, а в качестве излучателя колебаний используется квазистационарная волна торможения за участком сверхзвукового двухфазного течения размывающей струи подогретой жидкой фазы материала. Согласно предлагаемому способу в емкости установлено несколько струйных излучателей колебаний, работающих в синхронном режиме, по меньшей мере, на одной из резонансных частот стенок емкости. И для создания в каждой размывающей струе жидкости участка сверхзвукового двухфазного течения и квазистационарной волны торможения используется бездиффузорный газожидкостный эжектор.
Итак, предлагается следующее: к известному способу добавляется еще несколько факторов воздействия на высоковязкий и твердый материалы:
- вибрация в широком спектре частот от ультразвуковых до инфразвуковых;
- вибрационное воздействие на твердый материал осуществляется через жидкость с помощью излучателя всего спектра колебаний, погруженного в подогретую турбулентную струю жидкой фазы, омывающей твердую фазу. В этом случае к гидродинамическому и тепловому воздействию размывающих вихрей жидкости добавляется дестабилизирующее воздействие колебаний, разрушающее твердые структуры материала;
- в емкости устанавливается несколько излучателей колебаний, при этом все они настраиваются на одну из резонансных частот стенок емкости в звуковом или инфразвуковом диапазоне, что легко обнаружить на слух или наощупь. В таком режиме резонанса амплитуда колебаний увеличивается, в жидкости возникает система интенсивных «стоячих» волн, размывающих твердый материал и отрывающих его от вибрирующих поверхностей емкости.
С целью удешевления предлагаемого способа в качестве излучателя колебаний используется квазистационарная волна торможения за участком сверхзвукового двухфазного течения размывающей струи жидкости, при создании которого используется, например, энергия подогретого газообразного теплоносителя - рабочей среды. В качестве устройства, образующего и струю размывающей жидкости, и мощный излучатель широкого спектра колебаний в этой струе - волну торможения - используется бездиффузорный газожидкостный эжектор.
На фигурах 1, 2 и 3 изображены схемы применения предлагаемого способа на примере выгрузки твердого парафиносодержащего осадка 1 из нефтяного резервуара 2 через патрубок 3. На фиг.1 показан вертикальный разрез резервуара: парожидкостные эжекторы 4 закреплены на вертикальных трубопроводах 5, смонтированных и установленных через люки 6. На фиг.2 показан вариант, когда слой осадка не выше нижнего края люков 7, и для установки эжекторов 4 используются люки 7. На фиг.3 показан вид сверху с местными разрезами, через которые видны эжекторы 4. Трубопровод подвода пара к резервуару с арматурой и манометром, а также разводка труб к люкам 6 и 7 на фигурах условно не показаны.
Способ осуществляется следующим образом. Эжекторы 4 на трубопроводах 5 опускаются через люки 6 на выгружаемый твердый материал 1. Сначала пар подается к эжекторам 4 при низком давлении, нагревает небольшую зону вокруг них, расплавляя материал 1. Эжекторы 4 вместе с трубопроводами 5 опускаются на заданный уровень и фиксируются в заданных направлениях. Давление пара поднимают до рабочего значения, из эжекторов 4 вытекают сверхзвуковые струи двухфазной смеси из расплавленного материала и пузырьков пара. При естественном торможении сверхзвуковой струи от трения переход к дозвуковой скорости происходит с резким скачком давления и падением скорости в тонком фронте ударной квазистационарной волны торможения, которая и становится излучателем колебаний в жидкости, ускоряющих размыв твердой фазы. После слияния жидких объемов вокруг всех излучателей вариацией давления пара подбирается по интенсивности колебаний стенок емкости резонансная частота и тем самым ускоряется разогрев и размыв твердого материала, в процессе которого возможна принудительная или автоматическая перемена направлений струй из эжекторов 4 ввиду большой площади дна резервуара.
Резкий переход сверхзвукового двухфазного течения в каждой струе в дозвуковое происходит в тонком фронте квазистационарной волны торможения (то же, что «скачка уплотнения» или «ударной волны»), колеблющейся около среднего положения с некоторой звуковой частотой вследствие начальной турбулентности струи. Причем участок сверхзвукового течения перед волной находится под пониженным давлением, а давление за волной торможения значительно выше атмосферного, поэтому во фронте волны мгновенно охлопываются пузырьки паров и газов (кавитация), что создает интенсивное ультразвуковое излучение по всему объему. Градиент давления на границе диска волны торможения порождает мощные тороидальные вихри, периодически уносимые струей и раскачивающие саму волну около среднего положения. Этот процесс генерирует интенсивные инфразвуковые вибрации, которые синхронизируются у всех устройств (явление взаимовлияния автоколебаний) и когда их частота совпадает с одной из собственных частот стенок емкости, многократно усиливаются, образуя «стоячие» волны в жидком объеме, интенсивно разрушающие твердую структуру материала и нарушающие его сцепление с поверхностями внутри емкости.
При достижении однородной нужной консистенции материала и равной температуры всех стенок емкости прекращают подачу рабочей среды - в данном случае самого безопасного теплоносителя для размыва твердых горючих материалов - водяного пара.
После отстоя органический слой откачивают или сливают через патрубок 3, конденсат рабочего пара и подтоварную воду сливают через штатный сифон, неорганические твердые фракции удаляют через люки 7 механически после проветривания и остывания резервуара.
Таким образом, на приведенном примере показано, что благодаря существенным отличиям предложенного способа: воздействию колебаний широкого диапазона, турбулентных подогретых струй, созданию резонансных колебаний в жидком объеме и на самой емкости, применению бездиффузорных парожидкостных эжекторов как теплообменников, гидромониторов и излучателей широкого диапазона колебаний достигаются цели изобретения: ускорение выгрузки затвердевших материалов из емкостей произвольных конструкций и размеров, экономия энергии и трудозатрат, удешевление оборудования.