УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ ФАСОВАННЫХ ТВЕРДЫХ И ВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛИМЕРНО-МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ

Предлагаемое техническое решение относится к средствам строительной, дорожно-строительной техники и предназначено для подготовки к использованию в жидком виде фасованных твердых и вязких нефтепродуктов (нефтяных битумов, гудрона, нефтяных мастик, парафинов и т.д.), преимущественно полимерно-модифицированных битумов, например для приготовления полимерасфальтобетонных смесей, используемых в дорожном строительстве.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбрано устройство для плавления твердых и вязких нефтепродуктов, описанное в патенте на полезную модель RU 107530 U1, опубликованном 20.08.2011. Это устройство для плавления фасованных нефтепродуктов включает наружный теплоизолированный корпус, блок плавления, накопительную полость для сбора расплавленного нефтепродукта, расположенную ниже блока плавления, а также систему подводящих и отводящих трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Блок плавления содержит, по меньшей мере, один модуль плавления, в состав которого входят: приемная камера для размещения, по меньшей мере, одного блока нефтепродукта, промежуточный регистр труб циркуляции теплоносителя, расположенный ниже приемной камеры, и верхний регистр труб циркуляции теплоносителя, расположенный по вертикали между приемной камерой и промежуточным регистром. Упомянутая накопительная полость содержит разогревающий регистр труб циркуляции теплоносителя. Известное из RU 107530 U1 устройство плавления обеспечивает эффективное плавление фасованного нефтепродукта (нефтяного битума) и его приготовление для дальнейшего использования. Однако, известное из RU 107530 U1 устройство характеризуется рядом недостатков, в первую очередь пониженной эффективностью его использования при работе с полимерно-модифицированными битумами.
Полимерно-модифицированные битумы (ПМБ) изготавливаются на основе стандартных битумов дорожных. Для этого в расплавленный битум при температуре 180°С подмешивают порошковый полимер (несколько процентов по массе) и пластификатор, получившуюся смесь диспергируют в специальной коллоидной мельнице и интенсивно перемешивают, получая однородную массу. Полимер набухает в битуме и образует структурный скелет, который придает конечному продукту - ПМБ повышенную стойкость как к низким температурам (уменьшает растрескивание асфальта при низких температурах), так и к повышенным температурам (уменьшает колейность). То есть, ПМБ ведет себя как упругий материал, исходный же битум является хрупким при низких температурах или пластичным при высоких температурах. При этом ПМБ не может долго транспортироваться и храниться в горячем жидком состоянии из-за его расслаивания, поэтому ГОСТ Р 52056 предусмотрено обязательное перемешивание ПМБ при его хранении или транспортировании более 2-3 часов. Как правило, для перемешивания ПМБ используют специальные емкости, оборудованные мешалками.
Проведенные авторами исследования показали, что в фасованном ПМБ ввиду быстрого остывания материала в упаковке после затаривания (в жидком горячем виде), расслаивание ПМБ мало, поэтому нет необходимости в использовании отдельных специализированных смесительных установок. В то же время, холодный (твердый) ПМБ по сравнению с исходным дорожным битумом (твердым) является более тугоплавким продуктом (температура размягчения ПМБ на десятки процентов выше температуры размягчения исходного битума). При плавлении фасованного ПМБ в описанной в RU 107530 U1 установке плавления скорость плавления снижается, уменьшается производительность установки. Кроме того, нагрев битума в накопительной полости в описанной в RU 107530 U1 установке плавления происходит недостаточно эффективно из-за использования исключительно эффекта теплопроводности нефтепродукта без использования конвекции, причем известно, что битум является хорошим теплоизолятором. Кроме того, у дна и в углах накопительной полости образуются области, в которых битум находится в вязком состоянии и не может быть полностью удален при откачке насосом.
В свою очередь предлагаемое технические решение позволит устранить перечисленные выше недостатки и обеспечит приготовление нефтепродукта (полимерно-модифицированного битума), отвечающего установленным качественным требованиям.
Указанный выше технический результат достигается при использовании устройства для плавления фасованных твердых и вязких нефтепродуктов, преимущественно полимерно-модифицированных битумов, включающего наружный теплоизолированный корпус, блок плавления, накопительную полость для сбора расплавленного нефтепродукта, расположенную ниже блока плавления, а также систему подводящих и отводящих трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Упомянутый блок плавления содержит, по меньшей мере, один модуль плавления, в состав которого входят: приемная камера для размещения, по меньшей мере, одного блока нефтепродукта, снабженная загрузочным отверстием, блок плавящих регистров труб циркуляции теплоносителя, содержащий, по меньшей мере, один регистр труб циркуляции теплоносителя. Упомянутая накопительная полость содержит блок разогревающих регистров труб циркуляции теплоносителя, содержащий, по меньшей мере, один регистр труб циркуляции теплоносителя. Кроме того, накопительная полость содержит механические средства перемешивания расплавленного нефтепродукта, которые могут представлять собой мешалку, например лопастную, и/или гидравлические средства перемешивания расплавленного нефтепродукта.
Гидравлические средства перемешивания могут включать, по меньшей мере, один контур циркуляции находящегося в накопительной полости расплавленного нефтепродукта. Контур циркуляции расплавленного нефтепродукта обеспечит откачку указанного нефтепродукта из накопительной полости и его возврат в накопительную полость в виде, по меньшей мере, одной струи, при этом область откачки нефтепродукта и область истекания струи разнесены относительно друг друга. При этом контур циркуляции расплавленного нефтепродукта будет включать наружный по отношению к накопительной полости нефтепродуктовый насос, всасывающая и нагнетающая полости которого соединены, соответственно, с всасывающим патрубком и патрубком возврата нефтепродукта. Всасывающий патрубок и патрубок возврата при этом будут соединяться с внутренним объемом накопительной полости с помощью отверстий в ее нижней части. При этом к другому концу патрубка возврата будет присоединен дополнительный трубопровод, формирующий, по меньшей мере, одну струю нефтепродукта внутри накопительной полости в области, которая разнесена относительно области откачки нефтепродукта из накопительной полости.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами.
Фиг.1 - Компоновочная схема предложенного устройства.
Фиг.2 - Внешний вид устройства.
Фиг.3 - Схема накопительной полости, включающей гидравлические средства перемешивания расплавленного нефтепродукта.
Фиг.4 - Схема накопительной полости, включающей механические средства перемешивания расплавленного нефтепродукта.
Предложенное устройство для плавления фасованных 1 нефтепродуктов включает блок плавления 2, накопительную полость 3 для сбора расплавленного нефтепродукта, расположенную ниже блока плавления 2, наружный теплоизолированный корпус 4, а также систему подводящих и отводящих трубопроводов 23 и запорно-регулирующей арматуры 24. Блок плавления 2 в большинстве случаев состоит из нескольких модулей плавления. Соответственно, в состав каждого такого модуля входит приемная камера 5 для размещения блоков 1 нефтепродукта и блок 7 плавящих регистров 8, 9 труб циркуляции теплоносителя. Блок плавящих регистров 7 труб циркуляции теплоносителя содержит промежуточный 8 и верхний 9 регистры труб циркуляции теплоносителя. Промежуточный регистр 8 труб циркуляции теплоносителя расположен ниже приемной камеры, а верхний регистр 9 труб циркуляции теплоносителя расположен по вертикали между приемной камерой 5 и промежуточным регистром 8. Внутри накопительной полости 3 расположен блок 10 разогревающих регистров труб циркуляции теплоносителя и механические 11 (лопастные и т.п. мешалки) и/или гидравлические 12 (контур циркуляции расплавленного нефтепродукта) средства перемешивания расплавленного нефтепродукта. Контур циркуляции расплавленного нефтепродукта будет включать наружный по отношению к накопительной полости 3 нефтепродуктовый насос 13. Всасывающая и нагнетающая полости насоса 13 соединены, соответственно, с всасывающим 14 патрубком и патрубком 15 возврата нефтепродукта, соединяющимися с внутренним объемом накопительной полости 3 с помощью отверстий в ее нижней части. При этом к другому концу патрубка возврата 15 присоединен дополнительный трубопровод 16, формирующий струю либо струи 12 нефтепродукта внутри накопительной полости в областях, разнесенных относительно области откачки нефтепродукта из накопительной полости 3.
При работе предложенного устройства блок 1 фасованного нефтепродукта в упаковке 6 или без нее загружают в приемную камеру 5. Внутрь труб блока плавящих регистров 7 труб циркуляции теплоносителя и блока разогревающих регистров 10 труб циркуляции теплоносителя запускают нагретое термостойкое масло, тепло масла передается нефтепродукту. В результате нефтепродукт плавится и стекает в накопительную полость 3, в нижней части которой находится блок разогревающих регистров 10 труб циркуляции теплоносителя, с помощью которого нефтепродукт разогревается до температуры перекачки (120-160°С). После заполнения нефтепродуктом накопительной полости 3 до заданного уровня и обеспечения его необходимой вязкости, нефтепродукт перемешивается с использованием комплекса механических 11 или гидравлических 12 средств, либо при одновременном использовании обоих 11 и 12 типов средств перемешивания. Таким образом, обеспечивается ускоренный режим нагрева нефтепродукта в накопительной полости 3, устраняются зоны с непрогретым (вязким) нефтепродуктом, обеспечивается выравнивание структуры материала по объему, устраняется возможное расслоение материала, что особенно важно для полимерно-модифицированных битумов. Следовательно, обеспечивается постоянное качество нефтепродукта, подаваемого для выполнения тех или иных работ.
Работа гидравлических средств перемешивания реализуется следующим образом (вариант, см. фиг.3). При достижении находящимся в полости 3 нефтепродуктом температуры и вязкости, достаточных для работы нефтепродуктового насоса 13, он включается и внутри полости 3 создается контур циркуляции нефтепродукта, включающий: всасывающий патрубок 14, насос 13, патрубок возврата 15, дополнительный трубопровод 16, формирующий внутри полости 3, по крайней мере одну струю нефтепродукта в области, которая разнесена относительно области откачки нефтепродукта. Готовый нефтепродукт выкачивают из емкости насосом 13 и подают потребителю. Для предотвращения засорения насоса 13, откачиваемый из полости 3 нефтепродукт предварительно проходит через фильтр 18. Переключение устройства из режима циркуляции нефтепродукта в режим подачи его потребителю и обратно производится с помощью трехходового крана 17.
Работа механических средств перемешивания реализуется следующим образом (вариант, см. фиг.4). При достижении находящимся в полости 3 нефтепродуктом температуры и вязкости, достаточных для работы мешалок 11, выполненных в виде пропеллера, включается электромеханический привод 25, сообщающий лопастям мешалок 11 вращательное движение. При этом внутри полости 3 создается замкнутый поток нефтепродукта, осуществляющий перемешивание материала. Готовый нефтепродукт выкачивают из емкости насосом 13 и подают потребителю.
В конкретных случаях, обусловленных теми или иными условиями эксплуатации устройства плавления, могут быть предложены различные варианты его конструкции.
Блок плавления 2 может содержать один модуль плавления или, по меньшей мере, два модуля плавления, расположенных по горизонтали в одну линию при единой для них накопительной полости 3 для сбора расплавленного нефтепродукта и едином наружном теплоизолированном корпусе 4. Прилегающие друг к другу модули плавления могут быть отделены друг от друга вертикальной перегородкой, выполненной, преимущественно, в виде листа из металла. В, по меньшей мере, одном модуле плавления загрузочное отверстие может быть выполнено в боковой стенке приемной камеры 5. В таком случае загрузочное отверстие может закрываться и открываться подвижной теплоизолированной створкой 19, закрепленной на корпусе устройства. В другом варианте, в, по меньшей мере, одном модуле плавления загрузочное отверстие может быть выполнено в верхней стенке приемной камеры 5, в таком случае загрузочное отверстие может закрываться и открываться подвижной теплоизолированной створкой, закрепленной на корпусе устройства. Теплоизоляция наружного корпуса и подвижных створок может быть выполнена слоем утеплителя, например, базальтовыми матами. Размеры горизонтального поперечного сечения блока плавления 2 могут быть меньше соответствующих размеров горизонтального поперечного сечения накопительной полости 3. Блок плавления 2 и накопительная полость 3 могут образовывать единый неразъемный корпус. Блок плавления 2 и накопительная полость 3 могут быть выполнены разъемно друг относительно друга с креплением блока плавления 2 на съемных подставках, с наружными теплоизолированными панелями 20, закрывающими промежутки между нижней частью блока плавления 2 и верхней частью накопительной полости 3. В большинстве случаев предложенное устройство включает систему контрольно-измерительных приборов и автоматики 21. В нижней части накопительной полости 3 может быть оборудовано сливное устройство для слива или откачки расплавленного нефтепродукта. В боковой стенке накопительной полости 3 может быть оборудован, по меньшей мере, один герметично закрывающийся технологический люк 22 для ее очистки.
В случае размещения загрузочного отверстия в верхней стенке приемной камеры, верхний регистр 9 может быть образован, по меньшей мере, одним горизонтальным рядом последовательно соединенных труб. В этом случае загрузка фасованного нефтепродукта 1 в приемную камеру 5 производится, преимущественно, с помощью тельфера. В случае размещения загрузочного отверстия в боковой стенке приемной камеры 5, для установки фасованного нефтепродукта 1 в приемную камеру с помощью вилочного погрузчика, в средней части верхнего регистра может быть выполнено возвышение 9′, образованное рядом труб и выступающее над нижней границей загрузочного отверстия приемной камеры. Промежуточный регистр 8 может быть образован, по меньшей мере, одним горизонтальным рядом последовательно соединенных труб. В блоке плавящих регистров 7 труб циркуляции теплоносителя поперечное сечение труб в, по меньшей мере, одном горизонтальном ряду труб может быть выполнено вытянутым в вертикальном направлении, например ромбовидным. По меньшей мере, один разогревающий регистр 10 может быть образован, по меньшей мере, одним горизонтальным рядом последовательно соединенных труб. К источнику теплоносителя могут быть подключены одновременно верхний 9, промежуточный 8 и разогревающий 10 регистры. Также, к источнику теплоносителя могут быть подключены, по меньшей мере, два регистра, выбранные из верхнего 9, промежуточного 8 и разогревающего 10 регистров. Также, к источнику теплоносителя может быть подключен, по меньшей мере, один верхний 9, промежуточный 8 или разогревающий 10 регистр. Указанное переключение регистров выполняется в зависимости от выбранного режима плавления, например, в том случае если необходимо отключить режим перемешивания. Промежуточный регистр 8 и верхний регистр 9 могут быть соединены последовательно. В качестве теплоносителя для блока плавящих регистров 7 и блока разогревающих регистров 10, как и указано выше, используется жидкость, преимущественно термостойкое масло, при этом источником теплоносителя является подогреватель жидкости.
Таким образом, предложено устройство для плавления фасованных твердых и вязких нефтепродуктов, в том числе полимерно-модифицированного битума, которое обеспечит приготовление нефтепродукта, отвечающего установленным качественным требованиям в течение всего хода производимых работ. Предложенное устройство обеспечивает повышенную эффективность плавления нефтепродукта за счет увеличения скорости плавления и уменьшения потерь нефтепродукта за счет устранения областей с повышенной вязкостью нефтепродукта, исключающих его удаление из устройства.