УСТАНОВКА ДЛЯ МОЙКИ НЕФТЕНАЛИВНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

Полезная модель относится к технологии очистки и предотвращения загрязнений, более конкретно, к установке для мойки нефтеналивных резервуаров, а также резервуаров, предназначенных для хранения и транспортировки различных видов нефтепродуктов. Полезная модель может найти применение при очистке железнодорожных и автомобтильных цистерн в нефтяной, транспортной, химической и других областях промышленности.
Для надежной работы промышленного оборудования, транспорта и сельскохозяйственной техники важное значение имеет качество мойки резервуаров и сохранение характеристик находящихся в них нефтепродуктов в процессе их поставки и применения. К одному из основных показателей качества нефтепродуктов, таких как нефть, дизельное топливо, бензин, мазут и различные масла относится степень их загрязненности органическими и неорганическими веществами, оседающими в складских резервуарах и транспортных емкостях.
Известно устройство для очистки внутренней поверхности резервуара для хранения или перевозки нефтепродуктов, включающее средства для гидродинамической очистки и вывода остаточных загрязнений (см. патент РФ №2160641, МПК В08В 9/08, опублик. 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 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.
Известна 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, опублик. 10.06.2009).
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 емкостной модуль для приготовления моющего раствора, емкостной 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. Емкостной 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 узко специализированную технологическую систему очистки внутренней поверхности резервуара для хранения или перевозки, преимущественно, минерального и растительного масла. При этом резервуар выполнен в виде специализированной железнодорожной цистерны, снабженной устройством нижнего слива для более эффективной отмывки ее внутренней поверхности от остатков 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 с верхним доступом для хранения и транспортировки многих других видов нефтепродуктов, используемых, в том числе, в нефтяной, транспортной или химической промышленности.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для мойки нефтеналивных резервуаров, содержащая средства для обработки резервуара моющим раствором, сбора нефтяных остатков, отработанного моющего раствора и шламовых отходов, системы питания и управления (см. патент РФ №№2220013, МПК В08В 9/093, опублик. 27.12.2003-прототип).
Известная установка для мойки нефтеналивных резервуаров представляет собой устройство для реализации способа отмывки железнодорожных цистерн от нефтепродуктов, в частности, от мазута. Средства для гидродинамической очистки в известном устройстве включают моечную машинку, устанавливаемую внутри отмываемой цистерны и соединенную трубопроводом с насосом для нагнетания моющего раствора. 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 моечной 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.
Одним из недостатков известного технического решения является сравнительно сложная технология 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. Другим недостатком известной установки является несовершенство используемых средств для утилизации сравнительно больших количеств остаточных загрязнений и нефтяных остатков, образующихся в процессе очистки цистерн.
Техническим результатом полезной модели является устранение указанных недостатков известных технических решений, упрощение эксплуатации установки, повышение качества отмывки нефтеналивных резервуаров, увеличение эффективности очистки нефтяных остатков и моющего раствора, переработки и утилизации шламовых отходов.
Указанный технический результат достигается тем, что в установку для мойки нефтеналивных резервуаров, содержащую средства для обработки резервуара моющим раствором, сбора нефтяных остатков, отработанного моющего раствора и шламовых отходов, системы питания и управления, согласно полезной модели, включены первая, вторая и третья линии очистки остатков нефтепродуктов, очистки отработанного моющего раствора и подготовки шламовых отходов к утилизации, причем первая линия включает последовательно соединенные с верхним выходом емкости разделителя фильтры предварительной и тонкой очистки от механических примесей, адсорционный водоотделительный фильтр и накопительную емкость для очищенных нефтепродуктов, вторая линия включает последовательно соединенные с средним выходом емкости разделителя коалесцирующий и адсорбционный фильтры и накопительную емкость для очищенного моющего раствора, третья линия включает последовательно соединенные с нижним выходом емкости разделителя контейнеры для термической обработки, грануляции и/или иммобилизации шламовых отходов для последующей утилизации, моечная машинка для обработки резервуара моющим раствором выполнена совмещенной с заборным устройством и снабжена механизмом для ее перемещения вдоль и вокруг оси резервуара, а системы питания и управления включают средства электроснабжения, дистанционного контроля и управления работой основного и вспомогательного оборудования установки.
Такое выполнение установки для мойки нефтеналивных резервуаров устраняет недостатки известных технических решений, упрощает эксплуатацию установки, повышает эффективность разделения, очистки и утилизации остатков нефтепродуктов, моющего раствора и загрязнений в виде шламовых отходов. Выделенные в процессе очистки регенерированные остатки нефтепродуктов с минимальной обводненностью возможно использовать в качестве топлива, а очищенный моющий раствор - для повторного использования при очистке данного или иного резервуара. Переработанные шламовые отходы после грануляции можно применять в качестве компонентов наполнителей для строительных материалов, а после иммобилизации - для длительного хранения перед утилизацией одним из известных способов. Используемое в предложенной установке основное и вспомогательное оборудование отличается простотой эксплуатации и сравнительно высокой надежностью, а автоматизация основного и вспомогательного оборудования, систем электроснабжения, дистанционного контроля и управления дополнительно повышает эффективность предложенной установки.
На фиг.1 представлена принципиальная блок-схема установки для мойки нефтеналивных резервуаров.
Предложенная установка включает средства для приготовления моющего раствора и гидродинамической обработки резервуара 1, включающие емкость 2 для готового моющего раствора со средствами для корректировки его температуры и состава и подачи под давлением в многосопельную моечную машинку 3, совмещенную с заборным устройством (не показано) и снабженную механизмом 4 для ее перемещения вдоль и вокруг оси резервуара 1. В состав установки также входит накопительная емкость 5 со средствами для вакуумного вывода использованного загрязненного моющего раствора из резервуара 1, выход которой соединен с входом емкости разделителя 6. К выходам емкости разделителя 6 подсоединены входы первой, второй и третьей линий 7, 8, 9, соответственно, для очистки остатков нефтепродуктов, очистки отработанного моющего раствора и подготовки шламовых отходов к утилизации.
Первая линия 7 включает последовательно соединенные с верхним выходом емкости разделителя 6 фильтры 10, 11 предварительной и тонкой очистки от механических примесей, адсорционный водоотделительный фильтр 12 и накопительную емкость 13 для очищенных нефтепродуктов. Фильтр 10 предварительной очистки снабжен рабочим элементом в виде сетки 25 мкм (сепарирующий элемент СЭ-15 В), а фильтр 11 тонкой очистки обеспечивает тонкость фильтрования 5 мкм (фильтрующий элемент ЭФБ-5/15). В качестве наполнителя рабочего объема адсорбционного водоотделительного фильтра 12 можно использовать, в частности, достаточно эффективный картридж на основе гидрофильного сополимера акриламида - аминоалкилакрилатамина, часто используемого для обезвоживания моторных масел.
Вторая линия 8 включает последовательно соединенные с средним выходом емкости разделителя 6 коалесцирующий и адсорбционный фильтры 14, 15 и накопительную емкость 16 для очищенного моющего раствора. Третья линия 9 включает последовательно соединенные с нижним выходом емкости разделителя 6 контейнеры 17, 18, 19, соответственно, для термической обработки, грануляции и/или иммобилизации вредных шламовых отходов для последующей утилизации, например, путем капсулировании частиц шлама в структуре алюмосиликатного геля (см. патент РФ №2291004). Контейнер 17 для термической обработки шлама снабжен тепловентилятором (не показан) для обезвреживания шламовых нефтеотходов. Системы питания и управления установки включают блок 20 электроснабжения и пульт 21 для дистанционного контроля и управления работой основного и вспомогательного оборудования установки. На фиг.1 поз.22 обозначен нагреватель моющего раствора, поз.23 - насос высокого давления.
Указанное основное и вспомогательное оборудование снабжено соответствующей трубопроводной и запорной арматурой. Системы питания и управления включают все необходимые средства для электроснабжения насосного оборудования и управляемых вентилей, нагрева моющего раствора для интенсификации его воздействия на растворяемые и эмульгируемые загрязнения. Средства КИПиА для дистанционного контроля и поддержания рабочих параметров агрегатов и текучих сред (температуры, давления, уровня и расхода) связаны с пультом 21 системы управления установкой. Емкость разделителя 6 снабжена плавающим приемником (не показан) для вывода отделенных остатков нефтепродуктов на вход линии 7. При использовании струйной очистки резервуара 1 моющим раствором требуется наличие указанных емкостей и оборудования для регенерации моющего раствора с целью его повторного использования. В ряде случаев в агрегатах установки используются дополнительные теплообменники (не показаны) для подогрева остатков нефтепродуктов, отработанного моющего раствора и шламовых отходов
Установка для мойки нефтеналивных резервуаров функционирует следующим образом.
При эксплуатации стационарных нефтеналивных резервуаров, железнодорожных и автомобильных цистерн, а также нефтеналивных судов должны предусматриваться такие обязательные технологические операции, как очистка с помощью дополнительного оборудования нефтепродуктов и емкостей для их хранения с последующей утилизацией шламовых отходов. Очистка и мойка резервуаров производится в периоды технического обслуживания и при заливе в резервуары других видов нефти и нефтепродуктов, при этом очистка нефтепродуктов осуществляется как при хранении, так и при отправке потребителю. Периодическая очистка резервуаров и их содержимого существенно повышает чистоту используемых нефтепродуктов и улучшает экологическую ситуацию в указанных отраслях.
После слива из горизонтального резервуара 1 (железнодорожной цистерны) через его верхнюю горловину нефтепродуктов (нефть, дизельное топливо, бензин, мазут или масла) резервуар 1 устанавливают на позицию отмывки и подготавливают необходимое оборудование к работе. Подготовка заключается в том, что, во-первых, вблизи резервуара I размещают емкость 2 для готового моющего раствора со средствами для корректировки его температуры и состава и подачи под давлением в многосопельную моечную машинку 3. Во-вторых, согласно схеме на фиг.1 устанавливают соединенное трубопроводной арматурой оборудование в виде накопительной емкости 5 со средствами для вакуумного вывода использованного моющего раствора из резервуара 1, емкость разделителя 6 и оборудование первой, второй и третьей линий 7, 8, 9. Затем через горловину очищаемого резервуара 1 внутрь опускают подвижный модуль многосопельной моечной машинки 3, снабженной механизмом 4 для ее перемещения вдоль и вокруг оси резервуара 1. При этом вход моечной машинки 3 соединяют гибким трубопроводом с выходом емкости 2 для подачи под необходимым давлением через насос 23 предварительно подготовленного моющего раствора в сопловые головки моечной машинки 3. С помощью гибкого заборного трубопровода выход моечной машинки 3 соединяют с входом накопительной емкости 5 со средствами для вакуумного вывода использованного загрязненного моющего раствора из резервуара 1.
В качестве моющего раствора, в частности, может использоваться 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 сопловых устройств моечной машинки 3. Конструкция механизма 4 может включать средства для автоматического управления перемещением моечной машинки 3 вдоль и вокруг оси резервуара 1 с возможностью изменения углового положения и скорости вращения реактивных сопл распылительной головки и т.д. Кроме того, моечная машинка 3 может включать дополнительные средства в виде вращающихся щеток или скребков (не показаны), контактирующих с очищаемой поверхностью резервуара 1.
При приготовлении моющего раствора при заданной температуре осуществляют доведение в нем моющего средства до необходимой концентрации. Для этого емкость 2 или используемая для этой цели дополнительная емкость с помощью дополнительного насоса (не показаны) заполняется до определенного уровня водой и подогревается нагревателем 22 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 (не показан) на выходе емкости 2 автоматически открывается и при помощи напорного насоса 23 под давлением более 10 бар моющий раствор поступает в струйные головки моечной машинки 3.
В процессе очистки подаваемый по гибкому трубопроводу готовый моющий раствор обеспечивает смыв налипших на внутренние стенки резервуара I загрязненных нефтепродуктов, а дополнительные средства - механическую очистку наиболее загрязненных стенок, копируюя очищаемый профиль резервуара 1. Откачиваемая эмульсия через трубопровод поступает на вход в емкость 5, снабженную вакуумным блоком для всасывания из резервуара 1 использованного моющего раствора. По мере ее заполнения загрязненный моющий раствор поступает на вход емкости разделителя 6, в котором осуществляется естественное гравитационное разделение эмульсии на нефтепродукты, водную фазу и более тяжелые остаточные загрязнения в виде твердых или высоковязких продуктов и шлама, подлежащего утилизации. В качестве моющего раствора могут использоваться широко используемые эффективные технические моющие средства или ТМС, описанные в патентах РФ №№2083648, 2132367, 2135304.
Как известно, источниками указанных загрязнений нефтепродуктов являются преимущественно остаточные органические и неорганические вещества, оседающие в складских резервуарах и транспортных емкостях. При этом происходит загрязнение и ухудшение качества очередных партий нефтепродуктов, заливаемых в тот же резервуар. Эмульсия в емкости разделителя 6 в течение нескольких десятков минут разделяется на указанные фазы. Остатки отделенных нефтепродуктов, сосредоточенные в его верхней части также содержат влагу из контактирующего с нефтепродуктами воздуха, от водного конденсата на стенках резервуара и остаточных количеств моющего раствора. Отделенные в емкости разделителя 6 нефтепродукты с помощью плавающего приемника отбираются и поступают через фильтры 10, 11 предварительной и тонкой очистки от механических примесей и адсорционный водоотделительный фильтр 12 в накопительную емкость 13 для очищенных и обезвоженных нефтепродуктов. Удаление примесей воды и водных растворов из нефтепродуктов при передаче потребителю, транспортировке и хранении в резервуарах зачастую осложняется значительными вязкостью нефтепродуктов и устойчивостью диспергированных в них микрокапель воды и растворов, реологические свойства которых во многом изменены из-за наличия в нефтепродуктах механических и химических загрязнений. Именно данные обстоятельства приводят к необходимости использования в предложенной установке упомянутого оборудования в линиях 7, 8, 9 для эффективной очистки резервуаров, нефтепродуктов, моющих растворов и утилизации шламовых отходов.
На второй линии 8 моющий раствор из емкости разделителя 6 проходит последовательно через коалесцирующий и адсорбционный фильтры 14, 15 для завершающей очистки от примесей нефтепродуктов и взвеси твердых частиц после чего поступает в накопительную емкость 16 для очищенного. моющего раствора. Выход емкости 16 может быть выполнен с возможностью соединения трубопроводом с емкостью 2 для обеспечения замкнутого по моющему раствору цикла очистки резервуара 1. Шламовые отходы из емкости разделителя 6 самотеком или с помощью шнека (не показан) поступают на вход третьей линии 9 для обеззараживания и последующей утилизации шлама с помощью контейнеров 17, 18, 19. В контейнере 17 осуществляется термическая обработка шламовых отходов, в контейнере 18 - грануляция шлама, а в контейнере 19 - его иммобилизации для последующей утилизации не пригодных к использованию разновидностей шламов, включающих вредные или опасные соединения.
Процессы полной или частичной иммобилизации непригодных к дальнейшему использованию шламовых отходов заключаются в капсулировании частиц вредных веществ в структуре некоторого полимера, в частности, в структуре сравнительно дешевого эластичного алюмосиликатного геля (см. патент РФ №2291004). Капсулированные частицы при этом не могут контактировать друг с другом и опасность их проникновения в окружающую среду становится минимальной. Одновременно внутри минеральной матрицы вредные вещества защищены и от проникновения к ним внешней среды. Время перехода алюмосиликатного раствора в эластичный гель зависит от его состава и может регулироваться в широких пределах (от минут до часов), что представляет большие возможности для разработки необходимой технологии последующей нейтрализации непригодных к дальнейшему использованию шламовых отходов. Линия 9 может также содержать оборудование для нагрева и барботирования шлама со средствами для его микробиологического или химического обеззараживания (не показаны).
Дальнейшая переработка и утилизация шлама возможна также после его отправки на специализированное перерабатывающее предприятие. Среднее время обработки резервуара в виде цистерны может составлять, в зависимости его объема, количества и качества загрязнений от десятков минут до нескольких часов. По окончании процесса отмывки система управления автоматически отключает насосы и агрегаты установки.
Предложенная установка для мойки нефтеналивных резервуаров разработана с учетом рекомендаций авторов на экспериментальной базе в МГАУ им. В.П. Горячкина. Предложенная установка 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. Характерой особенностью предложенной установки является максимальная автоматизация технологических процессов промывки и очистки резервуаров для хранения и транспортировки нефтепродуктов.