Сепаратор топлива

Полезная модель относится к области техники, используемой для обезвоживания тяжелых сортов топлива (моторное топливо, мазут) на судах.
При транспортировке и в ходе длительного хранения наблюдается постепенное обводнение тяжелых сортов топлива водой, содержание которой может доходить до 30-50%, при норме 1% (см., например, Клыков М.В., Алушкина Т.В., Абросимова М.О. Термическое обезвоживание мазута // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №2. С. 266-280. URL: http://ogbus.ru/issues/2_2015/ogbus_2_2015_p266-280_KlykovMV_ru.pdf). При длительном хранении тяжелых сортов топлива развиваются колонии микроорганизмов. Развитие микроорганизмов способствует эмульгированию топлив, образованию слизи. Это приводит к стабилизации дисперсной системы вода-топливо и затруднениям при отделении воды от топлива методом отстаивания. В связи с этим тяжелые сорта топлива чрезвычайно трудно отделить от воды, содержание которой может достигать 50%.
Известна полезная модель обезвоживания мазута, путем отстаивания воды при нагреве мазута до 70-90°С. Отстаивание производят при выключенных нагревателях, так как их включение вызывает конвекционные потоки жидкостей, которые затрудняют образование отстоя (см., например, Правила технической эксплуатации нефтебаз, М, Недра, 1986). Поскольку плотность мазута близка к плотности воды, то эта модель имеет невысокую эффективность.
Известна также полезная модель термического обезвоживания нефтепродуктов. Исходный нефтепродукт нагревается до текучего состояния при перемешивании смеси исходного и обезвоженного нефтепродуктов при 100-150°С. Этот процесс трудоемок, так как необходимо перемешивать смесь нефтепродуктов с добавкой поверхностно-активного вещества с использованием специальных мешалок при температуре 100-150°С. (Авторское свидетельство СССР 1747467, 1990 г.).
Известна полезная модель судового сепаратора нефтесодержащих вод в виде системы нефтесодержащих вод, входящей в состав котельной установки, согласно патента на полезную модель «Котельная установка» №159519 по заявке №2015126205 от 30 июня 2015 г., авторы: А.Г. Чичурин, О.П. Шураев, Н.Н. Борисов, Р.В. Пырков.
Судовой сепаратор нефтесодержащих вод включает последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, выходной клапан и фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла, а также последовательно соединенные входной клапан, испарительную цистерну и насос нефтеостатков, причем вход входного клапана соединен с выходом насоса, а выход насоса нефтеостатков соединен с входом фильтра тонкой очистки, при этом испарительная цистерна содержит дыхательную трубку, нагревательный элемент и термометр.
Данная система нефтесодержащих вод обеспечивает обезвоживание нефтесодержащих вод путем их прогрева до температуры кипения воды и последующего подогрева до повышения температуры содержимого испарительной цистерны.
Здесь нефтесодержащие воды поступают в испарительную цистерну, где подвергаются нагреванию. При этом температура нефтесодержащих вод повышается, и при достижении температуры порядка 100°С начинается процесс кипения воды, входящей в их состав. В результате данного процесса вода из состава нефтесодержащих вод превращается в пар и уходит в атмосферу. При этом нефтесодержащие остатки, практически не испаряются, так как температура их кипения выше 100°С, а их концентрация в составе нефтесодержащих вод повышается. Все это время температура содержимого данной цистерны остается практически неизменной, так как почти вся подводимая к испарительной цистерне теплота идет на испарение воды из состава нефтесодержащих вод. После полного испарения воды в испарительной цистерне останутся только нефтесодержащие остатки, и подводимая теплота будет расходоваться для их разогрева. В результате температура содержимого испарительной цистерны начнет повышаться. Заметное повышение температуры выше 100°С и является признаком практически полного испарения воды из состава нефтесодержащих вод. После испарения воды из состава нефтесодержащих вод в испарительной цистерне остаются обезвоженные нефтеостатки.
Если вместо нефтесодержащих вод в испарительную цистерну залить обводненный мазут, то данная полезная модель может быть применена и для обезвоживания мазута. Однако, здесь вследствие мелкодисперсионного состояния воды в мазуте, греть мазут необходимо до температуры порядка 170°С и поддерживать данную температуру достаточно длительное время (см., например, Клыков М.В., Алушкина Т.В., Абросимова М.О. Термическое обезвоживание мазута // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №2. С. 266-280. URL: http://ogbus.ru/issues/2_2015/ogbus_2_2015_p266-280_KlykovMV_ru.pdf). При этом у рассматриваемой полезной модели будут проявляться следующими недостатки.
Во-первых, для нагрева содержимого испарительной цистерны требуется значительная энергия. Во-вторых, будут иметь место большие тепловые потери с поверхности емкости с подогреваемым мазутом, так как, подогревается емкость значительных размеров, и подогрев продолжается достаточно длительное время. В-третьих, мазут имеет достаточно широкий фракционный состав, в том числе содержит и легкие фракции, которые практически отсутствуют у нефтесодержащих вод, а нагретые пары легких фракций мазута при смешивании с воздухом взрывоопасны.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель сепаратора мазута согласно патента на полезную модель «Сепаратор мазута» №179475 по заявке №2018100862 от 10.01.2018, авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Жидков А.В.
Сепаратор мазута, содержит клапан подачи обводненного мазута, а также холодильник с отводной трубой в донной части и выводной трубой на крышке холодильника, патрубок для входа и патрубок для выхода холодной воды, кроме того содержит последовательно соединенные выводной патрубок, установленный в донной части холодильника, и кран спуска выделенной из мазута воды, а также последовательно соединенные насос, вход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного мазута, входной клапан, нагреватель мазута с нагревательным элементом, термометром и манометром, спускной клапан, расширитель, клапан, подающий насос, цистерна обезвоженного мазута с клапаном выдачи обезвоженного мазута и выходной клапан, выход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного мазута, при этом верхняя часть расширителя соединена с входом отводной трубы холодильника, а также продувочный клапан и вакуумный клапан, входы, которых подключены ко второму выходу нагревателя мазута, причем выход продувочного клапана является выходом в атмосферу, а выход вакуумного клапана подключен к отводной трубе.
Здесь обезвоживание обеспечивается путем нагрева порции обводненного мазута в закрытой емкости до температуры выше 100°С с последующей ее разгерметизацией.
Рассматриваемая полезная модель обладает следующими недостатками. При работе сепаратора наполнение нагревателя мазута происходит циклически. При поступлении обводненного мазута даже из одной цистерны степень его обводненности в нагревателе мазута может меняться от цикла к циклу, Это обусловлено неравномерностью расположения глобул воды отстоя в объеме мазута. Кроме того, степень очистки мазута от воды на выходе расширителя будет зависеть от степени обводненности мазута, наполняющего нагреватель мазута (при заданных давлении и температуры, до которых доводится при нагревании содержимое нагревателя мазута). В результате, в одном цикле очистки мазут на выходе расширителя может быть полностью обезвожен, а в другом содержать значительное количество воды
Поэтому при работе сепаратора мазута в цистерне обезвоженного мазута будет, вообще говоря, обводненный мазут и, прежде чем его выдавать потребителям необходимо его снова пропустить через сепаратор, что и делается с помощью выходного клапана 13. В зависимости от степени обводненности мазута таких циклов может быть несколько. Все это снижает эффективность сепаратора мазута.
Данная полезная модель предназначена для обезвоживания мазута, но может применяться и для других тяжелых топлив. При этом будут проявляться все указанные выше недостатки.
Задачей полезной модели является повышение эффективности обезвоживания топлива путем разделения обезвоженного и обводненного топлива на выходе расширителя.
Задача полезной модели достигается тем, что в известное устройство сепаратор топлива, содержащий клапан подачи обводненного топлива, а также холодильник с отводной трубой в донной части и выводной трубой на крышке холодильника, патрубок для входа и патрубок для выхода холодной воды, кроме того содержит последовательно соединенные выводной патрубок, установленный в донной части холодильника, и кран спуска выделенной из топлива воды, а также последовательно соединенные насос, вход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного топлива, входной клапан, нагреватель топлива с нагревательным элементом, термометром и манометром, спускной клапан, расширитель, клапан, подающий насос, кроме того содержит цистерну обезвоженного топлива с клапаном выдачи обезвоженного топлива и выходной клапан, выход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного топлива, при этом верхняя часть расширителя соединена с входом отводной трубы холодильника, а также продувочный клапан и вакуумный клапан, входы, которых подключены ко второму выходу нагревателя топлива, причем выход продувочного клапана является выходом в атмосферу, а выход вакуумного клапана подключен к отводной трубе, дополнительно введены цистерна обводненного топлива, выход которой соединен с входом выходного клапана, трехходовой клапан и датчик определения наличия влаги в топливе, причем первый выход трехходового клапана, соединен с входом цистерны обезвоженного топлива, а второй со входом цистерны обводненного топлива, при этом управляемый вход трехходового клапана подключен к выходу датчика определения наличия влаги в топливе, а датчик определения наличия влаги в топливе и вход трехходового клапана соединены с выходом подающего насоса.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем. Сепаратор топлива в известной модели работает циклически. Продолжительность цикла определяется временем необходимым на сепарацию топлива, закачиваемого в нагреватель топлива. В ходе работы сепаратора топливо на выходе расширителя в одном цикле может быть полностью обезвожено, а в другом содержать какое-то количество влаги. Все определяется влажностью поступающего на вход сепаратора топлива, а она может изменяться в широких пределах даже при подаче топлива из одной и той же цистерны (см., например, Клыков М.В., Алушкина Т.В., Абросимова М.О. Термическое обезвоживание мазута // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №2. С. 266-280. URL: http://ogbus.ru/issues/2_2015/ogbus_2_2015_p266-280_KlykovMV_ru.pdf). Поэтому, при работе сепаратора топлива в цистерне обезвоженного топлива может быть обводненное топливо, и, прежде чем его выдавать потребителям, необходимо его снова пропустить через сепаратор. Для этого обводненное топливо из цистерны обезвоженного топлива снова закачивается в нагреватель топлива и процесс повторяется. В зависимости от степени обводненности топлива таких циклов сепарации топлива может быть несколько. Это ведет к увеличению времени сепарации топлива, что снижает эффективность сепаратора топлива.
В предлагаемой полезной модели осуществляется разделение обезвоженного и обводненного топлива на выходе расширителя. Причем топливо содержащее воду направляется в одну цистерну (цистерну обводненного топлива), а обезвоженное в другую (цистерну обезвоженного топлива). Содержимое цистерны обводненного топлива может повторно выдаваться на вход сепаратора для дальнейшей очистки от воды, а содержимое цистерны обезвоженного топлива при этом может выдаваться потребителям. То есть сепаратор, обрабатывая поступающее топливо, может одновременно и выдавать обезвоженное топливо потребителям. Такая возможность отсутствует у известной полезной модели, где выдача топлива потребителям возможна только после обезвоживания всего объема поступающего на сепаратор топлива.
Все это ведет к повышению эффективности сепаратора топлива.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляются новое свойство, заключающееся в разделении обезвоженного и обводненного топлива на выходе расширителя не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности обезвоживания топлива
Краткое описание чертежей
На фигуре приведена схема сепаратора топлива.
Сепаратор топлива, содержит клапан подачи обводненного топлива 1, а также холодильник 16 с отводной трубой 15 в донной части и выводной трубой 19 на крышке холодильника 16, патрубок для входа 17 и патрубок для выхода 18 холодной воды, кроме того содержит последовательно соединенные выводной патрубок 20, установленный в донной части холодильника 16, и кран спуска выделенной из мазута воды 21, а также последовательно соединенные насос 2, вход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного топлива 1, входной клапан 3, нагреватель топлива 4 с нагревательным элементом 5, термометром 22 и манометром 23, спускной клапан 8, расширитель 9, клапан 10, подающий насос 11, кроме того содержит цистерну обезвоженного топлива 12 с клапаном выдачи обезвоженного топлива 14 и выходной клапан 13, выход которого подключен к выходу клапана подачи обводненного топлива 1, при этом верхняя часть расширителя 9 соединена с входом отводной трубы 15 холодильника 16, а также продувочный клапан 7 и вакуумный клапан 6, входы, которых подключены ко второму выходу нагревателя топлива 4, причем выход продувочного клапана 7 является выходом в атмосферу, а выход вакуумного клапана 6 подключен к отводной трубе 15, а также цистерну обводненного топлива 24, выход, которой соединен с входом выходного клапана 13, трехходовой клапан 25 и датчик определения наличия влаги в топливе 26, причем первый выход трехходового клапана 25, соединен с входом цистерны обезвоженного топлива 12, а второй с входом цистерны обводненного топлива 24, при этом управляемый вход трехходового клапана 25 подключен к выходу датчика определения наличия влаги в топливе 26, а датчик определения наличия влаги в топливе 26 и вход трехходового клапана 25 соединены с выходом подающего насоса 11.
Сепаратор топлива работает следующим образом.
При работе известной полезной модели наполнение нагревателя топлива 4 происходит циклически. При этом при поступлении обводненного топлива даже из одной цистерны степень обводненности мазута в нагревателе топлива 4 может меняться от цикла к циклу, Это обусловлено неравномерностью расположения глобул воды отстоя в объеме топлива. В свою очередь степень очистки топлива от воды на выходе расширителя 9 будет зависеть от степени обводненности топлива, наполняющего нагреватель топлива 4. В результате, в одном цикле очистки топливо на выходе расширителя может быть полностью обезвожено, а в другом содержать значительное количество воды
Поэтому при работе сепаратора топлива, в цистерне обезвоженного топлива 12 будет, вообще говоря, обводненное топливо, и, прежде чем его выдавать потребителям, необходимо его снова пропустить через сепаратор, что и делается с помощью выходного клапана 13. В зависимости от степени обводненности топлива таких циклов может быть несколько. Это ведет к увеличению времени сепарации топлива и снижает эффективность сепаратора топлива.
В предлагаемой полезной модели с помощью датчика определения наличия влаги в топливе 26 определяется количество влаги в топливе на выходе расширителя 9. При наличии влаги в топливе датчик определения наличия влаги в топливе 26 выдает управляющий сигнал на трехходовой клапан 25, который под действием этого сигнала направляет обводненное топливо в цистерну обводненного топлива 24. При отсутствии влаги в топливе датчик определения наличия влаги в топливе 26 управляющий сигнал на трехходовой клапан 25 не выдает, и с выхода трехходового клапана 25 обезвоженное топливо поступает в цистерну обезвоженного топлива 12. В результате при работе сепаратора осуществляется разделение обезвоженного и обводненного топлива на выходе расширителя. Причем топливо со следами воды направляется в одну цистерну (цистерну обводненного топлива 24), а обезвоженное в другую (цистерну обезвоженного топлива 12). Содержимое цистерны обводненного топлива 24 может повторно выдаваться через выходной клапан 13 для дальнейшей очистки от воды, а содержимое цистерны обезвоженного топлива 12 может выдаваться потребителям через клапан выдачи обезвоженного топлива 14. То есть у предлагаемой полезной модели появляется возможность в ходе ее работы производить одновременно очистку топлива от воды и выдавать обезвоженное топливо потребителям.
Такая возможность у известной модели отсутствует. Все это ведет к повышению эффективности обезвоживания топлива.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляются новое свойство, заключающееся в разделении обезвоженного и обводненного топлива на выходе расширителя не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности обезвоживания мазута.