СИСТЕМА ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ НАЛИВНОЙ ТРУБЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ УСТАНОВОК ТАКТОВОГО НАЛИВА (Система ТНТ АУТН)
TELESCOPIC FILLING PIPE SYSTEM FOR AUTOMATED INSTALLATIONS OF CLOCK FILLING (TFP AICF SYSTEM)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам телескопической наливной трубы для автоматизированных установок тактового налива (ТНТ АУТН) и служит для налива нефти и продуктов нефтепереработки, а также нефтехимии в железнодорожные цистерны и используется на предприятиях нефтепереработки, нефтехимии, на нефтебазах, а так же на предприятиях газопереработки и газохимии.
Уровень техники
АУТН - автоматизированная установка тактового налива – это российское название установок налива, работающих по принципу, разработанному в Европе, и в первую очередь в Германии.
Европейское название этого принцип – «ON SPOT». До настоящего времени технологией ON SPOT в полной мере владеют только несколько европейских компаний. МАРКОН является ведущей компанией, владеющей технологией ON SPOT. Принцип ON SPOT был разработан в Европе, в рамках технической модернизации производства в 60-е - 70-е годы 20 века и в процессе приведения существующих способов налива к ужесточающимся на тот момент техническим, экологическим нормам и нормам охраны труда и техники безопасности, а так же к требованиям оптимизации экономических показателей и максимального исключения ручного труда и человеческого фактора.
В результате внедрения метода налива ON SPOT (тактового налива) фронт размещения технологического оборудования сократился с нескольких сотен метров (в зависимости от количества ж-д цистерн в ставке под налив) до 20 – 40 метров.
Это стало возможным за счёт применения телескопической наливной трубы «большого диаметра» с производительностью (пропускной способностью) по наливу до 700 м3/час и приводимой в движение в трёх измерениях через систему автоматического манипулирования оператором из помещения операторной, которая расположена непосредственно на АУТН и в которой обеспечены условия взрывобезопасности.
Один из основателей компании МАРКОН (Гамбург) был одним из первых разработчиков телескопической наливной трубы для технологии тактового налива.
Само название ON SPOT (тактовый налив) отражает основной принцип технологии, а именно – цистерны стали передвигать маневровой установкой в автоматическом режиме по мере последовательного налива каждой из них. Повторяющиеся операции налива и время налива назвали ТАКТОМ или на «одном месте» – ON SPOT.
Одним из основных узлов АУТН является телескопическая наливная труба.
Из уровня техники известны производители телескопических наливных труб такие, как компания Dipl.-Ing. SCHERZER GmbH, Германия и ОАО «Промприбор»; Россия.
Известные устройства имеют:
- Систему защиты от перелива, основанную на принципе разницы давлений технического воздуха, подаваемого в длинную трубку-зонд внутрь горловины и через второе отверстие без трубки в полость горловины или систему защиты от перелива, с использованием датчика предельного уровня Ликвифант (Liquiphant), работающего по вибрационному принципу и закреплённому на нижней плоскости конструкции ТНТ АУТН.
В случае, если не срабатывает нормальное окончание налива в автоматическом режиме, продукт достигает трубку-зонд и запирает выходное отверстие технического воздуха. При этом возникает разница давлений между воздухом в зонде и в открытом отверстии. Система управления фиксирует разницу давлений и закрывает запорную арматуру в аварийном режиме.
В случае с ликвифантом: при достижении уровнем жидкости вилки ликвифанта, электронный блок прибора фиксирует изменение частоты вибрации вилки и передаёт сигнал на систему управления на закрытие запорной арматуры в аварийном режиме.
При пневматической системе сложно установить точные уставки отключения. Часто из-за этого не заполняется заданное количество загружаемого продукта в вагон/цистерну, так как защита от перелива заканчивает процесс налива слишком рано, из-за мнимого переполнения.
Так же происходит обрыв трубки; в этом случае защита от перелива не срабатывает в не стандартных ситуациях и происходил перелив продукта.
Работы по регулировке очень затратные, и первоначально установленные значения очень быстро меняются в ходе эксплуатации под влиянием погодных условий, загрязнений и механических повреждений.
При применении ликвифанта, имеющего жесткую выпирающую наружу конструкцию, возможны повреждения вилки о края люка цистерны и/или о конструкции в люке цистерны при опускании наливной трубы в горловину цистерны, что приводит к поломкам или разрушению датчика. Кроме того, из-за выпирающей вилки, не возможно применение каплесборной тарелки после окончания процесса налива.
- Измерение пути выдвижения ТНТ АУТН выполняется объёмным счетчиком гидравлического масла, подаваемого в цилиндр наливной трубы. При этом происходит не достаточно точное измерение пути выдвижения наливной трубы, т.к. счётчик не в состоянии учитывать все возможные утечки и протечки гидравлического масла.
Как результат – отклонение трубы от заданного положения и нарушение технологии налива, что приводит к столкновению нижней торцевой тарелки с конструкциями внутри цистерны и к разрушению уплотняющих поверхностей по периметру торцевой тарелки и самой торцевой тарелки или слишком высокого положения наливной трубы в цистерне, что приводит к недопустимому режиму налива «падающей струёй» при сильном потоке.
Это приводит к стеканию остаточного продукта через нарушения уплотнительных поверхностей запора на цистерну или на ж-д пути и в приямок весов; к загрязнению стёкшим продуктом цистерн, ж-д полотна, конструкций и приямка весов; к возникновению зрывоопасной ситуации из-за паров продукта, стекающего в рабочую зону и в приямок весов; к необходимости промывки и пропарки конструкций установки от продукта; к необходимости ремонта или замены торцевой тарелки; к опасности скопления статического электричества из-за налива «падающей струёй» в режиме сильного потока.
- Телескоп отвода паров для отвода паров продукта во время налива из паросборной трубы, который прикреплён к фланцевому соединению через отвод 90° и работает как вертикальный телескоп Ду150 вдоль ТНТ АУТН.
Подвижная труба меньшего диаметра выдвигается вниз вместе с паросборной рубой из неподвижной трубы большего диаметра. После окончания процесса налива конденсат из трубопровода отвода паров стекает в телескоп отвода паров, скапливается в межтрубном пространстве телескопа отвода паров и приводит к тому, что из сопряжений между трубами телескопа происходят утечки жидкой фазы, скопившейся в трубопроводе отвода паров, как из «перевёрнутого стакана».
- Затвор продукта из выпускного отверстия с одним уплотняющим кольцом на вертикальной уплотняющей поверхности, подверженной механическому воздействию при столкновении с конструкциями внутри горловины цистерны и внутри самой цистерны. В результате чего происходит повреждение уплотнительного кольца и уплотняющей поверхности, что в свою очередь приводит к вытеканию остаточных количеств продукта из внутренней полости наливной трубы.
Это приводит: к стеканию остаточного продукта через нарушения уплотнительных поверхностей запора на цистерну или на ж-д пути и в приямок весов; к загрязнению стёкшим продуктом цистерн, ж-д полотна, конструкций и приямка весов; к возникновению взрывоопасной ситуации из-за паров продукта, стекающего в рабочую зону и в приямок весов; к необходимость промывки и пропарки конструкций установки от продукта; к необходимости частой замены уплотняющих колец и ремонта или замены торцевой тарелки;
- Механизм блокировки самопроизвольного опускания наливной трубы для фиксации ТНТ АУТН в исходном (гаражном) положении вдвинутого телескопа в крайнем верхнем положении. В этом положении труба находится в промежутках между операциями налива, кратковременно, во время налива ставки ж-д цистерн и долговременно (от нескольких часов до суток), между наливом отдельных ставок ж-д цистерн. Из-за естественной изнашиваемости уплотнительных прокладок гидравлической системы, шток внутреннего вертикального гидравлического цилиндра со временем начинает самопроизвольно опускаться. Для блокировки самопроизвольного опускания наливной трубы использовались зажимные шпильки в верхней части приводного гидроцилиндра. Зажимные шпильки изнашиваются в процессе эксплуатации, что приводит к разрушению механизма блокировки, к разрушению конструкции цилиндра и самопроизвольному опусканию наливной трубы.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является разработка конструкции системы телескопической наливной трубы для автоматизированных установок тактового налива, которая позволит устранить недостатки предшествующего уровня техники, улучшить конструкцию ТНТ АУТН и соответственно работу АУТН по показателям безопасности и эксплуатационной надёжности.
Техническими результатами заявленных изобретений являются:
- улучшение показателей безопасности в области технической безопасности, при эксплуатации объектов взрыво-пожароопасных производств для зоны 1 и зоны 0, в области экологической безопасности и в области охраны труда;
- увеличение производительности АУТН за счёт снижение количества остановов и снижение времени простоев производства, снижения количества ремонтов, увеличение времени межремонтного пробега.
Достижение заявленного технического результата обеспечивается конструкцией системы телескопической наливной трубы для автоматизированных установок тактового налива, которая включает раму, на которой установлена по меньшей мере одна телескопическая наливная труба, содержащая направляющую трубу телескопа, внутреннюю наливную трубу, представляющую собой выдвижную часть телескопа, снабженную торцевой запорной тарелкой, оборудованной по меньшей мере двумя уплотнительными кольцами, паросборную трубу, выполненную с возможностью скольжения верхней кромкой по направляющей трубе телескопа, а нижней внутренней поверхностью с возможностью упирания на торцевую запорную тарелку, при этом паросборная труба снабжена штуцером отвода паров и зондом, выполненным с возможностью контроля уровня налива жидкости в цистерну и зафиксированным на нижней поверхности паросборной трубы, гидравлический приводной цилиндр телескопа, расположенный внутри и в верхней части направляющей трубы и снабженный штоком гидравлического приводного цилиндра телескопа, в который вмонтирован датчик учёта пути выдвижения телескопической наливной трубы, и на нижней части которого зафиксирована торцевая запорная тарелка, и механизмом блокировки самопроизвольного опускания телескопической наливной трубы, установленным в верхней части цилиндра телескопа. Также телескопическая труба содержит штуцер подачи продукта во внутреннюю наливную трубу, установленный в верхней части направляющей трубы, и телескоп отвода паров, соединённый со штуцером отвода паров. При этом система включает каплесборник, установленный на раме с возможностью сбора остатков продукта, скапывающих с торцевой запорной тарелки.
Согласно варианту осуществления изобретения, зонд, содержащийся в системе, может быть зондом емкостного типа, а датчик учёта пути выдвижения телескопической наливной трубы может быть высокоточным сенсорным.
Согласно другому варианту исполнения системы, по меньшей мере два уплотнительных кольца, которыми оборудована торцевая запорная тарелка могут быть установлены по вертикальной поверхности торцевой запорной тарелки и по горизонтальной уплотняющей поверхности паросборной трубы.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен общий вид системы телескопической наливной трубы для автоматизированной установки тактового налива.
На Фиг. 2 представлен вид телескопической наливной трубы для автоматизированной установки тактового налива, в разрезе.
На Фиг. 3 представлен общий вид каплесборника.
Ниже приводим перечень номеров позиций, указанных на фигурах:
1. – рама;
2. - направляющая труба телескопа;
3. - внутренняя наливная труба;
4. - паросборная труба;
5. - гидравлический приводной цилиндр телескопа;
6. - шток гидравлического приводного цилиндра телескопа;
7. - штуцер подачи продукта;
8. - торцевая запорная тарелка;
9. - штуцер отвода паров;
10.  - телескоп отвода паров;
11.  - внешняя нижняя подвижная труба телескопа отвода паров;
12.  - внутренняя верхняя не подвижная труба телескопа отвода паров;
13.  – каплесборник;
14.  - реле контроля уровня скопившегося продукта в каплесборнике;
15.  - поворотный механизм с пневматическим приводом;
16.  - малорасходный насос с пневмоприводом.
Осуществление изобретения
Решение поставленной выше задачи и достижение заявленного технического результата реализуется за счет изобретения, которое в общем виде раскрывается на чертежах.
Система ТНТ АУТН (см. Фиг. 1 и 2) включает:
раму 1 (представлена на Фиг. 2),
телескопическую наливную трубу, которая состоит из:
- направляющей трубы телескопа 2, жестко установленной на раме 1;
- внутренней наливной трубы 3, которая является выдвижной частью телескопа и оборудована торцевой запорной тарелкой 8, закреплённой на нижнем торце внутренней наливной трубы 3 и оборудованной 2-мя уплотнительными кольцами, по вертикальной и по горизонтальной уплотняющей поверхности;
- паросборной трубы 4, которая верхней своей кромкой скользит по направляющей трубе телескопа 2, а нижней внутренней поверхностью лежит на торцевой запорной тарелке 8 внутренней наливной трубы 3;
- гидравлического приводного цилиндром телескопа 5, расположенного внутри по оси телескопа и закреплённого в верхней части направляющей трубы 2;
- штока гидравлического приводного цилиндра телескопа 6, на нижней части которого зафиксирована торцевая запорная тарелка 8;
- штуцера подачи продукта 7, расположенного в верхней части направляющей трубы 2, через который продукт подаётся во внутреннюю наливную трубу 3;
- штуцера отвода паров 9, расположенного на паросборной трубе 4, через который скапливающаяся во время налива паро-воздушная смесь отводится в систему отвода паров;
- телескопа отвода паров 10, подсоединённого к штуцеру отвода паров 9, по которому пары, собирающиеся в паросборной трубе 4, отводятся в систему отвода паров;
- высокоточного сенсорного датчика учёта пути выдвижения ТНТ АУТН, вмонтированного в шток 6 гидравлического приводного цилиндра телескопа 5;
- механизма блокировки самопроизвольного опускания ТНТ АУТН, вмонтированного в верхнюю часть гидравлического приводного цилиндра телескопа 5;
- зонда емкостного типа в качестве системы защиты от перелива, закреплённого на нижней поверхности паросборной трубы 4; и
каплесборник 13, закреплённый на раме 1 и служащий для сбора остатков продукта, скапывающих с торцевой запорной тарелки 8 (см. Фиг. 1 и 3).
Все элементы системы ТНТ АУТН, а так же дополнительные системы (в зависимости от поставленной задачи), расположены на раме 1, что позволяет значительно расширить возможности размещения систем и приборов, без дополнительных конструктивных изменений и дополнений ТНТ АУТН, и обеспечивает удобство обслуживания.
На нижней поверхности паросборной трубы 4 закреплён зонд емкостного типа для аварийного контроля уровня налива жидкости в цистерну, так называемая система защиты от перелива (условно не показан). Зонд выполнен в виде гибкого проводника с сердечником на конце, который опускается в горловину цистерны, когда паросборная труба 4 садится на края горловины. Если уровень жидкости достигает зонда в полости горловины цистерны (ситуация аварийного перелива), меняются электро-ёмкостные характеристики зонда и система получает сигнал на аварийное закрытие запорной арматуры.
Вмонтированное в распределительном шкафу, реле для самоконтроля и отключения (определитель уровня), при срабатывании зонда, воздействует напрямую на отсечные продуктовые шаровые краны и параллельно подает сигнал о состоянии на контроллеры управления установкой АУТН.
Дополнительным преимуществом емкостного зонда является то, что за счёт гибкости самого зонда, он не подвержен механическим повреждениям при наезда на препятствия и не мешает выдвижению каплесборника 13 под наливную трубу.
Непосредственно в шток 6 гидравлического приводного цилиндра телескопа 5 вмонтирован высокоточный сенсорный датчик учёта пути выдвижения ТНТ АУТН (не показан).
Головка с электронным преобразователем и с кабельным вводом вмонтирована в верхнюю часть гидравлического приводного цилиндра телескопа 5. Зонд от электронного преобразователя вмонтирован во внутреннюю полость гидравлического приводного штока 6. На зонд плавающе насажена магнитная шайба, которая передвигается вместе со штоком по зонду при выдвижении внутренней наливной трубы телескопа 3. Расстояние между головкой с электронным преобразователем и магнитной шайбой увеличивается и соответственно изменяется электроемкостные показатели, которые преобразуются в сигналы 0-24 mlA, которые в свою очередь передаются в систему управления системой ТНТ АУТН. Система управления АУТН, на основании полученных сигналов останавливает внутреннюю наливной трубу 3 ТНТ АУТН на заданной глубине выдвижения. Контроллер SPS в каждый момент времени имеет точную информацию, на сколько выдвинута внутренняя наливная труба. Таким образом, можно точно контролировать, что бы ТНТ АУТН находилась в точно заданном положении при выдвижении/задвижении и при каждой операции процесса налива и предотвращать столкновения с деталями и узлами внутри цистерны.
К штуцеру отвода паров 9, расположенному на паросборной трубе 4, на фланцевом соединении через отвод 90° крепится телескоп отвода паров 10, который расположен и выдвигается параллельно ТНТ АУТН и в котором неподвижной является внутренняя труба меньшего диаметра 12, а подвижной - внешняя труба телескопа отвода паров 11 бòльшего диаметра. Таким образом, сопряжение внутренней и внешней труб телескопа отвода паров 10 перенесено из нижней в верхнюю точку телескопа. Такая конструкция телескопа исключает утечки в рабочую зону остатков продукта и скопившегося конденсата из отводимых паров.
На нижнем торце внутренней наливной трубы 2 расположена торцевая запорная тарелка 8, которая образует затвор между внутренней полостью телескопа и атмосферой за счёт сопряжения уплотняющих поверхностей торцевой запорной тарелки 8 и паросборной трубы 4 (см. Фиг. 2).
Конфигурация уплотняющих поверхностей выполнена таким образом, что они защищены от механических повреждений при столкновении с конструкциями горловины цистерны и конструкциями внутри цистерны за счёт выступа, расположенного ниже вертикальной уплотняющей плоскости, имеющего больший диаметр и на который опускается паросборная труба 4, которая в свою очередь оборудована дополнительным уплотнительным кольцом на нижней горизонтальной поверхности.
Таким образом, кроме защиты от механических повреждений достигается лучшее уплотнение за счёт уплотнительного кольца на вертикальной уплотняющей плоскости торцевой запорной тарелки 8 и дополнительным уплотнительным кольцом на нижней горизонтальной поверхности паросборной трубы 4, которой она садится на верхнюю горизонтальную плоскость выступа.
Такая конструкция с нижним выступом большего диаметра позволяет исключить механические повреждения сопряженных поверхностей и уплотняющих колец и предотвратить утечки продукта в рабочую зону при замыкании затвора.
Гидравлический приводной цилиндр телескопа 5 и шток гидравлического приводного цилиндра телескопа 6 (см. Фиг. 2) оборудованы блокирующим механизмом (не показан), который представляет собой самоблокирующую муфту и служит для предотвращения самопроизвольного опускания ТНТ АУТН из верхнего гаражного положения.
По периметру верхней части шток 6 гидравлического приводного цилиндра 5 оборудуется шариками, которые предварительно прижаты в сторону центральной оси штока.
Гидравлический приводной цилиндр телескопа 5, в свою очередь, оборудован двумя втулками конической формы.
При поднятии штока 6 в исходное положение, шарики разжимаются внутренней втулкой конической формы, неподвижно установленной в верхней части гидравлического приводного цилиндра телескопа 5. Двигаясь дальше вверх по втулке, шарики «проваливаются» в сферические пазы и зажимаются подвижной внешней втулкой, которая выдвигается в противодвижение штоку 6 гидравлического приводного цилиндра телескопа 5. Шток 6 гидравлического приводного цилиндра телескопа 5 надёжно заблокирован. За счёт сферических и конических форм сопрягаемых элементов, конструкция не подвержена износу и не теряет свои эксплуатационные свойства. Обеспечена надёжная фиксация наливной трубы в верхнем гаражном положении.
ТНТ АУТН снабжена автоматическим устройством каплесборника 13 (см. Фиг. 1 и 3), который крепится на нижней части рамы 1 на подвижном шарнире поворотного привода 15, позволяющем поворачивать каплесборник 13 на 90° и автоматически выдвигать его в рабочую позицию под наливной трубой непосредственно после полного вдвижения телескопа и фиксации ТНТ АУТН в верхнем исходном положении. Устройство состоит из ёмкости для улавливания капель 13 и элементов для  его передвижения, реле контраля уровня 14 в ёмкости 13 для улавливания капель и малорасходного насоса 16 для откачки скопившегося продукта с трубной обвязкой.
Когда ТНТ АУТН находится в верхнем гаражном положении, ёмкость для сбора капель 13, имеющая форму тарелки,  постоянно находится под ТНТ АУТН и в ней собираются, скапывающие с нижней плоскости запорной торцевой тарелки 8, остатки продукта (см. Фиг. 1 и 3). Реле контроля уровня 14 контролирует количество продукта в ёмкости каплесборника 13, и при необходимости, запускает малорасходный насос с пневмоприводом 16 (расход - макс.17 л/мин; давление напора - макс.  7 бар), который направляет собранный продукт из емкости каплесборника 13 через шланг в систему для сбора слива продукта. Непосредственно перед движением наливной трубы вниз емкость для сбора капель 13 автоматически посредством поворотного механизма с пневматическим приводом 15 разворачивается на 90° в сторону от ТНТ АУТН и система управления дает разрешение ТНТ АУТН на движение вниз. Все функции выполняются автоматически системой управления установкой.