Дыхательная система резервуара для легкоиспаряющихся жидкостей
BREATHER SYSTEM RESERVOIR FOR EASY-FLUID LIQUID

Изобретение относится к оборудованию резервуаров для хранения легкоиспаряющихся жидкостей, в частности, нефти и нефтепродуктов.
Известно устройство для хранения и сокращения потерь нефти (RU 2328430, 2008 г.), которое снабжено расположенной внутри металлического резервуара гофрированной нефтеустойчивой металлополимерной камерой с выходящим наружу сквозь купол резервуара воздухопроводящим патрубком и плавно изменяющейся в объеме по мере наполнения резервуара нефтью или откачки нефти из резервуара насосом нефтеподводящей или нефтеотводящей трубы, расположенными друг на друге и соединенными между собой металлической трубой с водяным насосом металлическими газосборником с водным раствором поваренной соли и сборником водного раствора поваренной соли, присоединенным сверху к крышке сборника водного раствора поваренной соли металлическими люком и патрубком с краном, присоединенной к верхней части корпуса газосборника металлической газоотводящей трубой с краном, присоединенной к куполу резервуара и к верхней части корпуса газосборника металлической газоподводящей трубой с краном, расположенным на дне резервуара металлическим конусообразным душем, присоединенной к душу резервуара и к верхней боковой части корпуса газосборника металлической газоподводящей трубой с краном.
Известна дыхательная система резервуара для легкоиспаряющихся жидкостей (патент RU 2181336, 2002 г.), включающая сообщенный с резервуаром конденсатор с укрепленным в нем газосборником, адсорбер с гранулами сорбирующего вещества, установленный на конденсаторе, теплообменник в виде плоской батареи термоэлементов, расположенный между конденсатором и адсорбером и обращенный холодными спаями к конденсатору, а горячими - к адсорберу, патрубок для сообщения конденсатора с адсорбером и атмосферой, при этом газосборник выполнен из высокопористого проницаемого ячеистого материала, система снабжена пластинами, одна из которых расположена со стороны горячих спаев термоэлементов, имеет оребрение и выполнена из высокопористого проницаемого ячеистого материала, а другая - со стороны холодных спаев термоэлементов, выполнена из высокопористого проницаемого ячеистого материала и размещена на газосборнике.
Известна установка улавливания паров нефтепродуктов из автомобильных цистерн и резервуаров с применением охлаждающей смеси (патент RU 122994 U1), в которой на горловину цистерны устанавливают съемное устройство на гибком рукаве. Через приемный трубопровод цистерны нефтепродукт поступает в автоцистерну. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. В цистерне создается избыточное давление паров, причем пары по гибкому рукаву поступают в участок паропровода и откачиваются с помощью компрессора через открытый под давлением компрессора обратный клапан в основной паропровод, соединенный с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством. Пары проходят теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью, которая подается из емкости по трубопроводу охлаждающей системы с помощью насоса. При этом основная часть газообразных углеводородов в результате охлаждения в теплообменнике переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, расслаиваются двумя перегородками с дырками различного диаметра и поглощаются низкооктановым нефтепродуктом.
Наиболее близким аналогом изобретения является установка улавливания паров нефтепродуктов с дополнительным резервуаром сбора паров и системой их охлаждения для наземных вертикальных стальных резервуаров (патент RU 142402 U1). В данной установке на корпус дыхательного клапана резервуара устанавливается паропровод, соединенный с заглубленным резервуаром, который оснащается приемным устройством для паров горючего и валом для вращения центробежных колес, при этом пары из резервуара компрессором откачиваются в дополнительный резервуар сбора паров, оборудованный обратными клапанами с различными давлениями открытия, а также тем, что под давлением работы компрессора пары нефтепродуктов скапливаются в дополнительном резервуаре и периодически через обратный клапан повышенного давления и соответствующую задвижку поступают в основной паропровод с системой охлаждения, включающую теплообменник, насос и емкость с охлаждающей смесью, а затем в заглубленный резервуар для дополнительной абсорбции паров.
Известные из уровня техники аналоги, в том числе наиболее близкий аналог, сложны по конструкции, к тому же требуют значительной доработки существующих резервуаров для хранения легковоспламеняющихся жидкостей в случае, если потребуется установить дыхательную систему резервуара на уже смонтированный резервуар.
Известно, что испарение в процессе заполнения резервуара, при хранении или откачке нефтепродукта из резервуара приводит к уменьшению количества нефтепродукта и ухудшает его качество.
Различают следующие потери от испарения:
1) при заполнении резервуаров («большие дыхания»);
2) при неподвижном хранении («малые дыхания»);
3) при выкачивании нефтепродукта из резервуара вследствие до насыщения газового пространства («обратный выдох»).
Технической проблемой, которая решается заявленным изобретением, является сохранение качества нефтепродукта за счет подготовки атмосферного воздуха до подачи его в дыхательный клапан резервуара путем его осушения, то есть удаления избыточной влаги атмосферного воздуха, входящего в резервуар при выкачивании нефтепродукта, а также снижение потерь нефтепродукта при его испарении (конденсация) при одновременном упрощении конструкции устройства.
3
3
При влажном атмосферном воздухе, когда влажность близка к 70-100% - обычно это происходит в летние месяцы или во время выпадения осадков (дождя) в резервуар объемом 5000 м при его опорожнении поступающий снаружи влажный воздух может внести около 50 литров воды, т.е. 1 литр воды на 100 м объема воздух, вода при этом частично конденсируется на стенках резервуара и в топливе, ухудшая его качество. Механизмы обводнения топлива в резервуарах от поступающего воздуха описаны в научной литературе [К.В. Рыбаков, Е.Н. Жулдыбин, В.П. Коваленко. «Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов», М., Транспорт, 1979, 181 с; Коваленко В.П., Ильинский А.А. Основы техники очистки жидкости от механических загрязнений. - М.: Химия, 1982. - 340 с.]
Суть изобретения, позволяющая повысить качество нефтепродукта и сократить потери легкоиспаряющейся жидкости при хранении в металлическом резервуаре, состоит в том, что для снижения уровня обводненности нефтепродукта за счет подготовки воздуха, в том числе его осушки, до подачи его в дыхательный клапан резервуара, использовано устройство подвода-отвода воздуха в виде кольцевого воздуховода, который образован двумя обечайками, например цилиндрическими (или другой формы), расположенными на расстоянии друг от друга и изолированными от атмосферы верхним и нижним основаниями, герметично соединенными с обеими обечайками, с образованием между обечайками изолированной от атмосферы кольцевой полости. Внутренняя обечайка выполнена со щелями и ограничивает внутреннюю полость кольцевого воздуховода, в которой располагается дыхательный клапан, причем внутренняя полость кольцевого воздуховода сообщена с окружающей атмосферой, а клапан установлен на расстоянии от внутренней обечайки, образующем «атмосферный зазор», т.е. сообщающийся с окружающей атмосферой зазор между внутренней поверхностью кольцевого воздуховода (обечайкой с щелями) и дыхательным клапаном. Конструкция кольцевого воздуховода обеспечивает подачу подготовленного осушенного воздуха к дыхательному клапану. В заявленном изобретении предусмотрена система подготовки воздуха, в которую входит блок очистки воздуха от воды и частиц пыли, воздушный фильтр и холодильник-конденсатор влаги воздуха, обеспечивающий постоянную низкую влажность воздуха, не зависимо от абсолютной влажности атмосферного воздуха, окружающего резервуар с легкоиспаряющейся жидкостью, преимущественно, с нефтепродуктом. Для охлаждения и осушения атмосферного воздуха может использоваться, в частности, промышленный кондиционер, который располагают снаружи резервуара.
Технический результат заявленного изобретения состоит в снижении уровня обводнености нефтепродукта в резервуаре и, кроме того, в эффективном сокращении потерь легкоиспаряющейся жидкости (нефти, нефтепродуктов) при хранении в металлическом (стальном) резервуаре путем предварительной подготовки воздуха при «больших» и «малых» дыханиях за счет подвода сухого (осушенного) воздуха в дыхательный клапан резервуара и отвода воздуха с парами легкоиспаряющейся жидкости из этого же дыхательного клапана через устройство подвода-отвода воздуха (кольцевой воздуховод), сообщенное с окружающей атмосферой.
Указанный технический результат достигается за счет того, что дыхательный клапан, сообщенный с внутренним объемом резервуара, сообщен также с системой предварительной подготовки воздуха через «атмосферный зазор» между дыхательным клапаном и кольцевым воздуховодом. Для этого на внутренней обечайке кольцевого воздуховода выполнены щели, сообщающие «атмосферный зазор» с внутренней полостью кольцевого воздуховода, а к наружной обечайке подведен воздуховод подвода-отвода воздуха, сообщающий кольцевой воздуховод со средством забора атмосферного воздуха через холодильник-конденсатор влаги, расположенный перед дыхательным клапаном, и с холодильником-конденсатором паров легкоиспаряющейся жидкости, расположенным за дыхательным клапаном, при этом кольцевой воздуховод установлен с зазором по отношению к дыхательному клапану с созданием воздушной полости, «атмосферного зазора», между внутренней обечайкой и дыхательным клапаном, причем воздушная полость открыта в окружающую атмосферу сверху и снизу.
Заявленная дыхательная система резервуара позволяет забирать воздух на расстоянии от резервуара, очищать и извлекать из него избыточную влагу и далее подавать в резервуар, создавая из подготовленного осушенного воздуха «атмосферный зазор» в зоне всасывания вокруг дыхательного клапана, что повышает надежность работы системы подвода-отвода воздуха, исключает необходимость сложной системы регулирования расхода осушенного воздуха в связи с тем, что наличие «атмосферного зазора» позволяет регулировать расход воздуха при работе дыхательного клапана на всасывание. Кроме того, предложенная конструкция создает условия для предохранения легкоиспаряющейся жидкости от отрицательного влияния изменений абсолютной влажности окружающего атмосферного воздуха и обеспечивает поддержание внутреннего давления в резервуаре. Расход воздуха через дыхательный клапан определяется с использованием блока управления, который задает расход воздуха в зависимости от текущего расхода топливных насосов, которые или заполняют резервуар или опорожняют его, при этом расход осушенного воздуха при опорожнении резервуара должен превышать расчетную величину, предпочтительно, примерно на 10% для компенсации возможных потерь, которые могут возникнуть в «атмосферном зазоре». Дополнительным преимуществом заявленного изобретения является то что монтаж устройства подготовки воздуха не требует вмешательства в конструкцию существующих и эксплуатируемых резервуаров.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено
На фиг. 1 - схема дыхательной системы резервуара для легкоиспаряющихся жидкостей.
На фиг. 2 - разрез устройства подвода-отвода воздуха - кольцевого воздуховода (увеличено).
Дыхательная система резервуара для легкоиспаряющейся жидкости, в частности, нефтепродуктов, предназначена для установки на резервуаре 1, от нижней части корпуса которого отходят средства для подвода и отвода легкоиспаряющейся жидкости, например, нефтепродукта, оснащенные насосами 2 и 3, подключенными к блоку управления 4.
Сверху резервуар 1 представляет собой корпус, например, цилиндрической формы к верхней части которого присоединен металлический купол 5 с закрепленным на нем дыхательным клапаном 6. В качестве дыхательного клапана может использоваться, например, клапан типа КДС2-1500/250. Количество дыхательных клапанов может быть один два или более, в зависимости от объема резервуара. На фиг. 1 в качестве примера приведена дыхательная система резервуара с двумя дыхательными клапанами 6.
Дыхательный клапан 6 предназначен для герметизации газового пространства резервуара 1 с нефтепродуктами и регулирования давления в этом пространстве в заданных пределах. Остальная часть дыхательной системы, предназначенная для подготовки воздуха до подачи его в дыхательный клапан 6 и отвода газовой смеси, размещена вне резервуара.
К дыхательному клапану 6 подведена система подвода в резервуар атмосферного воздуха и отвода из резервуара воздуха, насыщенного парами легкоиспаряющейся жидкости. Дыхательный клапан 6 (каждый из дыхательных клапанов 6) работает в двух режимах - как впускной и как выпускной при наличии изменения давления в резервуаре, возникающего от того, выкачивается ли легкоиспаряющаяся жидкость из резервуара 1 или происходит заполнение резервуара 1.
Система подвода атмосферного воздуха и отвода из резервуара воздуха, насыщенного парами легкоиспаряющейся жидкости представляет собой единый воздуховод 7 подвода-отвода воздуха, расположенный за пределами резервуара 1 и связанный с дыхательным клапаном или с каждым из дыхательных клапанов 6, если клапанов более одного (см. фиг. 1).
Дыхательный клапан 6, сообщенный с внутренним объемом резервуара 1, помещен внутрь устройства подвода-отвода воздуха, которое закреплено на куполе 5 резервуара 1 и выполнено в виде кольцевого (полого) воздуховода 8 (см. фиг. 2), образованного двумя концентрично расположенными обечайками 9 и 10, при этом внутренняя обечайка 9 является внутренней стенкой кольцевой полости и одновременно ограничивает внутреннюю полость кольцевого воздуховода 8, в которой расположен дыхательный клапан 6, а наружная обечайка 10 является внешней стенкой кольцевой полости. Сверху и снизу расстояние между обечайками закрыто основаниями 24, герметично соединенными с обечайками 9 и 10 с образованием кольцевой полости, изолированной от окружающей атмосферы.
Дыхательный клапан 6, расположенный во внутренней полости кольцевого воздуховода 8, установлен с зазором по отношению к внутренней обечайке 9, причем внутренняя полость кольцевого воздуховода открыта в окружающую атмосферу. Зазор между внутренней обечайкой 9 кольцевого воздуховода 8 и дыхательным клапаном 6 создает между ними воздушное пространство, т.е. «атмосферный зазор» 17, открытый в окружающую атмосферу, например, одновременно сверху и снизу.
На внутренней поверхности кольцевого воздуховода, т.е. на внутренней обечайке 9, выполнены щели 11, сообщающие кольцевую полость 12 с внутренней полостью кольцевого воздуховода 8, ограниченной внутренней обечайкой 9, а к наружной поверхности, т.е. к наружной обечайке 10, подведен воздуховод 7 подвода-отвода воздуха, сообщающий кольцевую полость кольцевого воздуховода 8 со средством забора атмосферного воздуха 13 через фильтр-пылесборник 14 и холодильник-конденсатор 15 влаги воздуха (используется при подаче атмосферного воздуха в резервуар 1) и с холодильником-конденсатором 16 паров легкоиспаряющейся жидкости (используется при отводе воздуха с парами легкоиспаряющейся жидкости из резервуара 1). Кольцевой воздуховод 8 имеет зазор относительно поверхности купола резервуара 3, который обеспечивает беспрепятственное удаление атмосферных осадков из рабочей зоны по конусообразному скату крыши 5.
Воздуховод 7 подвода-отвода воздуха снабжен подающим насосом 18, установленным за средством 13 забора атмосферного воздуха перед холодильником-конденсатором 15 и связанным с блоком управления 4, включающим подающий насос 18 одновременно с включением насоса 3 забора (откачки) легкоиспаряющейся жидкости из резервуара 1. Далее воздуховод 7, как указано выше, подсоединен к устройству подвода-отвода воздуха (кольцевому воздуховоду 8). Воздух, подводимый к дыхательному клапану 6 через кольцевой воздуховод 8, т.е. через «атмосферный зазор» 17 между дыхательным клапаном 6 и кольцевым воздуховодом 8, предварительно осушен за счет того, что атмосферный воздух, проходящий по воздуховоду 7 от средства 13 (устройства) забора атмосферного воздуха к дыхательному клапану, пропущен через холодильник - конденсатор 15 атмосферной влаги, расположенный между средством 13 забора атмосферного воздуха и кольцевым воздуховодом 8, окружающим дыхательный клапан 6. Конденсат, образующийся в холодильнике-конденсаторе 15 в результате осушения атмосферного воздуха, выводится в цистерну 19 сбора атмосферной влаги. Таким образом, при откачке нефтепродукта, например топлива, очищенный и осушенный воздух от системы подготовки воздуха, в которую входит блок очистки воздуха от воды и частиц пыли, фильтр пылесборник 14 и холодильник-конденсатор 15 влаги воздуха, за счет включения в работу насоса 18 (по команде блока управления 4) поступает в кольцевую полость 12 кольцевого воздуховода 8, далее через щели на внутренней обечайке 9 кольцевого воздуховода 8 осушенный воздух переходит в его внутреннюю полость, а затем через дыхательный клапан 6 всасывается в резервуар 1. Система нагнетает очищенный и осушенный воздух с избытком 10%, на компенсацию потерь. Расход воздуха определяется показаниями расходомеров топливоперекачивающих насосов 2 и 3, которые дают точную цифру расхода топлива, причем эта цифра равна требуемому расходу воздуха (+10%), поскольку работают сообщающиеся объемы воздух-топливо.
При подаче нефтепродукта, например, топлива, в резервуар 1 воздух, насыщенный парами легкоиспаряющейся жидкости, в частности нефтепродукта, вытесняется через дыхательный клапан 6 в полость «атмосферного зазора» 17 и через щели 11 на внутренней обечайке 9 кольцевого воздуховода 8 под действием откачивающего воздушного насоса 22 засасывается в кольцевую полость 12, далее этот воздух по воздуховоду 7 направляется в холодильник-конденсатор 16 паров легкоиспаряющейся жидкости. В холодильнике-конденсаторе 16 из воздуха, насыщенного парами легкоиспаряющейся жидкости, путем конденсации извлекается легкоиспаряющаяся жидкость, после чего конденсат сливается в цистерну 20 для конденсата паров легкоиспаряющейся жидкости, а воздух выводится наружу через трубку 21. Откачивающий воздушный насос 22 установлен на воздуховоде перед холодильником-конденсатором 16 паров легкоиспаряющейся жидкости и связан с блоком управления 4, который включает насос 22 одновременно с включением насоса 2 подачи легкоиспаряющейся жидкости в резервуар 1.
Воздуховод 7 оснащен заслонками воздушными с электроприводом, которые установлены в воздуховоде 7 до и после дыхательного клапана. К примеру, может быть использована известная из уровня техники заслонка воздушная АЗД 214.000. Электропривод каждой заслонки 23 соединен с блоком управления 4. Заслонки воздушные 23 необходимы для предотвращения обратного перетока воздуха при смене режима работы подающего и отсасывающего воздушных насосов 18, 22. Каждая заслонка 23 открывается при одновременно с закрытием другой. Блок управления 4 открывает одну из заслонок 23 одновременно с началом работы соответствующего воздушного насоса - подающего 18 или отсасывающего 22 (в зависимости от того опорожняют резервуар или заполняют его), что обеспечивает открытие соответствующей заслонки и прохождение воздушного потока по той ветви воздуховода 7, которую требуется задействовать в процессе опорожнения или заполнения резервуара 1. Другая заслонка при этом закрыта. В состоянии покоя системы (при неизменном давлении внутри резервуара) обе заслонки 23 закрыты, чтобы избежать несанкционированного перетока воздуха по воздуховоду 7.
При возникновении неисправности в системе подачи / откачки воздуха или при отключении электроэнергии питания заявленной дыхательной системы, работа дыхательного клапана резервуара не прекращается вследствие наличия «атмосферного зазора» между дыхательным клапаном и кольцевым воздуховодом, сообщенного с окружающей атмосферой. В этом случае обеспечивается беспрепятственный доступ окружающего атмосферного воздуха в дыхательный клапан, минуя описанную выше систему, т.е. в аварийной ситуации наличие устройства подвода-отвода воздуха (кольцевого воздуховода) позволяет обеспечить бесперебойную работу дыхательного клапана без дополнительных действий со стороны персонала. При возобновлении подачи электроэнергии работа дыхательной системы автоматически восстанавливается.