Способ разогрева и слива вязкой жидкости из емкости и устройство для его реализации

 

Способ разогрева и слива вязкой жидкости из емкости заключается в отборе жидкости из емкости, прокачке насосом через теплообменник, смешивании разогретой жидкости из емкости. Разогретую жидкость после теплообменника разделяют на две части. Одну часть перепускают в отделенную в емкости зону отбора жидкости, смешивают в этой зоне с жидкостью из емкости и подают эту смесь в насос через мерный участок, на мерном участке измеряют перепад давления, с ростом перепада давления увеличивают часть разогретой жидкости, перепускаемой в отделенную в емкости зону отбора жидкости, а при снижении перепада давления уменьшают часть разогретой жидкости. На мерном участке также измеряют температуру смеси, при этом с ростом температуры уменьшают часть разогретой жидкости, перепускаемой в отделенную в емкости зону отбора жидкости, а при снижении температуры смеси увеличивают часть разогретой жидкости. Другую часть перепускают непосредственно в емкость. Устройство для разогрева и слива вязкой жидкости содержит всасывающий трубопровод, напорный трубопровод, теплообменник и непроницаемую перегородку. Изобретения обеспечивают высокую производительность и минимальную энергоемкость. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области погрузочно-разгрузочной техники и может быть применено при разгрузке из емкостей жидкостей, вязкость которых существенно зависит от температуры.

Известны аналоги изобретения, которые используют разогрев жидкости с целью снижения ее вязкости до уровня, позволяющего обеспечить разгрузку емкости. Такие способы и устройства основаны на циркуляционном разогреве, при котором осуществляют отбор жидкости из емкости через всасывающий трубопровод, прокачку жидкости насосом через теплообменник и возврат по напорному трубопроводу в емкость. После разогрева жидкости в емкости до требуемой температуры жидкость сливают.

Необходимо отметить, что диапазон температур прокачиваемой жидкости по трубопроводам циркуляционных систем ограничен снизу температурой застывания жидкости и сверху температурой давления насыщенных паров жидкости, при которых происходит срыв работы циркуляционного насоса. На практике удается реализовать более ограниченный диапазон рабочих температур прокачиваемой жидкости. Нижним пределом является температура жидкости, при которой ее возможно подавать во всасывающий трубопровод заданного сечения и длины и прокачивать насосом с заданной мощностью. Верхний предел связан с температурой на выходе из теплообменника, ограниченной нормами пожарной безопасности.

Поэтому все известные способы не могут обеспечить стабильный процесс при циркуляционном разогреве жидкостей, имеющих различные начальные состояния в емкости.

Примером жидкости, стабильность циркуляционного процесса разогрева которых сильно зависит от их температуры и вязкости, являются мазуты (см. Справочник "Нефтепродукты" М., Химия, 1966 г.), в особенности если их температура в емкости снижается до температуры застывания.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является способ разогрева и слива жидкости из емкости, включающий отбор жидкости из емкости, подачу в насос, прокачку насосом через теплообменник, разделение потока разогретой жидкости на части, подачу части разогретой жидкости обратно в емкость, смешивание разогретой жидкости с холодной и слив разогретой жидкости из емкости любым из известных способов. (SU 1551624 A1, 23.03.90, кл. B 65 G 69/20 // B 65 D 88/74). Устройство для обеспечения данного способа содержит всасывающий трубопровод, выход которого последовательно соединен с насосом, напорным трубопроводом и теплообменником.

Недостатком известного способа и устройства для его обеспечения является то, что они не обеспечивают стабильность процесса циркуляционного разогрева при различных состояниях продукта в емкостях. Проанализируем этот недостаток на примерах обеспечения циркуляционного разогрева при различных начальных состояниях мазутов в железнодорожных цистернах. В известном способе начало циркуляционного разогрева обеспечивают отбором с поверхности продукта в емкости смеси, которую получают путем смешивания холодного мазута из емкости с разогретым мазутом после теплообменника. При этом части холодного и горячего мазута не дозируют в определенном соотношении в зависимости от начального состояния продукта в емкости. Другими словами, предполагается, что в начальный период циркуляционного разогрева благодаря применению "стартового" объема горячего жидкого мазута на поверхности продукта в емкости будет образован теплый слой жидкого продукта, пригодный к отбору в циркуляционную систему.

В устройстве для обеспечения описанного способа отбор смеси из емкости осуществляют с помощью эжектора, расположенного в сливной линии.

В случае, если в емкости будет находиться сильно застывший продукт (например, мазут с начальной температурой, которая ниже температуры его застывания), то его разогрев будет затруднен из-за слабого перемешивания с горячим мазутом (разогретым после теплообменника). Поэтому на поверхности холодного продукта в емкости будет образован горячий поверхностный слой с малым количеством мазута, замкнутый с местом подачи горячего мазута в емкость. При подводе с горячим мазута в емкость большой тепловой мощности только лишь часть этой мощности будет затрачена на разогрев холодного продукта. Другая же часть будет перегревать горячий слой после многократной циркуляции горячего мазута через теплообменник до температуры, которая недопустима с точки зрения пожарной безопасности.

В случае, если в емкости будет находиться достаточно вязкий, но подвижный продукт в объеме емкости, который, однако, требует разогрева перед сливом (например, мазут с температурой, несколько выше температуры его застывания), то он будет хорошо перемешиваться с горячим мазутом в большом объеме емкости. Поэтому даже при подводе с горячим мазутом в емкость большой тепловой мощности на поверхности холодного продукта в емкости не будет создаваться горячий поверхностный слой, а температура большой массы разогреваемого продукта в емкости будет расти незначительно. Следовательно, на поверхности в месте отбора будет находиться мазут с параметрами, близкими к начальным параметрам непригодного к перекачке по трубопроводам циркуляционной системы продукта.

Для того чтобы процесс циркуляционного разогрева не прерывался, в первом случае необходимо увеличивать время разгрузки цистерны путем временного прекращения подачи теплоносителя в теплообменник до момента, когда температура мазута на выходе из теплообменника снизится до приемлемой, а во втором случае процесс циркуляции просто прервется, и устройство сможет продолжить работу после удаления из всасывающего трубопровода холодного мазута. И в том и в другом случае это приведет к срыву нормативного времени, установленного МПС для обработки железнодорожных цистерн с вязкими и высокозастывающими грузами.

Кроме указанного недостатка необходимо отметить и то, что при отборе с поверхности должны выполняться дополнительные требования охраны труда и окружающей среды, связанные с предотвращением прорыва во всасывающую линию газового пузыря. Явление прорыва газового пузыря опасно даже не столько срывом процесса циркуляционного разогрева, сколько из-за опасности возникновения неконтролируемого эффекта газлифта (при возврате насосом газовой фазы в емкость в окружающую среду из емкости со всплывающими газовыми пузырями может быть выброшен горячий продукт).

Целью изобретения является обеспечение стабильного процесса циркуляционного разогрева при разгрузке жидкостей из емкостей с высокими исходными вязкостями без их обводнения.

Данная цель достигается тем, что при применении способа разогрева и слива вязкой жидкости из емкости, включающего отбор жидкости из емкости, прокачку насосом через теплообменник, разделение потока разогретой жидкости на части, перепуск части разогретой жидкости обратно в емкость, с холодной и слив разогретой жидкости из емкости, другую часть разогретой жидкости после теплообменника перепускают в отделенную в емкости непроницаемой перегородкой зону отбора жидкости для смешивания с жидкостью, поступающей из емкости, подают эту смесь в насос.

Смесь из зоны отбора может быть подана в насос через мерный участок, на котором измеряют перепад давления и с ростом перепада давления увеличивают часть разогретой жидкости, перепускаемой в зону отбора, а при снижении перепада давления уменьшают эту часть. На этом участке также/ или измеряют температуру смеси, с ростом температуры уменьшают часть разогретой жидкости, перепускаемой в упомянутую зону, а при снижении температуры смеси увеличивают часть разогретой жидкости.

Устройство содержит всасывающий трубопровод, выход которого соединен с насосом, напорный трубопровод и теплообменник и снабжено погружаемой в емкость непроницаемой перегородкой с нижним и верхним открытыми краями с размещением верхнего края этой перегородки выше уровня жидкости в емкости и с возможностью отделения этой перегородкой зоны отбора жидкости в этой емкости, при этом вход всасывающего трубопровода расположен в зоне отбора жидкости, а выход напорного трубопровода соединен с упомянутой зоной и емкостью посредством перепускных каналов с управляемыми клапанами.

Верхний край непроницаемой перегородки может быть соединен со всасывающим трубопроводом герметично.

Оно может быть снабжено мерным участком, через который осуществляется подача жидкости на вход всасывающего трубопровода, выдающим сигналы в зависимости от величины перепада давления и/или температуры.

На фиг. 1 изображено устройство для обеспечения способа разогрева и слива вязких жидкостей из емкостей, на фиг. 2 и фиг. 3 - то же, варианты выполнения.

Устройство содержит погружаемую в емкость (1) непроницаемую перегородку (2) с нижним и верхним открытыми краями, всасывающий трубопровод (3), выход которого последовательно соединен с насосом (4), напорным трубопроводом (5) с клапаном (13) и теплообменником (6), отделенную в емкости непроницаемой перегородкой зону отбора жидкости(7), вход всасывающего трубопровода (8) располагают в зоне отбора жидкости, напорный трубопровод соединяют с зоной отбора жидкости и с емкостью посредством перепускных каналов (9) и (10) с клапанами (11) и (12). Для слива жидкости из емкости устройство обеспечивают сливным трубопроводом (14) с клапаном (15). На перегородке (2) могут устанавливать мерный участок (17), который располагают в зоне отбора жидкости до входа всасывающего трубопровода. Для облегчения погружения в емкость с вязкой жидкостью могут производить подогрев жидкости в зоне отбора (7) с помощью погружного подогревателя (16). Клапаны (11) и (12) управляются вручную или автоматически в соответствии с сигналами от мерного участка (17) с помощью устройства (18).

На фиг. 2 - вариант выполнения устройства с автоматическим управлением клапанами (11) и (12) в соответствии с сигналами от мерного участка (17) по изменениям температуры и перепада давления подаваемой смеси.

На фиг. 3 - вариант выполнения устройства, в котором верхний край непроницаемой перегородки (2) соединен со всасывающим трубопроводом (3) герметично.

Обеспечение способа при работе устройства происходит следующим образом: В емкость (1), из которой необходимо разгрузить вязкую жидкость, устанавливают блок из следующих элементов устройства: непроницаемую перегородку (2) с мерным участком (17), всасывающий трубопровод (3), напорный трубопровод (5) с выполненными на нем перепускными каналами (9) и (10) и клапанами (11) и (12).

Верхний открытый край непроницаемой перегородки (2) располагают выше уровня жидкости в емкости для предотвращения растекания разогретой жидкости из зоны отбора (7). Нижний открытый край перегородки (2) располагают около дна емкости с зазором, обеспечивающим отбор холодной жидкости из емкости в зону (7).

После погружения блока, через вход всасывающего трубопровода (2) из зоны отбора (7), заполняют жидкостью циркуляционный контур устройства.

После заливки циркуляционного контура включают насос (4) и осуществляют отбор жидкости из емкости (1) через нижний открытый край непроницаемой перегородки в зону отбора (7). Отобранную таким образом жидкость из емкости (1) смешивают в зоне отбора (7) с частью разогретой жидкости, которую перепускают через канал (9) с клапаном (11). Затем эту смесь подают по всасывающему трубопроводу (3) в насос (4), прокачивают насосом через теплообменник (6), где происходит разогрев жидкости посредством теплопередачи от теплоносителя, далее разогретую жидкость прокачивают по напорному трубопроводу (5), а затем делят на части, одну часть разогретой жидкости подают по каналу (10) с клапаном (12) обратно в емкость, смешивают ее с холодной и затем сливают из емкости, а другую часть разогретой жидкости после теплообменника направляют по каналу (9) с клапаном (11) в зону отбора (7).

Отбор жидкости из емкости (1) осуществляют за счет того, что из зоны (7) подают в насос весь поток жидкости и только часть перепускают через канал (9) обратно в зону (7). Взамен части жидкости, которую перепускают по каналу (10) в емкость (1), в зону отбирают через нижний открытый край перегородки (2) такую же часть холодной жидкости за счет разницы уровней в емкости (1) и в зоне отбора (7).

Непроницаемая перегородка (2) может соединяться своим верхним краем со всасывающим трубопроводом (3) герметично, при этом поступление жидкости из емкости через нижний открытый край перегородки (2) в зону отбора (7) обеспечивают за счет разницы давлений во всасывающем трубопроводе (3) и емкости (1).

Непроницаемая перегородка (2) может быть размещена своим нижним краем непосредственно на дне емкости, тогда для обеспечения отбора жидкости из емкости поверхность перегородки выполняют с перфорацией ниже сечения, где располагают мерный участок (17).

Смесь могут подавать на вход всасывающего трубопровода (8) через мерный участок (17). На мерном участке измеряют перепад давления, который зависит от параметров подаваемой через него смеси. С ростом перепада давления от мерного участка выдается сигнал на одновременное открытие клапану (11) для увеличения части перепускаемой по каналу (9) жидкости и на закрытие клапану (12) для снижения части перепускаемой по каналу (10) жидкости, и тем самым снижают вязкость смеси в зоне отбора. Если перепад давления снижается, то от мерного участка (17) выдается сигнал на одновременное закрытие клапану (11) для снижения части перепускаемой по каналу (9) жидкости и на открытие клапану (12) для увеличения части перепускаемой по каналу (10) жидкости, и тем самым увеличивают вязкость смеси в зоне отбора.

На мерном участке могут также измерять температуру смеси в зоне отбора (7). При этом от мерного участка с ростом температуры выдается сигнал на одновременное закрытие клапану (11) для снижения части перепускаемой по каналу (9) жидкости и на открытие клапану (12) для увеличения части перепускаемой по каналу (10) жидкости, и тем самым увеличивают вязкость смеси в зоне отбора. Если температура смеси снижается, то от мерного участка (17) выдается сигнал на одновременное открытие клапану (11) для увеличения части перепускаемой по каналу (9) жидкости и на закрытие клапану (12) для снижения части перепускаемой по каналу (10) жидкости, и тем самым снижают вязкость смеси в зоне отбора.

Таким образом, с помощью непроницаемой перегородки (2) совместно с мерным участком (17) и каналами для перепуска (9) и (10) с клапанами (11) и (12) дозируют части холодной и разогретой жидкости в определенном соотношении таким образом, чтобы обеспечить заданные параметры стабильного процесса разогрева при подаче смеси во всасывающий трубопровод (3).

После разогрева жидкости в емкости до требуемой температуры жидкость сливают любым из известных способов. При этом закрывают клапан (13), открывают клапан (15) на сливном трубопроводе (14).

Пример обеспечения с помощью изобретения заданных параметров стабильного процесса разогрева мазута в емкости.

Пусть на номинальном режиме работы устройства (оптимальном с точки зрения КПД насоса и мощности теплосъема теплообменника) подают мазут по всасывающему трубопроводу с расходом G₁=30 кг/с при температуре t₁=70^oC (см. фиг. 1).

При более низкой температуре мазута t₁ номинальный режим не обеспечивают из-за высокого гидравлического сопротивления входного трубопровода, а при более высокой температуре t₁ подогрев мазута ограничен температурой вспышки (по нормам пожарной безопасности).

Мазут в емкости имеет начальную температуру t_н < t₁. Часть потока разогретого мазута с расходом G₂ подают в зону (7), а часть с расходом G₃= G₁-G₂ - в емкость (1). Подавая мазут с расходом G₃ в емкость, обеспечивают отбор такого же расхода холодного мазута из емкости в зону (7).

В результате смешивания части разогретого в теплообменнике мазута с расходом G₂ и температурой t₂ и части холодного мазута из емкости с расходом G₃ и температурой t_н во всасывающий трубопровод подают мазут с расходом G₁ и температурой Пусть при заданном номинальном режиме подогрев в теплообменнике t₂-t₁= 20^oC (это соответствует мощности теплосъема W_т.о.=G₁·c·(t₂-t₁)= 30 кг/c·2кДж/кг·град·20^o=1200 кВт).

Поскольку температуру t₁ поддерживают на заданном уровне 70^oC, то необходимо управлять клапанами (11) и (12) таким образом, чтобы обеспечить следующий закон изменения расходов G₂ и G₃ в зависимости от температуры мазута, отбираемого из емкости (таблица).

Формула изобретения

1. Способ разогрева и слива вязкой жидкости из емкости, включающий в себя отбор жидкости из емкости и прокачку насосом этой жидкости через теплообменник, разделение после теплообменника потока разогретой жидкости на части, перепуск первой части разогретой жидкости обратно в емкость и слив смешанной жидкости из емкости, отличающийся тем, что зону отбора жидкости в емкости отделяют непроницаемой перегородкой, подают в эту зону вторую часть разогретой жидкости для смешивания с жидкостью, поступающей в эту зону из емкости и подают полученную смесь в насос.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь из отделенной из емкости зоны отбора жидкости подают в насос через мерный участок, на мерном участке измеряют перепад давления, при этом с ростом перепада давления увеличивают часть разогретой жидкости, перепускаемой в отделенную в емкости зону отбора жидкости, а при снижении перепада давления уменьшают часть разогретой жидкости.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что смесь из отделенной из емкости зоны отбора жидкости подают в насос через мерный участок, при этом на мерном участке измеряют температуру смеси, причем с ростом температуры уменьшают часть разогретой жидкости, перепускаемой в отделенную в емкости зону отбора жидкости, а при снижении температуры смеси увеличивают часть разогретой жидкости.

4. Устройство для разогрева и слива вязкой жидкости, содержащее всасывающий трубопровод, выход которого соединен с насосом, напорный трубопровод и теплообменник, отличающееся тем, что оно снабжено погружаемой в емкость непроницаемой перегородкой с нижним и верхним открытыми краями с размещением верхнего края этой перегородки выше уровня жидкости в емкости и с возможностью отделения этой перегородкой зоны отбора жидкости в этой емкости, при этом вход всасывающего трубопровода расположен в зоне отбора жидкости, а выход напорного трубопровода соединен с упомянутой зоной и емкостью посредством перепускных каналов с управляемыми клапанами.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что верхний край непроницаемой перегородки соединяют со всасывающим трубопроводом герметично.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено мерным участком, через который осуществляется подача жидкости на вход всасывающего трубопровода, выдающим сигналы в зависимости от величины перепада давления и/или температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4