УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА КЛАПАНА СЛИВНОГО ПРИБОРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЦИСТЕРНЫ

Полезная модель относится к устройствам для разогрева клапана сливного прибора железнодорожных цистерн, но может быть использовано при сливе высоковязких нефтепродуктов, для освобождения цистерны от различных донных отложений, а также на нефтебазах, пунктах перевалки нефти и нефтепродуктов, на нефтеперерабатывающих заводах при сливе-наливе в емкости или их транспортировки, особенно в зимнее время.
Эта проблема актуальна и при мойке внутренних поверхностей цистерн, т.к. из-за невозможности открытия клапана сливного прибора, по вышеприведенным причинам, слив загрязненного моющего раствора затруднен или невозможен.
В настоящее время большинство транспортных предприятий, осуществляющих перевозку нефти или различных нефтепродуктов, в целях экономии энергоресурсов перешли на беспропарочную систему мойки цистерн. В процессе мойки применяются различные моющие средства при температуре моющего раствора 35-50°С, поэтому в зимнее время или при значительном загрязнении клапана сливного прибора цистерны, вынуждены применять различные способы и устройства для его разогрева и обеспечения слива нефтепродуктов или загрязненных моющих растворов.
Практически существует два способа разогрева клапана: внутренний и наружный
Известно устройство для выгрузки густеющих грузов из емкости (, авторское свидетельство №1544692), содержащее погружной шнек, откачивающий загустевшую жидкость со дна емкости, а также вибратор и компрессор, нагнетающий воздух, служащие для обеспечения "текучести" загустевшей жидкости. Недостатками известного устройства являются:
- низкая производительность, т.к. шнек, используемый в установке в режиме транспортера, не позволяет обеспечить достаточно высокую производительность выгрузки;
- использование воздуха под давлением создает условия повышенной пожароопасности при выгрузке загустевших нефтепродуктов.
Поэтому на практике реализуются способы, основанные на предварительном разогреве мазутов с помощью теплоносителей (традиционно в качестве теплоносителя применяется - пар).
Способ предварительного разогрева может быть как с обводнением ("острый пар" подаеся непосредственно в цистерну), так и без обводнения (циркуляция мазута из цистерны через гидравлический контур с передачей тепла от теплоносителя через теплообменник).
Известно устройство для разогрева клапана слива, которое содержит полую штангу, опускаемую в емкость. Верхний торец штанги подключен к паромагистрали, а на нижнем закреплена насадка с обтекателем на выходе, обеспечивающая подогрев жидкости вблизи сливного отверстия емкости. На боковой поверхности штанги размещены две пары насадок: прямых и Г-образных. Струи пара из насадок создают циркуляцию жидкости в двух плоскостях. Каждая из насадок состоит из парового сопла, врезанного в корпус штанги, и камеры смешения с конфузором на входе, сообщающейся с паровым соплом и полостью емкости через кольцевое сопло, образованное зазором между выходным срезом парового сопла и входом камеры смешения.(Патент РФ №2100262).
Недостатком этого устройства и других устройств, основанных на этом способе являются: большой расход энергоресурсов, т.к. невозможно обеспечить равномерный разогрев всей массы нефтепродукта, а также увеличение содержания воды в продукте.
Метод циркуляции нагретого мазута, также имеет недостатки, т.к. без интенсивного перемешивания всего объема он малоэффективен, а при сливе моющего раствора неприменим.
Известно устройство для разогрева клапана сливного прибора, которое используется для слива вязких нефтепродуктов Патент РФ №2118232). Устройство состоит из подводящего и отводящего теплоноситель цилиндрических трубопроводов. Отводящий трубопровод выполнен с заглушенным торцом и с сопловыми насадками для подачи теплоносителя и имеет корпус с пружиной и ограничителем ее хода, основание, гибкие направляющие, два коромысла с держателями. Отводящий трубопровод установлен в корпусе с возможностью взаимодействия с пружиной, которая установлена на основании. На основании закреплен корпус и подводящий теплоноситель трубопровод и гибкие направляющие, верхние части которых жестко закреплены к корпусу. Торец отводящего теплоноситель трубопровода выполнен в виде вогнутой сферической поверхности. Сопловые насадки отводящего трубопровода установлены под углом к оси корпуса, а коромысла с держателем установлены и закреплены в диаметрально противоположных сторонах оснований. Держатели закреплены к соответствующему коромыслу через фиксирующие пружины. На коромысле выполнены упоры для ограничения хода ее держателя. Перед работой устройство разогрева устанавливается таким образом, чтобы сферическая поверхность торца
отводящего теплоноситель трубопровода соприкасался с выпуклой сферической поверхностью клапана. По мере его разогрева, под действием пружины отводящий трубопровод поднимается вертикально вверх и при входе устройства внутрь цистерны скорость разогрева нефтепродуктов увеличивается за счет струй теплоносителя из боковых сопел.
Устройство имеет следующие недостатки, а именно:
- сложное конструктивное исполнение, что снижает надежность работы устройства;
- при сливе нефтепродуктов и теплоносителя происходит их непосредственный контакт с основными узлами устройства, поэтому требуется периодическая очистка его от нефтепродуктов, в первую очередь пружины и торца подводящего теплоноситель трубопровода.
Известно устройство для разогрева клапана сливного прибора железнодорожной цистерны, предназначенной для слива-налива вязких нефтепродуктов, содержащее шарнирный трубопровод, один конец которого присоединен к коллектору с теплоносителем, а на другом конце смонтирована телескопическая труба с сопловым наконечником, размещенным внутри присоединительной головки с захватными крюками, выполненной в виде полого цилиндра, в верхней части которого с кольцевым зазором размещен стакан (А.С. №517547). Это устройство нашло широкое применение на железнодорожном транспорте и известно под модификациями УСН-100, УСН-175 и т.д.
Различные модификации могут иметь индивидуальные теплообменники и теплоноситель подается в напорный трубопровод посредством насоса, который при необходимости осуществляет и циркуляцию теплоносителя через теплообменник для достижения заданной температуры теплоносителя.
Однако, эта установка требует значительных затрат времени на подогрев и слив жидкости, т.к. от входа теплоносителя в трубопровод и до клапана значительное расстояние и он медленно прогревается. На практике, для сокращения времени разогрева в центр котла цистерны дополнительно подают острый пар, что снижает экономику процесса.
Кроме того, в качестве теплоносителя используют мазут, поэтому при мойке внутренних поверхностей цистерн, применять его, в качестве теплоносителя, нельзя.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является техническое решение, защищенное патентом РФ №2155153, которое является дальнейшим развитием устройств разогрева клапана сливного прибора цистерны типа УСН.
Оно, также содержит шарнирный трубопровод, один конец которого присоединен к коллектору с теплоносителем, а на другом конце смонтирована телескопическая труба с сопловым наконечником, размещенным внутри присоединительной головки с захватными крюками, выполненной в виде полого цилиндра, в верхней части которого с кольцевым
зазором размещен с возможностью поворота стакан, на верхней секции телескопической трубы наименьшего диаметра по кольцу, удаленному по оси соплового наконечника на расстоянии L, выполнено на диаметрально противоположных сторонах трубы не менее двух радиальных отверстий, расстояние между центрами которых на каждой из сторон равно длине дуги между осями, проходящими через центры этих отверстий и образующими центральный угол α, при этом габаритные размеры определяют по определенным зависимостям.
Это устройство увеличивает скорость разогрева и уменьшает время слива нефтепродуктов, но полностью не может исключить вышеуказанные недостатки. Кроме того, телескопическая труба обладает большим гидравлическим сопротивлением.
Технической задачей, решаемой предполагаемой полезной моделью, является создание простого по конструкции и надежного устройства для разогрева клапана сливного прибора железнодорожной цистерны, чтобы исключить невозможность слива загрязненного моющего раствора при мойке внутренних поверхностей железнодорожных цистерн, независимо от вязкости нефтепродукта и времени года, а также степени загрязненности выпускного клапана.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее подводящий теплоноситель трубопровод, соединенный через теплообменник и напорный насос с емкостью для теплоносителя, отводящие загрязненный теплоноситель цилиндрические подвижные трубопроводы, сочлененные шарнирами, причем первый из трубопроводов соединен с присоединительной головкой, снабженной крючками для крепления его к сливному прибору, выполненной в виде полого цилиндра, в верхней части которого установлен узел разбрызгивания теплоносителя, внесены конструктивные изменения, а именно:
- узел разбрызгивания выполнен в виде центрального сопла, закрепленного в корпусе и снабженного защитным клапаном, на штоке которого установлена пружина с возможностью контактирования с теплоносителем;
подводящий теплоноситель трубопровод установлен в муфте, верхний конец которой соединен с корпусом узла разбрызгивания;
- сопло выполнено в виде штуцера с возможностью изменения его положения в корпусе, причем угол раскрытия его составляет 30-35 градусов;
верхняя часть защитного клапана выполнена сферической, а пружина установлена на штоке с возможностью регулирования ее хода.
- в качестве теплоносителя применен тот же моющий раствор, что и при мойке внутренней поверхности цистерны, но с более высокой температурой 60-70°С.
Установка центрального сопла по центру присоединительной головки, без непосредственного контакта с клапаном сливного прибора, повышает надежность работы устройства и позволяет выбрать наиболее оптимальный угол направления струи теплоносителя, чтобы она была направлена точно на клапан.
Выполнение сопла в виде штуцера, имеющего резьбу, позволяет регулировать вертикальное положение сопла, причем после выбора положения, сопла оно остается неизменным, т.к. фиксируется гайкой.
Защитный клапан служит для защиты деталей устройства от загрязненного моющего раствора при сливе его из цистерны, поэтому его сферическая поверхность притирается к поверхности (седлу) сопла.
Ход пружины регулируется специальными гайками и выточкой в корпусе, являющейся ограничителем хода пружины. Величина ее хода выбирается из условия, что защитный клапан не мешал попаданию теплоносителя на клапан сливного прибора цистерны.
Использование моющего раствора в качестве теплоносителя способствует не только разогреву клапана сливного прибора, но и отмывки самого прибора слива цистерны и ее донной части.
Работа и конструкция узла разбрызгивания теплоносителя поясняется следующими иллюстрациями. На фиг.1 приведена технологическая схема работы устройства разогрева, а на фиг.2 приведена конструкция узла разбрызгивания.
На фиг 1 показаны: котел цистерны 1, клапан слива 2, крючки 3 крепления присоединительной головки 4 к сливному прибору цистерны, узел разбрызгивания 5 теплоносителя, шарниры 6 для крепления трубопроводов 8 слива загрязненного теплоносителя, трубопровод 7 подачи теплоносителя, рельсы 9, емкость 10 хранения теплоносителя, теплообменник 11, центробежный насос 12 и вентили 13.
На фиг.2 приведена конструкция узла 5 разбрызгивания иеплоносителя. На ней показаны: защитный клапан 14, сопло 15, корпус 16, пружина 17 с гайками 18, муфта 19 для крепления трубопровода 7 подачи теплоносителя, ограничитель хода пружины 20, гайка 21 фиксации сопла и гайки 22 фиксации муфты на корпусе 16 и трубопровода 7 в ней.
Устройство работает следующим образом. Присоединительную головка 4 с узлом разбрызгивания 5 (узел собирается и крепится внутри присоединительной головки заранее) крепят к сливному прибору цистерны крюками - захватами 4, первый трубопровод 8 слива крепится к боковому патрубку присоединительной головки. Затем, в зависимости от длины до места слива с помощью шарниров 6 набирают необходимую конфигурацию сливного узла. Подсоединяют трубопровод 7 подачи теплоносителя, закрепляя его в муфте 19 и фиксируют гайкой 22. На этом подготовительные операции закончены.
Моющий раствор типа ОБИС или ОБИС-М концентрации 2-5% (в зависимости от той, какая используется при мойки внутренней поверхности цистерны) подается в теплообменник 11 посредством насоса 12. В зависимости от времени года задают температуру нагрева моющего раствора, например 55-60°С летом и 60-70°С зимой. Моющий раствор циркулирует между емкостью 10 и теплообменником 11 до тех пор, пока не достигнет заданной температуры, которая контролируется термометром (на фиг.1 не показан).
При достижении заданной температуры вентиль 13 на входе в теплообменник закрывают и моющий раствор по трубопроводу 7 с давлением 1,0 МПа воздействует на пружину 17 и шток защитного клапана 14. Защитный клапан поднимется на высоту, равную ходу пружины 17, ход которой ограничен выточкой 20. Моющий раствор из сопла 15 в соответствии с углом раствора его будет обмывать клапан 2 сливного прибора железнодорожной цистерны 1 и саму поверхность ее. Загрязненный моющий раствор через систему трубопроводов 8 сливается в специальную емкость или непосредственно поступает в установку очистки загрязненного моющего раствора системы внутренней или наружной мойки цистерны. Через определенное время (5-10 минут) клапан сливного прибора должен прогреться, поэтому подачу теплоносителя прекращают (отключают насос 12) и пробуют открыть клапан слива при помощи штурвала. При прекращении подачи теплоносителя, пружина 17 начнет разжиматься и защитный клапан 14 сядет в седло сопла, поэтому сливаемый загрязненный моющий раствор в узел не попадет, а по трубопроводам 8 сливается на очистку. Если слива моющего раствора из цистерны не происходит, то снова подают нагретый теплоноситель в узел 5.
Сопло 15 выполнено в виде резьбового штуцера, сто позволяет регулировать расстояние между соплом и клапаном сливного прибора, в зависимости от его конструкции.
После слива загрязненного моющего раствора из цистерны присоединительную головку с узлом 5 отсоединяют от сливного прибора этой цистерны и ждут новую.
На этом работа устройства закончилась. Практически узел разогрева клапана прибора слива можно использовать и при сливе из железнодорожной цистерны загустевших нефтепродуктов, высоковязких продуктов и придонных остатков. Единственно, что необходимо это заменить теплоноситель и выбрать тип насоса 12.
Преимущества предлагаемой конструкции в ее простоте, надежности и универсальности применения.
Кроме того, использование предлагаемой конструкции при мойке цистерн позволят отмыть сливной прибор от остатков нефтепродуктов и других загрязнений.
Устройство безопасно в эксплуатации, удобно в обслуживания и за счет прямой подачи теплоносителя на клапан сливного прибора цистерны сокращает время его разогрева.
Изготовление устройства не вызывает трудностей, т.к. нестандартной деталью является узел 5, состоящий из простых и технологичных деталей.
Все остальные узлы выпускаются, как готовые изделия. Монтаж технологических линий не вызывает трудностей, а эксплуатация ее безопасна.
В настоящее время происходят испытания предлагаемого устройства в одном из лепо Октябрьской железной дороги.