Струйный смеситель для резервуаров

Полезная модель относится к устройствам для смешивания и выравнивания состава жидкостей в резервуарах больших объемов и может быть использована в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, где требуется гомогенизация жидкостей различной плотности, склонных к расслоению состава.
В настоящее время для перемешивания в резервуарах жидкостей различной плотности, склонных к расслоению состава, широко используются струйные смесители с сопловыми эжекторами и комбинированные смесители.
Известен струйный смеситель (RU 965491), имеющий эжектор с первичным щелевым соплом, расположенным по периметру наружной поверхности входного конфузора эжектора. Ось первичного сопла эжектора установлена перпендикулярно оси эжектора, причем внутренняя поверхность входного конфузора вверх от сопла выполнена криволинейной, а вниз за соплом - без скруглений.
Указанный струйный смеситель имеет ограниченное применение, в основном для перемешивания жидкостей невысокой плотности, склонных к расслоению, например молока, отстоявшегося в процессе хранения в резервуарах.
В смесителе RU 2314151 используется насос с всасывающим и напорным трубопроводами и эжекторное сопло, установленное на выходе напорного трубопровода. Эжекторное сопло выполнено в виде конфузора и цилиндрической камеры смешения, на внутренней поверхности которой имеются выступы - завихрители потока в виде спиральных ребер, расположенных под углом 30-45° к оси сопла. Сопло выполнено с диаметром, обеспечивающим скорость истечения жидкости 40-50 м/с. Сопловой эжектор устанавливается в резервуаре в горизонтальной плоскости на отдельной линии подачи жидкости под углом 60° от перпендикуляра к плоскости монтажного люка и в вертикальной плоскости под углом к горизонтали, обеспечивающим точку попадания струи на 50 процентов рабочей высоты резервуара.
Недостатком смесителя является его невысокая эффективность за счет большого энергопотребления (требуются 2 насоса, как указано в описании),и, соответственно, низкая производительность для получения однородной жидкости по всему объему резервуара. Мощный напор струи из сопла, бьющий в незначительную область по сравнению с достаточно большим объемом резервуара, оказывает негативное влияние на равномерность и интенсивность перемешивания, а также на пожаровзрывобезопасность всего процесса.
Прототипом может служить струйный смеситель, используемый в резервуарах достаточно больших объемов, который содержит корпус, выполненный в виде разветвителя потока с соплами, имеющими форму усеченной поверхности вращения, по меньшей мере, одно из которых выполнено эжекторным с конфузором, представляющим собой обтекаемое тело вращения, с ребрами жесткости, соединяющими конфузор с корпусом, и цилиндрической камерой смешения, который снабжен держателем, выполненным с возможностью регулирования угла наклона смесителя относительно днища резервуара. Турбулентность потока задается посредством выступов в виде радиальных колец или цилиндрических стержней в эжекторном сопле (RU 2594023, оп. 10.08.2016, МПК B01F 5/00).
Недостатком прототипа является его невысокая надежность на начальном этапе заполнения резервуара за счет забивания отверстий сопел твердыми включениями или глинистой коркой, которую по некоторым технологиям устанавливают в приемо-раздаточном патрубке резервуара.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании надежного устройства, обеспечивающего повышение производительности перемешивания.
Технический результат заключается в достижении равномерности смешивания жидкостей с получением гомогенной структуры смеси по всему объему резервуара без дополнительных энергозатрат и нарушения норм пожаровзрывобезопасности.
Технический результат достигается тем, что струйный смеситель, содержащий корпус, выполненный в виде разветвителя потока с соплами, имеющими форму усеченной поверхности вращения, по меньшей мере, одно из сопел выполнено эжекторным с конфузором, представляющим собой обтекаемое тело вращения, с ребрами жесткости, соединяющими конфузор с корпусом, и цилиндрической камерой смешения, который снабжен держателем, выполненным с возможностью регулирования угла наклона смесителя относительно днища резервуара, отличающийся тем, что в разветвителе на входе в центральное сопло установлена пружина сжатия винтовая цилиндрическая одножильная круглого сечения. Целесообразно пружину сжатия закрепить фиксирующим элементом. Для охвата струями всего объема резервуара количество сопел устанавливается от 3 до 7 штук.
Сущность полезной модели поясняется примером конкретного выполнения струйного смесителя, и сопровождающими чертежами:
Фиг. 1 - общий вид устройства; Фиг. 2 - расположение пружины сжатия в разветвителе на входе в центральное сопло, сечения А-А на Фиг. 1.
Струйный смеситель для резервуаров содержит корпус 1 в виде разветвителя потока с тремя эжекторными соплами 2 и цилиндрическими камерами смешения 3, в разветвителе на входе в центральное сопло установлена пружина сжатия 4 закрепленная фиксирующим элементом 5. На наружной поверхности конфузора 6 выполнены ребра жесткости 7, соединяющие конфузор 6 с соплом 2, которые служат для гашения вибрации. На внутренней поверхности камеры смешения 3 выполнена система выступов 8. Корпус 1 смесителя закреплен в держателе 9.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
-3
3
Струйный смеситель закрепляют на фланцах к приемно-раздаточному патрубку резервуара и поддерживают держателем 9, устанавливаемым на днище резервуара (на чертежах не показано). При включении насоса гидросистемы неоднородная по составу и/или плотности жидкость из напорного трубопровода подается в корпус 1 смесителя, упругоемкость пружины 4 приводит к разбиению твердых включений или технологически предусмотренной глинистой пробки, предотвращая закупорку сопел смесителя. Далее поток жидкостиразделяется на массовые потоки в разветвителе. Рассмотрим движение жидкости на примере одного эжекторного сопла. Благодаря конфигурации сопла 2 поток жидкости ускоряется и дополнительно ускоряется в конфузоре 6. В камере смешения 3 проходя через систему выступов 8, приобретает заданную турбулентность в пределах 0,02-0,5. Причем, потоки струй, исходящих из сопел 2 и камеры смешения 3 создают в резервуаре сложное движение жидкости, часть из которой через конфузор 6 эжекторного сопла 2 дополнительно вовлекается в камеру смешения 3, приобретая вторичную турбулентность. Скорость выхода струи из эжекторного сопла до 20 м/с, а коэффициент эжекции до 3. При этом ребра жесткости 7 конфузора 6 эффективно гасят вибрацию стенок резервуара, приводящую к преждевременному разрушению резервуара и негативно влияющую на пожаровзрывобезопасность всего процесса. Длиной камеры смешения регулируется зона перемешивания. Это позволяет исключить «застойные зоны», образование которых влечет за собой потери нефти на дне резервуара и необходимость его периодической чистки от отложений нефтешламов. Указанным образом достигается интенсивное перемешивание жидкости по всему объему и высоте резервуара с получением качественной смеси однородной плотности с характерной величиной отклонения до 10 г/см.
Регулирование скорости потока и турбулентности на практике осуществляют подбором форм разветвителей корпуса 1, пружины 4, конфузора 6, параметров выступов 8 и длиной камеры смешения 3. Таким образом, повышение эффективности при эксплуатации предлагаемого струйного смесителя, обеспечивается без дополнительных энергозатрат, а только за счет части потенциальной энергии поступающего в устройство потока жидкости.