КРЫШКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ ПРИ МОЙКЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИСТЕРНЫ
UNIVERSAL PROCESS COVER AND METHOD OF ITS APPLICATION IN WASHING OF INNER SURFACE OF CISTERN

Изобретение относится к запорным устройствам, в частности к технологическим крышкам, предназначенным для фиксации положения моечного устройства внутри горловины железнодорожных цистерн. Оно может быть использовано на емкостях, работающих под давлением, автотранспортных цистернах и других резервуарах, внутреннюю поверхность которых необходимо отмывать 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 очистки необходимо применять различное оборудование для обеспечения безопасность обслуживающего персонала, причем время мойки и сушки поверхности цистерн должно быть минимизировано, причем без снижения качества мойки.
В зависимости от преследуемых целей собственная крышка горловины цистерны заменяется на технологическую, при этом герметизация ее с горловиной цистерны должна быть обеспечена.
Известные крышки для железнодорожных или автоцистерн содержат уплотняющую кольцевую прокладку горловины люка, ограничители уровня налива, огневой предохранитель, выполненный различными способами, либо посредством алюминиевого кольца, размещенного в периферийном канале фланца крышки или изготовления самой крышки из цветного материала. Крышка содержит приспособления для установки устройства верхнего слива (УВС) и устройства сброса давления. Сама крышка крепится к фланцу горловины с помощью болтового соединения, а между фланцами крышки и горловины размещено уплотнительное кольцо (Вагоны: Учебник для вузов железнодорожного транспорта. Под. ред. Л.А.Шадурова, М.: «Транспорт», 1980, изд. 3-е, перераб. и допол.).
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, резервуаров и т.п. Некоторые конструкции технологических крышек приведены в брошюре «Отмывка котлов железнодорожных цистерн, пассажирских вагонов, локомотивов и ходовой части подвижного состава», «Чистые технологии», Санкт-Петербург, 2002, с.20.
При очистке внутренней поверхности цистерны в отверстие крышки для УВС может подводится пар. В дополнение к ранее известным элементам крышка снабжена приспособлением для подвода моющего раствора и опуском, с закрепленными на нем моечными головками.
Известна крышка технологическая горловины железнодорожной цистерны, защищенная патентом РФ №44974 на полезную модель. 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, снабжена двумя стяжными механизмами, расположенными по диагонали симметрично оси фланца, 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.
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.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению и существенным признакам является техническое решение, защищенное патентом РФ №2295401.
Крышка содержит корпус крышки с фланцем, в котором выполнено отверстие 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 которой 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. Приспособление для сброса избыточного давления выполнено с возможностью размещения в нем ключа для открытия нижнего клапана цистерны и снабжено приспособлением для крепления шланга. 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.
Установка моющей головки посредством специальных шарнирных насадок, закрепленных на нижнем патрубке внутренней трубы, позволяет расширить ассортимент типоразмеров моющих головок в зависимости от размера котла цистерны, отмываемого продукта и условий мойки.
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.
Технической задачей решаемой предлагаемым изобретением является создание универсальной конструкции крышки горловины цистерны, обеспечивающей удобство эксплуатации, надежную герметизацию и качество отмывки внутренней поверхности как железнодорожных цистерн, так и автоцистерн независимо от состава перевозимых нефтепродуктов, в условиях даже аварийных ситуаций.
Технический результат достигается за счет того, что в известную конструкцию крышки технологической универсальной для мойки внутренней поверхности цистерны, содержащей корпус крышки с фланцем, в котором выполнено отверстие для установки устройства верхнего слива (УВС), опуска, выполненного в виде конструкции труба в трубе, снабженного устройствами для подвода моющего раствора к моечной машинке 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, внесены изменения, а именно:
- на крышке установлен дополнительный подвод для подачи моющего раствора с возможностью поворота его вокруг оси и снабженного соплами, установленными для отмывки донных частей котла цистерны;
- внутренняя труба спуска для подвода моющего раствора выполнена из разъемных составных частей, и нижняя часть снабжена гидромеханическим шарнирным насадком для крепления, по крайней мере, не менее двух моечных машинок, причем сопла их расположены под разными углами;
- насадка соединена с управляемым приводом, изменяющим положение моечных машинок в процессе мойки.
Кроме того, эластичное уплотнение выполнено из нескольких слоев разного диаметра, образующих форму конуса, а между рядами проложены жесткие прокладки, имеющие равный диаметр, но меньше, чем диаметра нижнего слоя уплотнения.
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.
В случае сильного загрязнения нижнего клапана котла цистерны и проблем с его открытием предусмотрена возможность установки в отверстие под УВС, брандсбойта для промывки самого клапана.
Установка дополнительного подвода моющего раствора, снабженного моечными головкам с соплами, установленными с возможностью поворота вокруг оси, позволяет более качественно отмыть наиболее грязную донную часть цистерны.
Выполнение внутренней трубы опуска разъемной позволяет выбрать необходимый тип моечных головок, в зависимости от степени загрязнения и перевозимого нефтепродукта. Причем одной машинкой можно осуществлять основную отмывку, а другой, при необходимости, домывку, т.е. работа моечных машинок осуществляется последовательно.
Предлагаемая конструкция эластичного уплотнения позволяет обеспечить надежную герметизацию горловины котла цистерна при отклонении ее диаметра от регламентного значения как в большую, так и в меньшую сторону.
Расположение сопел на моечных машинках под разными углами обеспечивает качество и равномерность отмывки по всему периметру внутренней поверхности цистерны.
Конструкция технологической универсальной крышки представлена на фиг.1-5.
На фиг.1 приведен общий вид крышки технологической универсальной, на фиг.2 показан разрез опуска и гидромеханического шарнирного насадка; на фиг.3 - крепление дополнительного подвода к фланцу крышки, на фиг.4 - конструкция эластичного уплотнения, а на фиг.5 показан вид сверху на крышку.
На фиг.1 и разрезе на фиг.2 показаны корпус крышки 1 с фланцем 2, в котором выполнены отверстия для установки подвода 3 для подачи моющего раствора во внутреннюю трубу опуска и подвода 5 для подачи моющего раствора в нее, снабженную соплами 6, наружной трубы 7 для подачи воздуха или пара внутрь цистерны, снабженной соплами 8, а также подвес 4, разъем 9, соединяющий нижнюю часть опуска 10 с внутренней трубой (подводом) 3, система, образующая опуск, установлена во втулке 28 (фиг.5), которая крепится к фланцу 2 крышки. На нижней трубе опуска установлен гидромеханический насадок 11 с моечными машинками 12, 14, снабженными соответственно соплами 13 и 15, положение моечных машинок изменяется двухступенчатым редуктором 16, соединенным с редуктором 17 карданной передачей 21 (фиг.2). 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). На фиг.1, 2 также показаны стяжки 19 для крепления крышки к корпусу цистерны.
На фиг.2, кроме вышеперечисленных узлов, показана эластичное уплотнение 20 (конструкция его приведена на фиг.4), заглушка 22, прикрывающая отверстие 31 для установки верхнего слива (УВС) загрязненного моющего раствора или брандсбойта для прямого отмывания нижнего клапана котла цистерны (показано на фиг.5), шаровой клапан 23, установленный в насадка 11, обеспечивает подачу моющего раствора в моечные машинки 12, 14. На фиг.3 показан крепежный узел, состоящий из пружины 25, фланцев (втулок) 26 и уплотнения 27.
На фиг.4 показана конструкция эластичного уплотнения 20, состоящего из нескольких слоев эластичного материала, между которыми проложены жесткие прокладки 29. Фланец 2 крышки снабжен огневой защитой 30, выполненной разными способами, либо посредством алюминиевого или медного кольца или другого металла, размещенного в периферийном канале фланца крышки.
На фиг.5 показаны детали, о расположении которых трудно судить по предыдущим фигурам. Это втулка 28 для крепления опуска, крепление 24 стяжек 19, отверстия 31 для УВС.
Конкретное использование крышки технологической универсальной зависит от назначения цистерны, от какого по составу и свойствам нефтепродукта ее необходимо отмыть и выбранного режима мойки.
В настоящее время основным способом отмывки цистерн от нефтепродуктов является способ отмывки, который осуществляют по замкнутому циклу водным раствором моющего средства, образующим неустойчивую эмульсию с углеводородными загрязнениями. Он включает стадию отмывки объекта и стадию регенерации моющего раствора путем фазового разделения эмульсии с последующим разделением фаз и возвращением водного моющего раствора в цикл очистки (Патенты РФ №2194636, 2200637).
В качестве моющего вещества используют различные моющие технические средства, например фирма «Чистый Мир» (г.Москва) - вещество на основе модифицированной натриевой соли полиакриловой кислоты, а Компания «Чистые технологии» - моющие средства «ОБИС» и «ОБИСМ».
Очистку объектов, как правило, осуществляют в три стадии: мойка, ополаскивание, сбор и регенерация моющего раствора.
Мойка осуществляется моечными головками, установленными на опуске крышки технологической под давлением. 1,0-1,5 МПа, при температуре 55-70°С.
К недостаткам указанных способов можно отнести то, что в процессе очистки внутренней поверхности цистерны не учитываются некоторые специфические свойства отмываемых нефтепродуктов, поэтому режим отмывки (концентрация моющего раствора, температура и время мойки практически не меняются).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ механо-термохимической очистки объектов от углеводородных загрязнений, в котором перед очисткой объекта проводят отбор проб загрязнений, устанавливают их характер, анализ и количество, в зависимости от чего осуществляют выбор технологических параметров очистки, на второй стадии очистки проводят термоподготовку моющего раствора при температуре 45-55°С, подачу его под давлением 1,0-1,5 МПа с помощью моющей установки для обеспечения механической зачистки от поверхностных загрязнений и последующую обработку в течение 5-30 мин в зависимости от характера загрязнений. На третьей стадии регенерации моющего раствора проводят разделение образовавшейся смеси на три фазы: органическую, водную и твердые примеси с последующим контролем содержания компонентов в растворе и корректировкой их концентрации в автоматическом режиме по линейному закону до требуемых значений перед возвратом в цикл мойки (Патент РФ №2176936).
Недостатком этого способа является то, что основное внимание уделено отслеживанию и контролю за параметрами процесса, что вызывает значительные сложности в его применении, поскольку при его реализации на первой стадии требует процедуры предварительного отбора проб, на второй стадии необходимо вести контроль за температурой и расходом моющего раствора и на третьей стадии - контроль активности моющего раствора при его возврате в цикл очистки, который ведется химическим методом.
В результате это приводит к нестабильности и чрезмерной сложности процесса, накладывает значительные ограничения и приводит к большим временным потерям.
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.%, 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.
При очистке внутренней поверхности цистерны от битумов, асфальтосмолистых отложений, в случае значительного их количества возможно перед мойкой осуществлять предварительный нагрев, который осуществляется пропаркой или другими методами, способствующими отслоению загрязнений за счет снижения вязкости.
Технической задачей предлагаемого способа является сокращение непроизводительных потерь при определении режима мойки и самого процесса осуществления ее без снижения качества отмывки внутренней поверхности цистерн, независимо от вида перевозимого нефтепродукта и в любой ситуации в процессе внутренней отмывки котлов цистерн.
Технический результат достигается за счет того, что в известном способе очистки внутренней поверхности котла цистерны от углеводородных загрязнений по замкнутому циклу водным раствором технического моющего средства, включающий предварительное определение характера и количества загрязнений, в зависимости от результата осуществляют выбор технологических параметров мойки, установку крышки технологической, подачу моющего раствора через моечную машинку во внутреннюю полость цистерны внесены изменения, а именно:
- в качестве технологической крышки применяют крышку технологическую универсальную по п.1-5;
причем при отмывке цистерны от легких и светлых нефтепродуктов мойку, преимущественно осуществляют одной моечной машинкой в одну стадию;
- при мойке цистерн от вязких и высоковязких нефтепродуктов мойку ведут в несколько стадий, преимущественно в три стадии, в любой последовательности использования моечных средств, например, на первой стадии используется первая моечная машинка, на второй стадии сопла, установленные на дополнительном подводе, а на третьей стадии мойку ведут посредством второй моечной машинки путем смены ее положения с первой машинкой, осуществляемого механическим управляемым приводом.
Кроме того, при отмывке внутренней поверхности цистерн от вязких и высоковязких нефтепродуктов предварительно перед процессом мойки осуществляют нагрев внутренней поверхности для снижения вязкости, а мойку ведут при давлении струй 1,5-2,5 МПа.
Рассмотрим реализацию работы крышки технологической универсальной при осуществлении способа отмывки 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.
Перед установкой крышки 1 на горловину цистерны к фланцу 2 крышки с помощью втулки 28 крепится опуск, представляющий из себя конструкцию труба в трубе, т.е. внутреннюю трубу 3 и наружную трубу 7, нижняя часть 10 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 1,5-2,5 МПа. На крышке устанавливают дополнительный ввод (трубу) 5 и остальные узлы, входящие в состав крышки универсальной.
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 (кольцо 30) от образования искр.
К внутренней трубе 3 опуска и дополнительному подводу (трубе 5) подсоединяют шланги для подачи моющего раствора, а к наружной трубе опуска 7 присоединяют шланг для подачи пара или воздуха в межтрубное пространство.
С приспособления для отвода возможных выбросов моющего раствора или воздуха снимается заглушка и устанавливается шланг. Положение крышки в горловине фиксируется стяжками 19 и креплениями 24.
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.
Отмывку проводят в три стадии. На первой стадии моющий раствор, имеющий концентрацию 3,0 вес.% (он приготавливается в соответствующем модуле (не показан)), подают в трубу 5, снабженную соплами 6, 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 45-60°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.
После предварительной отмывки донной части цистерны, т.е. через 15-20 мин, подача моющего раствора в трубу 5 прекращается, и он подается во внутреннюю трубу 3 опуска и поступает в насадок 11, который снабжен шаровым клапаном 23, который открыт для поступления моющего раствора в моечную машинку 15, снабженную соплами 15, расположенными под определенным углом. Режим мойки аналогичный вышеприведенному, а время мойки составляет 5-7 мин. Затем с помощью редуктора 17 соединенного карданной передачей 21 с редуктором 16, соединенным с насадком 11, поворачивают моечные машинки таким образом, что внизу оказалась моечная машинка 12, снабженная соплами 3, расположенными под другими углами, чем в моечной машинке 14, и проводят заключительную стадию отмывки.
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 через устройство верхнего слива (УВС), если же затруднение открытия нижнего клапана цистерны вызвано сильным загрязнением его, то можно осуществить прямую отмывку клапана при большом давлении из брандсбойта, устанавливаемого в отверстие 31 в крышке 1 технологической универсальной, 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 3 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).
Практически предлагаемая крышка технологическая универсальная без изменения конструкции может применяться при очистке автоцистерн или других емкостей, работающих под давлением, от различных нефтепродуктов.
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, независимо от их количества и сложившейся реальной ситуации в процессе отмывки.
В настоящее время изготовлена техническая документация и передана производству для изготовления нескольких крышек технологических универсальных. Внедрение предлагаемого изобретения планируется во второй половине 2009 г.