УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА НЕФТИ ПРИ СЛИВЕ
DEVICE FOR OIL HEATING DURING DRAINAGE

Изобретение относится к нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, энергетической промышленностям, в частности к тепловым воздействиям на нефть и нефтепродукты при их сливе из хранилищ.
Известно устройство для нагрева нефти при сливе, содержащее резервуар, источник СВЧ-энергии, волновод, сливной прибор (см. например, патент РФ №2103211, кл. B65D 88/74, F17D 1/18. Бочкарев Д.А., Васильев Э.Г., Еремеев А.Г. Способ разогрева в емкости загустевших продуктов и устройство для его осуществления. Опубл. 27.01.1998 г.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве разогревается весь объем нефти в резервуаре. Однако скорость нагрева при увеличении времени для изменяющейся температуры нефти по экспоненциальному закону значительно меньше скорости в начале нагрева. Поэтому общее время нагрева увеличивается.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для нагрева нефти при сливе, содержащее резервуар, источник СВЧ-энергии, волновод, радиопоглощающий материал, металлический экран, сливной прибор, радиопрозрачную прокладку, зазоры между радиопоглощающим материалом (см., например, патент РФ №2171954, кл. F17D 1/18. Монолаков В.А., Юдин В.В., Фарисей И.А. Способ нагрева нефти при сливе. Опубл. 10.08.2001 г. Бюл. №22), принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве температура потока нефти на входе в сливной прибор в поперечном сечении одинаковая.
Сущность изобретения заключается в следующем. Нефть, нагретая известным устройством в резервуаре источником СВЧ энергии перед сливным прибором, имеет одинаковую температуру слоев в поперечном сечении сливного прибора. Скорость слива определяется температурой нефти вдоль стенок сливного прибора. Так, при транспортировании нефти по трубопроводам нагревают внешнюю оболочку трубопровода, что приводит к минимальным затратам энергии нагрева без потери скорости транспортирования.
Для получения заданного распределения температуры в резервуаре необходимо перераспределить мощность источника СВЧ энергии в объеме резервуара перед поступлением нефти в сливной прибор так, чтобы мощность, нагревающая нефть с образованием скользящего слоя вдоль стенок сливного прибора, была больше, а мощность, направленная на нагрев потока нефти в центре сливного прибора, была меньше.
Избирательный нагрев нефти перед сливным прибором можно выполнить путем конструктивного решения за счет придания радиопоглощающему материалу, нагреваемому поглощенной СВЧ энергией, заданной формы, например боковой поверхности усеченного конуса. Поверхность радиопоглощающего материала выполнена с зазорами для прохода СВЧ энергии во внутренний объем конуса для нагрева формируемого центрального потока нефти. Основания конуса открыты для свободного прохода нефти и меньшее основание конуса расположено в непосредственной близости от сливного прибора. Излучатель источника СВЧ энергии выполнен в виде отрезка волновода, выход которого герметизирован радиопрозрачным материалом и расположен в непосредственной близости от радиопоглощающего материала. Соотношение между температурой нефти внутри объема, ограниченного радиопоглощающим материалом, и температурой нефти скользящего слоя вдоль стенок радиопоглощающего материала, достигается путем подбора величины зазора и диэлектрических характеристик радиопоглощающего материала, а именно относительной диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ, определяющих поглощаемую материалом греющую мощность. Температура в центре потока нефти, ограниченного по краям радиопоглощающим материалом, должна быть ниже температуры нефти вдоль стенок радиопоглощающего материала.
Так как мощность излучения в среде распространения уменьшается с удалением от источника СВЧ энергии, то для равномерного нагрева радиопоглощающий материал вращается вокруг оси симметрии. Вращение осуществляется электроприводом с редуктором. Электропривод соединен с ведущим колесом редуктора валом через отверстие в корпусе резервуара. Сальник в месте прохода вала в отверстии обеспечивает герметичность резервуара.
Радиопоглощающий материал выполнен в форме спиральной полосы и крепится стержнями к ведомому колесу редуктора в нижней части основания и к обечайке в верхней части основания. Крепление радиопоглощающего материала между основаниями осуществляется к спиральной металлической ленте по краю с внешней нижней стороны, причем наружный край спиральной металлической ленты лежит в плоскости боковой поверхности усеченного конуса, а плоскость спиральной ленты перпендикулярна оси вращения конуса. Между нижним краем полосы радиопоглощающего материала и верхним краем спиральной металлической ленты выполняют зазор для нагрева нефти СВЧ энергией внутри конуса. Нефть поступает вовнутрь конуса через верхнюю обечайку и через зазор, тем самым, обеспечивается поступление нефти к сливному прибору при любом ее уровне в резервуаре.
В результате вращения нефть внутри объема, ограниченного радиопоглощающим материалом, увлекается спиральной металлической лентой к сливному прибору. Внутренний край спиральной металлической ленты остается холодным, таким образом, обеспечивается необходимое сцепление спиральной металлической ленты с нефтью внутри конуса для принудительного перемещения нефти к сливному прибору. Подбором угловой скорости вращения спиральной металлической ленты можно изменять количество подаваемой нефти в сливной прибор. Увеличивая скорость вращения, увеличивается и количество сливаемой нефти, что приведет к остыванию потока нефти в центре сливного прибора и наоборот. Таким образом, можно добиться оптимального соотношения между скоростью слива и угловой скоростью вращения. Все металлические части устройства заземлены для исключения вихревых токов.
Металлический экран предназначен для уменьшения границ объема нагреваемой нефти, тем самым время слива уменьшается.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении времени слива нефти при неизменной мощности СВЧ источника за счет формирования в ограниченном объеме резервуара градиента температуры в поперечном сечении потока нефти в непосредственной близости от сливного прибора. По краям потока образуется скользящий слой нефти с температурой, превышающей температуру в центре потока.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для нагрева нефти при сливе, содержащее резервуар; источник СВЧ энергии; волновод, соединенный с выходом источника СВЧ энергии и направленный открытым концом во внутренний объем резервуара; радиопоглощающий материал; металлический экран, расположенный над радиопоглощающим материалом; сливной прибор в нижней стенке резервуара и расположенный в непосредственной близости от волновода со стороны открытого конца; радиопрозрачную пластину, закрепленную в открытом конце волновода; зазор, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены электропривод; вал; сальник; обечайка; редуктор с ведущим и ведомым колесами; стержни; спиральная металлическая лента, причем наружный край спиральной металлической ленты лежит в плоскости боковой поверхности усеченного конуса и плоскость спиральной металлической ленты перпендикулярна оси вращения конуса, а меньшее нижнее основание конуса расположено в непосредственной близости от сливного прибора; и радиопоглощающий материал закреплен по краю спиральной металлической ленты с внешней нижней стороны в виде полосы; и плоскость полосы радиопоглощающего материала лежит в плоскости боковой поверхности усеченного конуса, а нижний край полосы радиопоглощающего материала и верхний край спиральной металлической ленты разделяет зазор; и стержни крепят обечайку, расположенную в верхнем большем основании конуса, и спиральную металлическую ленту с радиопоглощающим материалом к ведомому колесу редуктора, и ведущее колесо редуктора соединено валом с электроприводом через сальник в стенке резервуара.
На фигуре приведена схема устройства для нагрева нефти при сливе. Устройство содержит резервуар 1, источник СВЧ энергии 2, волновод 3, радиопоглощающий материал 4, металлический экран 5, сливной прибор 6, радиопрозрачную пластину 7, зазор 8, спиральную металлическую ленту 9, стержни 10, обечайку 11, редуктор 12 с ведомым колесом 12.1 и ведущим колесом 12.2, электропривод 13, вал 14, сальник 15.
Устройство работает следующим образом.
При включении источника СВЧ энергии излучение по волноводу 3 через изолирующую радиопрозрачную пластину 7 поступает во внутренний объем резервуара 1 с нефтью. Металлический экран 5 уменьшает проникновение СВЧ энергии за пределы выделенного объема, ограниченного металлическим экраном 5, днищем резервуара 1 и противоположной от волновода поверхностью радиопоглощающего материала 4. Включается электропривод 13, который приводит во вращение валом 14 ведущее колесо 12.1 редуктора 12. Сальник 15 предотвращает утечку нефти в отверстии для вала 14 в стенке резервуара 1. Ведущее колесо 12.2 вращает ведомое колесо 12.1 и закрепленное на нем стержнями 10 обечайку 11 и спиральную металлическую ленту 9 с радиопоглощающим материалом 4. Спиральная металлическая лента 9 одновременно крепится к обечайке 11. Нефть с низкой температурой из общего объема резервуара 1 поступает во внутрь объема, ограниченного радиопоглощающим материалом через зазоры 8 и через обечайку 11. Радиопоглощающий материал 4 нагревается энергией СВЧ источника 2 и передает тепло пограничному слою нефти около его поверхности. Нагретый слой нефти начинает стекать к стенкам сливного прибора 6. Внутри объема, замкнутого радиопоглощающим материалом 4, нефть нагревается до меньшей температуры, чем у поверхности радиопоглощающего материала 4, и увлекается спиральной металлической лентой к сливному прибору 6. В результате в сливном приборе 6 образуется слой нефти с улучшенным скольжением вдоль стенок и поток менее нагретой нефти по центру. Время слива при неизменной мощности нагрева уменьшается, так как температура скользящего слоя нефти увеличивается. Подбором угловой скорости вращения редуктора 12 можно добиться максимальной скорости слива нефти из резервуара 1. Регулировку оптимальной скорости слива осуществляют изменением угловой скорости вращения редуктора 12. Увеличение скорости приводит к уменьшению температуры нефти внутри объема, ограниченного радиопоглощающим материалом 4, и к уменьшению скорости слива. Уменьшение скорости вращения редуктора 12 приводит к увеличению температуры нефти внутри объема, ограниченного радиопоглощающим материалом 4, но к уменьшению скорости слива. Подбором угловой скорости вращения редуктора 12 можно добиться максимальной скорости слива нефти из резервуара 1.