СПОСОБ РАЗОГРЕВА И СЛИВА МАЗУТОВ ИЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН Российский патент 1998 года по МПК B65G69/20 B65D88/74 

Изобретение относится к разгрузке вязких жидкостей из цистерн. Существуют способы разогрева мазута в цистерне с целью снижения его вязкости до уровня, позволяющего полностью слить мазут из цистерны.

Эти способы основаны на откачке мазута из цистерны насосом, прокачке его через теплообменник и возвращения разогретого мазута в цистерну.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является способ разогрева и слива мазутов из железнодорожных цистерн, включающий покачивание мазута насосом из цистерны через теплообменник, подачу разогретого мазута после теплообменника обратно в цистерну, смешивание разогретого мазута с холодным и слив разогретого мазута из цистерны любым из известных способов (авт. св. СССР N 1551624, кл. B 65 D 88/74, 1990).

Все известные способы обладают существенными недостатками, делающими их неработоспособными для сильно охлажденного мазута, имеющего высокую вязкость.

Проблема разогрева высоковязкого мазута с использованием внешнего теплообменника противоречива по сути, ибо мазут греют для того, чтобы он обладал достаточной текучестью для слива, с другой стороны мазут должен течь, чтобы его можно было доставить во внешней теплообменник для разогрева.

Иными словами задача дополнительного разогрева "горячего" мазута известными способами решается полностью, а задача разогрева высоковязкого холодного мазута (особо требующего разогрева) вызывает значительные трудности, связанные со следующими особенностями.

Тепло в цистерну при внешнем циркуляционном разогреве приносит мазут, разогретый в теплообменнике. Количество тепла, которое несет разогретый мазут, определяется по формуле
Q = c_м•G•Δt, (1)
где с_м - теплоемкость мазута,
G - массовый расход мазута, прокачиваемый насосом через теплообменник,
Δ t - приращение температуры мазута при проходе через теплообменник.

Если не принимать во внимание конструктивные особенности теплообменников различных типов, то единственным параметром, существенно влияющим на поток тепловой энергии в цистерну, является расход мазута.

Высокая вязкость холодного мазута сильно снижает расход из-за высокого гидросопротивления входной линии насоса при подаче холодного мазута, из-за снижения расходных характеристик насоса и из-за повышенного вязкого трения внутри насоса. Этот фактор приводит к тому, что при старте на холодном мазуте расход мазута, а следовательно, подвод тепла в цистерну, будет очень низким или даже нулевым, что либо очень затянет процесс старта, либо не позволит его осуществить вообще (холодный мазут - старт затянут).

Чем меньше диаметр всасывающего трубопровода и больше его длина, тем труднее будет старт. Кроме того, если при сливе из верхней горловины конструкция участка всасывающего трубопровода такова, что его верхняя точка находится достаточно высокого от цистерны, так что потоку нужно преодолевать силы гравитации, то это может значительно ограничить расход.

Предлагаемый способ разогрева и слива мазута из цистерн расширяет диапазон работы в сторону мазутов повышенной вязкости при старте и увеличивает тепловую мощность, подводимую в цистерну в процессе разогрева, упрощает и делает более надежной систему управления, значительно уменьшает габариты, материалоемкость и стоимость оборудования.

Указанная задача решается тем, что в способе разогрева и слива мазутов из железнодорожных цистерн, включающем прокачивание мазута насосом из цистерны через теплообменник, подачу разогретого мазута после теплообменника обратно в цистерну, смешивание разогретого мазута с холодным и слив разогретого мазута из цистерны, часть разогретого мазута после теплообменника направляют на прокачивание насосом в обход цистерны.

В предлагаемом способе часть мазута после теплообменника перепускают во всасывающий трубопровод, что приводит к уменьшению вязкости мазута, а следовательно, к уменьшению гидросопротивления входной линии насоса, к увеличению расхода через насос, что облегчает его работу, и к увеличению расхода через теплообменник, а за счет этого - к повышению теплосъема с теплообменника. Это особенно необходимо при старте, когда расход мазута, циркулирующего через цистерну, мал.

При достижении требуемой температуры мазута в цистерне начинают ее опорожнение (слив).

При разогреве мазута в цистерне для повышения эффективности способа возможно регулирование температуры мазута во входной линии насоса. При этом в предлагаемом способе расход разогретого в теплообменнике мазута, который направляют в обход цистерны, определяют по формуле

где G_ц - расход мазута из цистерны,
T - температура мазута на входе в насос,
T_ц - температура мазута в цистерне,
T_пер - температура мазута на выходе из теплообменника;
расход мазута через насос и теплообменник определяют по формуле
G = G_пер + G_ц;
и этим обеспечивают температуру во входной линии насоса для мазута топочного 40 в диапазоне +25^oC < T < +70^oC, а для мазута топочного 100 в диапазоне +35^oC < T < +70^oC.

Процесс разогрева мазута в цистерне может продолжаться и при сливе. При этом часть мазута на слив направляют из цистерны самотеком в обход насоса или насосом в обход теплообменника. Эффективность таких способов заключается в том, что при низких уровнях мазута в цистерне он прогревается быстрее и интенсивнее размывает загустевшие остатки на стенках.

На чертеже изображена схема реализации способа.

В цистерну 1 через верхнюю горловину погружают погружные трубы, являющиеся частями всасывающего 2 и напорного трубопроводов 3. После заливки трубопроводов мазутом подают теплоноситель в теплообменник 4 и включают насос 5. Холодный мазут из цистерны подают по всасывающему трубопроводу на вход в насос, а затем через капли 6 в теплообменник. После теплообменника часть разогретого мазута подают в цистерну, где смешивают с холодным мазутом. Другую часть горячего мазута после теплообменника по перепускному трубопроводу 7 с клапаном 8 подают во всасывающий трубопровод, затем на вход в насос и в теплообменник. Таким образом через насос и теплообменник увеличивают расход мазута.

Когда мазут в цистерне нагрет до требуемой температуры, клапаны 6 и 8 закрывают и открывают клапан 9 на слив.

Слив мазута из цистерны может быть также обеспечен одновременно с процессом разогрева. При этом клапан 6 должен быть открыт. При самотечном сливе из всасывающего трубопровода должен быть открыт клапан 10. При сливе из напорного трубопровода должен быть открыт клапан 9.

Регулирование температуры мазута во входной линии насоса для повышения эффективности способа может быть реализовано путем изменения гидравлического сопротивления перепускного трубопровода 7 с помощью клапана 8 (изменение расхода разогретого в теплообменнике мазута, направляемого в обход цистерны).

При этом, независимо от наличия перепуска части мазута в обход цистерны, все тепло, снимаемое с теплообменника, поступает в цистерну.

Расчетный пример. Расход мазута из цистерны во входную линию G_ц=3 кг/с при температуре T_ц=10^oC и вязкости v = 10000 сст (условия при старте на высоковязком мазуте топочном 40). При отсутствии перепуска тепловая мощность, снимаемая с теплообменника, составляет Q=1,8•3•50=270 кВт (см. формулу 1), что соответствует подогреву мазута на Δt=50^oC, т.е. возвращаемый в цистерну мазут имеет температуру T_пер=60^oC.

При направлении части мазута после теплообменника в обход цистерны через трубопровод 7 идет расход G_пер=10 кг/с при температуре мазута на выходе из теплообменника T_пер=85^oC.

Расход мазута через насос и теплообменник составляет G=10+3=13 кг/с (см. формулу 3), температура мазута во входной линии насоса (следует из формулы 2). Вязкость мазута при этом составляет v=100 сст, подогрев мазута Δ t=17^oC, а тепловая мощность Q=1,8•13•17=400 кВт.

Разница температур мазута, отбираемого из цистерны и сливаемого в нее Δ t= T_пер-T_ц= 85-10-75^oC, при этом тепловая мощность, подводимая в цистерну Q= 1,8•3•75=400кВт.

Изобретение относится к разгрузке вязких жидкостей из цистерн. Способ разогрева и слива мазутов из железнодорожных цистерн может быть реализован при разогреве и сливе высоковязких мазутов без обводнения. Способ включает операции: прокачивание мазута насосом из цистерны через теплообменник, подачу разогретого мазута после теплообменника обратно в цистерну, смешивание разогретого мазута с холодным, слив разогретого мазута из цистерны и направление части разогретого мазута после теплообменника на прокачивание насосом в обход цистерны. Это обеспечивает высокую производительность и минимальную энергоемкость процессов разогрева и слива, расширяет диапазон исходных вязкостей разгружаемых жидкостей (в сторону больших вязкостей), при которых возможна разгрузка. Это также позволяет упростить и сделать более надежной систему управления, значительно уменьшить габариты, материалоемкость и стоимость оборудования. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ разогрева и слива мазутов из железнодорожных цистерн, включающий прокачивание мазута насосом из цистерны через теплообменник, подачу разогретого мазута после теплообменника обратно в цистерну, смешивание разогретого мазута из цистерны, отличающийся тем, что часть разогретого мазута после теплообменника направляют на прокачивание насосом в обход цистерны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход разогретого в теплообменнике мазута, который направляют в обход цистерны, определяют по формуле

где G_ц - расход мазута из цистерны;
Т - температура мазута на входе в насос;
Т_ц - температура мазута в цистерне;
Т_пер - температура мазута на выходе из теплообменника,
расход мазута через насос и теплообменник определяют по формуле
G = G_пер + G_ц,
и этим обеспечивают температуру во входной линии насоса для мазута топочного 40 в диапазоне +25^oС < Т< 70^oС, а для мазута топочного 100 - в диапазоне +35^oС < Т< 70^oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть мазута направляют на слив из цистерны самотеком в обход насоса, не прекращая разогрева. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть мазута направляют на слив из цистерны насосом в обход темплообменника, не прекращая разогрева.