Установка дегазации цистерн для перевозки жидкого аммиака

Полезная модель относится к устройствам для подготовки к ремонту и техническому освидетельствованию цистерн для перевозки и хранения жидкого аммиака и может быть использована в химической промышленности.
Из уровня техники известна «Установка для удаления газов из цистерн», по патенту на изобретение RU 2366520 от 10.09.2009 г., МПК В08В 9/08, правообладатель ГОУ ВПО "Уральский государственный университет им. A.M. Горького" (RU).
Изобретение относится к устройствам для подготовки к ремонту и/или техническому освидетельствованию цистерн для перевозки и хранения сжиженных нефтяных газов (бутан, пропан, их смесь и др.) и может быть использовано для этих же целей при эксплуатации емкостей (цистерн, резервуаров и контейнеров), предназначенных для перевозки или хранения других углеводородных продуктов и продуктов химической промышленности, например аммиака, метанола, этанола и т.д. Оно обеспечивает упрощение конструкции, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, снижение выбросов вредных газов в атмосферу, улучшение экономических показателей. Установка содержит компрессор, соединенную с всасывающим патрубком компрессора линию для отвода газов из цистерны, охладитель и бак-сборник жидкой пропан-бутановой смеси. Компрессор выполнен гидроприводным с масляным насосом, двигателем и маслопроводами, причем всасывающие клапаны компрессора установлены с возможностью принудительного открывания и закрытия.
Недостатком известного решения являются высокие энергозатраты, вследствие наличия большого количества движущегося оборудования. При этом, сжижение газов предполагает возврат сжиженной фазы в резервуары хранения, что может повлечь поступление в резервуары хранения загрязненного продукта из цистерны.
Известна «Установка слива и дегазации емкостей для сжиженных углеводородных газов», по патенту на изобретение RU 2650246 от 11.04.2018, МПК F17C 7/00, правообладатель Курочкин Андрей Владиславович (RU).
Изобретение относится к установкам слива и подготовки емкостей для сжиженных углеводородных газов к обслуживанию и ремонту и может быть использовано в нефтегазовой отрасли и на транспорте. Предлагаемая установка соединена с буферной и дегазируемой емкостями и включает блок получения азота, компрессорный блок и блок дегазации. Блок дегазации состоит из узлов сжижения и адсорбционной очистки. При работе установки на первой стадии из опорожняемой емкости сначала с помощью компрессорного блока СУГ передавливают или откачивают в буферную емкость, а затем откачивают пары СУГ под слой жидкости. На второй стадии, осуществляемой после достижения в емкости нормативного давления, из блока получения азота в дегазируемую емкость подают азот, а смесь паров СУГ и азота с помощью компрессорного блока подают в узел сжижения, где охлаждают, конденсируют и сепарируют с получением СУГ, который подают в буферную емкость, и обедненной смеси паров СУГ и азота, которую направляют в узел адсорбционной очистки, из которого в линию подачи азота направляют очищенный газ, а газ регенерации, получаемый при регенерации адсорбента, направляют в компрессорный блок.
Установка предполагает обработку цистерны в несколько стадий, что аппаратурно усложняет процесс и предполагает разработку целого регламента многостадийного опорожнения цистерны. В данной установке применены методы извлечения, сжижения, затем продувки азотом, что предполагает большое количество энергопотребляющего оборудования, что в конечном итоге ведет к увеличению энергозатрат.
Известен «Способ подготовки железнодорожного вагона-цистерны к ремонту или наливу сжиженного углеводородного газа и устройство для его реализации», по патенту на изобретение RU 2633917 от 19.10.2017, МПК В08В 9/08, правообладатель Акционерное общество "СГ-транс" (RU).
Изобретение раскрывает устройство для подготовки железнодорожного вагона-цистерны к ремонту или наливу сжиженного углеводородного газа, содержащее средство для подачи инертного газа с резинотканевым рукавом, трубопровод с отводным резинотканевым рукавом для подключения к сливо-наливному вентилю вагона-цистерны, газоанализатор и измеритель давления, предназначенные для подключения к соответствующим вентилям контроля вагона-цистерны, причем оно снабжено вентилем и рассеивателем инертного газа, которые соединены между собой патрубком, вход вентиля подключен к резинотканевому рукаву, а патрубок соединен с рассеивателем инертного газа посредством фланцевого соединения, рассеиватель инертного газа представляет собой полый цилиндр с заглушкой и с отверстиями в стенке, расположенными в шахматном порядке по всей его длине, причем выполнен он из материала не образующего искр.
В описанном решении применено устройство специального изготовления. При отсутствии чертежей для изготовления, данное устройство не является универсальным. Его невозможно применить на любых предприятиях, на которых обращаются цистерны сжиженных газов, что в свою очередь приводит к ограничению сферы использования изобретения.
Известна «Установка дегазации цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов», по патенту на полезную модель RU 126635 от 10.04.2013, МПК В08В 9/00, правообладатель Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "ГЕЛИЙМАШ" (ОАО "НПО "ГЕЛИЙМАШ") (RU), Открытое акционерное общество "СГ-транс" (ОАО "СГ-транс") (RU).
Патент раскрывает установку дегазации цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов (СУГ), включающую цистерну для перевозки СУГ, устройство для производства рабочего тела - азота, сборник конденсата, газоанализатор, подводящие и отводящие трубопроводы, контрольно-регулирующую и запорную арматуру, причем, в качестве устройства для получения рабочего тела используется адсорбционная азотная установка, соединенная подводящим трубопроводом с цистерной и подпитывающим трубопроводом - с отводящим трубопроводом, на котором установлены: теплообменник предварительного охлаждения, теплообменник-конденсатор холодильной машины, фильтр-сепаратор и сборник СУГ, причем теплообменник предварительного охлаждения соединен трубопроводом с паровой зоной фильтра-сепаратора, а жидкостная зона теплообменника-конденсатора соединена с трубопроводом отвода жидкости из фильтра-сепаратора в сборник СУГ, соединенный сливным трубопроводом с цистерной.
Недостатком известного решения является его сложность и высокая энергозатратность, в силу использования большого количества энергопотребляющего оборудования.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка простой и эффективной установки дегазации цистерн для перевозки жидкого аммиака. С одной стороны, установка позволяет безопасно опорожнить цистерну и подготовить ее к ремонту, а с другой стороны, безопасно транспортировать полученный при дегазации сырьевой продукт в производственный цех для участия в непрерывном технологическом процессе. Уникальность установки заключается в том, что она легко может быть интегрирована в технологический процесс на любом предприятии, использующем аммиак и имеющем азот и пар технических параметров таким образом, что весь полезный продукт, полученный при дегазации цистерны полностью расходуется в качестве сырьевого компонента в процессе получения конечного товарного продукта производства, что в конечном итоге повышает экологичность и экономичность предприятия в целом.
Технический результат при использовании полезной модели проявляется в снижении энергозатрат на эксплуатацию установки.
Технический результат достигается тем, что установка дегазации цистерн для перевозки жидкого аммиака, включающая цистерну, адсорбционную азотную установку, трубопроводы, контрольно-регулирующую и запорную арматуру, снабжена испарителем, установленным после цистерны таким образом, что зона газовой фазы испарителя на входе соединена трубопроводом с цистерной, зона жидкой фазы испарителя на входе соединена трубопроводом с устройством для производства рабочего тела-пара, при этом зона жидкой фазы испарителя на выходе соединена трубопроводом с конденсатоотводчиком, а зона газовой фазы испарителя на выходе соединена с технологическим трубопроводом, выполненным с возможностью интеграции в технологическую линию непрерывного производства конечного товарного продукта, причем испаритель оснащен датчиком температуры, датчиком-уровнемером, дренажной линией и предохранительным клапаном. Также установка может быть снабжена дополнительным испарителем, выполненным аналогично и установленным параллельно.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фигуре 1 представлена схема установки дегазации вагонов-цистерн для перевозки жидкого аммиака, где
1 - железнодорожная цистерна;
2, 3 - испаритель
4 - адсорбционная блочно-модульная станция
5 и 6 - датчики уровнемеры LT;
7 - регулирующий клапан LV;
8 - трубопровод подачи азотно-аммиачной смеси;
8.1 и 8.2 -нижние патрубки, 8.3 - байпасная линия;
9 - парокотельная установка в составе технологического процесса.
10 - трубопровод подачи пара
10.1 и 10.2 - верхние патрубки, 10.3 - байпасная линия
11 - трубопровод отвода конденсата;
11.1 и 11.2 - нижние патрубки, 11.3 - байпасная линия;
12 - объединенный трубопровод;
12.1 и 12.2 - трубопроводы
13 и 14 - дренажная линия;
13.1 и 14.1 - запорная арматура
15 и 16 - датчики температуры подаваемого пара ТТ
17 - трубопровод подачи газообразного азота;
18 - технологический цех
19 - конденсатоотводчик
20 - регулирующий клапан TV;
21.1 и 21.2 - сбросной пружинный предохранительный клапан.
Установка состоит из испарителя 2 и испарителя 3, подключаемых к железнодорожной цистерне 1 посредством трубопровода подачи азотно-аммиачной смеси 8 через нижние патрубки 8.1 и 8.2. Испарители 2 и 3 связаны с адсорбционной блочно-модульной станцией 4 посредством трубопровода подачи газообразного азота 17, с парокотельной установкой 9 посредством трубопровода подачи пара 10 через верхние патрубки 10.1 и 10.2. Передача разогретой азотно-аммиачной смеси в технологическую схему осуществляется через трубопроводы 12.1 и 12.2 и объединенный трубопровод 12, к технологическому цеху 18. Через нижние патрубки 11.1 и 11.2 к испарителям 2 и 3 подсоединен трубопровод отвода конденсата 11, на котором установлен конденсатоотводчик 19 и смонтирована байпасная линия 10.3 для обслуживания и возможности демонтажа конденсатоотводчика 19. На трубопроводе подачи азотно-аммиачной смеси 8 установлен регулирующий клапан LV 7, для возможности обслуживания и демонтажа которого смонтирована байпасная линия 8.3. На трубопроводе подачи пара 10 установлен регулирующий клапан TV 20, для демонтажа и обслуживания которого предусмотрена байпасная линия 10.3. На испарителе 2 и испарителе 3 установлены датчики температуры ТТ 15 и 16 соответственно, а также выполнены дренажные линии 13 и 14 с установкой запорной арматуры 13.1 и 14.1 соответственно. В выносной колонке, на корпусах испарителей 2 и 3, установлены датчики-уровнемеры LT 5 и LT 6 соответственно. Для защиты испарителей 2 и 3 от превышения допустимого давления и возникновения аварийных ситуаций, на них установлены сбросные пружинные предохранительные клапаны (типа СППК позиция PSV) 21.1 и 21.2С Установка работает следующим образом:
Азот из блочно-модульной станции 4 по трубопроводу подачи газообразного азота 17 подается в железнодорожную цистерну 1, предназначенную для транспортировки жидкого аммиака. Транспортировка газовой смеси из железнодорожной цистерны 1 происходит за счет передавливания газообразным азотом, при давлении 0,7 МПа и температуре 120°С.
Образовавшаяся в цистерне 1 азотно-аммиачная смесь, содержащая 94,5% азота и 5,5% аммиака, в количестве 2264 кг/ч, по трубопроводу подачи азотно-аммиачной смеси 8, через нижние патрубки 8.1, 8.2, подается в испарители 2 (3) при давлении 0,7 МПа.
Регулирующий клапан LV 7 регулирует поступление газовой фазы в испарители, в случае проскока жидкой фазы происходит регулирование подачи пара с целью скорейшего и наиболее полного испарения азотно-аммиачной смеси в испарителях 2, 3. Контроль наличия жидкой фазы в испарителях позволяет гарантировать подачу газовой фазы в цех и исключить подачу жидкого аммиака. В межтрубном пространстве испарителя 2, 3 смесь нагревается от температуры +35,52°С до +41,65°С за счет тепла сконденсировавшегося в трубном пространстве пара. Пар с параметрами 170°С, 0,7 МПа, подается в испарители 2 (3) от парокотельной установки 9 через регулирующий клапан 20 и патрубки 10.1 и 10.2. Температура пара на выходе из испарителя составляет 90°С. Отработанный пар отводится через патрубки 11.1 и 11.2, трубопровод отвода конденсата 11 и конденсатоотводчик 19 в общую систему сбора конденсата предприятия. Подогретая в испарителях азотно-аммиачная смесь поступает в трубопроводы 12.1 и 12.2 и далее в объединенный трубопровод 12 для транспортировки в технологический цех 18, где подается в технологическое оборудование для производства товарного продукта, например, азотных удобрений. Испарители 2 и 3 оснащены дренажными линиями 13 и 14 для опорожнения и запорной арматурой на них 13.1 и 14.1. На каждом испарителе предусмотрен контроль температуры датчиками температуры подаваемого пара ТТ 15 и 16, контроль уровня жидкости датчиками уровнемерами LT 5 и 6, а также установлены сбросные пружинные предохранительные клапаны 21.1 и 21.2. В случае снижения температуры в испарителях 2 и 3 возникает вероятность проскока жидкой фазы в объединенный трубопровод 12, подающий смесь в технологический цех 18. В этом случае увеличивается подача пара в испарители 2 и 3. Контроль осуществляется посредством снятия показаний с датчиков уровнемеров LT 5 и 6. В случае увеличения давления в испарителях выше установленного значения, срабатывают сбросные пружинные предохранительные клапаны 21.1 и 21.2. Эти клапаны являются аварийными и срабатывают только в случае необходимости сброса избыточного давления из аппаратов (с целью сохранности оборудования). Установка работает в автоматическом режиме.
Предложенное техническое решение позволяет использовать уже имеющиеся в распоряжении предприятия ресурсы, такие как азот и пар, что приводит к снижению энергозатрат на эксплуатацию установки. За счет интеграции предложенной установки в непрерывный технологический процесс производства, происходит превращение опасных веществ, извлеченных из цистерны в целевой продукт, который сразу используется в качестве сырьевого компонента в непрерывном технологическом процессе, минуя стадию хранения. Предложенное техническое решение исключает капитальные затраты на организацию емкостей для сбора и хранения, исключает необходимость организации буферных емкостей.
В результате использования в технологическом процессе «мертвого» остатка продукта расходные нормы производства улучшаются, что, в свою очередь, улучшает экономические показатели деятельности, снижает расходные нормы производства, позволяет производить очистку цистерн без использования систем утилизации (например, сжигания) и тем самым повышает экологичность производства.