УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТАЦИОНАРНЫХ ЕМКОСТЕЙ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ НЕФТЕШЛАМА

Предлагаемое устройство относится к оборудованию нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а именно, к оборудованию для очистки стационарных емкостей хранения нефтепродуктов от высоковязких нефтепродуктов и нефтешлама.
В настоящее время в любой отрасли народного хозяйства вопросы повышения производительности оборудования, универсальности его использования с точки зрения экономики выходят на первое место.
Особую важность эти вопросы приобретают в сфере оборудования для хранения и транспортировки темных нефтепродуктов, которые в отличие от светлых при понижении температуры становятся более вязкими из-за выпадения твердого парафина и в связи с этим требуют подогрева при их транспортировке.
Известны разные виды установок для очистки емкостей от высоковязких нефтепродуктов и нефтешлама, остающихся после слива основной массы нефтепродукта, в которых разжижение нефтешлама перед его удалением производится за счет его нагрева теплоносителем, в качестве которого используется пар, горячая вода, нагретые нефтепродукты и т.п., формированием в массе нефтешлама колебаний звукового и ультразвукового диапазона, например за счет использования гидродинамических генераторов колебаний, или воздействием на нефтешлам комбинацией различных физических факторов.
Широкое применение для удаления нефтешлама из емкостей нашли установки с использованием циркуляционного подогрева для разжижения нефтешлама, основанные на разогреве основной массы нефтешлама им же, но предварительно подогретым в теплообменнике.
Горячая струя теплоносителя, попадая в нефтешлам, перемешивается с ним и отдает ему часть тепла, нагревая постепенно до требуемой температуры, обеспечивающей его текучесть. После чего его удаляют из емкости.
Известно устройство (1) для разогрева и последующего слива нефтешлама из мобильной емкости, использующее циркуляционный принцип разжижения нефтешлама теплоносителем из нефтешлама, подогреваемым вне емкости и вводимым в разогреваемый нефтешлам специальным узлом, погружаемым в него через горловину емкости.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая производительность и, как следствие, неэффективность его использования для работы в стационарных емкостях;
- возможность повреждения внутренних коммуникаций стационарной емкости погружаемым в нефтешлам раздвижным, рычажным узлом ввода подогретого теплоносителя;
- невозможность без переналадки устройства использования разных режимов воздействия теплоносителя на нефтешлам с целью его разжижения, например теплового и колебательного.
Известно устройство (2) для разжижения и последующего слива нефтешлама из мобильной емкости, использующее циркуляционный принцип разогрева нефтешлама теплоносителем из нефтешлама, подогреваемым вне емкости и вводимым в него через наружные трубопроводы.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая производительность и, как следствие, неэффективность его использования для работы в стационарных емкостях;
невозможность без переналадки устройства разных режимов воздействия теплоносителя на нефтешлам с целью его разжижения, например, теплового и колебательного.
Известно устройство (3) для разжижения и последующего слива нефтешлама, использующее циркуляционный метод разжижения нефтешлама в стационарной емкости с использованием комбинации теплового и колебательного воздействия теплоносителя на нефтешлам.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность оборудования для подвода пара, нагрева теплоносителя ввода теплоносителя, размещенного по периметру стационарной емкости внутри и снаружи;
невозможность без переналадки оборудования устройства использования в одном технологическом процессе по отдельности и в комбинации нескольких способов воздействия теплоносителем на нефтешлам с целью его разжижения;
- сложность обслуживания органов управления устройством в связи с их разбросом по периметру стационарной емкости.
Вышеуказанное устройство (3) взято авторами в качестве прототипа предложенного как наиболее близкое по технической сути, так и по достигаемому техническому эффекту.
Задачей, которую ставили авторы, разрабатывая предложенное устройство для очистки стационарных емкостей хранения нефтепродуктов от нефтешлама, являлось повышение его производительности, расширение номенклатуры обрабатываемых нефтепродуктов, с которыми может работать устройство с одновременным упрощением его конструкции и обслуживания.
Поставленная задача решена в устройстве, имеющем:
- оборудование подачи теплоносителя в емкость, в виде соединенных последовательно насоса, узла регулировки подачи теплоносителя, узла нагрева теплоносителя с элементом отключения подачи пара в его нагреватель, узла ввода теплоносителя в емкость с насадком в виде гидродинамического генератора колебаний;
- оборудование отвода нефтешлама из емкости, включающее узел подвода нефтешлама к насосу и узел слива разжиженного нефтешлама;
- крепление узла ввода теплоносителя в емкость и трубопровода узла подвода нефтешлама из емкости к насосу к донной части стационарной емкости;
- аппаратуру контроля над процессом.
Новыми существенными признаками предложенного устройства являются:
- введение в состав оборудования подачи теплоносителя в емкость узла регулировки подачи теплоносителя;
- размещение узла регулировки подачи теплоносителя между насосом и узлом подогрева теплоносителя;
- использование в оборудовании подачи теплоносителя в емкость насоса с регулировкой числа оборотов;
- введение в состав узла подогрева теплоносителя элемента отключения подачи пара;
- крепление узла ввода теплоносителя в емкость и трубопровода узла подвода нефтешлама из емкости к насосу осуществлено к донной части емкости.
В частных случаях реализации устройства:
- узел регулировки подачи теплоносителя, выполнен в виде регулируемой задвижки;
- введен узел подачи в емкость моющего реагента, емкость которого подключена к выходному трубопроводу узла нагрева теплоносителя, например, через набор управляющих вентилей;
- введен узел подачи пара в емкость, выполненный в виде подводящей трубы с перекрывающим вентилем, подсоединенной к трубопроводу подачи теплоносителя, например после узла подачи в емкость моющего реагента.
Новыми существенными признаками устройства в частных случаях реализации являются:
- выполнение узла регулировки подачи теплоносителя в виде регулируемой задвижки;
- введение узла подачи в емкость моющего реагента, емкость которого подключена к выходному трубопроводу узла нагрева теплоносителя, например, через набор управляющих вентилей;
- введение узла подачи пара в емкость, выполненного в виде трубы с перекрывающим вентилем, подсоединенной к трубопроводу подачи теплоносителя, например после узла подачи в емкость моющего реагента.
Несмотря на известность примененного в предложенном устройстве оборудования, вышеуказанные, новые признаки его, по мнению авторов, можно считать существенными, т.к. они в сочетании с остальными обеспечили устройству повышение производительности процесса очистки стационарного нефтехранилища от нефтешлама, расширили номенклатуру обрабатываемых нефтепродуктов, при этом это достигнуто с одновременным его упрощением и улучшением управляемости процессом.
Конструктивная схема предложенного устройства представлена на прилагаемом чертеже.
Принцип действия устройства - циркуляция (круговое движение) теплоносителя через нефтешлам в стационарной емкости, при которой за счет теплового, колебательного или в комбинации воздействия теплоносителя на нефтешлам происходит его разжижение.
Устройство содержит оборудование подачи теплоносителя в емкость 1, включающее соединенные последовательно насос 2 с регулируемым числом оборотов, узел 3 регулировки подачи теплоносителя, узел 4 нагрева теплоносителя и узел 5 ввода теплоносителя в емкость, и оборудование отвода нефтешлама из емкости 1, которое содержит узел 6 подвода нефтешлама из емкости 1 к насосу 2 и узел 7 слива разжиженного нефтешлама, аппаратуру контроля над процессом (на схеме не показана).
Для осуществления мойки и окончательной чистки емкости после слива разжиженного нефтешлама в устройстве предусмотрены узел 8 подачи моющего реагента и узел 9 подачи пара в емкость.
Узел 3 регулировки подачи теплоносителя выполнен в виде регулируемой задвижки, установленной между насосом 2 и узлом 4 нагрева теплоносителя.
Узел 4 нагрева теплоносителя представляет собой проточный корпус 10, трубчатый нагреватель 11 которого соединен с магистралью пара входным и выходным трубопроводами 12 и 13. Трубопровод 12 снабжен вентилем 14 для перекрытия подачи пара.
Узел 4 нагрева теплоносителя через трубопровод 15 соединен с узлом 5 ввода теплоносителя в емкость 1, который выполнен в виде насадка 16 - гидродинамического генератора колебаний (4), закрепленного в днище емкости 1.
Узел 6 подвода нефтешлама к насосу выполнен в виде отверстия 18 в днище емкости 1, соединенного трубопроводом 17 с входом насоса 2.
Узел 7 слива разжиженного нефтешлама самотеком из емкости выполнен в виде трубного отвода 19 с запорным вентилем 20 от трубопровода 17.
Узел 8 подачи моющего реагента выполнен в виде проточного резервуара 21 с моющим реагентом, который подключен трубопроводами 22, 23 к трубопроводу 15 подачи теплоносителя через набор управляющих вентилей 24, 25, 26 на трубопроводах 15, 22 и 23.
Узел 9 подачи пара в емкость, выполнен в виде трубопровода 27 с перекрывающим вентилем 28, подсоединенного к трубопроводу 15 подачи теплоносителя, например после узла 8 подачи в емкость моющего реагента.
Для контроля параметров процесса в устройстве предусмотрена необходимая аппаратура контроля (на чертеже не указана).
Работа предложенного устройства заключается в следующем.
Учитывая объем, химический состав и консистенцию нефтешлама производитель работ выбирает технологический режим его разжижения, за счет теплового, колебательного или комбинированного воздействия.
При тепловом режиме разжижения нефтешлама производится расчет температурного режима разогрева теплоносителя, и работа производится в следующей последовательности.
Открываются вентили 14 подачи пара в узел 4 нагрева теплоносителя и 24 перекрытия ввода теплоносителя в емкость 6, открывается полностью задвижка 3, закрываются вентили 25, 26, 28, 20.
Затем включается насос 2, и часть нефтешлама через отверстие 18 и трубопровод 17 закачивается в корпус 10 узла 4 нагрева теплоносителя.
Соприкасаясь при продвижении в проточном корпусе 10 с нагревателем 11, по которому пропускается пар, нефтешлам нагревается и по трубопроводу 15 продвигается насосом 2 к узлу 5 ввода теплоносителя в емкость.
В этом режиме гидродинамический генератор 16 не формирует колебаний теплоносителя и работает просто как обыкновенная труба.
Нагретый теплоноситель, поступая в емкость 1, смешивается с нефтешламом и нагревает его.
Нагретый нефтешлам через отверстие 18 и трубопровод 17 поступает в насос 2.
Теплоноситель должен циркулировать до тех пор, пока параметры разжижения нефтешлама позволят завершить процесс и слить его через вентиль 20 слива самотеком из емкости 1, естественно выключив подачу пара в узел 4 нагрева теплоносителя вентилем 14 и отключив насос 2.
Для разжижении нефтешлама за счет комбинации теплового и колебательного воздействия теплоносителя на нефтешлам производится все вышеуказанные операции, что и при тепловом воздействии теплоносителя на нефтешлам плюс следующее.
Зная тип нефтепродукта и консистенцию нефтешлама в емкости, объем емкости, тип установленного гидродинамического генератора колебаний 16, после включения насоса 2 при помощи задвижки 3 и регулятора 29 оборотов насоса выставляют необходимый уровень скорости и давления теплоносителя в гидродинамическом генераторе колебаний - насадке 16.
После этого в гидродинамическом генераторе колебаний - насадке 16, под влиянием продвигающегося теплоносителя формируются колебания его проточной среды со звуковой и ультразвуковой частотой, которые передаются теплоносителю и далее соответственно нефтешламу в емкости.
Т.о. на нефтешлам воздействуют в комплексе как тепловое, так и колебательное движение теплоносителя, что существенно сокращает время разжижения нефтешлама.
После разжижения нефтешлама он сливается из емкости в вышеописанном порядке.
Для некоторых видов нефтешлама для разжижения его достаточно только колебательного воздействия без его нагрева.
Поэтому вместо дорогостоящего теплового воздействия теплоносителем на нефтешлам, используют только колебательное воздействие, формируемое в гидродинамическом генераторе колебаний - насадке 16.
Для реализации данного режима необходимо перекрыть вентиль 14 подачи пара в нагреватель 11 узла 4 нагрева теплоносителя, в результате чего в гидродинамический генератор колебаний - насадок 16 будет поступать теплоноситель с температурой нефтешлама.
В остальном работа гидродинамического генератора - насадка 16, по формированию в проточном теплоносителе колебательных движений с частотой в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, передаваемых на выходе нефтешламу, остается прежней.
И через определенный период такого силового воздействия нефтешлам разжижается и сливается аналогично вышеописанному.
Процесс разжижения нефтешлама при любом режиме воздействия на него ведется до достижения всей массой нефтешлама в емкости необходимых параметров по вязкости, что контролируется по аппаратуре контроля.
Для полной очистки емкости нефтехранилища, освобожденной от нефтешлама, и подготовки ее к заполнению новой порцией нефтепродукта аналогичной или новой номенклатуры в соответствии с технологией используются узел 8 подачи моющего реагента в емкость 1, подключаемый при закрытых вентилях 14, 24 и 28 и открытых 25 и 26, в результате чего организуется циркуляция в устройстве моющего реагента с помощью узлов, обеспечивающих перемещение теплоносителя, а затем его слив через отвод 19 и открытый вентиль 20.
После моющей химической обработки производится окончательная обработка емкости 1 паром через трубопровод 27 при закрытых вентилях 14, 25 и 26 и открытых вентилях 28 и 20.
В конструкции устройства используются только типовые, стандартные комплектующие.
В настоящее время на предприятии - заявителе проведена работа по проверке основных узлов опытного устройства, которая подтвердила положительный эффект, изложенный в заявке.
Проводится работа по промышленной реализации предложенного устройства.
Литература.
1. Бунчук В.А. Транспортировка и хранение нефти, нефтепродуктов и газа. Москва. Издательство «Недра». 1977 г.
2. Устройство для подогрева и слива отстоя нефти УСН-175. http//www.ukbg.ru/oborudovanie-sliva-naliva/usn-175-g/table.shtml.
3. Патент РФ на полезную модель №65404 от 29.03.2006 г. МПК: В08В, 9/093. Устройство для очистки емкостей хранения и транспортировки нефтепродуктов. Патентообладатель - ЗАО «Бератех», РФ.
4. Волновые технологии и машины. Издательство «Динамикс». Москва 2008 г. стр.10.