КРЫШКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИСТЕРН ОТ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
TECHNOLOGICAL COVER FOR COMPLEX TANK INTERNAL SURFACE TREATMENT FROM HYDROCARBON POLLUTION

Изобретение относится к запорным устройствам, в частности к технологическим крышкам, предназначенным для фиксации положения оборудования внутри горловины цистерны, необходимого для обработки внутренней поверхности ее от жиров, органических и минеральных масел и нефтепродуктов. Оно может быть использовано на емкостях, работающих под давлением, автотранспортных цистернах и других резервуарах от донных отложений, нефтяных остатков и от различного рода загрязнений.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к железнодорожным и автоцистернам, предназначенным для перевозки жидких продуктов, например нефтепродуктов, внутренняя поверхность их после слива очищается от загрязнений посредством мойки и/или пропарки. В процессе обработки необходимо применять различное оборудование для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, причем время мойки и сушки поверхности цистерн должно быть минимизировано, причем без снижения качества мойки. В зависимости от преследуемых целей - очистки и мойки перед наливом или подготовки цистерны к ремонту, собственная крышка горловины цистерны заменяется на технологическую, при этом герметизация ее с горловиной цистерны должна быть обеспечена.
При отмывке внутренней поверхности цистерн применяются экологически чистые замкнутые технологии, осуществляемые с применением технических моющих средств. В связи с этим изменяется и конструкция технологических крышек цистерн и резервуаров.
Известна крышка технологическая горловины железнодорожной цистерны, защищенная патентом РФ №44974 на полезную модель, опубликованным 10.04.2005 г. Она содержит корпус с фланцем, в котором выполнено заглушенное отверстие для установки устройства верхнего налива, отверстие для установки опуска, снабженного моечной головкой и устройством подвода моющего раствора, приспособление для сброса избыточного давления, выполненное в виде вертикального лабиринта, к нижней части корпуса прикреплен кожух, выполненный из упругого эластичного материала, внутри которого размещена резиновая камера, снабженная ниппелем, выведенным на поверхность крышки.
Несмотря на простоту достижения герметизации крышки в процессе ее эксплуатации по различным причинам резиновая камера выходит из строя, и ее приходится заменять, но из-за крепления крышки к горловине цистерны стяжными механизмами эта операция требует достаточно много времени. Кроме того, технологическая крышка имеет ограниченное применение, т.к. не все операции по подготовке цистерн к наливу можно реализовать, в частности сушку ее после мойки внутренней поверхности. Отсутствует возможность изменения положения моечной головки при осуществлении мойки внутренней поверхности цистерны. При снижении давления возможен выхлоп газа или моющего раствора в зону нахождения обслуживающего персонала.
Известна крышка технологическая универсальная, защищенная патентом РФ №2295401 на изобретение, опубликованным 20.03.2007 г. Крышка содержит корпус с фланцем, в котором выполнены отверстия для установки опуска, снабженного устройством для подвода моющего раствора к моечной головке, приспособление для сброса избыточного давления в цистерне, выполненное в виде вертикального лабиринта, устройство подвеса для транспортировки крышки, к нижней части корпуса прикреплен кожух, выполненный из эластичного упругого материала, внутри которого размещена резиновая камера с ниппелем, выведенным наружу крышки. Опуск выполнен в виде конструкции труба в трубе, верхняя часть внешней трубы снабжена приспособлениями для подвода воздуха в межтрубное пространство. Моющая головка установлена на внутренней трубе опуска для подачи моющего раствора посредством специальных шарнирных насадок, обеспечивающих изменение положения моющей головки.
Предлагаемая конструкция опуска значительно расширяет возможности применения крышки, т.к. благодаря подводу воздуха во внешнюю трубу опуска можно обеспечить вентиляцию внутренней поверхности цистерны перед ее мойкой и осуществить процесс сушки после окончания мойки внутренней поверхности.
Однако, как выяснилось при практическом применении, слабым звеном осталось уплотнение крышки, т.к. резиновая камера, учитывая то, что диаметр горловины конкретной цистерны несколько отличаются от нормативного, испытывала чрезмерные нагрузки и выходила из строя, что приводило к дополнительным непроизводительным затратам.
Кроме того, применение одной моющей головки с ограниченной возможностью изменения положения сопел не всегда обеспечивало требуемое качество отмывки цистерн, особенно от вязких нефтепродуктов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению и существенным признакам является техническое решение, защищенное патентом РФ №2397029, опубликованным 20.08.2010 г.
Крышка содержит корпус с фланцем, в котором выполнены отверстия для установки устройства верхнего слива, моющего опуска, выполненного в виде конструкции труба в трубе, снабженного устройствами для подвода моющего раствора к моечным машинкам и воздуха в межтрубное пространство, приспособление для сброса избыточного давления в цистерне, выполненное в виде вертикального лабиринта с возможностью размещения в нем средства для открывания нижнего клапана котла цистерны, устройство подвеса для транспортировки крышки, эластичное уплотнение между фланцем крышки и горловиной котла цистерны, причем внутренняя труба моющего опуска выполнена разъемной и на нижнем конце ее установлен гидромеханический насадок для крепления по крайней мере не менее двух моечных вращающихся машинок, а для подачи моющего раствора в каждую из моечных машинок крышка снабжена приводом, изменяющим их расположение, который соединен с шарнирной гидромеханической насадкой.
Управляемый привод для изменения положения моечных машинок выполнен в виде пространственного редукторного механизма, состоящего из одноступенчатого и двухступенчатого редукторов, соединенных между собой карданной передачей, причем один редуктор установлен на крышке, а второй - на гидромеханической шарнирной насадке.
К преимуществам предлагаемого технического решения следует отнести удобство в эксплуатации, универсальность применения и надежную герметизацию горловины котла цистерны, обеспечивающую непрерывный процесс очистки внутренней поверхности котла железнодорожных цистерн, автоцистерн и других емкостей от различных видов нефтепродуктов.
К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что оно не может обеспечить качественную очистку днища цистерны от сильновязких углеводородных загрязнений. Необходимо учитывать, что загрязнения в резервуарах скапливаются неравномерно, так на днище резервуара слой загрязнений будет максимальным с постепенным уменьшением его толщины по мере увеличения высоты положения части стенок резервуара (например, при использовании резервуара цилиндрической или шарообразной формы), на которые он налипает. В верхней части резервуара также имеет место налипание вязкой части нефтепродуктов, и удаление их также требует определенных конструктивных особенностей.
Все технологические крышки содержат отверстия для установки устройства верхнего слива (УВС). При очистке внутренней поверхности цистерны в отверстие крышки для УВС может подводится пар. Однако такой метод очистки внутренней поверхности цистерн обеспечивает очистку от вязких отложений только верхней части, поэтому в настоящее время является неэкологичным и технологически устарелым, т.к. не обеспечит качественную очистку днища цистерны от вязких загрязнений.
В устройстве-прототипе для ввода пара можно использовать межтрубное пространство моющего опуска, но при этом следует учитывать, что пар подается при значительном давлении и с температурой, значительно более высокой, чем при подаче воздуха на вентиляцию или сушку цистерны после мойки, а это может потребовать замены шланга подвода пара на другой, т.е увеличения времени обработки цистерны. Кроме того, высокая температура пара может влиять и на срок эксплуатации моющих машинок.
Технической задачей, решаемой предполагаемым изобретением, является создание конструкции технологической крышки горловины как железнодорожных цистерн, так и автоцистерн и других резервуаров, работающих под давлением, обеспечивающей комплексную обработку внутренней поверхности, без снижения качества отмывки внутренней поверхности независимо от вида углеводородных загрязнений, а также сокращение непроизводительных потерь при осуществлении самого процесса обработки.
Технический результат достигается за счет того, что в известную крышку технологическую для обработки внутренней поверхности цистерны от углеводородных загрязнений, содержащую корпус крышки с фланцем, в котором выполнены отверстия для установки устройства верхнего слива, моющего разъемного опуска, выполненного в виде конструкции труба в трубе, снабженного устройствами для подвода моющего раствора к моечным машинкам, установленным на шарнирном гидромеханическом насадке нижней части внутренней трубы, и подводом воздуха в межтрубное пространство, приспособление для сброса избыточного давления в емкости, выполненное в виде вертикального лабиринта, с возможностью размещения в нем средства для открывания нижнего клапана устройства нижнего слива цистерны, устройство подвеса для транспортировки крышки, эластичное уплотнение крышки с горловиной котла цистерны, приводом для изменения положения моющих машинок, внесены дополнения, а именно:
- она снабжена дополнительным опуском для подвода пара к донной части цистерны, выполненным в виде трубы, причем верхний торец ее снабжен устройством подвода пара, а нижний торец выполнен в виде тройника, расположенного ниже моечных машинок моющего опуска.
Кроме того, дополнительный опуск установлен на одной оси с устройством нижнего слива цистерны.
Введение опуска для подвода пара к донным отложениям в цистерне (емкости) позволяет обеспечить качественную очистку внутренней поверхности независимо от вида органических загрязнений и их вязкости, т.к. позволяет осуществлять последовательно или одновременно операции мойки и пропарки, а также облегчить удаление загрязнений за счет прогрева клапана нижнего слива цистерны.
Выполнение нижнего торца опуска подвода пара в виде тройника за счет углов направления пара позволяет увеличить объем пропариваемых донных отложений в зоне клапана нижнего слива, а т.к. он расположен значительно ниже моечных машинок, то влияние пара на их эксплуатационные возможности минимизированы.
Конструкция технологической универсальной крышки представлена на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 приведен разрез общего вида крышки технологической для комплексной обработки внутренней поверхности цистерны, на фиг. 2 показан вид сверху на крышку.
На разрезе фиг. 1 показаны корпус крышки 1 с фланцем 2, в котором выполнены отверстия для установки моющего опуска 3, подвеса 4 для транспортировки крышки, внутренняя труба 5 опуска с подводом подачи моющего раствора в нее, опуск 6 для подачи пара в зону нижнего сливного клапана цистерны (на фиг. 2 клапан не показан), наружная труба 7 моющего опуска 3 для подачи воздуха внутрь цистерны, снабженная соплами 8, разъем 9, соединяющий нижнюю часть 10 внутренней трубы моющего опуска с верхней частью ее. На нижней части внутренней трубы опуска установлен гидромеханический насадок 11 и шаровой клапан 22 для подвода моечного раствора к моечным машинкам 12, 14, снабженным соответственно соплами 13 и 15, положение моечных машинок изменяется двухступенчатым редуктором 16, соединенным с редуктором 17 карданной передачей 21. На фланце 2 крышки установлено приспособление 18 для сброса избыточного давления в цистерне, выполненное в виде вертикального лабиринта, внутри которого может быть размещено приспособление для открытия нижнего сливного клапана цистерны (не показано), а также стяжки 19 для крепления крышки к корпусу цистерны. На фиг. 1, кроме вышеперечисленных узлов, показаны эластичное уплотнение 20, приспособление ввода пара 23 и тройник 24 для распыления направления подачи пара.
На фиг. 2 показано относительное размещение основных конструктивных узлов крышки технологической. На ней показаны: втулка 25 для крепления моющего опуска 3, фланец 26 для крепления опуска 6, заглушка 27, вместо которой может быть установлено устройство верхнего слива (УВС), крепление 28 стяжек 19, двухступенчатый редуктор 17, приспособление 18 для сброса избыточного давления в цистерне.
Конкретное использование крышки технологической зависит от назначения цистерны, от какого по составу и свойствам нефтепродукта ее необходимо отмыть и выбранного режима мойки.
Рассмотрим реализацию работы крышки технологической для комплексной обработки внутренней поверхности котла железнодорожной цистерны от высоковязких нефтепродуктов. После установки железнодорожной цистерны и открытия крышки горловины и осмотра характера загрязнений осуществляют выбор режима отмывки и конструкции моечных машинок. В результате исследований, проведенных в Компании «Чистые технологии», было установлено, что режим мойки (концентрация раствора технического моющего средства, время мойки, направление моющих струй внутри цистерны, а также сам характер загрязнения) в основном зависит от вида перевозимого нефтепродукта.
При перевозке жидких углеводородов, например бензинов, достаточно иметь концентрацию моющего раствора 1,5-2,5 вес. % и достаточно одной конструкции моечной машинки, а время мойки составит 5-15 мин в зависимости от количества загрязнений. При перевозке же вязких нефтепродуктов (мазутов, битумов и др.) концентрация моющего раствора составит 2,5-3,5 вес. %, при этом возрастает время мойки или температура моющего раствора, а сам процесс мойки необходимо осуществлять различными по конструкции моечными машинками, причем давление струй должно быть в пределах 1, 0 до 3,0 МПа.
В случае значительного количества загрязнений возможно перед мойкой осуществлять предварительный нагрев, который осуществляется пропаркой или другими методами, способствующими отслоению загрязнений за счет снижения вязкости.
Перед установкой технологической крышки 1 на горловину цистерны к фланцу 2 крышки с помощью втулки 28 крепится моющий опуск 3, представляющий собой конструкцию труба в трубе, т.е. внутреннюю трубу 5 и наружную трубу 7, нижняя часть 10 внутренней трубы опуска крепится в разъемном узле 9, и на нее устанавливают насадок 11 с шестерней редуктора 16, соединенного карданной передачей 21 с редуктором 17, установленным на фланце 2 крышки. Выбор моечных головок 12 и 14 осуществляют в данном примере из расчета обеспечения давления моющих струй 2,0-3,0 МПа. Во фланец 26 устанавливают пропарочный опуск 6. Затем при помощи грузоподъемного механизма, снабженного пневмоприводом, и подвеса 4 крышку перемещают к горловине цистерны. Для достижения строго вертикального положения ее предусмотрена возможность отрегулировать положение подвеса 4. Крышка устанавливается в отверстие горловины железнодорожной цистерны таким образом, чтобы отверстия для крепления фланцев крышки и горловины совпадали. Конструкция эластичного уплотнения 20 крышки 1 обеспечивает надежную герметизацию горловины железнодорожной цистерны. Огневую защиту технологической крышки от образования искр осуществляет алюминиевое или медное кольцо, расположенное в корпусе крышки. Положение крышки в горловине фиксируется стяжками 19 и креплениями 28.
После установки технологической крышки на горловину котла цистерны к внутренней трубе 5 моющего опуска и опуску для подачи пара подсоединяют шланги для подачи моющего раствора, а к наружной трубе 7 моющего опуска присоединяют шланг для подачи воздуха в межтрубное пространство. С устройства 18 отвода избыточного давления в цистерне снимают заглушку. Цистерна готова к отмывке от остатков нефтепродуктов.
В случае необходимости проводят вентиляцию внутреннего объема цистерны, для чего подают в нее через наружную трубу 7 и сопла 8 воздух в течение необходимого времени.
Учитывая высокую вязкость отложений, перед осуществлением мойки осуществляют пропарку паром, полученным в парогенераторе, а затем (возможно и одновременно) осуществляют отмывку боковых стенок цистерны. Отмывку проводят в три стадии. На первой стадии моющий раствор, имеющий концентрацию 3,0 вес. % (он приготавливается в соответствующем модуле (не показан)), подают во внутреннюю трубу 5, на насадке 10 которой установлены моющие машинки 12, 14, снабженные соплами 13, 15 соответственно.
На первой стадии мойки моющий раствор, посредством шарового клапана 22 поступает в машинку 14, снабженную соплами 15, расположенными таким образом, чтобы обеспечить мойку наиболее загрязненной донной части железнодорожной цистерны. В качестве технического моющего средства используется ОБИСМ. Давление струи обеспечивают в пределах 2,0-3,0 МПА. Время мойки составляет 15-20 мин. Температура раствора 60-70°С. При мойке внутри цистерны возникает избыточное давление, под действием которого моющий раствор через отверстие в крышке попадает в лабиринт 18, представляющий вертикальную емкость, разделенную по высоте горизонтальными перегородками, расположенными навстречу друг другу. В результате энергия струи гасится, а потери моющего раствора снижаются и выводятся из зоны нахождения обслуживания обслуживающего персонала.
Затем с помощью редуктора 17, соединенного карданной передачей 21 с редуктором 16, соединенным с насадком 11, поворачивают моечные машинки таким образом, чтобы внизу оказалась моечная машинка 12, снабженная соплами 13, расположенными под другими углами, чем в моечной машинке 14, и проводят заключительную стадию отмывки. Режим мойки аналогичен вышеприведенному, а время мойки составляет 5-7 мин.
В процессе мойки, как правило, осуществляют слив загрязненного моющего раствора из котла цистерны через нижний клапан ее. Открытие его осуществляется за счет специального приспособления, которое может быть размещено в лабиринте 18. Однако при неисправности нижнего клапана удаление загрязненного моющего раствора можно осуществить путем повторной пропарки паром с более высоким давлением и температурой посредством тройника 24, установленного на торце опуска 6.
Однако при неисправности нижнего клапана удаление загрязненного моющего раствора можно осуществить через устройство верхнего слива (УВС), устанавливаемого в отверстие 27 в крышке 1 технологической, которое предназначено для установки УВС.
После окончания мойки внутренней поверхности котла цистерны и слива загрязненного моющего раствора осуществляют сушку внутренней поверхности цистерны. Она осуществляется путем подачи горячего воздуха, имеющего температуру не менее 70°С, через межтрубное пространство между внутренней 5 и наружной трубой 7 посредством сопел 8. Часть воздуха поступает во внутреннюю полость цистерны через отверстия, выполненные в наружной трубе 7. В случае выхлопа горячий воздух через лабиринт 18 и подсоединенный к нему шланг удаляется из зоны нахождения обслуживающего персонала. Загрязненный моющий раствор поступает в модуль его очистки и далее в модуль приготовления моющего раствора или непосредственно возвращается в процесс мойки (в зависимости от его конечной концентрации).
К преимуществам предлагаемого технического решения следует отнести удобство в эксплуатации, комплексность и непрерывность последовательности проведения отдельных операций обработки внутренней поверхности котла железнодорожных цистерн, а также автоцистерн и других емкостей от различных видов нефтепродуктов независимо от их вида, количества и реальной ситуации, возникающей в процессе обработки.
В настоящее время изготовлена техническая документация, которая будет передана Заказчику для изготовления нескольких крышек технологических для комплексной обработки внутренней поверхности цистерн. После проведения опытно-промышленных испытаний будет осуществлено широкое внедрение технологических крышек на железной дороге. Внедрение предлагаемого изобретения планируется во второй половине 2017 г.