устройство для нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в железнодорожных цистернах

Формула изобретения

Устройство для нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в железнодорожных цистернах, содержащее СВЧ-генератор, который через циркулятор жестко соединен с передающей линией, выполненной из прямого волновода и волноводного излома, крышку-экран с обечайкой, пластинами с пазами и отверстием с патрубком, излучатель в виде направленной антенны, установленной наклонно к поверхности загустевшего или застывшего нефтепродукта, отличающееся тем, что передающая линия снабжена дополнительным прямым волноводом, установленным между волноводным изломом и крышкой-экраном, имеющим в верхнем фланце круглой формы диаметральный направляющий Т-образный паз под головки стяжных болтов, расположенных равномерно по окружности, и отверстие для их ввода в паз, нижний фланец волноводного излома выполнен в виде круга с отверстиями под стяжные болты, а разъем фланцев самоцентрирующийся имеет ступенчатую плоскость, при этом дополнительный прямой волновод и жестко связанные с ним крышка-экран и излучатель после ослабления затяжки гаек стяжных болтов имеют возможность поворачиваться относительно волноводного излома с фиксацией в двух диаметрально противоположных положениях при помощи фиксатора, состоящего из штыря, пружины, уголка с прорезью, пластины и двух установочных отверстий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разгрузке ж.д. цистерн с загустевшими и застывшими вязкими нефтепродуктами, предварительный нагрев которых до состояния текучести осуществляется СВЧ-энергией и может быть использовано для опорожнения цистерн на промывочно-пропарочных станциях, ТЭЦ, котельных крупных предприятий, работающих на мазуте, и других предприятиях, применяющих разгрузку цистерн с указанными материалами.

Известен способ разогрева в емкости загустевших продуктов и устройство для его осуществления направленным излучением сверхвысокой частоты (СВЧ) в диапазоне 400-3000 МГц, создаваемое генератором СВЧ-колебаний, соединенного посредством передающей линии с излучателем. На горловине емкости размещен электромагнитный экран, в окне которого установлена передающая линия в виде металлического волновода, а излучатель выполнен в виде направленной антенны, установленной наклонно к поверхности продукта [1].

Недостатком способа и устройства для его осуществления является ограниченные технологические возможности при нагреве загустевших продуктов в ж. д. цистернах, имеющих внутренние металлические лестницы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разогрева загустевших и застывших вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах и устройство для его осуществления в СВЧ-поле направленный излучением в диапазоне 400-1000 МГц с дополнительным воздействием подогретого от обдува вывода энергии магнетрона и внутренних поверхностей стенок волноводного тракта воздушного потока с подпариванием паровой рубашки клапана сливного прибора давлением не более 0,2 МПа. Устройства состоит из отапливаемого ангара, установленного на эстакаде и имеющего окно вывода наружу волноводного тракта, состоящего из прямого волновода и волноводного излома, крышки-экрана и излучателя, жестко связанных с СВЧ-модулем, размещенным с воздуходувкой на платформе манипулятора, который в свою очередь на роликах перемещается в направляющих, закрепленных в верхней части ангара. Крышка-экран оснащена обечайкой, пластинами с пазами, отверстием с патрубком. Воздуходувка имеет воздуховод, подведенный через СВЧ-модуль к выводу энергии магнетрона в волноводном тракте. Паровая рубашка клапана сливного прибора соединена с паропроводом [2].

Недостатками способа и устройства для его осуществления являются низкая эффективность нагрева вязкого нефтепродукта в цистерне с внутренней лестницей, расположенной напротив открытого конца излучателя, связанная с потерей мощности СВЧ-излучения за счет дополнительного нагревания металлических элементов лестницы и частичного отражения от них электромагнитной волны обратно в волноводный тракт, вызывая тем самым нестабильную работу магнетрона, а также возможный выход его из строя при рассогласованной нагрузке в случае небольших остатков нефтепродукта в цистерне, большая трудоемкость и небезопасные условия труда при переналадке крышки-экрана с излучателем перед вводам его в горловину котла цистерны.

Целью изобретения является повышение эффективности нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в цистернах, надежности работы СВЧ-генератора, снижение трудоемкости и обеспечение безопасных условий труда.

Поставленная цель достигается тем, что в способе нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в ж.д. цистернах с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты направленным излучением в диапазоне 900-930 МГц, нагрев продукта осуществляют потоком СВЧ-излучения, сформированным под острым углом к поверхности продукта в противоположном от внутренней лестницы направлении, а в устройстве для осуществления способа, содержащем СВЧ-модуль и жестко связанные с ним передающую линию, состоящую из прямого волновода и волноводного излома, крышку-экран с обечайкой, пластинами с пазами и отверстием с патрубком, излучатель в виде направленной антенны, установленной наклонно к поверхности загустевшего или застывшего нефтепродукта, СВЧ-модуль через циркулятор жестко соединен с передающей линией, которая снабжена дополнительным прямым волноводом, установленным между волноводным изломом и крышкой-экраном, имеющий в верхнем фланце круглой формы диаметральный направляющий Т-образный паз под головки стяжных болтов, расположенных равномерно по окружности, и отверстие для их ввода в паз, нижний фланец волноводного излома выполнен в форме круга с отверстиями под стяжные болты, а разъем фланцев самоцентрирующий, имеет ступенчатую плоскость, при этом дополнительный прямой волновод и жестко связанные с ним крышка-экран и излучатель после ослабления затяжки гаек стяжных болтов имеют возможность поворачиваться относительно волноводного излома с фиксацией в двух диаметрально противоположных положениях при помощи фиксатора, состоящего из штыря, пружины, уголка с прорезью, пластины и двух установочных отверстий.

При разогреве вязких нефтепродуктов в ж.д. цистернах, наиболее лучшие результаты были достигнуты, когда направленный поток СВЧ-энергии был ориентирован под острым углом к поверхности продукта в сторону боковой стенки котла цистерны. Однако при установке ж.д. цистерн под эстакаду на СВЧ-обработку, внутренняя лестница, служащая для доступа обслуживающего персонала внутрь котла цистерны, располагалась как с одной, так и с другой стороны по отношению к открытому концу излучателя. В тех случаях, когда внутренняя лестница находилась напротив открытого конца излучающей антенны и пересекала направленный поток СВЧ-энергии, время нагрева продукта заметно увеличивалось, наблюдалось "дрожжание" стрелки прибора, фиксирующего значение анодного тока магнетрона, что свидетельствовало о нестабильной работе СВЧ-генератора. Это связано с тем, что металлические элементы внутренней лестницы создают непредсказуемые интерференционные и дифракционные явления, сопровождающиеся их нагревом, а также ухудшают условия согласования СВЧ-генератора с нагрузкой за счет отражения электромагнитной волны в передающую линию, что снижает мощность нагрева, поступающую непосредственно в продукт и сокращает срок службы магнетрона. Кроме того, штанга сливного прибора в этом случае находилась с противоположной стороны от патрубка на крышке-экране и открывать в процессе работы клапан сливного прибора без подъема крышки-экрана и вывода излучателя наружу цистерны не представлялась возможным. Поэтому в предлагаемом способе предусматривается нагрев продукта в цистерне потоком СВЧ-излучения, сформированным под острым углом к продукту в противоположной от внутренней лестницы направлении, что повышает эффективность нагрева продукта, надежность работы магнетрона и в целом СВЧ-генератора, а также создает новый существенный признак, обеспечивающий получение вышеуказанного технического результата, и отличается от прототипа.

При разработке устройства для осуществления способа учитывалось следующее: объем продукта в цистернах может изменяться в широких пределах и соответственно с ним сопротивление нагрузки, поэтому в процессе нагрева возникает необходимость согласования последней с СВЧ-генератором во избежании повреждений магнетрона, который должен быть надежно защищен от рассогласованной нагрузки (КСВН на выходе должен быть не более 1,5, особенно при больших мощностях излучения), что достигается включением в рассечку между СВЧ-модулем и передающей линией циркулятора, который настраивается таким образом, что при достижении на выходе КСВН=1,5 отраженная от нагрузки волна направляется в согласованную нагрузку и не поступает в тракт СВЧ-генератора. Конструкция сочленения передающей линии с крышкой-экраном и излучателей при помощи контактных фланцев со стяжными болтами не обладала необходимыми техническими требованиями, для осуществления предлагаемого способа нагрева нефтепродукта, т. к. при многократных поворотах крышки-экрана с излучателем на 180 град, сопровождающихся разборкой и сборкой фланцевых соединений, а при небольших остатках нефтепродукта в цистернах эту операции приходилось выполнять по два-три раза в смену, качество контакта в плоскости разъема фланцев ухудшалось из-за окисления и загрязнения, что способствовало потерям мощности в контакте, частичному отражению волны от плоскости разъема, излучению из щелей в окружающее пространство и искрение в контакте. Кроме того, сам процесс переналадки оказался достаточно трудоемким и небезопасным с участием одного работающего, особенно в зимних условиях. Поэтому для устранения вышеуказанных недостатков предлагаются следующие технические решения, отличающиеся от прототипа:

- в передающую линию между волноводным изломом и крышкой-экраном введен дополнительный прямой четвертьволновый волновод, верхний фланец которого выполнен в форме круга с увеличенной площадью контакта, фланец имеет проточенный по диаметру Т-образный паз под головки стяжных болтов и монтажное отверстие для ввода головок болтов в паз и размещения их равномерно по окружности;

- нижний фланец волноводного излома отличается от прототипа также круглой формой и увеличенной площадью контакта с диаметрально выполненными отверстиями для стяжных болтов;

- разъем фланцев самоцентрирующий имеет ступенчатую плоскость, что обеспечивает необходимую точность сочленения фланцев и в большей степени препятствует просачиванию СВЧ-излучения по месту контакта в окружающую среду. Предлагаемая конструкция сочленения фланца волноводного излома с фланцем дополнительного прямого волновода позволяет при незначительном ослаблении затяжки гаек стяжных болтов поворачивать последний и жестко связанные с ним крышку-экран и излучатель на необходимые 180^o с фиксацией в этих положениях при помощи штыря, обеспечивая требуемый технический результат, сокращая до минимума возможное загрязнение плоскости контакта, а также снижая трудоемкость переналадки и повышая безопасность труда. Вышеперечисленная совокупность признаков является отличительными особенностями устройства.

На фиг.1 изображена схема, поясняющая способ нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в ж.д. цистернах и принцип действия устройства для его осуществления, на фиг.2 - фланцевое соединение волноводного излома и дополнительного прямого волновода с разрезами А-А и Б-Б.

Устройство состоит из СВЧ-модуля 1 (фиг.1), установленного на платформе манипулятора (не показан), циркулятора 2, размещенного в металлическом ангаре (не показан), передающей линии, состоящей из прямого волновода 3, волноводного излома 4 с фланцем 5, дополнительного прямого волновода 6 с фланцем 7, крышкой-экраном 8 и излучателем 9. Верхний фланец 1 (фиг.2) дополнительного прямого волновода имеет направляющий Т-образный паз 2, выполненный по диаметру, стяжные болты 3 с гайками, расположенные равномерно по окружности, отверстие 4 для ввода головок стяжных болтов в Т-образный паз; нижний фланец 5 волноводного излома с отверстиями 6 под стяжные болты, разъем фланцев 7 имеет ступенчатую плоскость, фиксатор 8, состоящий из штыря 9, пружины 10, уголка 11 с прорезью, закрепленного винтами на фланце 5 волноводного излома, пластины 12, двух установочных отверстий 13.

Способ осуществляется с помощью предлагаемого устройства следующим образам.

При необходимости в процессе работы по вышеуказанным причинам развернуть крышку-экран с излучателем на 180^o, ослабляют гайки стяжных болтов фланцевого соединения, нажимают на пластину фиксатора, преодолевая усилие пружины, поднимают штырь до выхода его из верхнего фланца дополнительного прямого волновода, отпускают пластину фиксатора, которая под действием пружины зажимает штырь в поднятом положении, затем крышку-экран с излучателем поворачивают на 180^o и нажимая на пластину фиксатора, опускают штырь в установочное отверстие верхнего фланца дополнительного прямого волновода, затем затягивают гайки стяжных болтов.

Источники информации

1. Патент РФ 2103211 С1, кл. 6 В 65 D 88/74, 1998.

2. Патент РФ 2172286 С1, кл. 7 В 65 D 88/74, 2001.