УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОПАРАФИНИСТЫХ И ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ К ПЕРЕКАЧКЕ ИЗ ЕМКОСТИ Российский патент 1997 года по МПК F17D1/16 

Изобретение относится к нефтяной и нефтехимической промышленности, а более конкретно в виброподогревателям и может быть использовано для подготовки высокопарафинистых и высоковязких нефтей к перекачке из емкостей, например, из железнодорожных цистерн.

Известно устройство для подготовки высокопарафинистых нефтей и нефтепродуктов к перекачке, содержащее вибратор, к которому жестко прикреплен змеевик, снабженный ситом. Устройство создает высокую скорость сдвига и эффективно разрушает кристаллическую решетку структурированных жидкостей, например, высокопарафинистых нефтей.

Однако устройство обеспечивает увеличение тепломассообмена только в объеме, соизмеримым с собственным объемом и для вовлечения в процесс виброподогрев его необходимо перемещать, что делает его непригодным для интенсификации подготовки нефти в цистернах (емкостях) и уменьшения времени их опорожнения.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для подогрева вязких жидкостей в железнодорожных цистернах (Н.В.Калашников, В.И. Черникин "Виброподогрев вязких нефтепродуктов", Гостопиздат, Москва, 1961 г. с. 63,64), которое представляет собой переносной вставной секционный подогреватель, который складывается и раскладывается, и с помощью парового поршневого привода заставляет секции совершать колебания в вертикальном направлении. Устройство активизирует тепломассообмен и способствует ускорению нагрева высоковязких продуктов.

Однако указанное техническое решение не обеспечивает высоких скоростей сдвига, что делает его малоэффективным при виброподогреве структурированных жидкостей, например, высокопарафинистых нефтей и, кроме того, зона обогрева ограничена объемом, соизмеримым с высотой емкости. К тому же техническое решение устройства позволяет ввести его в цистерну и раскрыть только в том случае, если нефть или нефтепродукт находится в жидком состоянии, т.е. только в летних условиях опорожнения емкостей.

Для решения задачи создания всепогодного устройства, обеспечения его ввода в застывшую, в том числе и структурированную нефть, вовлечения в процесс тепломассообмена оптимального для данной емкости (цистерны) количество нефти в известном устройстве, содержащем вибровозбудитель и змеевик, дополнительно к змеевику жестко прикреплен фланец, который установлен на упругие элементы, например, пружины с тягами, которые фиксируются на горловине емкости, например, цистерны, при этом змеевик выполнен из вертикального звена, и последовательно присоединенных к нему, подвижных звеньев, причем вертикальное звено снабжено опорной плитой, подвешено на тягах к фланцу с помощью упругих элементов и жестко прикреплено к вибровозбудителю, предпочтительно, пневматическому, при этом все звенья составлены из двух труб, каждая из которых с помощью шарниров (шлангов) связана с соответствующей трубой последующего (предыдущего) звена, причем угол раскрытия звеньев (шарниров) задан в диапазоне 0-180^o, а межтрубное и межзвенное пространство перекрыто пластинами, которые установлены на трубы ребрами и размещены на них с шагом, предпочтительно, соизмеримым с их диаметром, при этом ширина пластин соизмерима с половиной диаметра трубы, а толщина с толщиной стенки трубы, кроме того, пластины расположены по обе стороны звеньев змеевика, причем те, которые прикреплены одной стороны, установлены перпендикулярно пластинам, прикреплены с другой стороны, кроме того, шарниры (трубы) подвижных звеньев снабжены петлями. Указанные дополнения приводят к обеспечению интенсификации тепломассообмена в емкости любого объема и конфигурации, погружение устройства в сложенном виде в застывшую нефть, т.е. при любых погодных условиях, раскрытие его подвижных звеньев при их одновременном погружении до дна емкости за счет вибровоздействий, в диапазонах, близких к резонансным.

Схема устройства приведена на фиг. 1,2,3. На фиг. 1 приведен общий вид устройства. На фиг. 2,3 приведены схемы последовательных соединений звеньев с помощью шарниров (фиг. 2), шлангов (фиг. 3).

Устройство, помещенное в емкость (цистерну) 1, содержит фланец 2, установленный на упругие элементы пружин 3 с тягами 4, который фиксируется на горловине 5 с помощью фиксаторов 6. К фланцу с помощью упругих элементов пружин 7 с тягами 8 подвешена опорная плита 9 вертикального звена 10, к коллектору которого жестко прикреплен вибратор 12, предпочтительно, пневматический. К вертикальному звену прикреплены подвижные звенья 13 и 14, которые соединены с помощью шарниров (шлангов) 15, межтрубное и межзвенное пространство перекрыто пластинами 16, которые ребрами прикреплены к трубам змеевиков 13 и 14, причем пластины установлены таким образом, что с одной стороны звеньев они установлены в направлении, которое перпендикулярно направлению пластин с другой стороны. Шарниры подвижных звеньев змеевика (трубы) снабжены петлями 17.

Устройство работает следующим образом. Змеевик складывают с помощью петель 17 и продетым в них тросами (проводами) до прижатия подвижных звеньев 13, 14 к вертикальному звену 10 и вибратору 12. Затем устанавливают устройство фланцем 2 на горловину 5 с помощью пружин 4, фиксаторов 6 и тяг 4 (длина тяг 4 и пружин 3 выбирается в зависимости от степени наполнения емкости нефтью), а коллектором 11 на застывшую нефть. Затем включают подогрев (пар, горячую воду, высокотемпературный теплоноситель, например, масло) и вибратор 12. Под действием вибрации, подогрева и веса змеевика, последний начинает погружаться в подогреваемую жидкость. Одновременно, после погружения шарниров 15 в нефть отпускают трос и освобождают петли 17. После этого под действием вибрации и веса подвижных звеньев, последние начинают поворачиваться от нулевого положения на угол между звеньями 13 и 10 в пределах до 180^o. При этом раздвигаются и звенья 13 и14, что обеспечивается планетарными колебаниями вибратора 12. По мере опускания устройства и поджатия пружин 4 их с помощью гаек подтягивают, обеспечивая колебания фланца 2 в режиме, близком к резонансному. Кроме того поджимают и пружины 7, обеспечивая близкие к резонансу колебания фланца 9, а вместе с ним вертикального звена змеевика и всего устройства в целом. При этом подвижные звенья 13 и 14 в режиме виброподогрева распластываются по всей длине емкости 1 и разогревают нефть или нефтепродукты.

По окончании разогрева устройство поднимают причем при подъеме подвижные змеевики 13 и 14 устанавливаются вертикально и не препятствуют подъему змеевика. По мере подъема змеевика (после подъема на высоту, равную длине вертикального звена) он для удобства может быть положен на бок. В результате за счет виброподогрева нефти и виброразрушения ее структуры в режимах вибрации, близких к резонансным, резко интенсифицируется тепломассообмен, что в свою очередь резко сократит время перекачки (слива) нефти из емкостей (цистерн).

На лабораторной моделе емкости диаметром 300 мм и длиной 1200 мм было испытано устройство, выполненное следующим образом. Звенья змеевика выполнены из медной трубки диаметром D_у=10 мм покрытие пластин из медного листа толщиной 1 мм шириной 5 мм и подвижные звенья (по два с каждой стороны) соединены термостойким шлангом. В качестве вибратора был использован шариковый пневматический вибратор, параметры которого обеспечили частоту колебаний вибратора в диапазоне 25^oC100 гц и амплитуду колебаний 0,1-1 мм. За счет регулирования пружин (диаметр 10 мм, шаг 5 мм, толщина превышает 1 мм) с помощью тяг диаметром 6 мм с гайками М6 и настроя их частоты близкие к резонансным удалось резко разурегулировать амплитуду колебаний звеньев, в диапазоне 2-3 мм, и резко интенсифицировать тепломассообмен.

В качестве подогреваемой нефти использовалась высокопарафинистая мангышлакская нефть с температурой застывания +28^oC. В качестве теплоносителя использовалась горячая вода с температурой 85^oC, нагреваемая в термостате.

Аналогичный нагрев нефти в лабораторной цистерне производился с помощью устройства-прототипа. Сравнительные эксперименты показали, что с помощью предлагаемого изобретения удалось резко интенсифицировать процесс тепломассообмена, причем подогревом удалось охватить весь объем емкости за счет разброса звеньев установки по всему дну емкости. Время подогрева всего объема нефти от 18 до 65^oC при использовании устройства по предлагаемому изобретению оказалось равным 55 мин. тогда как устройство-прототип подогревало ту же нефть в том же температурном диапазоне 132 мин. Время опорожнения с помощью нового технического решения оказалось почти в три раза меньше, чем при использовании устройства-прототипа.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает по сравнению с прототипом, следующими преимуществами:
за счет использования подпружиненного фланца и самого змеевика резко сокращается время погружения змеевика в сложенном виде в застывшую нефть;
за счет раскрытия звеньев змеевика и расположения их по всей длине подогреваемой емкости в процесс подогрева был вовлечен весь объем нефти, что резко интенсифицировало тепломассообмен;
устройство обеспечивает возможность создания параметров вибрации, близким к резонансным, что также способствует резкой интенсификации процесса теплообмена.

Проведенные испытания показали высокую эффективность устройства для подготовки высокопарафинистых и высоковязких нефтей и нефтепродуктов к перекачке из емкостей любого объема и конфигурации.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение, обладает по сравнению с прототипом следующими преимуществами:
за счет использования самораскрывающегося под действием вибрации в околорезонансных режимах резко уменьшается время погружения змеевика в застывшую нефть при одновременном разогреве нефти по высоте емкости;
за счет использования последовательно соединенных подвижных звеньев обеспечивается одновременный интенсивный обогрев нефти в емкостях любых размеров.

С учетом отмеченных преимуществ:
устройство может быть использовано для разогрева и последующего слива нефти из железнодорожных цистерн в любых погодных условиях;
устройство может быть использовано для подготовки нефти в любых нестандартных емкостях, а также в нефтяных резервуарах любых конфигураций, размеров и объемов.

Использование: изобретение относится к нефтяной и нефтехимической промышленности, а более конкретно - к виброподогревателям, и может быть использовано для подготовки высокопарафинистых и высоковязких нефтей и нефтепродуктов к перекачке из емкостей. Сущность изобретения: устройство установлено в емкости 1 с помощью фланца 2 и опорной плиты 9, снабженных упругими виброэлементами 3, 4 и 7, 8, содержит последовательно соединенные шарнирами 15 звенья 10, 13, 14, которые имеют угол раскрытия 0-180^o и перекрыты пластинами 16. 3 ил.

Устройство для подготовки высокопарафинистых и высоковязких нефтей и нефтепродуктов к перекачке из емкостей, содержащее вибровозбудитель и змеевик, отличающееся тем, что змеевик снабжен фланцем, который установлен на упругие элементы, например пружины с тягами, которые фиксируются на горловине емкости, например цистерны, при этом змеевик выполнен из вертикального звена и последовательно присоединенных к нему подвижных звеньев, причем вертикальное звено снабжено опорной плитой, подвешено на тягах к фланцу с помощью упругих элементов и жестко прикреплено к вибровозбудителю, предпочтительно, пневматическому, при этом все звенья составлены из двух труб, каждая из которых с помощью шарниров (шлангов) связана с соответствующей трубой последующего (предыдущего) звена, причем угол раскрытия звеньев (шарниров) задан в диапазоне 0 180^o, а межтрубное и межзвенное пространство перекрыто пластинами, которые установлены на трубы ребрами и размещены на них с шагом, предпочтительно, соизмеримым с их диаметром, при этом ширина пластин соизмерима с половиной диаметра трубы, а толщина с толщиной стенки трубы, кроме того, пластины расположены по обе стороны звеньев змеевика, причем те, которые прикреплены с одной стороны, установлены перпендикулярно пластинам, прикрепленным с другой стороны, кроме того, шарниры (трубы) подвижных звеньев снабжены петлями.