Устройство для плавления и хранения вязких нефтепродуктов

Полезная модель относится к средствам плавильной техники, предназначенным для подготовки к использованию в жидком виде фасованных твердых и вязких нефтепродуктов, и может найти применение в химической, нефтехимической и строительной промышленности.
Известна конструкция устройства для хранения нефтепродуктов, включающая по меньшей мере один резервуар для вязких нефтепродуктов с подогревателем, сообщенным посредством параллельных трубопроводов с теплоносителем с узлом подогрева, подогрев представляет собой теплонасосную установку, которая снабжена по меньшей мере одним теплообменником, расположенным в узле подогрева перед расширительной камерой (Патент РФ №2027650, МПК: B65D 88/74, B65G 69/20, опубл. 27.01.1995 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится возможность затвердевания нефтепродуктов и выпадение в осадок внутри резервуара, что значительно препятствует хранению нефтепродукта высокого качества.
Известна конструкция устройства для плавления фасованных нефтепродуктов, которая включает наружный теплоизолированный корпус, блок плавления, накопительную полость для сбора расплавленного нефтепродукта, расположенную ниже блока плавления, а также систему подводящих и отводящих трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Блок плавления содержит, по меньшей мере, один модуль плавления, в состав которого входят: приемная камера для размещения, по меньшей мере, одного блока нефтепродукта, промежуточный регистр труб циркуляции теплоносителя, расположенный ниже приемной камеры, и верхний регистр труб циркуляции теплоносителя, расположенный по вертикали между приемной камерой и промежуточным регистром. (патент РФ п.м №107503, МПК: E01C 19/08, опубл. 20.08.2011 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания в области хранения расплава, что влечет за собой возможность затвердевания и коагуляции нефтепродукта в середине накопительной полости. Это приводит к ухудшению качества готовой продукции и уменьшению производительности.
Известна конструкция устройства для плавления фасованных нефтепродуктов, которая включает наружный теплоизолированный корпус, блок плавления, накопительную полость для сбора расплавленного нефтепродукта, расположенную ниже блока плавления, а также систему подводящих и отводящих трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Блок плавления содержит, по меньшей мере, один модуль плавления, в состав которого входят: приемная камера для размещения, по меньшей мере, одного блока нефтепродукта, промежуточный регистр труб циркуляции теплоносителя, расположенный ниже приемной камеры, и верхний регистр труб циркуляции теплоносителя, расположенный по вертикали между приемной камерой и промежуточным регистром, включающее в себя механические и гидравлические средства перемешивания (Патент РФ п.м. №130605, МПК: C10C 3/12, E01C 19/08, опубл. 27.07.2013 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неэффективный теплообмен между модулем плавления и фасованным нефтепродуктом в виду контакта между ними только по одной плоскости, что, следовательно, уменьшает производительность данного устройства.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является устройство для плавления фасованных твердых и вязких нефтепродуктов, включающее наружный теплоизолированный корпус, накопительную полость для сбора расплавленного нефтепродукта, модуль плавления твердых нефтепродуктов, гидравлическое средство перемешивания, в котором блок плавящих и разогревающих труб представляет собой единое целое, состоящее из игольчатых конусов, установленных на электронагревателях, выполненных в виде усеченных конусов с изолированными полостями, перегородка между модулем плавления и накопительной полостью выполнена в виде равномерно перфорированного конуса, под угол наклона стенок к горизонту α (П. м. РФ №207211, МПК: H05B 1/00, опубл. 18.10.2021 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неэффективный теплообмен между игольчатым конусом и фасованным нефтепродуктом из-за того, что игольчатый конус разогревается за счет конических трубчатых электронагревателей и в процессе эксплуатации теряет удельную тепловую мощность в зоне контакта с фасованным нефтепродуктом, что, следовательно, приводит к образованию локальных застойных зон и уменьшению производительности данного устройства в целом.
Техническим результатом предлагаемой конструкции устройство для плавления и хранения вязких нефтепродуктов является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для плавления фасованных твердых и вязких нефтепродуктов, содержит наружный теплоизолированный корпус, трубчатые нагреватели, патрубки, равномерно перфорированный конус, разделяющий устройство на модуль плавления и накопительную полость, причем трубчатые нагреватели выполнены в виде полых конусов, оснащенных отводящими трубками и ограничительными решетками, над которыми расположен слой мелкозернистого материала, образованная полыми конусами единая полость снабжена патрубком подвода горячего теплоносителя, верхние концы отводящих трубок снабжены дисками из фильтровального материала с колпачками, оснащенными коническими пружинами переменной жесткости с чехлами из фильтровального материала, а крайние значения суммарной упругости пружины переменной жесткости определяются выражением:
k
1
где  - наибольшая упругость витков конической пружины, Н/м,
k
2
- наименьшая упругость витков конической пружины, Н/м,
С
- скорость звука горячего теплоносителя, м/с,
h
- расстояние от нижней ограничительной решетки до колпачка, м,
π
- число Пи,
M
1
- масса чехла из фильтровального материала, кг,
M
2
- масса чехла из фильтровального материала и частиц мелкозернистого материала на нем, кг.
Исполнение блока плавящих и разогревающих труб выполнены в виде полого конуса, в который подается горячий теплоноситель, в качестве которого может использоваться пар или отходящие дымовые газы, позволит увеличить площадь теплообменной поверхности модуля плавления и накопительной полости, что приведет к равномерности прогрева плавящегося нефтепродукта и постоянству поля температур расплавленного нефтепродукт, что в свою очередь позволит избежать застойных зон в модуле плавления, на поверхности блока плавящих и разогревающих труб выполнены в виде полого конуса, и обеспечить равномерное плавления фасованного нефтепродукта по всей высоте, за счет достижения равенства температур по всей площади теплообменной поверхности, что в целом увеличивает производительность.
Использование слоя мелкозернистого материала, находящегося во внутреннем пространстве полых конусов над ограничительными решетками, за счет перехода слоя под воздействием потока горячего теплоносителя в псевдоожиженное состояние, позволяет увеличить коэффициенты теплоотдачи до двух порядков (Н.И. Гельперин, В.Г. Айнштейн, В.Б. Кваша «Основы техники псевдоожижения», М.: «Химия», 1967 г., стр.298, 302) по сравнению с обогревом поверхностей газом без использования мелкозернистого материала, что, соответственно, во столько же раз повышает интенсивность теплопередачи, а следовательно и производительность в целом.
Установка на верхние концы отводящих трубок дисков фильтровального материала с колпачками, оснащенными коническими пружинами переменной жесткости с чехлами из фильтровального материала способствует предотвращению уноса частиц слоя мелкозернистого материала, находящегося в псевдоожиженном состоянии через зазоры между верхним концом трубы и установленным над ним колпачком за счет задержки мелких частиц твердой фазы фильтровальным материалом, что способствует увеличению времени безостановочной работы и производительности в целом.
Использование конической пружины переменной жесткости, упругость которых изменяется в пределах от наибольшего до наименьшего значений, позволяет повысить амплитуду резонансных колебаний чехла из фильтрующего элемента под воздействием ожижающего агента и использовать эффект самоочищения фильтровального материала, что способствует увеличению доли задерживаемых частиц слоя мелкозернистого материала, находящегося в псевдоожиженном состоянии, снижению уноса и увеличению времени безотказной работы чехла из фильтрующего материала, а следовательно увеличению времени безостановочной работы и производительности в целом.
Закрепление на верхние концы отводящих трубок диска из фильтрующего элемента позволяет установить чехол из фильтрующего элемента с минимальным зазором относительно наружной поверхности отводящей трубы, что снижает вероятность уноса частиц слоя мелкозернистого материала, находящегося в псевдоожиженном состоянии через зазор, образованный стенкой отводящей трубы и чехлом, а так же масса диска способствует утяжелению конструкции и препятствует задиранию фильтрующего материала, что способствует увеличению времени безостановочной работы и производительности в целом.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой конструкции устройство для плавления и хранения вязких нефтепродуктов в разрезе, а на фиг.2 укрупненный фрагмент А.
Устройство для плавления и хранения вязких нефтепродуктов состоит из теплоизолированного корпуса 1, люка для загрузки фасованного нефтепродукта 2, трубчатые нагреватели, выполненные в виде полых конусов 3, равномерно перфорированного конуса 4, патрубка 5 подачи расплава в контур циркуляции и возвратного патрубка 6. Через патрубок 5 расплав подается в контур циркуляции, а через возвратный патрубок 6 возвращается в устройство, что вместе с насосом представляет гидравлическое средство перемешивания. По направлению движения расплава к насосу расположен патрубок слива готовой продукции 7.
Равномерно перфорированный конус 4 разделяет и служит перегородкой между модулем плавления 8 и накопительной полостью 9.
Полые конусы оснащены отводящими трубками 10, а в образованной полыми конусами 3 единой полости находится слой мелкозернистого материала 11 над ограничительными решетками 12, а образованная полыми конусами 3 единая полость снабжена патрубком подвода горячего теплоносителя 13.
Верхние концы каждой отводящей трубки 10 снабжены соосно установленными дисками из фильтровального материала 14 с колпачками 15, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения посредством конических пружин переменной жесткости 16 с чехлами из фильтровального материала 17. Фильтровальный материал непроницаем для псевдоожиженного слоя мелкозернистого материала 11, но проницаем для горячего теплоносителя 13.
Устройство для плавления и хранения вязких нефтепродуктов работает следующим образом.
Горячий теплоноситель (например, пар, дымовые газы) по патрубку подвода горячего теплоносителя 13 подается в образованную полыми конусами 3 единую полость, приводя в псевдоожиженное состояние слой мелкозернистого материала 11, расположенного над ограничительными решетками 12, и равномерно разогревает теплообменную поверхность полых конусов 3. Отходящий поток горячего теплоносителя фильтруется через поры чехла из фильтровального материала 17, а частицы, образовавшиеся в результате истирания частиц мелкозернистого материала 11, накапливаются около пор чехла из фильтровального материала 16. При этом колпачок 15 совершает возвратно-поступательные движения посредством конических пружин переменной жесткости 16, суммарная упругость которых изменяется от наименьшего до наибольшего значения, что приводит к резонансным колебаниям с высокой амплитудой, вызванные действием горячего теплоносителя. Таким образом происходит самоочищение чехла из фильтровального материала 17. А установленный с минимальным зазором относительно наружной поверхности отводящих труб 10 диск из фильтровального материала 14 препятствует уносу мелких частиц твердой фазы через зазор, образованный стенкой отводящих труб 10 и чехлом из фильтрующего элемента 17.
Фасованный нефтепродукт через люк 2 загружается в модуль плавления 8, «накалывается» на разогретые полые конусы 3 и под действием силы тяжести начинает «проседать» на них. Разогретый фасованный нефтепродукт, опустившись до границы раздела, выполненной в виде равномерно перфорированного конуса 4, протекая через его перфорации, поступает в накопительную полость 9. Через патрубок 5 расплав нефтепродукта подается на насос, а через возвратный патрубок 6 возвращается в накопительную полость 9, таким образом, происходит гидравлическое перемешивание расплава нефтепродукта.
При необходимости готовый продукт можно слить через патрубок слива готовой продукции 7.
В процессе работы устройства из единой полости горячийтеплоноситель выходит по отводящим трубкам 10.
C
1
2
Пример. Скорость звука в газе зависит от его температуры. Пусть в качестве горячего теплоносителя выступает пар с температурой 150°С и скорость звука будет соответственно =300 м/с а расстояние от нижней ограничительной решетки до колпачка h=2 м, масса чехла из фильтровального материала М=0,5 кг, а масса чехла из фильтровального материала и частиц мелкозернистого материала на его поверхности M=1,5 кг, тогда наибольшая упругость витков конических пружин переменной жесткости определяется из выражения:
k
1
где  - наибольшая упругость витков конической пружины, Н/м,
π
- число Пи,
то есть виток максимально деформируется на 1 мм при нагрузке 33,3 кг, а минимальная упругость витков аналогично из выражения:
k
2
где  - наименьшая упругость витков конической пружины, Н/м,
то есть виток минимально деформируется на 1 мм при нагрузке 11 кг.
Таким образом, использование устройства для плавления фасованных твердых и вязких нефтепродуктов, содержащего наружный теплоизолированный корпус, патрубки, равномерно перфорированный конус, разделяющий устройство на модуль плавления и накопительную полость, трубчатые нагреватели, выполненные в виде полых конусов, оснащенные отводящими трубками и ограничительными решетками, над которыми расположен слой мелкозернистого материала, при этом верхние концы отводящих трубок снабжены дисками из фильтровального материала с колпачками, оснащенными коническими пружинами переменной жесткости с чехлами из фильтровального материала, позволяет повысить производительность устройства.