СИСТЕМА ОЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
SYSTEM FOR CLEANING OF TANKS FOR STORAGE AND TRANSFER OF OIL PRODUCTS

Изобретение относится к оборудованию для чистки и предотвращения загрязнений стенок емкостей и резервуаров, более конкретно к системам очистки и утилизации остаточных загрязнений из резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов, и может найти применение в нефтяной, транспортной, химической и других областях промышленности.
Для надежной работы промышленного оборудования, транспорта и сельскохозяйственной техники важное значение имеет сохранение качества нефтепродуктов в процессе их поставки и применения. Основным показателем качества нефтепродуктов, таких как нефть, дизельное топливо, бензин, мазут и различные нефтяные масла, является степень их загрязненности, оказывающая определяющее влияние на надежность многочисленных двигателей внутреннего сгорания и их топливной аппаратуры, смазываемых узлов и агрегатов машинотракторного парка.
Источниками загрязнений нефтепродуктов являются остаточные органические и неорганические вещества, оседающие в складских резервуарах и транспортных емкостях или образующиеся вследствие коррозии их стенок. При этом происходит загрязнение очередных партий нефтепродуктов, заливаемых в тот же резервуар. В связи с этим при эксплуатации резервуаров, железнодорожных и автомобильных цистерн, а также нефтеналивных судов предусматривается такая обязательная технологическая операция, как очистка емкостей для хранения и транспортирования нефтепродуктов. Очистка резервуаров производится в установленные сроки при техническом обслуживании, при заливе в них других видов нефтепродуктов и перед проведением ремонтных работ. Периодическая очистка резервуаров существенно повышает чистоту хранимых и транспортируемых нефтепродуктов.
Удаление остатков нефтепродуктов осложняется значительными вязкостью и адгезией с внутренними стенками резервуаров. Свойства остатков во многом изменены вследствие засорения продуктов механическими и химическими загрязнениями, водой и т.д. Удаляемые остатки и загрязнения зачастую могут вступать в химические реакции взаимодействия с элементами очистных устройств и забивать сопла, подающие моющие средства, что существенно затрудняет процесс очистки, уменьшает его эффективность и увеличивает расход моющих средств.
При длительном хранении или перевозке нефтепродуктов в железнодорожных и автомобильных цистернах, нефтехранилищных емкостях и нефтеналивных судах также необходимо иметь дополнительное оборудование для утилизации и обезвреживания удаляемых из резервуаров загрязнений и остатков нефтепродуктов. Исходя из указанных соображений были отобраны технические решения, связанные с задачами повышения эффективности и совершенствованием систем очистки и утилизации остаточных загрязнений из резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов.
Известно устройство очистки внутренней поверхности резервуара для хранения или перевозки нефтепродуктов, включающее средства для гидродинамической очистки резервуаров моющим раствором и вывода остаточных загрязнений (см. патент РФ №2160641, МПК В08В 9/08, опубл. 20.12.2000).
Известное устройство включает рукав для подвода моющей жидкости и/или пара, сообщенный с распылительной многосопельной головкой, средство изменения положения головки, на которой также установлены средства механической очистки внутренней поверхности резервуара. Особенностью известного устройства является то, что распылительная многосопельная головка выполнена в виде двухсекционного корпуса, первая секция которого сообщена с рукавом для подвода моющей жидкости, а вторая установлена с возможностью вращения относительно предыдущей. С боковой поверхностью второй секции сообщены патрубки, на конце каждого из которых имеется перпендикулярно установленная к данному патрубку реактивная головка с распылительным соплом, причем все сопла выполнены с одинаковым направлением вектора момента силы между направлением соответствующего патрубка от второй секции и направлением силы реактивной струи исходящей из сопла жидкости и/или пара. Средства механической очистки внутренней поверхности резервуара выполнены в виде скребков, которые укреплены на нижней стороне патрубков и реактивных головках, упругими или подпружинены относительно последних. Свободный торец второй секции имеет заглушку, через которую пропущен отводной рукав, сообщенный со средством откачки жидкой фракции
Такое выполнение известного устройства позволяет повысить качество очистки внутренней поверхности резервуара различной конфигурации без повреждения его внутренней поверхности, но не решает задачи утилизации нефтяных остатков и сравнительно больших количеств остаточных загрязнений.
Известно устройство для реализации способа отмывки железнодорожных цистерн от нефтепродуктов, содержащее средства для гидродинамической очистки резервуара моющим раствором и вывода остаточных загрязнений (см. патент РФ №2220013, МПК В08В 9/093, опубл. 27.12.2003).
Известное устройство включает моечную машинку, устанавливаемую внутри отмываемой цистерны, соединенную трубопроводом с насосом для нагнетания моющего раствора, емкость для хранения моющего раствора и емкость для сбора загрязнений. Особенностью известного устройства является то, что оно содержит закрепленный на верхней горловине цистерны приемник загрязнений, установленный внутри отмываемой цистерны, соединенный через откачивающий насос с емкостью для сбора загрязнений, а также заборное приспособление для удаления из цистерны отстоявшегося моющего раствора, содержащее откачивающий насос, соединенный трубопроводом с емкостью для хранения моющего раствора, разделитель, выполненный в виде емкости с объемом, равным объему дозы моющего раствора для чистовой обработки, снабженный входными патрубками, один из которых соединен с нагнетающей магистралью насоса моющей машинки, а другой - с трубопроводом откачивающего насоса заборного приспособления моющего раствора, и выходными патрубками, один из которых расположен в нижней части разделителя, снабжен запорным вентилем и соединен с емкостью для хранения моющего раствора, а также сливным патрубком, установленным на верхней границе дозированного объема, снабженным запорным вентилем и соединенным с емкостью для сбора загрязнений.
К недостаткам известного технического решения следует отнести сравнительно сложную технологию двухэтапной струйной обработки отмываемой цистерны, при которой сначала проводят черновую обработку, начиная ее с нижних внутренних поверхностей цистерны, переходя постепенно по мере отмыва на верхние поверхности. При этом наполняют цистерну образовавшейся эмульсией на глубину не менее минимального уровня расслоения раствора и загрязнений. Затем отстаивают образовавшуюся эмульсию внутри отмываемой цистерны до разделения моющего раствора и загрязнений и удаляют верхние слои с высокой концентрацией загрязнений, а нижние направляют на хранение, при необходимости цикл повторяют. После этого проводят чистовую обработку, при которой моющий раствор используют для отмывки в строго дозированных объемах, образовавшуюся эмульсию сразу после обработки направляют в разделитель объемом, равным упомянутому дозированному объему используемого моющего раствора, отстаивают ее до расслоения, а затем удаляют излишки объема жидкости, находящейся в верхних слоях в виде загрязнений, а оставшийся моющий раствор направляют на хранение или при необходимости на повторную обработку.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для реализации способа очистки внутренней поверхности цистерн от остатков органических продуктов, содержащая средства для гидродинамической очистки цистерн моющим раствором, вывода и утилизации остаточных загрязнений (см. патент РФ №2357811, МПК В08В 9/093, опубл. 10.06.2009 - прототип).
Особенностью известной установки является то, что на железнодорожной цистерне, снабженной универсальной технологической крышкой и спуском, установлены моющие головки и устройство нижнего слива с системой разогрева клапанов. Установка содержит лебедку, осуществляющую передвижение цистерн посредством тележки, модуль емкостной с устройством подогрева проточной воды, блок сепарационный, содержащий фильтр и отстойник, а также емкостный модуль для приготовления моющего раствора, емкостный модуль, являющийся промежуточным для моющего раствора, сепарационный блок, включающий фильтр, тонкослойный отстойник и ультрафиолетовый обеззараживатель. Кроме того, установка содержит модуль промывочный, модуль дегазации и сушки и сборник шламов. Масло, выделившееся в сепарационных блоках, собирается в сборнике масла.
В известной установке после слива из цистерны растительного или минерального масла железнодорожную цистерну посредством тележки и лебедки устанавливают на позицию отмывки и подготавливают к работе. Подготовка заключается в том, что снимают или откидывают крышку горловины цистерны и устанавливают универсальную технологическую крышку, на спуск которой установлены моечные головки. Емкостный модуль с помощью насоса заполняется горячей проточной водой и включается нагревательное устройство. Нагрев проточной воды до заданной температуры 70-90°С осуществляется и поддерживается теплообменным оборудованием, входящим в состав модуля. В модуле приготовления раствора осуществляют доведение моющего раствора до заданной концентрации. Для этого емкость с помощью насоса заполняется до определенного уровня водой и подогревается до 45-55°С. Затем засыпается расчетная порция моющего средства заданного состава и производят перемешивание раствора.
Количественное значение каждого компонента, входящего в состав моющего средства, зависит от вида минерального или растительного масла. После окончания подготовительных операций и при достижении заданной температуры горячей воды вентиль на выходе емкости автоматически открывается и горячая вода при помощи насоса поступает в моечные струйные головки, работающие под давлением 10-12 бар. Загрязненная вода поступает в фильтр, в котором механические примеси в виде шлама оседают на дно, а жидкая фаза, образующая неустойчивую эмульсию, поступает в отстойник, в котором осуществляется разделение эмульсии на оборотную воду, которая может быть использована при ополаскивании цистерны или при приготовлении моющего раствора, а органическая фаза в виде масла поступает в соответствующий сборник. По окончании процесса отмывки горячей водой система управления автоматически переключается на процесс мойки моющим раствором, который насосом из модуля приготовления моющего раствора через соответствующую запорную аппаратуру поступает в моечные головки.
Таким образом, известная установка представляет собой узкоспециализированную технологическую систему для очистки и утилизации остаточных загрязнений из резервуаров, снабженных устройством нижнего слива, преимущественно для отмывки внутренней поверхности специализированных железнодорожных цистерн от остатков минерального и растительного масла с использованием заявляемого моющего состава с качеством, удовлетворяющим требованиям к перевозке указанных продуктов. Регламентируемые в известной установке моющее средство и режимы отмывки резервуаров в виде железнодорожных цистерн, снабженных указанным оборудованием и устройством нижнего слива, не позволяют использовать известную установку в системах очистки и утилизации остаточных загрязнений из резервуаров для хранения и транспортировки многих других видов нефтепродуктов, используемых, в том числе, в нефтяной, транспортной или химической промышленности.
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений, повышение удобства и эффективности очистки резервуаров для хранения и транспортировки различных видов нефтепродуктов при одновременной очистке и утилизации нефтяных остатков, моющего раствора и остаточных загрязнений.
Указанный технический результат достигается тем, что в системе очистки резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов, включающей средства для приготовления моющего раствора, гидродинамической очистки резервуара и вывода остаточных загрязнений, блоки питания и управления, согласно изобретению, введены средства для очистки и утилизации остатков нефтепродуктов, моющего раствора и загрязнений, причем средства для приготовления моющего раствора, очистки резервуара, вывода и утилизации остаточных загрязнений, выполнены в виде соединенных трубопроводами передвижных модулей, первый из которых включает первую накопительную емкость для приготовления и использования моющего раствора и первый насос для подачи моющего раствора через гибкий трубопровод на вход второго модуля, включающего, преимущественно, совмещенные в одном агрегате моющее и заборное устройства, выполненные с возможностью размещения в очищаемом резервуаре через его верхнюю горловину, третий модуль включает вторую накопительную емкость, снабженную вакуумным блоком, для использованного моющего раствора, вход которой соединен через гибкий трубопровод с выходом заборного устройства, а выход соединен через второй насос с входом четвертого модуля, содержащего фильтр грубой очистки, бак-отстойник, снабженный плавающим приемником нефтепродуктов и патрубками в его средней и нижней части для вывода использованного моющего раствора и шлама, пятый модуль включает третий насос, вход которого соединен с выходом плавающего приемника отделенных нефтепродуктов, а выход через фильтры предварительной и тонкой очистки соединен с входом третьей накопительной емкости для отделенных и очищенных нефтепродуктов, шестой модуль включает четвертый насос, вход которого соединен с патрубком в средней части бака-отстойника, а выход через коалесцирующий и адсорбционный фильтры соединен с входом четвертой накопительной емкости для очищенного моющего раствора, выполненной с возможностью соединения трубопроводом с первой накопительной емкостью, седьмой модуль включает контейнер для утилизации шлама, вход которого соединен с патрубком в нижней части бака-отстойника, а блоки питания и управления включают средства электроснабжения, дистанционного контроля и управления работой основного и вспомогательного оборудования системы.
Такое выполнение системы очистки резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов обеспечивает эффективное разделение, очистку и утилизацию остатков нефтепродуктов, моющего раствора и загрязнений в виде шлама. Выделенные в процессе очистки и регенерации остатки нефтепродуктов, например, возможно использовать в качестве топлива, очищенный моющий раствор - для повторного использования при очистке данного или иного резервуара, а переработанный шлам - в качестве компонентов наполнителей для строительных материалов или для иных целей. При этом используемое в предложенной системе автоматизированное и электрифицированное оборудование отличается простотой эксплуатации, сравнительно высокими надежностью и эффективностью для решения поставленных задач и достижения технического результата.
На фиг.1 представлена принципиальная блок-схема предложенной системы очистки резервуаров на примере системы очистки железнодорожных цистерн, предназначенных для транспортировки нефтепродуктов.
Система очистки резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов включает средства для приготовления моющего раствора, очистки резервуара 1, вывода, очистки и утилизации остаточных загрязнений. Указанные средства выполнены в виде соединенных трубопроводами передвижных мобильных модулей 2-8. При этом первый передвижной модуль 2 включает первую накопительную емкость 9 для приготовления и использования моющего раствора и первый насос 10 для подачи моющего раствора через гибкий трубопровод 11 на вход второго модуля 3. Данный модуль включает, преимущественно, совмещенные в одном агрегате моющее и заборное устройства 12, 13, выполненные с возможностью размещения в очищаемом резервуаре 1 через его верхнюю горловину 14.
Третий модуль 4 включает вторую накопительную емкость 15, снабженную вакуумным блоком 16 для всасывания из резервуара 1 использованного моющего раствора. Вход емкости 15 соединен через гибкий трубопровод 17 с выходом заборного устройств 13, а выход соединен через второй насос 18 с входом четвертого модуля 5. Этот модуль содержит фильтр 19 грубой очистки, бак-отстойник 20, снабженный плавающим приемником 21 отделенных остатков нефтепродуктов и патрубками 22, 23 в его средней и нижней части для вывода использованного моющего раствора и шлама. Пятый модуль 6 включает третий насос 24, вход которого соединен с выходом плавающего приемника 21 отделенных остатков нефтепродуктов, а выход через фильтры 25, 26 предварительной и тонкой очистки соединен с входом третьей накопительной емкости 27 для отделенных и очищенных остатков нефтепродуктов.
Шестой модуль 7 включает четвертый насос 28, вход которого соединен с патрубком 22 в средней части бака-отстойника 20, а выход через коалесцирующий и адсорбционный фильтры 29, 30 соединен с входом четвертой накопительной емкости 31 для очищенного моющего раствора. Выход емкости 31 выполнен с возможностью соединения трубопроводом с первой накопительной емкостью 9. Седьмой модуль 8 включает контейнер 32 для утилизации шлама, вход которого соединен с патрубком 23 в нижней части бака-отстойника 20. Поз. 33 обозначен один из типичных элементов колесной тележки первого и других передвижных модулей 2-8.
Блоки питания и управления (не показаны) включают все необходимые средства для электроснабжения насосного оборудования и управляемых вентилей, нагрева моющего раствора, средства КИПиА (датчики температуры, давления и расхода, управляемые задвижки) для дистанционного контроля и управления работой основного и вспомогательного, в том числе трубопроводного оборудования системы (не показаны). При использовании метода струйной очистки с использованием ПАВ требуется наличие указанных емкостей, а также указанного оборудования для регенерации моющего раствора с целью его повторного использования и средств для очистки и утилизации нефтяных остатков и загрязнений, удаленных из резервуара. В ряде случаев необходимо использовать теплообменники для подогрева моющего раствора с целью интенсификации его воздействия на растворяемые и эмульгируемые загрязнения.
Система очистки резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов функционирует следующим образом.
После слива из горизонтального резервуара 1 (железнодорожной цистерны) через его верхнюю горловину 14 нефтепродуктов (нефть, дизельное топливо, бензин, мазут или различные нефтяные масла) резервуар 1 устанавливают на позицию отмывки и подготавливают необходимое оборудование к работе. Подготовка заключается в том, что вблизи резервуара 1 размещают в необходимом порядке передвижные мобильные модули 2, 4-8 и соединяют их трубопроводами согласно схеме на фиг.1. Затем через горловину 14 очищаемого резервуара 1 спускают на его дно передвижной подвижный модуль 3, состоящий из совмещенных в одном агрегате моющего и заборного устройств 12, 13. При этом вход моющего устройства 12 соединяют гибким трубопроводом 11 через первый насос 10 высокого давления с выходом первой накопительной емкости 9 передвижного модуля 2 для подачи под необходимым давлением предварительно подготовленного моющего раствора в сопловую головку устройства 12.
В качестве моющего раствора, в частности, может использоваться горячий моющий раствор, включающий поверхностно-активные вещества. При этом состав моющего раствора выбирают исходя из типа хранимого нефтепродукта, вида загрязнений, имеющихся в резервуаре, а также типа сопловой головки устройства 12. Конструкция устройства 12 может включать средства для автоматического перемещения в резервуаре 1 с возможностью изменения углового положения и скорости вращения реактивной распылительной сопловой головки и т.д. Кроме того, моющее устройство 12 может включать дополнительные средства в виде вращающихся щеток или скребков, контактирующих с очищаемой поверхностью резервуара 1. Соответственно конструкция заборного устройства 13 также может включать общие с устройством 12 или индивидуальные средства для автоматического перемещения в резервуаре 1 с возможностью максимально полного откачивания эмульсии моющего раствора, нефтяных остатков и загрязнений по всей площади и длине внутри горизонтального резервуара 1.
Нагрев моющего раствора до заданной температуры осуществляется и поддерживается теплообменным оборудованием, входящим в состав модуля 2 (не показан). В модуле 2 при приготовлении моющего раствора осуществляют доведение в нем моющего средства до заданной концентрации. Для этого емкость 9 или используемая для этой цели дополнительная емкость с помощью дополнительного насоса (не показаны) заполняется до определенного уровня водой и подогревается до заданной температуры. Затем в емкость засыпается расчетная порция моющего средства заданного состава и производится перемешивание раствора. Концентрация моющего раствора периодически контролируется. Количественное значение каждого компонента, входящего в состав моющего средства, зависит от вида нефтепродуктов в резервуаре 1. После окончания подготовительных операций и при достижении заданной температуры моющего раствора вентиль на выходе емкости 9 автоматически открывается и при помощи напорного насоса 10 поступает в струйные головки моющего устройства 12, работающие под давлением 10-12 бар.
В процессе очистки подаваемый по гибкому трубопроводу 11 готовый моющий раствор обеспечивает смыв налипшего на внутренние стенки резервуара 1 нефтепродукта, а дополнительные средства - механическую очистку наиболее загрязненных стенок, копируя очищаемый профиль резервуара 1. Для повышения эффективности работы заборного устройства 13 отводной трубопровод 17 снабжают юбкой в зоне откачки загрязнений, поэтому при его работе создается эффект присасывания юбки к поверхности резервуара 1 и откачивание жидкости производится эффективнее.
Откачиваемая эмульсия через трубопровод 17 поступает на вход в модуль 4, включающий вторую накопительную емкость 15, снабженную вакуумным блоком 16 для всасывания из резервуара 1 использованного моющего раствора. По мере заполнения накопительной емкости 15 загрязненный моющий раствор поступает через второй насос 18 на вход модуля 5, проходит через фильтр 19 грубой очистки и поступает в бак -отстойник 20, в котором осуществляется естественное гравитационное разделение эмульсии на нефтепродукты, водную фазу и более тяжелые остаточные загрязнения в виде твердых или высоковязких продуктов и шлама также подлежащих утилизации. Эмульсия в баке-отстойнике 20 в течение нескольких десятков минут разделяется на указанные фазы. Остатки отделенных нефтепродуктов, сосредоточенные в верхней части бака-отстойника 20, отбираются с помощью плавающего приемника 21 и с помощью третьего насоса 24 поступают через фильтры 25, 26 предварительной и тонкой очистки модуля 6 на вход третьей накопительной емкости 27 для отделенных и очищенных остатков нефтепродуктов.
С помощью четвертого насоса 28 модуля 7 фаза моющего раствора через патрубок 22 в средней части бака-отстойника 20 поступает через коалесцирующий и адсорбционный фильтры 29, 30 на вход четвертой накопительной емкости 31 для очищенного в этих фильтрах моющего раствора. Выход емкости 31 выполнен с возможностью соединения трубопроводом с первой накопительной емкостью 9 для обеспечения замкнутого по моющему раствору цикла очистки резервуара 1. Через патрубок 23 в нижней части бака-отстойника 20 шлам самотеком или с помощью шнека (не показан) поступает на вход контейнера 32 для сбора, обеззараживания и последующей утилизации шлама как в модуле 8, так и, возможно, после отправки на перерабатывающее предприятие. Модуль 8 может также содержать оборудование для нагрева и барботирования шлама, средства для его микробиологического или химического обеззараживания, сушки, гранулирования и т.п. (не показаны).
Среднее время обработки резервуара в виде цистерны может составлять в зависимости от его объема количества и качества загрязнений от десятков минут до нескольких часов. По окончании процесса отмывки блок управления автоматически отключает насосы и агрегаты системы очистки.
Предложенная система очистки и утилизации остаточных загрязнений из резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов разработана с учетом рекомендаций авторов на экспериментальной базе в МГАУ им. В.П.Горячкина. Предложенная система дополняет и развивает возможности известных систем и отечественного оборудования для механизированной очистки емкостей и резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов в нефтяной, транспортной, химической и других областях промышленности. Характерной особенностью предложенной системы является максимальная автоматизация технологических процессов промывки и очистки резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов.