УСТАНОВКА ДЛЯ СЛИВА ВЫСОКОВЯЗКИХ И ЗАСТЫВШИХ ПРОДУКТОВ ИЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН

Полезная модель относится к разгрузке высоковязких и высокозастывающих продуктов (нефтепродукты, патоки, жиры и т.д.) из емкостей для хранения и транспортирования.
В настоящее время Россия является, практически, крупнейшим в мире экспортером вязких нефтепродуктов (мазут марок 40 и 100). Данное обстоятельство обусловлено химическим составом добываемой, на большинстве месторождений, нефти, содержащей большое количество тяжелых углеводородов (асфальтены, смолы - обуславливают высокую вязкость, парафины, церезины - температуру застывания). При перегонке подобной нефти остается большое количество тяжелых фракций - мазут.
При транспортировке мазута в цистернах по сетям железных дорог МПС от нефтеперерабатывающих заводов до перевалочных нефтебаз следует учитывать:
- время транспортировки состава цистерн может достигать 1...1,5 месяца при средней температуре окружающей среды до -10°C (в зимний период года) и при поступлении под слив мазут может иметь минусовую начальную температуру (при температуре застывания до +34°С);
- мазут наливается в цистерну разогретым (около 80°С) и при транспортировке очень хорошо стратифицируется (расслаивается) по высоте котла на слои с разным удельным весом (внизу - асфальт, сверху - парафин);
- парк цистерн, принадлежащих МПС (до 90% всего числа цистерн) сильно изношен и состоит из цистерн без теплоизоляции и систем термостатирования.
- в практике работы нефтебаз, связанных с разгрузкой железнодорожных маршрутов с мазутом, часто встречаются случаи поступления цистерн с неисправным нижним клапаном для слива или сильно застывшим мазутом, не позволяющим открыть нижний клапан.
Для сокращения времени разгрузки емкости и обеспечения полноты слива необходимо повысить текучесть продукта путем его разогрева и обеспечить возможность разгрузки цистерн как через нижний, так и через верхний люк.
В России, например, наибольшее распространение для слива вязких нефтей и нефтепродуктов из ж/д цистерн получил подогрев насыщенным
водяным паром, подаваемым непосредственно в нефтепродукт. Однако этот способ не только малоэффективен и вреден для окружающей среды, но и снижает коммерческое качество самих нефтепродуктов.
В последнее время появились технологии и устройства для разогрева и слива продукта из емкостей для хранения и транспортирования продукта как через верхнее, так и через нижнее устройства слива без смешения его с теплоносителем, основанные на разогреве продукта, отбираемого из емкости, во внешнем теплообменнике, где разогреваемый продукт не находится в непосредственном контакте с теплоносителем и возврат разогретого продукта в емкость (циркуляционный разогрев), где разогретый продукт должен передать тепло холодному, плохо текучему продукту, в емкости (см. авт. свид. СССР №1551624, МПК В 65 Д 88/74, 1990 г., патент РФ №2112733, МПК В 65 G 69/20 // В 65 Д 88/74, 1998 г.).
Технология слива во всех известных устройствах может быть реализована или только через нижний сливной клапан цистерны, если он открывается, или только через специальное погружное устройство, опускаемое через верхний клапан до дна цистерны, если нижний сливной клапан не работает, но это требует установки на сливных эстакадах дополнительного энергетического оборудования.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является установка для разогрева и слива высоковязких продуктов из цистерн с нижним клапаном, содержащее последовательно соединенные всасывающий трубопровод, стартовую емкость, заполняемую предварительно подогретым продуктом, насос, теплообменник с трубопроводом для подвода теплоносителя, напорный трубопровод, имеющий два параллельных участках, в которых установлены регулирующие запорные клапаны, при этом всасывающий трубопровод соединен с донной частью емкости, выход одного из участков напорного трубопровода расположен вблизи зеркала поверхности продукта в емкости, а второй участок напорного трубопровода соединен с донной частью емкости в непосредственной близости от входа во всасывающий трубопровод (смотри патент РФ №2204514, МПК В 65 D 88/74 // В 65 G 69/20 // В 67 D 5/04, 2002 г.).
Однако, это устройство может быть использовано для слива нефтепродуктов из цистерн только через их нижний люк.
Задача полезной модели состояла в том, чтобы обеспечить возможность слива нефтепродуктов как через нижний, так и через верхний люки цистерны с использованием одного энергоблока.
Указанная задача решается тем, что предложена установка для слива высоковязких и застывших продуктов из железнодорожных цистерн, содержащая устройство нижнего слива, включающее всасывающий и напорный трубопроводы, энергоблок, содержащий последовательно установленные стартовую емкость, заполненную предварительно нагретым продуктом и соединенную со всасывающим трубопроводом через управляемый запорный клапан, насос, теплообменник с линией подвода теплоносителя, вход которого через управляемый запорный клапан соединен с напорным трубопроводом, в которую согласно полезной модели введено устройство для верхнего слива, включающее погружную трубу с дополнительным всасывающим и напорным трубопроводами, вводимую в цистерну через ее верхний люк, причем всасывающий трубопровод устройства для верхнего слива через управляемый запорный клапан соединен со входом стартовой емкости, а напорный трубопровод устройства для верхнего слива через управляемый запорный клапан соединен со входом теплообменника.
Другим отличием предлагаемой установки является то, что напорный трубопровод устройства для нижнего слива имеет два параллельных выходных участка, в которых установлены регулирующие запорные клапаны, при этом выход одного из участков напорного трубопровода размещается в верхней части цистерны, а выход второго участка напорного трубопровода устанавливается в донной части цистерны в непосредственной близости от входа во всасывающий трубопровод.
Еще одним отличием установки является то, что погружная труба устройства для верхнего слива является начальным участком всасывающего трубопровода этого устройства, а напорный трубопровод устройства для верхнего слива имеет два выходных параллельных участка, соединенных друг с другом и остальной частью напорного трубопровода посредством трехходового крана-распределителя потоков, при этом один из параллельных выходных участков напорного трубопровода размещен внутри погружной трубы и его конец расположен в нижней ее части, а второй участок напорного трубопровода жестко закреплен на внешней поверхности погружной трубы в верхней ее части.
В числе отличий установки следует отметить то, что погружная труба устройства для верхнего слива и выходные участки его напорного напорного трубопровода жестко закреплены на общей крышке, служащей для закрывания верхнего люка цистерны в момент установки устройства для верхнего слива в цистерне.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности разогрева и слива высоковязких продуктов из емкости как через нижний, так и через верхний люки цистерны от одного энергоблока. Это обеспечивает сокращение затрат на ремонт и обслуживание установки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная гидравлическая схема предлагаемой установки.
Установка содержит всасывающий трубопровод 1, подключенный через патрубок 2 нижнего слива к цистерне 3 с продуктом, например, мазутом. Всасывающий трубопровод 1 соединен со стартовой емкостью 4 через управляемый запорный клапан 5. Стартовая емкость 4 соединена со входом насоса 6 двумя трубопроводами 7 и 8 таким образом, что продукт из нижней части емкости 4 поступает в насос 6 по трубопроводу 7 при открытом запорном клапане 9, а при закрытом клапане 9 он поступает по трубопроводу 8 из верхней ее части.
Выход насоса 6 соединен с теплообменником 10. Теплообменник 10 имеет трубопровод 11 для подвода теплоносителя, например, водяного пара, в котором установлен управляемый запорный клапан 12 прямого действия от датчика 13 температуры, установленного в напорном трубопроводе 14 на выходе теплообменника 10.
Напорный трубопровод 14, через запорный клапан 15 соединен с двумя выходными параллельными участками 16 и 17, на каждом из которых установлены управляемые регулирующие клапаны 18 и 19, например, регулирующие дисковые затворы, предназначенные для разделения горячего продукта из теплообменника 10 в участки 16 и 17 напорного трубопровода 14.
Участок 17 напорного трубопровода введен через верхний люк 20 цистерны 3 в верхнюю часть цистерны 3 и снабжен соплами 21 и 22, предназначенными для налива части горячего продукта из теплообменника 10 на поверхность холодного продукта в цистерне 3 и создания движущихся потоков в слое разогретого продукта на поверхности холодного. Участок 16 через патрубок 2 нижнего слива введен в донную часть цистерны 3 с продуктом, при этом концевая
его часть 23, расположенная в донной части цистерны 3, снабжена соплами 24 и 25, которые направлены в сторону входного участка всасывающего трубопровода 1 и предназначены для подачи части горячего продукта из теплообменника 10 во входной участок всасывающего трубопровода 1.
Установка имеет сливной трубопровод 26, подсоединенный к всасывающему трубопроводу 1 перед входом в стартовую емкость 4 за запорным клапаном 5 по ходу движения продукта в системе рециркуляции. Сливной трубопровод 26 соединен с заглубленным приемным коллектором (на фиг. не показан) и в нем установлен регулируемый запорный клапан 27.
На входе в насос 6 установлен датчик 28 давления, а на выходе насоса 6 перед теплообменником 10 установлен датчик 29 температуры. Всасывающий трубопровод 1, стартовая емкость 4, теплообменник 10 и напорный трубопровод 14 образуют устройство для нижнего слива.
Устройство для верхнего слива содержит последовательно соединенные всасывающий трубопровод 30, стартовую емкость 4, насос 6, теплообменник 10 с трубопроводом 11 для подвода теплоносителя (например, пара) от источника теплоносителя (на фиг. не показан) и напорный трубопровод 31, соединенный через запорный клапан 32 с участком напорного трубопровода 14. Начальный участок 33 всасывающего трубопровода 30 выполнен в виде погружной трубы, входной конец которой в процессе разогрева продукта в цистерне 3 устанавливают вблизи дна цистерны. Участок 34 напорного трубопровода 31, присоединенный к нему посредством штуцера 35 и вводимый в цистерну 3 вместе с начальным участком 33 всасывающего трубопровода 30 разделен на два параллельных выходных участка 36 и 37, соединенных между собой и остальной частью напорного трубопровода посредством трехходового крана-распределителя 38. При этом один из выходных участков 36 напорного трубопровода 31 установлен внутри погружной трубы 33 начального участка всасывающего трубопровода 30 и его конец размещен вблизи дна цистерны 3. Второй выходной участок 37 напорного трубопровода 31 жестко закреплен на внешней поверхности погружной трубы 33 и его конец размещен в верхней части цистерны 3. При этом погружная труба 33 и связанные с ней выходные участки 36 и 37 напорного трубопровода 31, жестко смонтированны на крышке 39 и образуют единую жесткую погружную колонну, вводимую в цистерну 3 через верхний люк 40. Погружная труба 33 всасывающего трубопровода 30 со стороны, прилегающей
к люку 40 цистерны 3 снабжена штуцером 41 для соединения его с остальной частью всасывающего трубопровода 30 с помощью разъемного гибкого шланга 42. Участок 34 напорного трубопровода 31 соединен с остальной частью напорного трубопровода 31 с помощью неразъемного гибкого шланга 43 через штуцер 35. Это делает возможным свободное перемещение погружной трубы 33 относительно верхнего люка 40 цистерны 3 с продуктом. Второй выходной участок 37 напорного трубопровода 31, размещаемый в верхней части цистерны 3 параллельно погружной трубе 33, снабжен сопловыми насадками 44, установленными на конце этого участка 37 с возможностью поворота вокруг оси.
Установленная перед насосом 6 стартовая емкость 4 предназначена для хранения и термостатирования горячего продукта, который используется для заполнения им контура циркуляции, включающего насос 6, теплообменник 10 и напорный трубопровод 14 с участками 16 и 17 для нижнего слива или с участком 31 для верхнего слива, перед запуском устройства (на старте). Стартовая емкость 4 используется также для приема остатков продукта из емкости 3 при ее зачистке по окончании основного слива разогретого продукта.
Стартовая емкость 4 снабжена выходным патрубком 7 для заполнения циркуляционного контура при старте по всасывающему трубопроводу 1 или 30, в котором установлен управляемый запорный элемент 9 (задвижка), через насос 6. На выходе насоса 6 установлен дополнительный сливной трубопровод 45, в котором установлен управляемый запорный клапан 46, который служит для слива разогретого продукта из цистерны 3 в коллектор (на схеме не показан).
Установка работает следующим образом. Перед началом разогрева продукта в емкости 3 определяют состояние клапана нижнего слива и в зависимости от этого принимается решение по способу слива.
Если нижний клапан в цистерне 3 исправен, то к нему подключают устройство для нижнего слива, если он находится в неисправном состоянии или продукт находится в переохлажденном состоянии и не течет, то в цистерну 3 устанавливают устройство для верхнего слива.
Перед началом работы внутренний объем стартовой емкости 4 заполнен предварительно подогретым продуктом, который остается в емкости 4 после предыдущего слива. Патрубок 2 нижнего слива подсоединен к емкости 4 через открытый клапан 5 (при использовании устройства для нижнего слива).
При этом клапан 32 устанавливается в положение «закрыто», клапан 15 устанавливается в положение «открыто». При закрытом клапане 19 и открытом клапане 18 открывается клапан 9 и насос 6 заполняется горячим продуктом из стартовой емкости 4. Открывается клапан 12 трубопровода 11 подачи теплоносителя в теплообменник 10, включается привод насоса 6 и начинается циркуляция продукта.
Из стартовой емкости 4 продукт насосом 6 подается в теплообменник 10 и, затем, при открытом клапане 18 и закрытом клапане 19, горячий продукт из теплообменника 10 подается по напорному трубопроводу 14 и его участку 16 в цистерну 3, где смешивается с холодным продуктом непосредственно в зоне его отбора в полости патрубка 2. Смесь холодного продукта, отбираемого из емкости 3, и горячего, подаваемого в зону отбора, при открытом запорном элементе 5 поступает в стартовую емкость 4, откуда насосом 6 подается в теплообменник 10.
При закрытом клапане 19 циркуляция продукта происходит, практически, по замкнутому контуру, так как производительность насоса по всасывающему 1 и напорному 14 трубопроводу одинаковая. При этом клапан 12 по сигналу датчика 13 температуры закрывает подачу теплоносителя, если температура продукта на выходе теплообменника 10 достигает максимального установленного значения.
После запуска установки начинает открываться клапан 19 и горячий продукт после теплообменника 10 частично поступает в верхнюю часть емкости 3 на поверхность холодного продукта по участку 17 напорного трубопровода 14 через сопла 21 и 22.
Изменение положения рабочего органа клапана 19 приводит к перераспределению потоков горячего продукта по участкам 16 и 17 напорного трубопровода 14. Это обстоятельство приводит к тому, что наступает дисбаланс расходов по всасывающему и напорному трубопроводам насоса 6 - по напорному трубопроводу 14 сохраняется предыдущий объемный расход, а по всасывающему трубопроводу 1 в насос 6 поступает объемный расход, равный расходу по участку 16 напорного трубопровода 14, подающего горячий продукт в донную часть цистерны 3. Следовательно, взамен объема горячего продукта, поданного на поверхность холодного продукта по участку 17 напорного трубопровода 14 через сопла 21 и 22 из донной части цистерны 3, за счет разряжения, создаваемого насосом 6, поступает холодный продукт в объеме, равном объему горячего
продукта, поданного по участку 17 напорного трубопровода 14 на поверхность холодного продукта в верхней части цистерны.
В приемном патрубке 2 холодный продукт из цистерны 3 смешивается с горячим продуктом, подаваемым по участку 16 напорного трубопровода 14 и выходящим из сопел 24 и 25, которые специально направлены непосредственно в канал отбора продукта из цистерны 3, и в стартовую емкость 4 поступает смесь холодного и горячего продукта. Горячий продукт, подаваемый на поверхность в емкость 3, остается в указанной области, постепенно увеличивая свой объем, так как имеет меньшую плотность по сравнению с холодным продуктом.
Очевидно, что наименьшее время разогрева продукта в цистерне 3 будет тогда, когда весь горячий продукт подается по участку 17 напорного трубопровода 14 на поверхность холодного продукта в емкости 3. Но, в этом случае, в приемный патрубок 2 должен поступать только холодный продукт из донной части емкости 3, что невозможно обеспечить при разогреве вязких и застывающих продуктов, так как объемный расход холодного продукта с высокой вязкостью будет значительно ниже производительности насоса 6, требуемой для его работы без кавитации.
После полного разогрева продукта в цистерне 3 прекращается подача теплоносителя в теплообменник, закрывается клапан 9 и производится гравитационный слив продукта в заглубленный приемный коллектор (на фиг. не показан) при открытом клапане 27 через сливной трубопровод 26.
По завершении слива в стартовой емкости 4 остается продукт для последующего старта установки.
Если клапан нижнего слива неисправен, то в цистерну 3 через верхний люк 40 вводят погружную трубу 33 вместе с входными участками напорного трубопровода 31.
Смонтированная на крышке 39 погружная труба 33 опускается до дна цистерны 3, через разъемное соединение 41 подключается гибкий шланг 42 всасывающего трубопровода 30. Клапан 32 устанавливается в положение «открыто», клапан 15 устанавливается в положение «закрыто», клапаны 5 и 27 закрыты.
Открывается клапан 9 и насос 6 заполняется горячим продуктом из стартовой емкости 4. Открывается клапан 12 трубопровода 11 подачи теплоносителя в теплообменник 10, включается привод насоса 6 и начинается циркуляция продукта через участок 31 напорного трубопровода 14.
Горячий продукт подается насосом 6 по напорному трубопроводу 14 через открытый клапан 32 по участку напорного трубопровода 31 в участки 36 и 37 начальной его части и через них в цистерну 3, а холодный продукт из цистерны 3 по погружной трубе 33 и всасывающему трубопроводу 30 циркуляционного контура подается в стартовую емкость 4 и далее в насос 6.
Холодный плохо текучий продукт отбирается у дна цистерны 3, а разогретый в теплообменнике 10 жидкий продукт возвращается по трубопроводу 34 и участку 37 в верхнюю область цистерны 3 на поверхность холодного продукта с постепенным увеличением глубины горячего слоя.
Отбор холодного продукта из цистерны осуществляется через погружаемый до дна цистерны начальный участок погружной трубы 33, в которой производится подготовка отбираемого у дна цистерны 3 холодного продукта для транспортировки к теплообменнику 10.
Доставка плохо текучего холодного продукта к теплообменнику 10 осуществляется путем подвода по участку 36 напорного трубопровода 31 части жидкого разогретого в теплообменнике 10 продукта в нижнюю часть погружной трубы 33, благодаря чему откачиваемый у дна цистерны холодный продукт движется в потоке жидкого горячего продукта.
Таким образом, на вход насоса 6 подается нормально текучий продукт, который даже при невысоком (до 5 ати) напоре насоса 6 легко прокачивается до теплообменника 10 и в разогретом виде по напорному трубопроводу 31 доставляется в цистерну 3.
Подаваемый в верхнюю часть цистерны 3 горячий продукт, замещает отобранный холодный и одновременно обеспечивает очистку пристеночного слоя цистерны 3. Для обеспечения доставки в теплообменник 10 различных по реологическим свойствам продуктов требуются разные доли горячего продукта. Установка соотношения расхода горячего продукта, подаваемого в погружную трубу 33 и расхода, подаваемого на поверхность холодного продукта в цистерне 3, производится трехходовым краном 38. Соотношение устанавливается оператором при старте с контролем заданного минимального давления на входе в насос 6.
При снижении уровня границы раздела холодного и горячего продукта наступает ситуация, когда горячий продукт начинает поступать в погружную трубу
33, происходит замыкание циркуляционного контура и по нему циркулирует только горячий продукт.
В этой ситуации отпадает необходимость в подаче горячего продукта в погружную трубу 33 и весь горячий продукт подается по участку 37 напорного трубоповода в сопла 44, для организации в цистерне 3 мощных потоков горячего продукта с целью разогрева остатков на дне.
Когда цистерна 3 прогреется полностью (все дно горячее), прекращается подача пара в теплообменник 10, закрывается клапан 32 и производится слив разогретого продукта из емкости 3 через верхний люк 40 и стартовую емкость 4 при закрытом клапане 9 по трубопроводу 8 тем же циркуляционным насосом 6 при переключении его напорной стороны с подачи в теплообменник 10 на открытый клапан 46 сливного трубопровода 45.
Признаком окончания основного слива является повышение давления до атмосферного в верхней перевальной точке всасывающего трубопровода 30.
После окончания основного слива продукта из цистерны 3 в стартовой емкости 4 остается запас горячего продукта достаточный для пуска установки в работу при постановке следующей емкости под разгрузку.
Таким образом предложенное устройство позволяет производить разогрев и слив продукта из цистерны через верхний или нижний люки с использованием только одного энергетического блока.