УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАЛИВА РАЗОГРЕТЫХ ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ В ЕМКОСТЬ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для налива различных разогретых нефтепродуктов и других разогретых вязких жидкостей в автоцистерны, железнодорожные цистерны и другие емкости, и может быть использована на нефтебазах, нефтеперерабатывающих заводах и других объектах.
Известно устройство для налива разогретых вязких жидкостей в емкость, содержащее присоединительное устройство с наливным наконечником, подключенным к трубопроводу для подачи вязкой жидкости в емкость, и указатель уровня налива (патент RU №2053197, МПК B67D 5/04, опубл. 27.01.1996 г.). Его недостатком является низкая точность контроля уровня жидкости, обусловленная тем, что указанный контроль выполняется визуально и при этом допускает возможность недолива вязкой жидкости в емкость или, напротив, возможность переполнения емкости.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является принятое за прототип устройство для налива разогретых вязких жидкостей в емкость, содержащее присоединительное устройство с наливным наконечником, подсоединенным к подводящему трубопроводу, и стыковочным фланцем для соединения с заправочной горловиной емкости, систему управления подачей жидкости в емкость и датчик предельного уровня налива, установленный в сквозном отверстии стыковочного фланца присоединительного устройства, сообщающемся с внутренней полостью емкости, и соединенный своим выходом с упомянутой системой управления, выполненной с возможностью прекращения подачи жидкости в емкость при достижении в последней предельного уровня налива жидкости (патент RU №38748, МПК B67D 5/00, опубл. 10.07.2004 г.).
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая надежность работы индуктивного датчика предельного уровня налива в условиях высоких температур заправляемой жидкости, что обусловлено наличием в датчиках указанного типа подвижных деталей, склонных к заеданию и заклиниванию при воздействии на них высоких температур и при попадании в их рабочие зазоры вязкой горячей жидкости при ее заправке в емкость. Вместе с тем, стабильность и точность работы индуктивного датчика нарушается в условиях барботажа и ценообразования жидкости из-за колебаний поплавкового механизма указанного датчика. Вследствие этого снижается точность
контроля момента достижения заданного предельного уровня налива при заправке емкости, за счет чего допускается возможность недолива или перелива жидкости при заправке емкости. Другим недостатком известного устройства является сложность конструкции и большая стоимость индуктивного датчика. Вместе с тем, используемый в известном устройстве индуктивный датчик предельного уровня налива имеет ограниченный рабочий ресурс в условиях высоких температур заправляемой жидкости.
Технической задачей, для решения которой служит предлагаемая полезная модель, является создание устройства для налива разогретых вязких жидкостей в емкость с простым по конструкции датчиком предельного уровня налива, не содержащим подвижных частей и способным устойчиво работать в условиях воздействия на него высоких температур с попаданием на датчик вязкой горячей жидкости при ее заправке в емкость, а также в условиях барботажа и пенообразования вязкой жидкости в процессе ее налива в емкость.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемой полезной модели, является повышение точности контроля предельного уровня налива в емкость, за счет чего исключается возможность отклонения от заданного максимального уровня налива жидкости в емкость и, соответственно, возможность недолива или перелива жидкости при заправке емкости. Другим техническим результатом от использования предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и, соответственно, снижение стоимости датчика предельного уровня налива и стоимости устройства для налива разогретых вязких жидкостей в емкость. Кроме того, техническим результатом от использования предлагаемой полезной модели является также повышение долговечности датчика уровня налива, обеспечиваемое благодаря отсутствию в нем подвижных частей, подверженных механическому износу.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом устройстве для налива разогретых вязких жидкостей в емкость, содержащем присоединительное устройство с наливным наконечником, подсоединенным к подводящему трубопроводу, и стыковочным фланцем для соединения с заправочной горловиной емкости, систему управления подачей жидкости в емкость и датчик предельного уровня налива, установленный в сквозном отверстии стыковочного фланца присоединительного устройства, сообщающемся с внутренней полостью емкости, и соединенный своим выходом с упомянутой системой управления, выполненной с возможностью прекращения подачи жидкости в емкость при достижении в последней предельного уровня налива жидкости, в отличие от прототипа,
датчик предельного уровня налива выполнен в виде термопары, содержащей головку с проходящими через нее двумя токовыводящими проводами, трубчатый корпус, закрепленный относительно стыковочного фланца присоединительного устройства, и два рабочих проводника со спаянными и свободными концами, выполненные из разнородных металлов и размещенные продольно в упомянутом корпусе с расположением их спаянных концов вблизи или на уровне нижнего конца указанного корпуса, при этом нижний конец термопары расположен ниже стыковочного фланца присоединительного устройства на заданном расстоянии от указанного фланца, равном по величине расстоянию от верхнего края заправочной горловины емкости до отметки предельного уровня налива жидкости, головка термопары жестко закреплена на верхнем конце корпуса последней, а каждый из упомянутых токовыводящих проводов соединен одним концом со свободным концом одного из рабочих проводников термопары, а вторым - с упомянутой системой управления.
Термопара может быть помещена в трубчатый кожух, закрепленный относительно стыковочного фланца присоединительного устройства и расположенный коаксиально к корпусу термопары, при этом нижний конец термопары расположен вблизи или на уровне нижнего конца трубчатого кожуха, а головка термопары соединена с верхним концом указанного кожуха посредством разборного соединения. Внутренняя полость указанного трубчатого кожуха может быть подключена к системе охлаждения, в которой в качестве хладагента используется предпочтительно жидкий азот.
Кроме того, датчик предельного уровня налива может быть выполнен с обеспечением возможности его срабатывания при заправке различных типов емкости, отличающихся друг от друга по величине расстояния от верхнего края заправочной горловины емкости до отметки предельного уровня налива жидкости, для чего кожух термопары помещен в направляющий патрубок, расположенный коаксиально к кожуху термопары и жестко закрепленный на стыковочном фланце присоединительного устройства в упомянутом сквозном отверстии указанного фланца, при этом кожух термопары выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно направляющего патрубка и снабжен фиксатором, выполненным с возможностью фиксации кожуха термопары относительно направляющего патрубка при различных заданных значениях величины расстояния от стыковочного фланца присоединительного устройства до нижнего конца термопары, каждое из которых соответствует, по меньшей мере, одному из заданных типов заправляемой емкости.
К верхней части направляющего патрубка может быть жестко прикреплена направленная вверх фиксирующая стойка, выполненная в виде сектора расположенной
коаксиально к кожуху термопары цилиндрической трубы с поперечными прорезями на одной из его боковых сторон, расположенными на разных по высоте указанной стойки заданных уровнях, каждый из которых соответствует, по меньшей мере, одному из заданных типов заправляемой емкости, при этом на наружной поверхности фиксирующей стойки вблизи каждой ее поперечной прорези нанесена заданная маркировка, соответствующая, по меньшей мере, одному из заданных типов заправляемой емкости, каждая поперечная прорезь фиксирующей стойки выполнена с расположенным в ее конце продольным относительно стойки и направленным вниз фиксирующим пазом, а к кожуху термопары жестко прикреплены штурвал для ручного перемещения указанного кожуха в направляющем патрубке и упомянутый фиксатор кожуха термопары, выполненный в виде радиального относительно указанного кожуха стержня с возможностью свободного перемещения последнего в прорезях фиксирующей стойки со свободным заходом в фиксирующие пазы указанных прорезей.
При этом на боковой стороне фиксирующей стойки над ее верхней поперечной прорезью может быть выполнена дополнительная поперечная прорезь с фиксирующим пазом, идентичная другим поперечным прорезям фиксирующей стойки, при этом на наружной поверхности последней вблизи дополнительной поперечной прорези нанесена заданная маркировка, соответствующая нерабочему положению датчика предельного уровня, при котором фиксатор кожуха термопары устанавливается в фиксирующий паз указанной дополнительной прорези фиксирующей стойки с подъемом нижнего конца кожуха термопары до уровня нижнего конца направляющего патрубка.
Присоединительное устройство и датчик предельного уровня налива могут иметь герметичное исполнение, исключающее выход из заправляемой емкости наружу паров жидкости в процессе налива последней, для чего стыковочный фланец присоединительного устройства выполнен в виде герметизирующей крышки с обеспечением герметичного соединения последней с заправочной горловиной емкости, головка термопары выполнена с герметичным проходом через нее токовыводящих проводов и герметичным соединением с корпусом и кожухом термопары, направляющий патрубок герметично входит в упомянутое сквозное отверстие стыковочного фланца присоединительного устройства, а в верхней части направляющего патрубка установлено сальниковое уплотнение, выполненное с возможностью герметизации зазора между указанным патрубком и кожухом
термопары, и размещенное во втулке, жестко прикрепленной к верхнему концу направляющего патрубка соосно с последним.
При этом фиксирующая стойка может быть жестко прикреплена к втулке сальникового уплотнения, а присоединительное устройство может быть снабжено линией отвода паров вязкой жидкости из внутренней полости заправляемой емкости.
Выполнение датчика предельного уровня налива жидкости в емкость без подвижных частей в виде термопары позволяет создать простую, надежную, недорогую и эффективную систему контроля уровня налива разогретой вязкой жидкости в емкость, работающую устойчиво и с высокой точностью в условиях воздействия на датчик предельного уровня высоких температур с возможностью попадания на него вязкой горячей жидкости при ее заправке в емкость, а также в условиях барботажа и ценообразования жидкости в процессе ее налива в емкость. Вместе с тем, использование в качестве хладагента для охлаждения термопары датчика уровня жидкого азота позволяет снизить степень пожаро- и взрывоопасности находящихся в заправляемой емкости паров вязкой жидкости за счет смешения последних с жидким азотом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - общий вид предлагаемого устройства;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.2.
Устройство для налива разогретой вязкой жидкости в емкость 1 (фиг.1), выполненную в виде железнодорожной цистерны, или автоцистерны, или какой-либо другой емкости, содержит присоединительное устройство 2 с подъемным механизмом (не показан), подводящим патрубком 3, наливным наконечником 4 и стыковочным фланцем 5 для соединения с заправочной горловиной 6 емкости 1 и датчик 7 предельного уровня налива, установленный в сквозном отверстии 8, выполненном в стыковочном фланце 5 и сообщающемся с внутренней полостью 9 емкости 1. При этом наливной наконечник 4 соединен с подводящим патрубком 3, который с помощью гибкого металлорукава 10 подключен к подводящему трубопроводу 11, по которому вязкая жидкость с помощью подающего насоса 12 перекачивается из емкости-хранилища 13 в емкость 1.
Датчик 7 предельного уровня налива выполнен в виде стандартной термопары 14, содержащей головку 15 с проходящими через нее двумя токовыводящими проводами 16 и 17, трубчатый корпус 18, закрепленный относительно стыковочного фланца 5 в вертикальном или близком к вертикальному положении, и два рабочих проводника (не показаны) со спаянными и свободными концами, выполненные из разнородных
металлов и размещенные продольно в корпусе 18 с расположением их спаянных концов вблизи или на уровне нижнего конца указанного корпуса. При этом нижний конец термопары 14 расположен ниже стыковочного фланца 5 на заданном расстоянии от указанного фланца, равном по величине расстоянию от верхнего края заправочной горловины 6 емкости 1 до отметки предельного уровня 19 налива жидкости в последнюю. В связи с тем, что два указанных расстояния равны друг другу по величине и имеют общие границы, они, соответственно, имеют общее обозначение Н на фиг.1. Головка 15 термопары 14 жестко закреплена на верхнем конце корпуса 18, а каждый из токовыводящих проводов 16 и 17 соединен одним концом со свободным концом одного из рабочих проводников термопары 14, а вторым - с системой управления 20 подачей жидкости в емкость 1, выполненной с возможностью регистрации в процессе налива жидкости в емкость 1 текущей величины силы тока на выходе термопары 14 с ростом уровня 21 жидкости в емкости 1 и выработки управляющего сигнала на отключение подачи жидкости в емкость 1 при достижении в последней предельного уровня 19 налива жидкости. Система управления 20 может быть выполнена, например, в виде контроллера 22, вход которого подключен через преобразователь 23 входного сигнала к токовыводящим проводникам 16 и 17 термопары 14, а выход - через тиристорный частотный преобразователь 24 к электроприводу 25 насоса 12. При этом система управления 20 снабжена пусковой кнопкой 26 для запуска электропривода 25, подсоединенной к контроллеру 22.
Термопара 14 помещена в защитный трубчатый кожух 27, закрепленный относительно стыковочного фланца 5 присоединительного устройства 2 и расположенный коаксиально к корпусу 18 термопары 14, нижний конец которой расположен вблизи или на уровне нижнего конца кожуха 27. К верхнему концу кожуха 27 жестко прикреплен наконечник 28, соединенный с головкой 15 термопары 14 посредством разборного (например, резьбового, фланцевого и т.п.) соединения. При резьбовом соединении наконечника 28 и головки 15 наконечник 28 выполняется в виде резьбовой втулки, как показано на фиг.1, а головка 15 выполняется с наружной резьбой, посредством которой вворачивается в указанную резьбовую втулку. С целью исключения влияния высокой температуры выделяемых разогретой жидкостью горячих паров на величину информационного электрического сигнала, формирующегося на выходе термопары 14, внутренняя полость 29 (фиг.1 и 2) кожуха 27 подключена к системе охлаждения (не показана), обеспечивающей подачу в полость 29 хладагента (предпочтительно жидкого азота) для охлаждения корпуса 18 термопары 14 в процессе
налива вязкой жидкости в емкость 1. На кожухе 27 закреплен штуцер 30, к которому подсоединяется шланг (не показан) для подачи хладагента в полость 29 кожуха 27.
Датчик 7 предельного уровня налива выполнен с обеспечением возможности его срабатывания при заправке различных типов (или моделей) емкости 1, отличающихся друг от друга по величине расстояния Н от верхнего края заправочной горловины 6 емкости 1 до отметки предельного уровня 19 налива жидкости в последнюю. Для этого кожух 27 термопары 14 помещен в направляющий патрубок 31, расположенный коаксиально к кожуху 27 и жестко закрепленный на стыковочном фланце 5 в его сквозном отверстии 8. При этом кожух 27 термопары 14 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно патрубка 31 с фиксацией относительно последнего при различных заданных значениях величины расстояния Н от стыковочного фланца 5 до нижнего конца термопары 14, каждое из которых соответствует, по меньшей мере, одному из заданных типов (или моделей) заправляемой емкости 1. К верхней части направляющего патрубка 31 жестко прикреплена направленная вверх фиксирующая стойка 32, выполненная в виде сектора расположенной коаксиально к кожуху 27 термопары 14 цилиндрической трубы с установочными поперечными прорезями 33 (фиг.3) на одной из его боковых сторон, расположенными на разных по высоте стойки 32 заданных уровнях, каждый из которых соответствует, по меньшей мере, одному из заданных типов (или моделей) заправляемой емкости 1. Вблизи каждой поперечной прорези 33 на наружной поверхности стойки 32 нанесена заданная маркировка 34 (фиг.3) в виде цифр, букв или символов, отражающая тип (или модель) заправляемой емкости 1, соответствующий данной прорези. Показанная на фиг.3 маркировка 34 соответствует железнодорожным цистернам моделей №62а, 62б, 72, 79 и 81, используемым для перевозки нефтепродуктов. Последние две из указанных моделей цистерн имеют одинаковое по величине расстояние Н от верхнего края заправочной горловины 6 до отметки предельного уровня 19 налива жидкости, в связи с чем их маркировка нанесена у одной прорези 33 стойки 32.
Каждая поперечная прорезь 33 стойки 32 выполнена с расположенным в ее конце продольным относительно стойки 32 и направленным вниз фиксирующим пазом 35, а к кожуху 27 термопары 14 жестко прикреплены штурвал 36 для ручного перемещения указанного кожуха в патрубке 31 и фиксатор 37, обеспечивающий фиксацию положения кожуха 27 относительно направляющего патрубка 31. Фиксатор 37 вместе с маркировкой 34 служит также указателем типа (или модели) емкости 1, которая заправляется в текущий момент с помощью предлагаемого устройства, и выполнен в
виде радиального относительно кожуха 27 цилиндрического стержня с возможностью свободного перемещения последнего в прорезях 33 стойки 32 со свободным заходом в фиксирующие пазы 35. Верхняя прорезь 33 стойки 32 с маркировкой «О» предназначена для фиксации кожуха 27 в верхнем нейтральном положении, соответствующем нерабочему положению датчика 7, при котором фиксатор 37 устанавливается в фиксирующий паз 35 верхней прорези 33 стойки 32 с подъемом нижнего конца кожуха 27 термопары 14 до уровня нижнего конца направляющего патрубка 31, который при нерабочем положении датчика 7 служит для кожуха 27 защитным футляром, предохраняющим кожух 27 от внешних повреждений.
Для обеспечения возможности использования предлагаемого устройства для заправки в емкости разогретых вязких жидкостей, выделяющих вредные для людей и окружающей среды и/или пожаро- и взрывоопасные пары, присоединительное устройство 2 и датчик 7 предельного уровня налива имеют герметичное исполнение, исключающее выход из заправляемой емкости 1 наружу паров жидкости в процессе налива последней. Для этого стыковочный фланец 5 присоединительного устройства 2 выполнен в виде герметизирующей крышки с обеспечением герметичного соединения последней с заправочной горловиной 6 емкости 1, головка 15 термопары 14 выполнена с герметичным проходом через нее токовыводящих проводов 16 и 17 и герметичным соединением с корпусом 18 и кожухом 27 термопары 14, направляющий патрубок 31 приварен к крышке 5 с обеспечением герметичного стыка указанного патрубка и крышки 5 по периметру отверстия 8, а в верхней части направляющего патрубка 31 установлено сальниковое уплотнение 38, выполненное с возможностью герметизации зазора между патрубком 31 и кожухом 27 термопары 14. Уплотнение 38 размещено во втулке 39, жестко прикрепленной к верхнему концу направляющего патрубка 31 соосно с последним. При этом сальниковое уплотнение 38 снабжено нажимной крышкой 40, соединенной со втулкой 39 посредством болтового или резьбового соединения, а фиксирующая стойка 32 жестко крепится к втулке 39 сальникового уплотнения 38. Для обеспечения возможности удаления вредных и/или пожаро- и взрывоопасных паров жидкости из внутренней полости 9 емкости 1 присоединительное устройство 2 снабжено линией отвода паров вязкой жидкости из его внутренней полости 41 (не показана), сообщающейся с внутренней полостью 9 емкости 1. Указанная линия может быть установлена, например, в подводящем патрубке 3 и гибком металлорукаве 10.
Устройство для налива разогретых вязких жидкостей в емкость работает следующим образом.
Перед заправкой емкости 1 стыковочный фланец 5 присоединительного устройства 2 соединяют с заправочной горловиной 6 емкости 1, с помощью штурвала 36 вручную путем осевого перемещения и поворота кожуха 27 термопары 14 в направляющем патрубке 31 устанавливают фиксатор 37 кожуха 27 в фиксирующий паз 35 прорези 33, маркировка 34 которой соответствует типу (или модели) поданной на заправку емкости 1, и включают подачу жидкого азота во внутреннюю полость 29 кожуха 27 термопары 14. Затем оператор нажимает пусковую кнопку 26, после чего контроллер 22 вырабатывает на своем выходе управляющий сигнал на включение насоса 12. После получения указанного сигнала от контроллера 22 частотный преобразователь 24 включает электропривод 25 насоса 12, с помощью которого производят подачу заранее разогретой до заданной температуры вязкой жидкости из емкости-хранилища 13 по подводящему трубопроводу 11 в емкость 1.
В процессе заполнения емкости 1 уровень 21 разогретой вязкой жидкости поднимается вверх, что сопровождается ростом температуры в зоне нижнего конца термопары 14, в которой тепловая энергия, излучаемая разогретой вязкой жидкостью, преобразуется в электрическую энергию с созданием на выходе термопары 14 электрического тока, сила которого растет с ростом температуры в зоне нижнего конца термопары 14 в процессе повышения уровня 21 вязкой жидкости в емкости 1. При этом корпус 18 термопары 14 охлаждается хладагентом, поступающим в полость 29 кожуха 27 и циркулирующим из полости 29 во внутреннюю полость 9 емкости 1, благодаря чему исключается воздействие на рабочие проводники термопары 14 высокой температуры паров наливаемой жидкости, способное исказить выходной сигнал термопары 14.
В процессе заправки емкости 1 в контроллере 22 в соответствии с заданной программой постоянно и с заданным интервалом времени (например, через каждые 15-30 секунд) измеряется величина информационного электрического сигнала, поступающего на контроллер 22 с выхода термопары 14 через преобразователь 23, и определяется разница величин указанного сигнала, измеренных в начале и в конце указанного интервала времени. В момент, когда разогретая вязкая жидкость доходит до нижнего конца термопары 14, происходит скачкообразное повышение указанной разницы величин информационного сигнала, поступающего на контроллер 22 с выхода термопары 14. При этом контроллер 22 формирует на своем выходе управляющий сигнал на прекращение подачи вязкой жидкости в емкость 1, поступающий на частотный преобразователь 24, который выключает электропривод 25 насоса 12, что приводит к прекращению подачи вязкой жидкости в емкость 1. После этого отключают
подачу хладагента во внутреннюю полость 29 кожуха 27 термопары 14, поднимают кожух 27 в верхнее нейтральное положение с установкой фиксатора 37 в фиксирующем пазу 35 прорези 33 с маркировкой «О», снимают с заправочной горловины 6 емкости 1 присоединительное устройство 2 и закрывают заправочную горловину 6 ее крышкой.
Использование в предлагаемом устройстве для налива разогретых вязких жидкостей в емкость 1 простого по конструкции и не содержащего подвижных частей датчика предельного уровня налива 7, выполненного в виде термопары 14, и имеющего высокую надежность и долговечность в условиях воздействия на него высоких температур с попаданием на датчик вязкой горячей жидкости при ее заправке в емкость 1, а также в условиях барботажа и ценообразования вязкой жидкости в процессе ее налива в емкость 1, позволяет повысить точность контроля предельного уровня налива вязкой жидкости в емкость 1, исключает свойственную прототипу возможность недолива или перелива вязкой жидкости при заправке емкости 1 и повышает рабочий ресурс датчика предельного уровня налива. При этом снижается стоимость устройства для налива разогретых вязких жидкостей в емкость благодаря снижению стоимости датчика предельного уровня налива за счет упрощения его конструкции. Кроме того, использование в качестве хладагента для охлаждения термопары 14 жидкого азота позволяет снизить степень пожаро- и взрывоопасности паров вязкой жидкости в емкости 1 за счет смешения указанных паров с жидким азотом, поступающим из полости 29 кожуха 27 во внутреннюю полость 9 емкости 1.