УНИВЕРСАЛЬНОЕ НАЗЕМНОЕ БИТУМОХРАНИЛИЩЕ

Полезная модель относится к области строительства автомобильных дорог, в частности к хранению и нагреву битума.
Хранение битума осуществляется в подземных (ямных) и наземных битумохранилищах.
Известны подземные битумохранилища ямного типа с различными видами нагревательных элементов, в которых догрев и забор битума осуществляется в приямке, заполняемом через донную течку из хранилища, а обезвоживают битум в котлах выпаривания (см. Дубровин Е.Н. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1975, 351 с, стр. 86).
Известно наземное битумохранилище, содержащее емкость с нагревательными элементами, заборные трубы и битумный насос (Патент RU №2198256 E01C 19/08, C10C 3/12 опубл. 10.02.2003, бюл. №4). Догрев и забор битума осуществляется под сферическим или усеченно-пирамидальном металлическим кожухом, установленным на днище емкости и накрывающим данные нагреватели. Введение локального нагрева и его забор из-под кожуха позволило несколько снизить энергозатраты на нагрев требуемого объема битума, а также уменьшить потери тепла в окружающую среду.
Известно, что наземным битумохранилищам присущи три существенных недостатка:
- донный нагрев битума;
- донный забор нагретого битума;
- невозможность использования уже нагретого битума до достаточно высокой температуры 120-140°C, который сливается в емкость в процессе ее функционирования в период рабочего сезона, так как он поступает в верхние слои емкости.
При донном нагреве и донном заборе битума большая часть нагреваемого битума поднимается в верхние слои емкости, а с течением некоторого промежутка времени температура основной массы битума в емкости становится близкой к температуре поверхности нагревательных элементов.
Нагретый битум в верхнем слое емкости при существующей технологии забора не может быть использован, а, следовательно, это потери тепловой энергии, которые расходуются на тепловые потери в окружающую среду и на структурные преобразования битума, приводящие к снижению его качества.
Наиболее близким техническим решением является наземное битумохранилище, содержащее емкость с донными нагревателями, которые накрыты сферическим или усеченно-пирамидальным металлическим кожухом, покрытым в его верхней части термостойкими плитами с очень малым значением коэффициента теплопроводности, битумный насос и битумопровод с заборными патрубками, датчики уровня и температуры битума (Патент RU №134943 E01C 19/08, C10C 3/12 Опубл. 27.11.2013 Бюл. №33). Введение кожуха с теплоизоляцией позволило уменьшить тепловой поток от поверхности кожуха, снизить температуру в основной массе битума и уменьшить потери тепла в окружающую среду, а, следовательно, снизить энергопотери.
Однако данному техническому решению нагрева и забора битума из наземного хранилища присущи следующие недостатки:
- так как объема битума в хранилище недостаточно на весь период рабочего сезона при большой производительности АБЗ, то дополнительно во время его функционирования производится его заполнение в верхний слой горячим битумом с температурой 120-140°C и уже готовый нагретый битум не используется, а его тепло передается в окружающую среду. Этот недостаток присущ всем наземным битумохранилищам с донным забором;
- ограниченная производительность, которая определена локальным объемом битума под кожухом и мощностью нагревательной системы;
- возможностью образования вакуумного пространства в области забора битума при превышении допустимой производительности и закупорки малонагретым битумом проходной трубы с атмосферой и, как следствие, разрушение кожуха.
Задачей предлагаемой полезной модели является:
- снижение энергетических затрат;
- повышение производительности;
- сохранение качества битума;
- повышением надежности универсального наземного битумохранилища.
Сущность полезной модели заключается в том, что универсальное наземное битумохранилище, содержащее емкость с нагревателями, битумопровод с заборными патрубками, битумный насос, металлический кожух сферической или усеченно-пирамидальной формы, датчики уровня и температуры битума, причем в центре емкости вертикально над кожухом установлена и нижней частью соединена с кожухом заборно-сливная труба, частично или полностью покрытая теплоизоляционным материалом с малым коэффициентом теплопроводности или изготовленная из термостойкого материала с малым коэффициентом теплопроводности, по высоте превышающая максимальный уровень заполнения емкости битумом и диаметром из условия обеспечения требуемого объема нагретого битума для забора, определяемого заданной производительностью битумохранилища, вертикально на внутренней поверхности заборно-сливной трубы от нагревателей на днище до верхнего заборного уровня закреплен внутренний заборный битумопровод с внутренними заборными патрубками, установленными на определенных уровнях, начиная с нижнего конца внутреннего заборного битумопровода в зоне нагревателей на днище до его верхнего конца, который через проходной заборный патрубок в стенке емкости соединен наружным битумопроводом с битумным насосом; на входном отверстии каждого внутреннего заборного патрубка установлен запорный клапан с поплавком, а проходной сливной патрубок в стенке емкости, расположенный над сливным патрубком емкости, через сливной битумопровод, установленный с некоторым наклоном к заборно-сливной трубе, соединен со сливным патрубком в заборно-сливной трубе.
Технический результат.
Снижение энергозатрат в 1,5-2 раза на нагрев до температуры 100-105°C забираемого битума за счет локального нагрева только требуемого объема битума, определяемого заданной производительностью и его забором без потерь из поверхностного слоя заборно-сливной трубы.
Снижение энергозатрат на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду в 1,2-1,5 раза во время функционирования битумохранилища за счет как уменьшения температуры почти в 2 раза основной массы битума, так и уменьшения коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности емкости.
Исключение процесса старения основной массы битума, то есть сохранения его качества за счет снижения температуры со 120-130°C до 60-65°C, так и существенным снижением активности нагрева свободной конвекцией.
Расширение функциональных возможностей универсального наземного хранилища и при этом исключение энергозатрат на нагрев сливаемого привозимого уже нагретого битума и его забора из поверхностного слоя заборно-сливной трубы.
Повышение надежности универсального наземного битумохранилища исключением возможности возникновения вакуумного пространства в области забора битума под кожухом, за счет введения забора битума из поверхностного слоя заборно-сливной трубы.
Указанная задача достигается:
- установкой заборно-сливной трубы в центре емкости над кожухом и соединенной в нижней части с кожухом, накрывшим донные нагреватели, то есть созданием внутри емкости локального устройства для нагрева, хранения и забора нагретого битума, выполняющего функции приямка как в ямных битумохранилищах, а также приема и выдачи без тепловых потерь вновь сливаемого нагретого битума;
- теплоизоляцией термостойким материалом с малым значением коэффициента теплопроводности наружных поверхностей всего кожуха и заборно-сливной трубы, то есть созданием внутри емкости локального самонагревающего термоса битума с малой отдачей тепла основной массы битума для поддержания ее температуры около 60-65°C, а также для компенсации тепловых потерь в окружающую среду от наружной поверхности емкости;
- установкой внутри заборно-сливной трубы внутреннего заборного битумопровода с заборными патрубками на концах которых закреплены запорные клапаны с поплавками;
- введением заборного и сливного битумопроводов между стенками заборно-сливной трубы и емкости.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлен вертикальный разрез универсального наземного битумохранилища.
Универсальное наземное битумохранилище содержит емкость 1 с датчиками 2 и 3 уровня битума 4, сливным патрубком 5, донными нагревателями 6, кожухом 7 сферической или усеченно-пирамидальной формы с заборными отверстиями 8 в нижней части, покрытого термостойким материалом 9 с малым значением коэффициента теплопроводности, и имеющего в верхней части заборно-сливную трубу 10 изготовленную из термостойкого материала с малым коэффициентом теплопроводности или покрытую теплоизоляцией 11 и имеющую в верхней части сливной патрубок 12 заборно-сливной трубы, соединенный сливным битумопроводом 13 со сливным проходным патрубком 14 емкости, проходной заборный патрубок 15, соединяющий внутренние патрубки 16, оборудованные запорными клапанами с поплавками 17, на внутреннем заборном битумопроводе 18 внутри заборно-сливной трубы, с битумным насосом 19, расположенным снаружи битумохранилища, через наружный битумопровод 20 проходной заборный патрубок 21 в стенке хранилища и проходной заборный битумопровод 22. Для контроля и автоматического регулирования температуры битума в емкости установлены датчики температуры 23, а для определения температуры битума под кожухом и в трубе и работы системы автоматического регулирования ее установлены датчики температуры 24. Для предварительного нагрева общей массы битума и автоматического поддержания ее температуры в пределах 60-65°C введены настенные нагреватели 25.
Полезная модель работает следующим образом.
При отсутствии битума в емкости 1 нагреватели 6 и 25 отключены от источников нагрева, а входные отверстия внутренних заборных патрубков 16 закрыты запорными клапанами с поплавками 17 за счет веса поплавков. При загрузке битумохранилища емкость 1 заполняется горячим битумом с температурой 120-140°C через сливной патрубок 5 емкости 1. При этом горячий битум через заборные отверстия 8 поступает под кожух 7, а затем при дальнейшем сливе битума и повышении уровня 4 заполняет и заборно-сливную трубу 10. Так как битум нагрет до температуры 120-140°C и очень подвижный, то уровни его в емкости 1 и заборно-сливной трубе 10 почти равны, а затем с течением времени становятся равными. При заполнении горячим битумом заборно-сливную трубу 10 и достижении уровнем 4 входного отверстия внутреннего заборного патрубка 16 и дальнейшем повышением уровня 4 битума поплавок 17 всплывает, приподнимая заборный клапан и открывает входное отверстие данного внутреннего заборного патрубка 16. Таким образом, входные отверстия всех внутренних заборных патрубков 16, находящихся в битуме, то есть расположенных ниже уровня 4 битума в заборно-сливной трубе 10 открыты, а входные отверстия внутренних заборных патрубков 16, расположенных выше уровня 4 битума закрыты.
Заполнение битумохранилища горячим битумом может производиться и через заборно-сливную трубу 10, то есть через проходной сливной проходной патрубок 14 в стенке емкости 1, сливной битумопровод 13 и сливной патрубок 12 в заборно-сливной трубе 10. В этом случае сливаемый горячий битум из-под кожуха 7 через заборные отверстия 8 поступает в емкость 1. Все остальные технологические операции - аналогичны вышеописанному.
Если процесс заполнения битумохранилища необходимо ускорить или есть два источника сливаемого горячего битума (например, два битумовоза), то заполнение можно производить одновременно в емкость 1 через сливной патрубок 5 и через сливной проходной патрубок 14, сливной битумопровод 13 и сливной патрубок 12 в заборно-сливной трубе 10. А так как битум нагрет и подвижен, то уровни его в емкости 1 и заборно-сливной трубе 10 после заполнения станут равными.
Учитывая, что наземные битумохранилища заполняются битумом в осенне-зимний период (в холодное время) система нагрева битума отключена, а между заполнениями емкости могут быть достаточно большие интервалы времени, то битум может перейти в твердое состояние. Поэтому при очередном заполнении необходимо использовать показания датчика уровня 3 битума в емкости 1 и датчика уровня 2 битума в заборно-сливной трубе 10 и производить слив горячего битума через сливной патрубок 5 в емкости 1 и через проходной сливной проходной патрубок 14, сливной битумопровод 13 и сливной патрубок 12 в заборно-сливную трубу 10 таким образом, чтобы уровни битума в емкости 1 и в заборно-сливной трубе 10 были приблизительно равными, после окончания слива горячего битума.
В весенний период перед началом функционирования универсального наземного битумохранилища включают донные нагреватели 6 (основные под кожухом 7 и дополнительные перед заборными отверстиями 8 под козырьками), а также настенные нагреватели 25. Нагретый битум под кожухом за счет свободной конвекции поднимается вверх и сосредотачивается в заборно-сливной трубе 10 и под кожухом 7, при этом температура нагреваемой массы битума измеряется датчиками температуры 24 под кожухом 7 и в заборно-сливной трубе 10 и должна поддерживаться автоматически системой нагрева битума около 100-105°C. Длительность подготовки универсального наземного битумохранилища к началу его функционирования составит от 7 до 25 рабочих дней и зависит от объема емкости 1, объема нагреваемой массы битума в заборно-сливной трубе 10 и под кожухом 7, а также от тепловой мощности нагревателей 6, которая, в свою очередь, определяется требуемой производительностью универсального наземного битумохранилища. За период подготовки и в дальнейшем во время функционирования универсального наземного битумохранилища основная масса битума в емкости 1 достигает температуры 60-65°C и затем поддерживается постоянной. Это достигается тем, что небольшое количество тепла, отдаваемое в окружающую среду от наружной поверхности емкости 1 при температуре битума в ней 60-65°C компенсируется теплом, отдаваемым через теплоизолированные поверхности 9 и 11 битумом соответственно под кожухом 7 и в заборно-сливной трубе 10, а также теплом настенного нагревателя 25 за счет работы системы автоматической стабилизации температуры битума по показаниям датчиков температуры 23. При заборе нагретого битума из заборно-сливной трубы 10 включается битумный насос 19. Нагретый битум через открытые входные отверстия внутренних заборных патрубков 16, внутренний битумопровод 18, проходной заборный патрубок 15 в заборно-сливной трубе 10, проходной заборный битумопровод 22, проходной заборный патрубок 21 в стенке емкости 1, наружный битумопровод 20 и битумный насос 19 забирается в резервную емкость или битумовоз.
Основная масса нагретого битума забирается через верхний внутренний заборный патрубок 16, расположенный в локальной области поверхностного слоя, где вязкость битума меньше, так как температура на несколько градусов выше, а также более мощный засос битумного насоса 19 и существенно меньше гидравлическое сопротивление, так как расстояние от битумного насоса 19 до верхнего внутреннего заборного патрубка 16, расположенного в поверхностном слое битума всегда меньше. Незначительная часть битума забирается и через ниже расположенные внутренние заборные патрубки 16, так как битум в этой локальной области нагрет до температуры в заданных пределах 100-105°C. Забираемая масса нагретого битума восполняется за счет поступления подогреваемого битума дополнительными донными нагревателями 6 через заборные отверстия 8 в нижнюю часть под кожух 7 в расположение основных донных нагревателей 6. Выделяемое тепло дополнительными донными нагревателями 6 обеспечивает подогрев битума в локальных областях перед заборными отверстиями 8 под наклонными козырьками и этот подогретый битум полностью уходит под кожух 7 в период откачки, то есть при заборе нагретого битума из поверхностного слоя заборно-сливной трубы 10, что позволяет снизить энергозатраты на нагрев битума под кожухом 7, а главное существенно сократить время его догрева до требуемой температуры 100-105°C донными нагревателями.
При заборе нагретого битума из поверхностного слоя заборно-сливной трубы 10 его уровень 4 снижается и при достижении верхнего края входного отверстия внутреннего заборного патрубка 16 поплавок 17 опускается и запорный клапан закрывает входное отверстие и забор основной массы нагретого битума производится через ниже расположенный внутренний заборный патрубок 16, так как последний размещается в поверхностном слое.
Такая технология закрытия входного отверстия заборного патрубка 16 запорным клапаном с поплавком 17 в среде горячего битума с температурой 100-105°C позволит обеспечить его герметичность.
Если в процессе функционирования наземного хранилища прибывают дополнительные битумовозы, то слив горячего битума, который нагрет до температуры выше 110-120°C производится непосредственно в заборно-сливную трубу 10 через проходной сливной проходной патрубок 14 в стенке емкости 1, сливной битумопровод 13 и сливной патрубок 12 в заборно-сливной трубе 10. При этом сливаемый нагретый битум оказывается в поверхностном слое, из которого производится текущий забор нагретого битума. Это обеспечивает существенное уменьшение энергозатрат на нагрев битума, так как система автоматического регулирования температуры битума по показаниям датчиков температуры 24 отключает нагреватели от источников энергии, а также исключить необходимость наличия дополнительных емкостей для приема и непродолжительного хранения привозимого нагретого битума.
Введение такого дополнительного технологического режима делает наземное битумохранилище универсальным.
Если забор нагретого битума из заборно-сливной трубы 10 не производится, то система автоматического регулирования температур по показаниям датчиков температуры 23 в емкости 1 и датчиков температуры 24 в заборно-сливной трубе 10 и кожухе 7 поддерживается их требуемое значение путем включения и выключения соответственно нагревателей 6 и 25.
Следует отметить, что габаритные размеры кожуха 7 и заборно-сливной трубы 10, то есть объем нагреваемого битума и его воспроизведение (восстановление) после забора рассчитываются из условий обеспечения требуемой производительности битумохранилища и минимальных энергозатрат на нагрев забираемого нагретого битума, а также компенсацию тепловых потерь в окружающую среду за время нагрева, забора и хранения битума.
Введение заборно-сливной трубы совместно с кожухом, покрытие их поверхностей термостойкой теплоизоляцией, то есть конструирования локального термоса с битумом и введением внутри заборно-сливной трубы битумопровода с заборными патрубками, на входных отверстиях установлены запорные клапаны с поплавками, позволит:
- снизить энергозатраты на нагрев требуемого объема нагреваемого битума из поверхностного наиболее нагретого слоя в заборно-сливной трубе, определяемого заданной производительностью;
- существенно снизить энергозатраты на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду, за счет снижения и стабилизации температуры основной массы битума в пределах 60-65°C;
- сократить срок в 2-4 раза весенней подготовки битумохранилища к рабочему сезону;
- сохранить качество основной массы битума за счет стабилизации температуры в пределах 60-65°C;
- повысить производительность за счет введения заборно-сливной трубы забора нагреваемого битума из поверхностного наиболее нагретого слоя заборно-сливной трубы;
- использовать наземное битумохранилище в процессе его функционирования для слива и забора завозимого нагретого битума без потерь тепловой энергии, что существенно снижает энергозатраты;
- осуществить полную автоматизацию технологического процесса нагрева и забора нагретого битума управлением включения и выключения битумного насоса за счет введения внутреннего заборного битумопровода с внутренними заборными патрубками, на входных отверстиях которых установлены запорные клапаны с поплавками и систем автоматического регулирования температур битума в емкости и заборно-сливной трубе с кожухом;
- обеспечить высокую эксплуатационную надежность за счет введения поверхностного забора наиболее нагретого битума в заборно-сливной трубе с кожухом.