УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МАЗУТНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к технологии получения мазутных топлив и обработке вязких нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и топливной промышленности. Изобретение может также быть использовано на морских и речных судах для улучшения качественных характеристик флотских мазутов.
Известен способ получения флотского мазута (патент России №2022315, G05D 7/00) с использованием эталонной жидкости, имеющей вязкость, равную вязкости флотского мазута, и регулированием вязкости готового продукта в сравнении с эталонной жидкостью, пропускаемой по циркуляционной петле внутри трубопровода с готовым продуктом - флотским мазутом.
Известен гидродинамический кавитационный и ультразвуковой преобразователь топлива (патент России №2131087, F23K 5/12, F23D 11/34), представляющий из себя внутренний циркуляционный контур обработки различных типов жидких топлив, состоящий из насоса, циркуляционной емкости, гидродинамического роторного кавитационного аппарата с системой управления его электродвигателя, трубопроводов, запорных, вентильных устройств, манометров, а также проточной части, состоящей как из элементов циркуляционного контура (насоса, циркуляционной емкости, трубопроводов), так и из коллекторов трубопроводов подачи топлива, воды, различных жидких горючих отходов, баков их хранения, расходомеров, фильтров, вентильных запорных устройств, насосов, успокоительной емкости, манометров и трубопровода подачи преобразованного топлива на насосы первого подъема энергетического объекта. Недостатком данного устройства является сложность системы управления рабочими режимами и повышенный расход энергии на работу устройства.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы установки по приготовлению мазутного
топлива. Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой конструкции:
- к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен ваттметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива;
- к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен амперметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива;
- для разделения циклов обработки объема мазута установлена дополнительная циклическая емкость, соединенная с выходным патрубком роторного импульсного аппарата и входным патрубком нагнетательного насоса.
На фиг.1 показана технологическая схема установки по приготовлению мазутного топлива без разделения циклов обработки мазута. На фиг.2 - технологическая схема установки по приготовлению мазутного топлива с разделением циклов обработки мазута.
В варианте по фиг.1 установка по приготовлению мазутного топлива содержит емкость исходного мазута 1, соединенную трубопроводом 2 с входным патрубком нагнетательного насоса 3, выходной патрубок которого соединен трубопроводом 4 с входным патрубком роторного импульсного аппарата 5, а выходной патрубок роторного импульсного аппарата (РИА) 5 соединен трубопроводом 6 с емкостью исходного мазута и трубопроводом слива готового мазутного топлива 7. Емкость дизельного топлива 8 соединена трубопроводом 9 с входным патрубком насоса-дозатора 10, выходной патрубок которого соединен трубопроводом 11 с трубопроводом 4. Емкость присадки 12 соединена трубопроводом 13 с входным патрубком
насоса-дозатора 14, выходной патрубок которого соединен трубопроводом 15 с трубопроводом 4. Для изменения параметров давления и расхода установки используются вентили 16. К электродвигателю роторного импульсного аппарата 5 подключены амперметр 17 и ваттметр 18.
В варианте по фиг.2 трубопровод 6 соединен с трубопроводом 19, соединенным с циклической емкостью 20, которая соединена трубопроводом 21 с трубопроводом 2.
Установка работает следующим образом. Исходный мазут для приготовления мазутного топлива подается из емкости 1 через трубопровод 2 в насос 3, откуда через трубопровод 4 поступает в роторный импульсный аппарат 5, затем через трубопровод 6 в емкость исходного мазута 1. При циркуляции из емкости исходного мазута 1 по замкнутому контуру трубопроводов 2, 4, 6, роторный импульсный аппарат 5, мазут подвергается многофакторной импульсной энергетической обработке.
РИА реализует импульсное многофакторное воздействие на обрабатываемую среду за счет:
- механического воздействия на частицы гетерогенной среды, заключающегося в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями РИА;
- гидродинамического воздействия, выражающегося в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости;
- гидроакустического воздействия на жидкость, осуществляемого за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов.
Многофакторное импульсное энергетическое воздействие на мазут позволяет снизить его вязкость на 20-30%, повысить температуру вспышки на 5-10%.
Косвенным показателем снижения вязкости мазута в процессе циркуляционной обработки определенного объема мазута может служить
уменьшение потребляемой электродвигателем энергии, необходимой для вращения вала РИА. Снижение потребляемой энергии можно определить непосредственно с помощью ваттметра 18 или по уменьшению величины электрического тока, питающего электродвигатель РИА, которая определяется амперметром 17.
Крутящий момент на валу ротора прямо пропорционален силам вязкого трения, препятствующим его вращению в вязкой ньютоновской жидкости (Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М.: Физматгиз, 1960):
ТР
p
где М - суммарный момент сил трения относительно оси вращения, н·м; R, ω - радиус и угловая скорость ротора, м, 1/с; δ - величина зазора между ротором и статором, м; μ - коэффициент динамической вязкости, Па·с.
Мощность, затрачиваемая на преодоление сил вязкого трения:
ТР
N=М·ω.
Так как все остальные параметры, кроме вязкости, не меняются, изменение вязкости можно с относительно небольшой погрешностью определять по изменению мощности электродвигателя РИА.
Аналогично происходит изменение силы тока в питании электродвигателя РИА. Как правило, РИА комплектуются трехфазными асинхронными электродвигателями. Мощность трехфазного асинхронного электродвигателя можно определить по формуле (Иванов И.И. и др. Электротехника. С-Пб: Издательство Лань, 2003):
N=m·I·U·cosφ,
где I - сила тока, A; U - напряжение между фазами сети, В; m - число фаз обмотки статора; cosφ - номинальный коэффициент мощности двигателя.
1
2
1
2
1
Если вязкость исходного мазута μ уменьшилась до вязкости μ, то мощность, потребляемая электродвигателем РИА, уменьшится пропорционально от N до N<N. В качестве критерия, указывающего на достаточность уменьшения вязкости мазута, можно считать условие:
При обработке мазута на предлагаемой установке роторный импульсный аппарат, с подключенными к его электродвигателю ваттметром и амперметром, является не только средством для снижения вязкости мазута, но и средством косвенного определения вязкости обрабатываемого мазута. Для определения снижения вязкости мазута за счет обработки в РИА необходимо определять затраты энергии и величину тока при одной и той же температуре мазута.
Зафиксировав в процессе циклической обработки мазута отсутствие дальнейшего существенного снижения его вязкости, приступают к составлению топливной композиции мазутного топлива, например, флотского мазута методом интенсивного компаундирования. Для этого определяют физико-механические характеристики обработанного мазута и рассчитывают необходимое количество дизельного топлива и присадки. После этого подают требуемое количество дизельного топлива и присадки из емкости 8 насосом-дозатором 10 через трубопроводы 9 и 11 и из емкости 12, насосом-дозатором 14 через трубопроводы 13 и 15 соответственно в трубопровод 4, в котором циркулирует обработанный мазут. При циклическом прохождении смеси мазута, дизельного топлива и присадки через РИА, емкость 1 и насос 3 происходит их интенсивное перемешивание и образование гомогенной смеси - готового флотского мазута.
Импульсная многофакторная энергетическая обработка мазута разрывает связи в длинномерных молекулах углеводородов, активирует мазут и ускоряет процесс его смешивания с дизельным топливом и присадкой. Контроль качества смешения компонентов осуществляют по
изменению вязкости обрабатываемой смеси в соответствии с вышеописанной методикой.
Особенность работы установки по схеме, представленной на фиг.2, заключается в том, что, перегоняя обрабатываемый мазут из емкости 1 через трубопровод 2, насос 3, трубопровод 4, РИА 5, трубопроводы 6 и 19 в циклическую емкость 20, разделяют каждый цикл обработки мазута в РИА. Следующий цикл обработки происходит перегоном мазута из емкости 20 через трубопровод 21, насос 3, трубопровод 4, РИА 5, трубопровод 6 в емкость 1. Затем повторяется цикл обработки по предыдущей схеме.
В этом случае происходит четкое разделение циклов обработки объема мазута, а следовательно, однородности его физико-механических свойств по сравнению с обработкой по схеме на фиг.1, что способствует экономии энергоресурсов и повышению качества продукта.
Для проверки эффективности работы предлагаемой установки были проведены экспериментальные исследования на установке аналогичной конструкции по импульсной многофакторной энергетической обработке мазутов различных нефтеперерабатывающих заводов. Ротор (⌀ 250 мм) РИА приводился во вращение электродвигателем АИР 160-2М, мощностью 18,5 кВт, частота вращения вала 2920 об/мин. Величина тока измерялась электронным амперметром М266, потребляемая электроэнергия - счетчиком энергии СА4-И678.
Вязкость мазута определялась по времени истечения порции мазута через вискозиметр В3-246 (ГОСТ 9070-75) при t=60°C. Исходные и конечные параметры мазутов после обработки в роторном импульсном аппарате приведены в таблице 1.
Таблица 1
Производитель мазута М-100
Параметры мазута
Мощность, потребляемая электродвигателем РИА, кВт
Время истечения через вискозиметр В3-246 (ГОСТ 9070-75), с, при t=60°C
Температура вспышки, град.С
Исх.
Кон.
Δ, %
Исх.
Кон.
Δ, %
Исх.
Кон.
Δ, %
Нижнекамский НПЗ
165
120
28
145
145
0
18
15
17
Карабашский НПЗ
155
90
42
120
127
5
18
14
22
Шугуровский НПЗ
36
23
36
105
115
9
17
14
18