НАЗЕМНОЕ БИТУМОХРАНИЛИЩЕ

Полезная модель относится к области строительства автомобильных дорог, в частности к хранению и нагреву битума.
Хранение битума осуществляется в подземных или наземных битумохранилищах.
Известны подземные битумохранилища ямного типа с различными видами нагревательных элементов в которых догрев и забор битума осуществляется в приямке, заполняемом через донную течку из хранилища, а обезвоживают битум в котлах выпаривания (см. Дубровин Е.Н. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1975, 351 с, стр. 86).
3
Известно наземное битумохранилище в котором догрев и забор битума осуществляется в скоростном донном нагревателе с мощностью нагревателей до 650-1200 кВт при объеме хранилища 1000 м (см. Низиков В.И. Стальные битумохранилища / Наука и техника в дорожной отрасли - М: Дороги, №3, 2000, с. 36).
Наиболее близким техническим решением является наземное битумохранилище, содержащее нагревательные элементы, две заборные трубы и битумный насос (Патент RU №2198256 Ε01С 19/08, С10С 3/12 Опубл. 10.02.2003 Бюл. №4). Догрев и забор битума осуществляется в сферическом или усеченно-пирамидальном металлическом кожухе, установленном на днище наземного битумохранилища.
Недостатками данного нагрева и забора битума из наземного битумохранилища являются:
- большие внешние потери в окружающую среду, так как значительная часть тепла передается через металлический кожух, особенно через верхнюю его часть, что приводит к разогреву всей массы битума в емкости;
- малая производительность битумохранилища, так как при заборе нагретого битума из верхней части под кожухом, происходит медленное его заполнение ввиду небольшой температуры битума (60-70°С) в области заборных отверстий;
- невысокая надежность, так как при случайном превышении предельно допустимой производительности, то есть при быстром заборе нагретого битума и не заполнении этого объема через нижние и центральное отверстия в кожухе, в верхней части образуется вакуумное пространство, что приводит к резкому увеличению давления массы верхнего слоя битума на поверхность кожуха и может вызвать его разрушение.
3
2
т
Следует отметить, что энергозатраты даже после выхода наземного хранилища на нормальный (повседневный) рабочий режим значительны и полностью расходуются на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду. Тепловые энергопотери прямо пропорциональны площади поверхности наземного битумохранилища (при объеме V=1000 м площадь S=1000 м) разности температур битума и воздуха, то есть Δt=60-80°С, коэффициенту теплопроводности k=1-5 ккал/(м·град·час), который зависит от теплоизоляции и коэффициента теплоотдачи от поверхности битумохранилища, которая существенно зависит от скорости ветра, а также длительности хранения битума. Следовательно, даже незначительное снижение температуры битума в хранилище при сохранении его работоспособности позволит существенно уменьшить энергозатраты за счет уменьшения тепловых потерь в окружающую среду.
Задачей полезной модели является уменьшение энергетических затрат на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду за счет снижения температуры всей массы битума в хранилище вне кожуха, повышение производительности битумохранилища за счет минимизации отдачи тепла от поверхности кожуха и дополнительного подогрева битума в локальных областях и заборных отверстий и его забора под кожух, а также повышение надежности за счет исключения возможности возникновения вакуумного пространства в области забора нагретого битума.
Сущность полезной модели заключается в том, что наземное битумохранилище содержит емкость битумохранилища с нагревателями на его днище, заборные трубы и битумный насос, металлический кожух сферической или усеченно-пирамидальной формы с заборными отверстиями в нижней части и центральным отверстием в верхней, причем металлический кожух в верхней части имеет термостойкие плиты с очень малым коэффициентом теплопроводности, на днище хранилища между внутренней поверхностью емкости и наружной поверхностью кожуха напротив заборных отверстий установлены дополнительные нагреватели, прикрытые сверху металлическими козырьками на ножках, а центральное отверстие кожуха имеет запорный клапан с поплавком и проходную трубу для сообщения с атмосферой.
Технический результат.
Снижение температуры всей массы битума в хранилище вне кожуха позволяет сократить внешние потери и затраты энергии на их компенсацию.
Предварительный нагрев битума в локальных областях под козырьками позволит увеличить начальную температуру битума, попадающего под кожух, тем самым сократить время нагрева и увеличить производительность хранилища.
Сообщение кожуха с атмосферой посредством трубы в верхней его части позволит исключить образование вакуума при откачке и нарушить целостность конструкции.
Указанная задача достигается:
- выполнением верхней части поверхности кожуха из термостойких плит с малым значением коэффициента теплопроводности, что позволит существенно уменьшить передачу тепла в верхний слой хранилища от нагретого битума под кожухом через его поверхность;
- установкой дополнительных нагревателей на днище между нижней частью кожуха и внутренней поверхностью хранилища с наклонными козырьками над ними, что обеспечивает догрев и движение основной массы догреваемого битума под кожух;
- размещением в области возможного возникновения вакуумного пространства при откачке нагретого битума нижней части проходной трубы с запорным клапаном и поплавком.
Такое конструктивное решение позволит снизить температуру всей массы битума над кожухом, а, следовательно, значительно сократить энергозатраты на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду и повысить полезное использование выделенного тепла.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вертикальный разрез наземного битумохранилища, а на фиг. 2 - вид сверху кожуха.
Битумохранилище содержит емкость хранилища 1 с установленными на днище нагревателями 2, кожух 3 сферической или усеченно-пирамидальной формы с термостойкими плитами 4 в верхней части, имеющими малый коэффициент теплопроводности, и центральным отверстием 5, оборудованным запорным клапаном с поплавком 6 и обеспечивающим сообщение посредством проходной трубы 7 с атмосферой, а также заборными отверстиями 8 для заполнения в нижней части, до полнительные нагреватели 9, прикрытые наклонными козырьками 10 на ножках, две заборные трубы: с верхним 11 и нижним (донным) 12 забором, выходы которых через трехходовой кран 13 подсоединены к откачивающему битумному насосу 14.
Полезная модель работает следующим образом.
При заполнении емкости 1 хранилища битум через заборные отверстия 8 поступает под кожух 3, заполняя пространство под ним и вытесняя воздух через центральное отверстие 5 и проходную трубу 7. При достижении битумом максимального уровня под кожухом 3 центральное отверстие 5 закрывается запорным клапаном за счет подъема поплавка 6. При необходимости забора нагретого битума из битумохранилища включаются нагреватели 2 под кожухом 3 и дополнительные нагреватели 9, установленные перед заборными отверстиями 8 и прикрытые наклонными козырьками 10 на ножках. Нагретый битум под кожухом 3 поднимается вверх за счет свободной конвекции и сосредотачивается в верхней части кожуха 3.
При заборе нагретого битума включается битумный насос 14 и через трехходовой кран 13 и заборную трубу 11 из верхней части объема, ограниченного кожухом 3, забирается битум. При этом забираемая масса нагретого битума восполняется за счет поступления подогреваемого битума дополнительными нагревателями 9 через заборные отверстия 8 в нижнюю часть под кожух 3. При этом объем нагреваемого битума под кожухом 3 должен быть больше забираемого объема нагретого битума. Если нарушены требования технических условий и производительность битумного насоса 14 высока, а объем поступающего подогретого битума через отверстия 8 под кожух 3 меньше объема забираемого нагретого битума, то в области заборного отверстия заборной трубы 11 может возникнуть разреженное пространство, что вызовет увеличение давления на поверхность кожуха 3. В этом случае открывается запорный клапан с поплавком 6 в нижней части проходной трубы 7 и нейтрализуется разряжение. После откачки необходимого объема нагретого битума цикл подогрева и дальнейшего забора повторяется.
Так как верхняя часть кожуха покрыта термостойкими плитами 4 с малым коэффициентом теплопроводности (например, фибролитовые плиты), то тепло от нагретого под кожухом 3 битума через его поверхность в верхние слои битума емкости отдается очень мало. Это позволяет существенно снизить температуру битума в верхних слоях емкости 1 (на 20-25°С), даже при длительном времени эксплуатации битумохранилища, а, следовательно, на 20-25% уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Известно, что энергозатраты на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду для наземных битумохранилищ особенно при слабой теплоизоляции составляют до 50%. Замена верхней части поверхности металлического кожуха 3 которая являлась пассивным нагревателем с температурой 100-120°С на термостойкие плиты 4 с малым коэффициентом теплопроводности, позволит существенно уменьшить передачу тепловой энергии в верхние слои битума емкости 1.
Выделяемое тепло дополнительными нагревателями 9 обеспечивает подогрев битума в локальных областях перед заборными отверстиями 8 под наклонными козырьками 10 и этот догретый битум почти полностью уходит под кожух 3 в период откачки, то есть при заборе нагретого битума из емкости 1. Такая технология предварительного нагрева битума перед кожухом 3 обеспечивает нагрев битума поступающего под кожух 3 с такой же температурой, а может быть и выше, как при металлической поверхности кожуха, но температура битума и в емкости и на наружной поверхности емкости снижена на 20-25°С. Это позволяет еще дополнительно снизить энергозатраты на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду. Затем битум под кожухом 3 догреваегся до температуры 100-110°С нагревателями 2.
Если забор нагретого битума из емкости 1 не производится, то система автоматического регулирования снижает подачу тепла через нагреватели 2 и 9 обеспечивая необходимое количество тепла на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду. Это тепло в основном передается от металлической (нижней) части кожуха 3 и частично от дополнительных нагревателей 9 и поверхностей наклонных козырьков 10.
Выполнение верхней части поверхности кожуха из термостойких плит с малым значением коэффициента теплопроводности в конструкции битумохранилища, введение дополнительных нагревателей, расположенных под козырьком для локального нагрева битума, поступающего под кожух, а также установка проходной трубы под кожух с заборным клапаном позволяет:
- существенно снизить энергозатраты на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду за счет снижения температуры битума в емкости вне кожуха, а, следовательно снижение температуры наружной поверхности емкости;
- повысить производительность битумохранилища и коэффициент полезного действия по энергопотреблению;
- увеличить эксплуатационную надежность, исключив возможность механического нарушения конструкции кожуха за счет внедрения проходной трубы с запорным клапаном.
Кожух по конструкции прост, стоимость его невелика и он может быть изготовлен силами работников АБЗ.