УСТАНОВКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ ЦИСТЕРН
DEVICE FOR GAS REMOVAL FROM CISTERNS

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. Указанные емкости находятся, как правило, при повышенном давлении и находят широкое применение в химической и нефтехимической промышленности. Опасность взрыва емкостей может возникнуть при нарушении правил техники безопасности, в частности, при попадании в систему воздуха в количестве, способном образовать взрывоопасную смесь.
Известен способ подготовки цистерн к ремонту, который, прежде всего, включает в себя стравливание давления и удаление газов, находящихся в цистерне путем подачи в нее инертного газа (см., например, С.А.Фармозов "Охрана труда при эксплуатации и ремонте оборудования химических и нефтеперерабатывающих предприятий", М., "Химия", 1985 г.). К недостаткам данного способа следует отнести не только затраты, связанные с необходимостью получения инертного газа, но и полная потеря полезного продукта, находящегося в цистерне. Естественно установки для реализации данного способа должны содержать либо емкости для хранения инертного газа, либо устройства для его получения.
Известно техническое решение по патенту RU № 2205709 С2 (дата опубликования 10.06.2003 г.) «Способ подготовки газовых цистерн к ремонту и/или техническому освидетельствованию и устройство для его реализации». Устройство для подготовки газовых цистерн к ремонту и/или техническому освидетельствованию содержит систему подачи инертного газа в цистерну и газовый коллектор для сбора и транспортировки сжиженных газов на станцию охлаждения или на факел для сжигания. Подготовка цистерн для перевозки опасных грузов к ремонту с использованием установки по данному изобретению должна проводиться с соблюдением всех требований безопасности в специально предназначенных для этого местах. После установки газовой цистерны на обработку производится сброс избыточного давления через уравнительный вентиль с одновременным наддувом цистерны газообразным азотом до давления ~0,25 МПа через систему подачи азота и слив жидкого остатка через дренажный вентиль цистерны в приемную емкость участка дегазации. Слив продолжается до полного освобождения цистерны от сжиженных газов. Далее дренажный вентиль закрывают и остатки сжиженных газов выдавливают азотом через уравнительный вентиль в газовый коллектор, причем при наличии станции охлаждения сжиженных газов он направляется в нее, а при отсутствии - на факел для сжигания. Данная установка при наличии станции охлаждения естественно включает в себя дожимающие аппараты (компрессоры), охладители паров пропан-бутановой смеси и баки-сборники для сжиженного продукта.
2
К недостаткам работы настоящего устройства следует отнести необходимость использования инертного газа в значительном количестве и лишь частичную возможность возврата пропан-бутановой смеси для полезного использования при наличии станции охлаждения, где проходит ожижение пропан-бутановой смеси. При этом необходимо учитывать перемешивание горючих газов с инертным газом и снижение парциального давления горючих газов в этом случае. Сжигание пропан-бутановой смеси на факеле не является оптимальным при современных требованиях к экологическому состоянию производств. При сжигании на факеле или в условиях частичного возврата полезного продукта формируются значительные потери пропан-бутановой смеси по следующим основным причинам. Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 11.06.2003 г. № 91) потребитель, опорожняя цистерны, обязан оставлять в них избыточное давление не менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см). Практически невозможно удалить из цистерны жидкий продукт полностью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение по патенту Японии JP 7174297 (Заявитель ASANO SANGYO КК, дата опубликования 11.07.1995 года). Несмотря на отличную от настоящего изобретения задачу, в данном патенте предусмотрен, тем не менее, вывод вредных газов из емкостей с помощью компрессора, всасывающий патрубок которого соединен с объемом, из которого проходит эвакуация газа. В патенте предусмотрен охладитель для последующего ожижения газа и емкость для приема сжиженного газа. Основной недостаток данного технического решения состоит в следующем. С помощью компрессора возможно удаление газа из объема с определенным избыточным давлением при снижении давления практически до атмосферного (не менее). При этом не представляется возможным практически полностью удалить газ из объема и подготовить цистерну к ремонту без дополнительных операций, например продувки цистерны нейтральным газом.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании работоспособной установки для удаления горючих газов из цистерн для перевозки пропан-бутановой смеси.
Достигаемый технический результат состоит в упрощении конструкции установки, снижении капитальных и эксплуатационных затрат, снижении выбросов вредных газов в атмосферу, в дополнительном улучшении экономических показателей, связанных с возвратом полезного продукта в производство.
Для достижения указанного технического результата в установке для удаления газов из цистерн для перевозки пропан-бутановой смеси, включающей компрессор, соединенную с всасывающим патрубком компрессора линию для отвода газов из цистерны, охладитель и бак-сборник жидкой пропан-бутановой смеси, компрессор выполнен гидроприводным и снабжен масляным насосом, двигателем и маслопроводами, причем всасывающие клапаны гидроприводного компрессора установлены с возможностью принудительного открывания и закрытия. Установка дополнительно снабжена эжектором, газовый объем бака-сборника пропан-бутановой смеси соединен с рабочим соплом эжектора, приемная камера эжектора соединена с линией отвода газов из цистерны, диффузор эжектора соединен с всасывающим патрубком гидроприводного компрессора, причем на линиях соединения установлены запорные органы. Между диффузором эжектора и всасывающим патрубком гидроприводного компрессора установлен ресивер. Установка снабжена нагреваемым испарителем, испаритель соединен с баком-сборником линией, снабженной насосом, газовый объем испарителя соединен с рабочим соплом эжектора, а на соединительных линиях установлены запорные органы. Нагнетающая линия гидроприводного компрессора соединена с рабочим соплом эжектора линией с запорным органом. Двигатель масляного насоса выполнен в виде газового двигателя внутреннего сгорания. Установка размещена на подвижном шасси.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем.
Удаление горючих газов из цистерны целесообразно проводить не путем вытеснения пропан-бутановой смеси инертным газом, например азотом, а вакуумированием объема цистерны. После вакуумирования объем цистерны целесообразно заполнить атмосферным воздухом, а не инертным газом. Для проведения дальнейших ремонтных работ необходимым условием является такое содержание пропан-бутана в смеси с атмосферным воздухом, которое с определенным запасом обеспечивало бы выход за нижний предел воспламеняемости. Исходя из стандартных данных (см., например, Н.Л.Стаскевич и др. «Справочник по газоснабжению и использованию газа», Л., изд. «НЕДРА», Л.О., 1990 г., с.301), вакуумирование должно быть проведено до остаточного давления в цистерне на уровне 5÷10 мм рт.ст. (при нижнем пределе воспламеняемости содержание горючего газа в смеси с воздухом составляет не более 1,7% по объему).
В настоящее время все более широкое распространение получают гидроприводные компрессоры (см., например, патент № 2215187, дата опубликования 27.10.2003 г.; А.Х.Сафин и др. «Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции», Обзорная информация, Компрессорное Машиностроение, серия ХМ-5, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988 год, с.33-45).
Требующие высококвалифицированного исполнения гидроприводные компрессоры, служащие в основном для создания высоких давлений газа, работоспособны и при применении в качестве вакуум-насосов. Использование гидроприводного компрессора в качестве вакуум-насоса становится реальным в условиях, когда всасывающие клапаны гидроприводного компрессора установлены с возможностью принудительного открывания и закрытия.
В общем случае гидроприводной компрессор содержит гидравлический цилиндр и оппозитно размещенные относительно него компрессорные цилиндры, снабженные поршнями, закрепленными на общем штоке. Попеременная подача масла в левую и правую части гидравлического цилиндра осуществляется масляным насосом. Гидроприводной компрессор включает в себя также двигатель, приводящий в движение масляный насос, линии нагнетания и слива (маслопроводы). Гидроприводной компрессор может быть выполнен в одноступенчатом и многоступенчатом варианте.
При обычных для практики условиях работы компрессоров (всасывание при давлении, порядка атмосферного, с последующим сжатием и повышением давления) используют самодействующие клапаны, выполненные в виде пластин, конусов и т.д. При этом открывание и закрытие клапана происходит за счёт разности давлений в цилиндре и всасывающем трубопроводе.
При предлагаемом в настоящем изобретении использовании гидроприводного компрессора в качестве вакуум-насоса возникающей в условиях вакуума разности давлений недостаточно для нормальной работы клапана.
В этом случае необходимо и достаточно использовать принцип принудительного открывания и закрытия клапанов, реализуемый, например, с помощью кулачкового механизма, электромагнитов, гидравлического привода и т.д.
В настоящем изобретении гидроприводной компрессор одновременно выполняет функцию и вакуум-насоса, и компрессора.
Принципиально возможно вакуумировать цистерну для перевозки пропан-бутановой смеси до нужного остаточного давления только с помощью гидроприводного компрессора, что и предусмотрено в настоящем изобретении. Однако при этом в значительной мере возрастают размеры цилиндров гидроприводного компрессора или при сохранении приемлемых габаритов в значительной мере увеличивается время откачки. В определенных случаях целесообразно начальное вакуумирование цистерны до определенной величины вакуума проводить с помощью гидроприводного компрессора, а последующее - с помощью газового эжектора. При этом рабочим агентом являются собственно пары пропан-бутановой смеси. Включение в установку газового эжектора также предусмотрено настоящим изобретением.
Принципиальная схема установки в полном варианте приведена на чертеже.
Установка для удаления горючих газов из цистерны 1 для перевозки пропан-бутановой смеси включает в себя гидроприводной компрессор 2, имеющий масляный насос с двигателем и маслопроводами (не показаны), эжектор 3, ресивер 4, охладитель 5, бак-сборник 6 сжиженного газа, насос 7 и нагреваемый испаритель 8. На линиях, соединяющих вышеуказанные аппараты, установлены запорные органы 9-16.
При проведении вакуумирования цистерны только с использованием гидроприводного компрессора установка работает следующим образом.
Установку для удаления горючих газов из цистерн для перевозки пропан-бутановой смеси соединяют при закрытых запорных органах с газовым объемом цистерны 1 посредством специального узла. Далее открывают запорные органы 9 и 15 и включают в работу гидроприводной компрессор 2. Откачанные из цистерны 1 пары пропан-бутановой смеси сжимают в том же гидроприводном компрессоре 2 и направляют в охладитель 5, который может быть выполнен, например, в виде поверхностного теплообменника с водяным охлаждением. В гидроприводном компрессоре 2 пары пропан-бутановой смеси сжимают до постоянного давления вне зависимости от давления паров в цистерне 1. Сжиженную пропан-бутановую смесь далее направляют в бак-сборник 6. При проведении вакуумирования цистерны с использованием как гидроприводного компрессора, так и эжектора, установка в начальном периоде работает так, как это описано выше до достижения в цистерне предусмотренного остаточного давления (данная величина определяется экономическим расчетом, но из общих соображений может быть принята на уровне 0,2-1 ата).
Дальнейшее вакуумирование цистерны 1 проводят с помощью газового эжектора 3. Для этого при открытом запорном органе 9 закрывают запорный орган 15 и открывают в первом варианте запорные органы 10, 11 и 12. Запорные органы 13, 14 и 16 остаются в закрытом положении. В этом случае рабочим агентом, поступающим в рабочее сопло эжектора 3, является пар пропан-бутановой смеси, поступающий из бака-сборника 6. Одновременно газовый объем цистерны 1 соединен с приемной камерой эжектора 3. Для выравнивания давления паровой смеси, поступающей в гидроприводной компрессор 2, служит ресивер 4. Таким образом, паровая смесь из цистерны 1 подсасывается в приемную камеру эжектора 3, а из диффузора последнего через ресивер 4 поступает во всасывающий патрубок гидроприводного компрессора 2. Сжатую в гидроприводном компрессоре 2 паровую смесь далее, как и в предыдущем варианте, направляют в охладитель 5, где она переходит в жидкое состояние, и далее - в бак-сборник 6.
Во втором варианте при открытом запорном органе 9 закрывают запорный орган 15. Запорные органы 12, 13, 14 находятся в закрытом положении. Запорные органы 10, 11 и 16 - в открытом положении. Рабочим агентом, поступающим в рабочее сопло эжектора 3, также является пар пропан-бутановой смеси, но в данном случае поступающий непосредственно из нагнетательной линии гидроприводного компрессора 2 через открытый запорный орган 16. Одновременно газовый объем цистерны 1 соединен с приемной камерой эжектора 3. Таким образом, паровая смесь из цистерны 1 подсасывается в приемную камеру эжектора 3, а из диффузора последнего через ресивер 4 поступает во всасывающий патрубок гидроприводного компрессора 2. Сжатую в гидроприводном компрессоре 2 паровую смесь направляют в нужном соотношении в охладитель 5, где она переходит в жидкое состояние, и в рабочее сопло эжектора 2. Из охладителя 5 жидкую смесь направляют в бак-сборник 6.
При необходимости увеличения степени сжатия паровой смеси в эжекторе 3 возможен третий вариант работы установки. Запорные органы 9, 10, 11, и 13 находятся в открытом состоянии. Запорные органы 12, 14, 15 и 16 - в закрытом состоянии. В простейшем случае при периодическом заполнении нагреваемого испарителя 8 сжиженной пропан-бутановой смесью перед включением установки в работу открывают запорный орган 14 и с помощью насоса 7 заполняют до нужного предела нагреваемый испаритель 8. Далее запорный орган 14 закрывают и в нагреваемый испаритель 8 подают греющий агент. Нагреваемый испаритель 8 в простейшем варианте может быть выполнен в виде емкости с рубашкой, куда может быть подана вода с определенной температурой. С помощью подобного приема давление рабочего агента, которым продолжает оставаться пар пропан-бутановой смеси, но поступающий в данном случае из нагреваемого испарителя 8, может быть существенно увеличено. Очевидно, что возможен вариант работы с непрерывной подкачкой жидкой пропан-бутановой смеси из бака-приемника 6 в нагреваемый испаритель 8.
Установка ресивера 4 между диффузором эжектора 3 и всасывающим патрубком гидроприводного компрессора 2 позволяет сгладить гидродинамические режимы работы гидроприводного компрессора и эжектора.
Масляный насос гидроприводного компрессора 2 целесообразно приводить в движение с помощью газового двигателя внутреннего сгорания, использующего для своей работы пропан-бутановую смесь. При этом в значительной мере экономится электроэнергия.
Установка может быть выполнена в стационарном или мобильном варианте при ее размещении на подвижном шасси.
Охладитель может быть выполнен в виде многоступенчатого аппарата. При этом возможно при необходимости разделение конденсата по фракционному составу.
Следует особо отметить, что при работе установки из цистерны удаляют пропан-бутановую смесь, находящуюся в ней как в газообразном, так и в жидком виде, поскольку при вакуумировании жидкая составляющая претерпевает полное испарение.
Технические преимущества настоящего изобретения состоят в следующем:
- предложенная установка отличается простотой и надежностью,
- снижены как капитальные, так и эксплуатационные затраты, поскольку отсутствует необходимость использования устройств для получения инертного газа или доставки инертного газа в готовом виде (в баллонах или цистернах),
- пропан-бутановая смесь, находящаяся в цистерне в жидком и газообразном виде, практически полностью переходит в полезный продукт,
- исключен как процесс сжигания смеси на факеле, так и выброс вредных газов в атмосферу при продувке цистерны, что повышает экологическую безопасность производств, реализующих процесс ремонта и освидетельствования цистерн,
- при работе установки улучшаются экономические показатели, что связано с вышеизложенными пунктами.