УСТРОЙСТВО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ РЕЗЕРВУАРОВ, ЦИСТЕРН, ТАНКЕРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР, УМЕНЬШАЮЩЕЕ НАГРЕВАНИЕ ХРАНЯЩИХСЯ В ЕМКОСТЯХ ЖИДКОСТЕЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ И СНИЖАЮЩЕЕ ИХ ИСПАРЕНИЕ

Полезная модель относится к теплоизоляции резервуаров, цистерн, танкеров, оборудования для хранения, транспортирования и переработки жидкостей, например сырой нефти, мазута - резервного топлива, машинного масла и других нефтепродуктов и предназначена для уменьшения потерь жидкости при ее испарении. Полезная модель может быть использована для защиты хранящихся в больших емкостях легких фракций нефтепереработки (бензин и керосин) от перегрева солнечными лучами, изоляции газоперекачивающих турбин и другого газоперекачивающего оборудования.
Известен способ предотвращения испарения легких фракций нефтепродуктов, включающий нанесение на поверхность нефтепродуктов покрытия из аэрированного вязкоупругого материала через толщу нефтепродуктов (см. описание изобретения к патенту РФ №2060920, МПК B65D 90/38, публикация 27.05.1996). Данное покрытие образует равномерный слой, предотвращающее прорыв паров и предотвращающее испарение нефтепродуктов.
Недостатками данного изобретения является ограниченный размер резервуара, ввиду того что при большом диаметре аэрированный вязкоупругий материал будет неравномерно распределяться по поверхности нефтепродукта, тем самым не будет обеспечиваться целостность покрытия. Кроме того, дополнительные затраты при использовании аппаратов высокого давления для преодоления давления столба жидкости нефтепродуктов в резервуаре.
Известно устройство защитного слоя на поверхности легкоиспаряющейся жидкости, выполненное из полых стеклянных микросфер из золы-уноса ТЭЦ, работающих на каменном угле (см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1703577 А1, МПК B65D 90/22, публикация 07.01.1992). Данный защитный слой имеет низкую теплопроводность, что уменьшает нагрев внутренней полости резервуара, что в результате снижает количество испаряющейся жидкости.
Недостатками данного изобретения является его невысокая эффективность вследствие того, что покрытие не является целостным, так как полые микросферы не связаны между собой, поэтому при откачке жидкости из резервуара микросферы попадают в трубопровод. Кроме того, не обеспечивается защита внутренней поверхности емкости от коррозии.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является сокращение потерь от испарения при хранении и транспортировании легкоиспаряющихся жидкостей в резервуарах, цистернах, танкерах за счет применения дополнительного устройства - теплоизоляционного покрытия, которое уменьшает нагревание хранящихся в емкостях нефтепродуктов от воздействия солнечных лучей и снижающее их испарение.
2
Солнечная радиация в теплый период года может нагревать неизолированную поверхность освещаемых солнцем участков резервуаров, цистерн, танкеров до температур выше +45°C. При этом плотность теплового потока направленного через стенку внутрь резервуара на этих участках составляет (0,7-1,1) кВт/м. Это ведет к быстрому нагреву прилегающих к стенке, локализованных вблизи металлической поверхности объемов бензина и конвективному перемещению их в верхнюю часть емкости. Т.к. температура кипения данного нефтепродукта равна примерно 40°C, то одновременно наблюдается интенсивный процесс испарения, и образования паров бензина в верхней части резервуара - в воздушной прослойке над зеркалом нефтепродуктов.
3
2
2
Например, в случае вертикально расположенной цистерны с бензином емкостью 1000 м цилиндрической формы размерами (D 10,43 м×12,01 м) можно рассчитать нагрев бензина в случае воздействия на нее солнечной радиации в течение светового дня. Площадь поверхности такой емкости составляет величину 477 м. Предположим, что освещенная часть (с учетом верхней крышки) поверхности емкости составляет величину порядка 2/3 от ее полной поверхности и равна 318 м. На эту поверхность будет падать общий тепловой поток от солнечной радиации порядка 318 кВт или 273000 кКал/ч. С учетом теплоемкости бензина C=0,47 кКал/кГ°C и его плотности ρ=0,73 кГ/л, а также предположив степень черноты поверхности 0,9 можно рассчитать дневной подъем температуры за счет воздействия солнечных лучей в течение светового дня 12 часов в летнее время.
Однако с учетом нагрева боковой поверхности и верхней крышки емкости можно предположить, что нагретая жидкость конвекционно переместиться в верхние слои и температура верхних слоев (поскольку отсутствует нагрев нижних слоев) может быть существенно выше температуры рассчитанной для всего объема. Повышение температуры верхних слоев может быть в два, три и более раз выше, тем более что верхняя крышка греется наибольшим образом. Т.е. при учете температуры окружающего воздуха 20-25°C температура верхних слоев может существенно превосходить температуру кипения бензина.
Предлагаемое теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер обладает большим коэффициентом отражения и рассеяния солнечной радиации и инфракрасного излучения (более 90%) и малой теплопроводностью. Поэтому при изоляции металлической поверхности резервуара данным покрытием можно ожидать значительного снижения температура на поверхности металлической стенки резервуара, уменьшения процесса аккумуляции солнечного тепла и как следствие существенного снижения потерь бензина за счет испарения.
Подобным образом предлагаемое теплоизоляционное покрытие может быть использовано и для предотвращения перегрева сжиженного газа помещенного в соответствующие емкости.
Весьма эффективно использование теплоизоляционного покрытия для хранения нагретого мазута как резервного топлива в больших резервуарах.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Устройство резервуаров, цистерн, емкостей с использованием теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер, уменьшающее нагревание хранящихся в емкостях жидкостей от воздействия солнечных лучей и снижающее их испарение, содержащее термобарьерное покрытие, выполненное на внутренней и внешней стальной поверхности резервуара, цистерны, емкости и состоящее из грунтовки и теплоизоляционного материала, выполненного в виде слоев из акрилового связующего, композиции катализаторов и фиксаторов и керамических микросфер с разряженным воздухом, толщина которого составляет 1,5-3 мм.
Сущность предполагаемого решения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - приведен контур резервуара или цистерны.
На фиг. 2 - дан разрез стенки резервуара или цистерны с нанесенными теплоизоляционными покрытиями.
На фиг. 1 обозначено: 1 - контур резервуара или цистерны, А - боковая стенка резервуара или цистерны.
На фиг. 2 обозначено: 1 - часть контура резервуара или цистерны, 2 - теплоизоляционное покрытие с наружной стороны резервуара или цистерны, 3 - теплоизоляционное покрытие с внутренней стороны резервуара или цистерны.
Материал наносится слоями на наружную и внутреннюю поверхность резервуара или цистерны (фиг. 1). Свойства материала позволяют покрывать равномерным слоем элементы конструкции резервуара или цистерны со сложной геометрией 1 (фиг. 2). При нанесении на внутреннюю огрунтованную стальную поверхность резервуара или цистерны (фиг. 2) слоя теплоизоляционного материала 3 (фиг. 2) устраняется появление «мостиков холода», в результате чего образуется сплошное термобарьерное покрытие, позволяющее достигать стабилизацию климатических параметров внутри резервуара или цистерны при изменении внешних воздействий. При нанесении на наружную огрунтованную стальную поверхность резервуара или цистерны (фиг. 2) слоя теплоизоляционного материала 2 (фиг. 2) устраняется нагрев наружной поверхности резервуара или цистерны прямыми солнечными лучами и солнечной радиацией в теплый период года.
Проведенные опыты и расчеты показали, что при температуре наружного воздуха +16°C под воздействием прямых солнечных лучей не защищенная поверхность металлической цистерны была нагрета до +42°C, в то время как температура поверхности абсолютно идентичной металлической цистерны с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер составила величину +24°C при толщине покрытия 2 мм и +26°C при толщине покрытия 1 мм.
Теплоизоляционный материал состоит из следующих компонентов:
акрилового связующего;
композиция катализаторов и фиксаторов;
керамических сверхтонких сфер с разряженным воздухом.
Теплоизоляционное покрытие обладает низкой теплопроводностью, высокой способностью отражать 90% падающих лучей света и рассеивать до 90% инфракрасного излучения.
В таблице 1 приведены технические характеристики жидкого теплоизоляционного покрытия [1].
Использование теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер толщиной от 1,5 до 3 мм позволит:
- сократить потери от испарения жидкостей, в том числе нефтепродуктов, за счет снижения температуры поверхности резервуара;
- снизить температуру нагрева наружной поверхности за счет отражения прямых солнечных лучей и солнечной радиации;
- повысить теплоизоляционные свойства резервуара или цистерны;
- снизить трудоемкость выполнения работ за счет высокой скорости нанесения теплоизоляционного покрытия;
- обеспечить 100% покрытие конструкции резервуара или цистерны любой геометрической формы;
- обеспечить антикоррозийную защиту материала конструкции;
- исключить образование конденсатообразования.
Источники информации
1. Технические условия. Жидкие керамические теплоизоляционные покрытия серии «Броня». ТУ 2216-006-09560516-2013.