КОНТЕЙНЕР-ЦИСТЕРНА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Заявляемая полезная модель относится к области транспорта, а именно к контейнерам-цистернам для перевозки вязких нефтепродуктов железнодорожным, морским, речным и автомобильным транспортом.
Из уровня техники известен выбранный в качестве прототипа контейнер-цистерна (патент RU 2036122, опубл. 27.05.1995) для затвердевающих жидкостей, включающий котел с теплоизоляцией, защитный кожух, электрические и паровые нагреватели, каждый электрический нагреватель представляет собой лист с токопроводящими элементами, уложенными между слоями электроизоляционного материала, и размещен на наружной поверхности нижней части котла, причем паропровод смонтирован на внешней поверхности электрических нагревателей с креплением его к оболочке котла, при этом котел снабжен расположенной на внутренней поверхности теплоизоляции в зоне размещения паропровода полиамидной или металлизированной пленкой с высоким коэффициентом отражения поверхности, а нижняя часть защитного кожуха и теплоизоляции выполнена разъемной.
Однако технической проблемой, присущей прототипу, является недостаточный объем котла, а также избыточная масса тары, что обусловлено большой толщиной слоя термоизоляции, выполненной, например, (как указано в описании прототипа) из стекловаты и пенополиуретана. Это неизбежно приводит к увеличению массы тары контейнера-цистерны и снижению объема котла.
Технический результат заявляемой полезной модели - снижение массы тары контейнера-цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов и увеличение объема котла при сохранении термоизоляции.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что масса тары контейнера-цистерны уменьшается вследствие использования более легкой и тонкой термоизоляции. Увеличение объема котла достигается за счет уменьшения толщины слоя термоизоляции, что позволяет увеличить внутренний объем котла при таких же, как у прототипа, габаритных размерах контейнера-цистерны.
Уменьшение толщины и массы термоизоляции котла достигается за счет использования термоизоляционного материала на основе аэрогеля и армированной стеклянно-волоконной прокладки, например, материала Pyrogel XT, который имеет коэффициент теплопередачи не более 0,015 Вт/м·°С (см. статью А.В. Бушманова, Н.В. Виденков, Л.В. Доброгорская, К.В. Семенов, В.В. Федотов // журнал AlfaBuild. 2017. №1(1). с. 89-90, публикация в сети Интернет: http://alfabuild.spbstu.ru/index_2017_1/7_1.pdf).
Применение указанного материала позволяет увеличить объем котла и снизить массу тары контейнера-цистерны за счет уменьшения толщины слоя термоизоляции. При этом, толщина слоя термоизоляции находится в диапазоне от 5 до 30 мм. Термоизоляционный материал с коэффициентом теплопередачи не более 0,015 Вт/м·°С и с диапазоном толщин от 5 до 30 мм по результатам расчетов позволяет сохранить перевозимый продукт в жидком состоянии в течение не менее 5-7 суток (при начальной температуре продукта от 160 до 200°С) в зависимости от температуры наружного воздуха.
Расчеты проводились по известным методикам, приведенным, например, в книге «Типовые расчеты при проектировании нефтебаз и нефтепродуктов» (В.Е. Губин, В.О. Новоселов, П.И. Тугунов, М., «Недра», 1968. 154 с.).
Методика расчета тепловых потерь с участка котла контейнера-цистерны за один час, Вт:
Q=b · l · q,
где:
b - коэффициент, учитывающий тепловые потери через опоры и соединения;
l - длина цистерны, м;
q - тепловые потери с одного метра за один час, Вт/м.
в
c
q=k · 3.14 · (t - t),
где:
в
t - температура продукта в цистерне, °C;
с
t - температура окружающей среды, °C;
k - линейный коэффициент теплопередачи, Вт/м²·°C,
где:
т
нт
вт
и
ни
ви
н
ни
k=1 / ((1/2λ)·ln(d/d)+(1/2λ)·ln(d/d)+1/(α·d))
т
λ - коэффициент теплопроводности материала котла, Вт/м²·°C;
и
λ - коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, Вт/м²·°C;
вт
нт
d, d - внутренний и наружный диаметры котла соответственно, м;
ви
ни
d, d - внутренний и наружный диаметры изоляции соответственно, м;
н
α - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности тепловой изоляции, Вт/ м² °C.
Результаты расчета тепловых потерь продукта, перевозимого в котле с термоизоляцией из аэрогеля (коэффициент теплопередачи 0,015 Вт/м·°С) и в котле с термоизоляцией из пенополиуретана (коэффициент теплопередачи 0,025 Вт/м·°С) представлены в таблице 1.
Расчеты сделаны для теплоизоляции с диапазоном толщин от 5 до 30 мм.
Таблица 1
Температура груза в котле, °С
Тепловые потери Q, Вт
Отношение n=Q<sub>2</sub>/ Q<sub>1 </sub>для<sub></sub>толщины теплоизоляции
Q<sub>1 </sub>для котла с теплоизоляцией из аэрогеля толщиной
Q<sub>2 </sub>для котла с теплоизоляцией из пенополиуретана,
5 мм
30 мм
5 мм
30 мм
5 мм
30 мм
200
31939
5378
53233
8963
1,7
1,7
190
30165
5079
50275
8465
1,7
1,7
180
28391
4780
47318
7968
1,7
1,7
170
26616
4480
44361
7470
1,7
1,7
160
24842
4180
41403
6972
1,7
1,7
150
23067
3884
38446
6473
1,7
1,7
140
21293
3585
35488
5975
1,7
1,7
130
19518
3287
32531
5478
1,7
1,7
120
17744
2988
29517
4980
1,7
1,7
110
15969
2689
26616
4481
1,7
1,7
- По приведенным в таблице 1 результатам расчетов видно, что при равной толщине теплоизоляции применение термоизоляционного материала с коэффициентом теплопередачи не более 0,015 Вт/м °С позволяет сократить тепловые потери перевозимого продукта в 1,7 раза по сравнению с котлом с термоизоляцией из пенополиуретана.
- По результатам расчета теплоизоляция из аэрогеля с коэффициентом теплопередачи не более 0,015 Вт/м °С и диапазоном толщин от 5 до 30 мм по теплопотерям эквивалентна теплоизоляции их пенополиуретана с коэффициентом теплопередачи 0,025 Вт/м °С и диапазоном толщин от 8,5 до 51 мм, соответственно применение теплоизоляции из аэрогеля позволяет снизить массу тары контейнера-цистерны и увеличить диаметр котла.
Таким образом, заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что:
- теплоизоляция котла выполнена из термоизоляционного материала на основе аэрогеля и армированной стеклянно-волоконной прокладки;
- коэффициент теплопередачи термоизоляционного материала составляет не выше 0,015 Вт/м·°С, а его толщина от 5 до 30 мм;
Тем самым обеспечивается соответствие заявляемой полезной модели критерию «новизна».
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом:
На фиг. 1 показан общий вид контейнера-цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов.
На фиг. 2 показана в разрезе часть котла контейнера-цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов.
Контейнер-цистерна (фиг. 1) для перевозки вязких нефтепродуктов содержит котел 1 с термоизоляцией. Теплоизоляция котла (фиг. 2) включает кожух 2 и термоизоляционный материал 3 на основе аэрогеля и армированной стеклянно-волоконной прокладки, расположенный между котлом 1 и кожухом 2.
Котел дополнительно может быть снабжен расположенной на внутренней поверхности теплоизоляции в зоне размещения паропровода полиамидной или металлизированной пленкой 4 с высоким коэффициентом отражения поверхности (отражатель теплового излучения перевозимого продукта и температурного воздействия наружной среды).
Паропровод для разогрева котла 1 выполнен в виде пароподогревательной рубашки 5, разделенной на секции 6, которые соединены между собой с возможностью последовательно-секционного лабиринтного прохождения пара.
Таким образом, малая толщина слоя термоизоляционного материала 3 позволяет увеличить объем котла и уменьшить массу тары контейнера-цистерны.