Сепаратор

Полезная модель относится к области техники, используемой для обезвоживания тяжелых сортов топлива (моторное топливо, мазут) на судах.
При транспортировке и в ходе длительного хранения наблюдается постепенное обводнение тяжелых сортов топлива водой, содержание которой может доходить до 30…50%, при норме 1% (см., например, Клыков М.В., Алушкина Т.В., Абросимова М.О. Термическое обезвоживание мазута // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №2. С.266-280. URL: http://ogbus.ru/issues/2_2015/ogbus_2_2015_p266-280_KlykovMV_ru.pdf). При длительном хранении тяжелых сортов топлива развиваются колонии микроорганизмов. Развитие микроорганизмов способствует эмульгированию топлив, образованию слизи. Это приводит к стабилизации дисперсной системы вода-топливо и затруднениям при отделении воды от топлива. В связи с этим тяжелые сорта топлива чрезвычайно трудно отделить от воды, содержание которой может достигать 50%.
Известна полезная модель обезвоживания мазута, путем отстаивания воды при нагреве мазута до 70…90°С. Отстаивание производят при выключенных нагревателях, так как их включение вызывает конвекционные потоки жидкостей, которые затрудняют образование отстоя (см., например, Правила технической эксплуатации нефтебаз, М, Недра, 1986). Поскольку плотность мазута близка к плотности воды, то эта модель имеет невысокую эффективность.
Известна также полезная модель термического обезвоживания нефтепродуктов. Исходный нефтепродукт нагревается до текучего состояния при перемешивании смеси исходного и обезвоженного нефтепродуктов при 100…150°С. Этот процесс трудоемок, так как необходимо перемешивать смесь нефтепродуктов с добавкой поверхностно-активного вещества с использованием специальных мешалок при температуре 100…150°С. (Авторское свидетельство СССР №1747467, 1990 г.).
Известна полезная модель судового сепаратора нефтесодержащих вод в виде системы нефтесодержащих вод, входящей в состав котельной установки, согласно патента на полезную модель «Котельная установка» №159519 по заявке №2015126205 от 30 июня 2015 г., авторы: А.Г. Чичурин, О.П. Шураев, Н.Н. Борисов, Р.В. Пырков. Такой сепаратор нефтесодержащих вод обеспечивает обезвоживание нефтесодержащих вод путем их прогрева до температуры кипения воды и последующего подогрева до повышения температуры содержимого испарительной цистерны. При этом у рассматриваемой полезной модели будут проявляться следующими недостатки.
Во-первых, для нагрева содержимого испарительной цистерны требуется значительная энергия. Во-вторых, будут иметь место большие тепловые потери с поверхности емкости с подогреваемым мазутом, так как, подогревается емкость значительных размеров, и подогрев продолжается достаточно длительное время. В-третьих, мазут имеет достаточно широкий фракционный состав, в том числе содержит и легкие фракции, которые практически отсутствуют у нефтесодержащих вод, а нагретые пары легких фракций мазута при смешивании с воздухом взрывоопасны.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель сепаратора мазута согласно патента на полезную модель «Сепаратор топлива» №199854 по заявке №2020118543 от 26.05.2020, авторы А.Г. Чичурин, О.П. Шураев (см. также «Сепаратор мазута» №179475 по заявке №2018100862 от 10.01.2018, авторы А.Г. Чичурин, О.П. Шураев, А.В. Жидков).
Сепаратор топлива, содержит клапан подачи обводненного топлива, а также холодильник с отводной трубой в донной части и выводной трубой на крышке холодильника, патрубок для входа и патрубок для выхода холодной воды, кроме того содержит последовательно соединенные выводной патрубок, установленный в донной части холодильника, и кран спуска выделенной из топлива воды, а также последовательно соединенные насос, вход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного топлива, входной клапан, нагреватель топлива с нагревательным элементом, термометром и манометром, спускной клапан, расширитель, клапан, подающий насос, кроме того, содержит цистерну обезвоженного топлива с клапаном выдачи обезвоженного топлива и выходной клапан, выход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного топлива, при этом верхняя часть расширителя соединена с входом отводной трубы холодильника, а также продувочный клапан и вакуумный клапан, входы которых подключены ко второму выходу нагревателя топлива, причем выход продувочного клапана является выходом в атмосферу, а выход вакуумного клапана подключен к отводной трубе, а также цистерну обводненного топлива, выход которой соединен с входом выходного клапана, трехходовой клапан и датчик определения наличия влаги в топливе, причем первый выход трехходового клапана, соединен с входом цистерны обезвоженного топлива, а второй со входом цистерны обводненного топлива, при этом управляемый вход трехходового клапана подключен к выходу устройство определения наличия влаги в топливе, а датчик определения наличия влаги в топливе и вход трехходового клапана соединены с выходом подающего насоса.
Здесь обезвоживание обеспечивается путем нагрева порции обводненного мазута в закрытой емкости до температуры выше 100°С с последующей ее разгерметизацией.
Для этого порция обводненного мазута подается для подогрева в нагреватель мазута, представляющего собой закрытую емкость. Здесь производится ее подогрев до температуры t°C, которая выше температуры кипения воды при нормальных условиях (100°С). Величина нагрева порции обводненного мазута в закрытой емкости может составлять 170°С и более. Затем производится сброс содержимого нагревателя мазута в расширитель. В расширителе поддерживается давление близкое к атмосферному, поэтому вода, находящаяся в составе обводненного мазута, поступающего в расширитель, оказывается перегретой на величину t - 100°С. Теплота, соответствующая перегреву воды относительно температуры кипения воды при нормальных условиях, практически мгновенно идет на испарение части воды в составе обводненного мазута. Кроме того, поскольку температура мазута в составе обводненного мазута выше температуры кипения воды на величину перегрева t - 100°С, то также будет происходить передача теплоты от мазута к воде. Этот процесс передачи теплоты будет продолжаться до охлаждения мазута до температуры 100°С.
Рассматриваемая полезная модель обладает следующими недостатками. Порция мазута нагревается до достаточно высокой температуры порядка 170°С и выше, что требует значительных энергетических затрат. С другой стороны, после сброса содержимого нагревателя мазута в расширитель из мазута будут испаряться не только содержащая в нем вода, но и входящие в его состав легкие фракции, причем чем выше температура, тем интенсивнее идет процесс испарения. В результате полезные качества мазута, влияющие на процессы его горения снижаются. Причем, чем выше величина перегрева порции мазута, тем выше энергетические затраты и хуже качество мазута.
Задачей полезной модели является повышение эффективности обезвоживания мазута путем испарения воды из состава мазута, разбрызгиваемого на наклонную металлическую пластинку, нагретую до 110…130°С.
Задача полезной модели достигается тем, что в известное устройство сепаратор топлива, содержащий расширитель, в верхней части которого имеется вход для нагретого топлива и выход для соединения с холодильником, а в нижней части выход для обезвоженного топлива, дополнительно введены в расширителе распылитель, подключенный к входу нагретого топлива, а также наклонная испарительная пластинка с электроподогревателем и датчиками температуры, а также регулятор температуры, выход которого соединен с электроподогревателем испарительной пластинки, а вход подключен к датчикам температуры испарительной пластинки.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.
В предлагаемой полезной модели обводненное топливо, мазут, предварительно подогретый до температуры порядка 100°С, распыляется на верхнюю часть наклонной металлической пластинки, нагретой до 110…130°С. Тонкая пленка из обводненного мазута под действием силы тяжести стекает вниз по наклонной металлической пластинке. При этом происходит подогрев мазута и воды в его составе. Поскольку слой обводненного мазута достаточно тонкий, то его нагрев до температуры выше 100°С происходит достаточно быстро. В результате по мере стекания обводненного мазута, вода, находящаяся в его составе, начинает испаряться и, по мере его движения по металлической пластинке вниз, мазут все в большей и большей степени теряет влагу. При этом, поскольку температура кипения мазута существенно выше температуры кипения воды (170°С и выше), то он в процессе нагрева (максимум до температуры металлической пластинки 110…130°С) не испаряется. Величина испарившейся воды из состава мазута зависит от многих параметров, и в первую очередь от размеров металлической пластинки (длины), степени ее нагрева, величины наклона, характеристик распыла обводненного мазута. Путем подбора указанных параметров можно обеспечить практически полное обезвоживание мазута к моменту его стекания с нагретой металлической пластинки. В результате с нагретой металлической пластинки будет стекать обезвоженный мазут и накапливаться на дне емкости, а по мере необходимости будет выдаваться потребителям.
Рассматриваемая полезная модель обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом. Здесь порция мазута нагревается до температуры не выше температуры металлической пластинки (110…130°С), тогда как в известной модели температура нагрева порядка 170°С и выше, то есть снижаются энергетические затраты. С другой стороны, значительное снижение температуры нагрева мазута (от 170°С до 110…130°С) ведет к существенному уменьшению испарения из мазута легких фракций. В результате в предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом повышаются полезные качества мазута, влияющие на процессы его горения.
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в испарении воды из обводненного мазута, предварительно подогретого до 100°С, и распыленного на наклонной металлической пластинке, нагретой до 110…130°С, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности обезвоживания мазута.
Краткое описание чертежей
На фиг. приведена схема сепаратора.
Сепаратор топлива, содержит расширитель 1, в верхней части которого имеется вход для нагретого топлива и выход для соединения с холодильником, а в нижней части выход для обезвоженного топлива, кроме того содержит в расширителе 1 распылитель 2, подключенный к входу нагретого топлива, а также наклонная испарительная пластинка 3 с электроподогревателем 4 и датчиками температуры 5, а также регулятор температуры 6, выход которого соединен с электроподогревателем 4 испарительной пластинки 3, а вход подключен к датчикам температуры 5 испарительной пластинки 3.
Сепаратор работает следующим образом.
В известной полезной модели обезвоживание обеспечивается путем нагрева порции обводненного мазута в закрытой емкости до температуры порядка 170°С с последующей ее разгерметизацией. Данная модель обладает следующими недостатками. Порция мазута нагревается до достаточно высокой температуры порядка 170°С и выше, что требует значительных энергетических затрат. С другой стороны, после сброса содержимого нагревателя мазута в расширитель из мазута будут испаряться не только содержащая в нем вода, но и входящие в его состав легкие фракции, причем, чем выше температура, тем интенсивнее идет процесс испарения. В результате полезные качества мазута, влияющие на процессы его горения, снижаются. Причем, чем выше величина перегрева порции мазута, тем выше энергетические затраты и хуже качество мазута.
В предлагаемой полезной модели предварительно, в ходе подготовки сепаратора топлива к работе, поверхность испарительной пластинки 3 в расширителе 1 нагревается до 110…130°С электроподогревателем 6. Эта температура поверхности испарительной пластинки 3 поддерживается в указанных пределах регулятором температуры 6 в течение всей работы сепаратора топлива. Информация о текущей температуре поверхности испарительной пластинки 3 на регулятор температуры 6 поступает от датчиков температуры 5.
При работе полезной модели подогретое до температуры порядка 100°С обводненное топливо, например, мазут, подается на вход расширителя 1 и далее на распылитель 2. Распылитель 2 распыляет поступающее на него топливо на верхнюю часть наклоненной испарительной пластинки 3. При этом поверхность испарительной пластинки 3 нагрета до 110…130°С. Тонкая пленка из обводненного мазута под действием силы тяжести стекает вниз по наклонной испарительной пластинке 3. При этом происходит подогрев мазута и воды в его составе. Поскольку слой обводненного мазута достаточно тонкий, то его нагрев до температуры выше 100°С происходит достаточно быстро. В результате по мере стекания обводненного мазута, вода, находящаяся в его составе, начинает испаряться и, по мере его движения по наклонной испарительной пластинке 3 вниз, мазут все в большей и большей степени теряет влагу. При этом, поскольку температура кипения мазута существенно выше температуры кипения воды (170°С и выше), то он в процессе нагрева (максимум до температуры испарительной пластинки 110…130°С) не испаряется. Количество испарившейся воды из состава мазута зависит от многих параметров и в первую очередь от размеров испарительной пластинки 3 (длины), степени ее нагрева, величины наклона, характеристик распыла обводненного мазута. Путем подбора указанных параметров можно обеспечить практически полное обезвоживание мазута к моменту его стекания с нагретой испарительной пластинки 3. В результате с нагретой металлической пластинки 3 будет стекать обезвоженный мазут, который накапливается на дне расширителя 1. Обезвоженный мазут из расширителя 1 через выход для обезвоженного топлива выдается потребителям
Рассматриваемая полезная модель обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом. Здесь порция мазута нагревается до температуры не выше температуры испарительной пластинки (110…130°С), тогда как в известной модели температура нагрева порядка 170°С и выше, то есть снижаются энергетические затраты. С другой стороны, значительное снижение температуры нагрева мазута (от 170°С до 110…130°С) ведет к существенному уменьшению испарения из мазута легких фракций. В результате в предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом повышаются полезные качества мазута, влияющие на процессы его горения.
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в испарении воды из обводненного мазута, предварительно подогретого до 100°С, и распыленного на наклоненной металлической пластинки, нагретой до 110…130°С, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности обезвоживания мазута.