ГАЗООТВОДНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЛЕГКОИСПАРЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК B65D90/30 

Изобретение относится к химической и нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано в оборудовании для хранения нефтепродуктов.

Целью изобретения является снижение потерь от испарения при длительном хранении нефтепродуктов.

В СНГ имеются сотни герметичных резервуаров для хранения нефтепродуктов объемом 20-50 м³ и более. Эти резервуары оборудованы выпускными и впускными клапанами, которые позволяют поддерживать требуемое давление воздушной смеси внутри при колебаниях температуры окружающей среды. При дыхании резервуара происходит выброс в окружающую среду легкоиспаряющихся фракций (компонентов) нефтепродуктов. В результате этого изменяется экологическая обстановка окружающей среды, а также ухудшаются физико-химические свойства нефтепродуктов от длительного хранения. Например, при хранении бензина снижается его октановое число.

В большинстве случаев легкоиспаряющиеся жидкости являются взрыво- и огнеопасными веществами, поэтому в том случае, когда требуется циркуляция воздушной смеси легкоиспаряющихся жидкостей, указанное целесообразно производить немеханическим путем без использования электровентилятора.

В авт. св. СССР N 1628434 было предложено использовать в газоотводной системе термоэлектрический охладитель - конденсатор (ТЭОК) для улавливания легкоиспаряющихся фракций. В этом техническом решении ТЭОК соединен газоотводной системой с резервуаром для хранения легкоиспаряющихся жидкостей. Естественная циркуляция паровоздушной смеси относительно холодных радиаторов термоэлектрической батареи ТЭОК практически отсутствует. Имеет место только молекулярная диффузия паров легкоиспаряющихся жидкостей, которая находится на уровне разности парциальных давлений, измеряемых величиной порядка 0,01 МПа. Эффективность такой конструктивной схемы ТЭОК очень низкая.

Известна также газоотводная система, в которой ТЭОК содержит два параллельных раздельных вертикальных канала; подъемной и опускной, соединенных между собой гидравлически в верхней части и в нижней части - с паровоздушным объемом резервуара, причем в опускном канале расположены холодные радиаторы термоэлектрической батареи. Кроме того, в конструкции предусматривается, что в нижней части опускной канал теплоизолирован от монтажной крышки резервуара.

Данное техническое решение ТЭОК газоотводной системы обеспечивает непрерывную естественную циркуляцию воздуха с парами легкоиспаряющихся жидкостей относительно холодных радиаторов термоэлектрических батарей.

Это техническое решение принято в качестве прототипа.

Цель изобретения - повышение эффективности термоэлектрического охладителя - конденсатора в работе за счет увеличения скорости циркуляции паровоздушной смеси при минимальном перепаде температур между паровоздушной смесью и холодными радиаторами газоотводной системы, а также побочный слив конденсата влаги в окружающую среду без удаления легкоиспаряющихся компонентов.

Для этого в газоотводной системе резервуара для хранения легкоиспаряющихся жидкостей, включающей установленный на крышке резервуара термоэлектрический охладитель-конденсатор, подъемный канал размещен в теле горячего радиатора, термоэлектрические батареи и холодные радиаторы установлены раздельно относительно друг друга по ходу циркуляции паровоздушной смеси легкоиспаряющейся жидкости, причем впускной клапан расположен перед холодными радиаторами термоэлектрической батареи, а выпускной клапан - после холодных радиаторов по ходу циркуляции паровоздушной смеси, при этом термоэлектрический охладитель - конденсатор снабжен укрепленной в опускном канале ниже уровня размещения холодных радиаторов поворотной перекрывающей поперечное сечение канала заслонкой с приводом от электромагнита и клапаном для слива конденсата влаги, установленным на днище термоэлектрического охладителя - конденсатора.

Предлагаемое конструктивное решение ТЭОК газоотводной системы позволяет:
увеличить количество возвращаемого обратно в резервуар конденсата легкоиспаряемых компонентов за счет интенсификации процесса естественной циркуляции воздуха с парами легкоиспаряющихся жидкостей;
повысить эффективность в работе термоэлектрического охладителя, уменьшая его габариты, вес и энгергопотребление, так как повышаются скорости перемещения паровоздушной среды относительно холодного радиатора, увеличивая тем самым коэффициент теплоотдачи между ними;
уменьшить перепад температур между паровоздушной смесью и холодными радиаторами;
удалять влагу из нефтепродуктов, улучшая его эксплуатационные характеристики.

Гарантированный положительный эффект по интенсификации процесса естественной циркуляции воздуха с парами легкоиспаряющихся жидкостей с одновременным повышением эффективности в работе ТЭОК газоотводной системы достигается за счет того, что подъемный канал расположен в горячем радиаторе и имеет с ним непосредственный тепловой контакт. Повышается средняя температура паровоздушной смеси в подъемном канале, увеличивая скорость естественной циркуляции смеси через ТЭОК. Так как температура паровоздушной смеси в резервуаре почти всегда на 8-10^оС ниже температуры окружающей среды, т. е. циркуляция через горячий радиатор способствует снижению температуры горячего радиатора. Раздельное исполнение термоэлектрической батареи и холодных радиаторов по ходу паровоздушной смеси в опускном канале позволяет обеспечить экспоненциальное изменение температур холодных радиаторов по длине канала, повышая эффективность процесса охлаждения смеси при минимальном перепаде температуре. Указанное размещение впускного и выпускного клапана в ТЭОК позволяет уменьшить выброс легкоиспаряемых компонентов при дыхании резервуара или предварительно осушить впускаемый воздух. Система поворотной заслонки, перекрывающей опускной канал, и сливного клапана позволяет удалять влагу из резервуара без вмешательства оператора.

На фиг. 1 представлен резервуар для хранения легкоиспаряющихся жидкостей, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3 с открытой и закрытой заслонками.

На фиг. 1-4 изображены:
1- опускной канал. 2 - подъемный канал, 3 - термоэлектрическая батарея, 4 - холодный радиатор, 5 - горячий радиатор, 6 - крышка, 7 - тепловая изоляция, 8 - монтажная крышка, 9 - фланец, 10 - резервуар, 11 - впускной клапан, 12 - выпускной клапан, 13 - переходник, 14 - трубка, 15 - трубка, 16 - Г-образная трубка, 17 - заслонка, 18 - шестеренка, 19 - рейка, 20 - электромагнит, 21 - пружина, 22 - днище, 23 - сливной клапан.

В опускном канале 1 размещаются холодные радиаторы 4 термоэлектрической батареи 3. Термоэлектрическая батарея 3 и соответственно холодные радиаторы 4 выполнены раздельными по длине опускного канала 1. В данном случае термоэлектрическая батарея (блок батарей) 3 состоит из шестнадцати модулей (см. разрез А-А). Термоэлектрическая батарея 3, работающая на эффекте Пельтье, имеет традиционное конструктивное решение. В термобатареях может быть использован прессованный или зонно-выравненный полупроводниковый материал с добротностью соответственно (1,9-2,0) и (2,4-2,5) ˙ 10^-3 1/К. Указанным добротностям соответствует предельный перепад температур по спаям в пределах 58-65^оС.

Горячий радиатор 5 служит для сброса тепла с термоэлектрической батареи 3 при работе ее в режиме охлаждения (конденсации). В данном случае горячий радиатор 5 одновременно служит в качестве корпуса ТЭОК. Сверху горячий радиатор 5 закрывается крышкой 6.

Опускной канал 1 теплоизолируется от горячего радиатора 5 изоляцией 7.

ТЭОК крепится на монтажной крышке 8 через фланец 9. Монтажная крышка 8 герметично устанавливается на резервуаре 10. Связь резервуара с окружающей средой осуществляется с помощью впускного и выпускного клапанов 11 и 12. Осушенная паровоздушная смесь после холодного радиатора 4 попадает в переходник 13 и в трубку 14, через которые также сливается конденсат легкоиспаряющихся жидкостей обратно в резервуар 10. При необходимости и небольшой доработке конструкции ТЭОК конденсат легкоиспаряющихся жидкостей может сливаться отдельно в специальную накопительную емкость, не попадая в резервуар.

Подъемный канал 2, выполненный в виде четырех трубок 15, заделанных в монтажной крышке 8, в верхней части с помощью Г-образной трубки 16 соединен гидравлически с опускным каналом 1. Трубка 15 и Г-образная трубка 16 кроме того заделаны в горячий радиатор 5.

В переходнике 13, выполненном из диэлектрического материала, например из оpгстекла, размещается поворотная заслонка 17, которая вращается на двух осях. На выступающей из переходника 13 части оси установлена шестеренка (зубчатый сектор) 18, которая находится в зацеплении с зубчатой рейкой 19. Зубчатая рейка 19 одним концом соединена с сердечником электромагнита 20, а другим концом - с пружиной 21.

На днище 22 ТЭОК размещается сливной клапан 23. Сливной клапан содержит накопительную емкость объемом 30-50 см³. В качестве запорного устройства сливного клапана используется одно- или двухслойная сетка. Влага в сетке постоянно удерживается за счет капиллярных сил сцепления в минимальном объеме. Диаметр сливного штуцера 6-7 мм. Влага в запорном устройстве сливного клапана замораживается до температур порядка минус 5- минус 12^оС за счет специального термоэлектрического модуля охлаждения, включенного электрически последовательно с термоэлектрической батареей 3 при ее работе в режиме охлаждения. Запорное устройство сливного клапана в замороженном состоянии выдерживает избыточное давление или разрежение 0,1-0,2 ат.

ТЭОК газоотводной системы работает следующим образом.

При подаче электропитания на термоэлектрическую батарею 3 происходит охлаждение холодного радиатора 4. Верхние холодные радиаторы охлаждаются на 25-26^оС, а нижние - на 40-41^оС ниже температуры окружающей среды. Одновременно происходит охлаждение паровоздушной смеси в межреберном пространстве холодного радиатора. С другой стороны при работе термоэлектрической батареи в режиме охлаждения на горячих спаях и сопряженном с ними горячем радиаторе 5 выделяется тепло. Нагревается паровоздушная смесь в подъемном канале 2. Так как охлажденная паровоздушная смесь в канале 1 тяжелее смеси в канале 2, то она, смещаясь вниз, вызывает естественную циркуляцию паровоздушной смеси всего резервуара 10. Для того чтобы паровоздушная смесь после выхода с холодного радиатора 4 не нагревалась резко, создавая противодавление, переходник 13 и трубка 14 теплоизолируются от корпуса (горячего радиатора 5) и от фланца 9 тепловой изоляцией 7, выполненной, например, из пенопласта марки ПС-1 или ПС-4, а также теплоизолируются от днища 22 и монтажной крышки 8. Тем самым не так резко уменьшается температурный напор, создаваемый в опускном канале 1.

Как известно, расход воздуха, создаваемый путем естественной циркуляции, определяется интегральной разностью плотностей в сообщающихся сосудах и проходным сечением. По предварительным оценкам при емкости резервуара 30-50 м³ ожидаемый объем паровоздушной смеси может составить 6-10 м³, а ТЭОК может обеспечить 1-2 м³/ч расхода паровоздушной смеси через себя.

Паровоздушная смесь охлаждается на холодных радиаторах 4 до температуры на 5-8^оС выше температуры самих холодных радиаторов, имеющих температуру порядка минус 10 - минус 20^оС и ниже. При этом легкоиспаряемые компоненты конденсируются на холодных радиаторах и сливаются обратно через трубку 14 в резервуар 10, а влага из воздуха намораживается на холодных радиаторах. Поворотная заслонка 17 при этом полностью открыта за счет пружины 21 (фиг. 4), электромагнит 20 обесточен, сливной клапан 23 герметизирует внутреннюю полость ТЭОК от окружающей среды.

При существенном нарастании конденсата влаги (снежной шубы) на холодных радиаторах термоэлектрическая батарея 3 и термоэлектрический модуль сливного клапана электрически переключаются в режим нагрева. При этом включаются электромагнит 20, заслонка 17 поворачивается и полностью перекрывает трубку 14. Конденсат влаги с холодных радиаторов 4 стекает на наклонную заслонку 17 (фиг. 4) и через сливной штуцер переходника 13 попадает в сливной клапан 23, который уже оттаял и подготовлен для слива конденсата. После слива конденсата влаги в запорном устройстве сливного клапана остается только 1-3 см³ воды. Необходимо отметить, что продолжительность процесса нагрева и слива конденсата влаги не превышает 1-3% от продолжительности основного процесса охлаждения (конденсации легкоиспаряющихся жидкостей) и осушения паровоздушной смеси от влаги.

При нагреве радиатора 4 до 50^оС снова включается режим охлаждения, а электромагнит 20 обесточивается, заслонка 17 возвращается под действием пружины 21 в первоначальное положение.

Горячий радиатор 5 служит для сброса тепла с термоэлектрической батареи 3. При работе ТЭОК горячий радиатор может нагреваться относительно окружающей среды на 8-15^оС. Фланец 9 и днище 22 также способствуют теплосбросу с горячих спаев термоэлектрической батареи, в том числе с охлаждающего модуля сливного клапана 23.

При повышении температуры легкоиспаряющихся жидкостей в резервуаре 10, например вследствие солнечной радиации, давление в резервуаре повышается и срабатывает клапан 12. В окружающую среду выбрасывается паровоздушная смесь, предварительно прошедшая через холодные радиаторы 4 опускного канала 1 (фиг. 3).

При эксплуатации резервуара 10 ночью происходит понижение температуры и всасывание окружающего воздуха через клапан 11. Воздух, прежде чем попасть в резервуар, проходит через холодные радиаторы опускного канала, осушаясь от влаги.

Эффективность ТЭОК в работе определяется в основном двумя показателями: абсолютным значением паровлагосодержания паровоздушной смеси на выходе из ТЭОК α_o (что определяется только величиной предельного охлаждения паровоздушной смеси на выходе из ТЭОК), а также расходом паровоздушной смеси G через ТЭОК (при этом чем расход выше, чем вероятность выброса легкоиспаряемых компонентов из легкоиспаряющихся жидкостей в окружающую среду меньше, - эффективность в работе ТЭОК газоотводной системы резервуара для хранения легкоиспаряющихся жидкостей выше).

Предлагаемый ТЭОК газоотводной системы резервуара для хранения легкоиспаряющихся жидкостей по сравнению с прототипом позволяет реализовать следующие преимущества:
увеличить количество конденсата на холодных радиаторах термоэлектрической батареи за счет интенсификации естественной циркуляции (расхода) паровоздушной смеси легкоиспаряющихся жидкостей на 15-20%. Это происходит за счет дополнительного нагрева паровоздушной смеси на 6-8 ^оС в подъемном канале горячего радиатора;
понизить абсолютное значение паровлагосодержания паровоздушной смеси на выходе из ТЭОК, так как холодные радиаторы и термоэлектрическая батарея выполнены раздельными по длине опускного канала, обеспечивая более эффективный процесс теплообмена на каждом участке размещения холодных радиаторов и дополнительное охлаждение паровоздушной смеси на выходе с холодных радиаторов на 2-3^оС;
уменьшить выброс легкоиспаряемых компонентов легкоиспаряющихся жидкостей за счет размещения выпускного клапана на выходе с холодных радиаторов термоэлектрической батареи;
отказаться от специального влагопоглотителя с его системой периодического оперативного обеспечивания, ТЭОК является автоматическим герметичным осушителем воздуха с периодическим сливом конденсата влаги в окружающую среду; при этом ТЭОК не только осушает входящий воздух через впускной клапан, но и осушает легкоиспаряющиеся жидкости, например дизельное топливо, бензин, хранящиеся в резервуаре, улучшая их эксплуатационные характеристики.

Использование: изобретение относится к химической и перерабатывающей промышленности и может быть использовано в оборудовании для хранения нефтепродуктов. Сущность изобретения: для снижения потерь от испарения при длительном хранении нефтепродуктов и удаления в окружающую среду конденсата влаги в термоэлектрическом охладителе - конденсаторе подъемный канал 2 расположен в горячем радиаторе 5 и имеет с ним непосредственный тепловой контакт; термоэлектрические батареи 3 и холодные радиаторы 4 выполнены раздельными по ходу циркуляции паровоздушной смеси легкоиспарающихся жидкостей; впускной клапан 11 расположен перед холодными радиаторами 4 термоэлектрической батареи 3, а выпускной клапан - после холодных радиаторов по ходу циркуляции паровоздушной смеси легкоиспаряющихся жидкостей; в опускном канале 1 после холодных радиаторов расположена поворотная перекрывающая заслонка 17, приводимая в действие с помощью электромагнита, и на днище охладителя-конденсатора - клапан слива конденсата влаги. 4 ил.

ГАЗООТВОДНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЛЕГКОИСПАРЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ, включающая установленный на крышке резервуара термоэлектрический охладитель-конденсатор, состоящий из корпуса с термоэлектрическими батареями, имеющий холодный и горячий радиаторы, впускной подъемный и центрально расположенный опускной каналы, источник постоянного тока, впускной и выпускной клапаны, отличающаяся тем, что холодный радиатор термоэлектрической батареи расположен в опускном канале, нижний участок последнего перед крышкой резервуара выполнен теплоизолированным, подъемный канал размещен в теле горячего радиатора, термоэлектрические батареи и холодные радиаторы размещены раздельно друг от друга по ходу циркуляции паровоздушной смеси легкоиспаряющейся жидкости, причем впускной клапан расположен перед холодными радиаторами термоэлектрической батареи, а выпускной клапан - после холодных радиаторов по ходу циркуляции паровоздушной смеси, при этом термоэлектрический охладитель-конденсатор снабжен укрепленной в опускном канале ниже уровня размещения холодных радиаторов поворотной перекрывающей поперечное сечение канала заслонкой с приводом от электромагнита и клапаном для слива конденсата влаги, установленным на днище термоэлектрического охладителя-конденсатора.