способ разогрева и слива высоковязких продуктов из транспортных и стационарных емкостей

Формула изобретения

1. Способ разогрева и слива высоковязких продуктов из транспортных и стационарных емкостей, состоящий в том, что осуществляют отбор продукта из емкости, разогревают его во внешнем огневом нагревательном устройстве, возвращают разогретый продукт в емкость с рециркуляцией продукта до нагрева продукта в емкости до требуемой температуры, после чего производят слив продукта из емкости, причем начальный цикл отбора смеси холодного продукта с подогретым продуктом производят с использованием предварительно подогретого продукта, которым перед началом процесса нагрева и слива заполняют стартовую емкость, устанавливаемую в системе рециркуляции продукта, отличающийся тем, что начальный цикл отбора производят после заполнения трубопровода системы рециркуляции подогретым продуктом из стартовой емкости, отбор смеси холодного и подогретого продукта из емкости осуществляют в приемный коллектор по низкотемпературному трубопроводу, по которому смесь направляют в огневую трубчатую печь, причем холодный продукт разогревают в огневой трубчатой печи с заданной скоростью прохождения продукта по трубам, а часть нагретого продукта возвращают в емкость путем отбора его из высокотемпературного трубопровода через отвод, насос, напорный коллектор и трубопровод высокого давления.

2. Способ разогрева и слива по п.1, отличающийся тем, что путем создания требуемого разрежения регулируют количество подогретого продукта, поступающего в напорный коллектор и трубопровод высокого давления.

3. Способ разогрева и слива по п.1, отличающийся тем, что впрыск нагретого продукта осуществляют в донную часть емкости через трубопровод высокого давления, размещенный внутри приемного трубопровода.

4. Способ разогрева и слива по п.1, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают насос в низкотемпературном трубопроводе после приемного коллектора для обеспечения отбора продукта из емкости с регулируемой скоростью.

5. Способ разогрева и слива по п.1, отличающийся тем, что слив продукта из емкости осуществляют после достижения нагрева продукта в емкости до требуемой температуры.

6. Способ разогрева и слива по п.1, отличающийся тем, что слив продукта из емкости осуществляют с отбором части нагретого продукта в систему рециркуляции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разгрузке высоковязких и высокозастывающих продуктов (нефтепродукты, патоки, жиры и т.д.) из емкостей для хранения и транспортирования.

Существуют различные способы повышения текучести продукта, среди которых растворение вязкого или застывшего продукта жидким маловязким растворителем, добавление депрессанта, снижающего температуру застывания продукта, и т.д.

В России, например, наибольшее распространение для слива вязких нефтей и нефтепродуктов из железнодорожных цистерн получил подогрев насыщенным водяным паром, подаваемым непосредственно в нефтепродукт.

Однако этот способ не только малоэффективен и вреден для окружающей среды, но и снижает коммерческое качество самих нефтепродуктов.

Известны технологии разогрева и слива продукта без смешения его с теплоносителем, основанные на разогреве продукта, отбираемого из емкости, во внешнем теплообменнике, где разогреваемый продукт не находится в непосредственном контакте с теплоносителем, и возврате разогретого продукта в емкость (циркуляционный разогрев). Однако в предлагаемых способах в теплообменниках используют перегретый пар, посредством которого нагревают нефтепродукт. При этом приходится устанавливать дорогостоящее оборудование в виде котельной, сложной системы теплообменников, по которым пропускают пар под высоким давлением, что существенно удорожает весь процесс разогрева и слива высоковязких продуктов.

Известно изобретение «Трубчатый подогреватель», патента RU №2256846, опубл. 2005.07.20, МПК F 22 B 7/00, в котором имеется теплообменный элемент в виде продуктового змеевика. Изобретение обеспечивает расширение арсенала технических средств, применяемых в нефтяной и химической отраслях промышленности для термической обработки термолабильных и термически неустойчивых жидкостей, имеющих технологические и иные ограничения по максимальной температуре нагрева. Однако данный нагреватель используют только для сложных технологических процессов деэмульсации и стабилизации нефтей на нефтепромыслах. Решаемая техническая задача - борьба с перегревом склонных к термическому разложению сред из-за неоднородности плотности теплового потока в печи.

Известно изобретение «Цилиндрическая трубчатая печь», заявка RU №92014598, опубл. 1995.01.27, МПК F 22 B 21/26, F 27 B 5/00, в которой нагреваемая среда последовательно проходит через змеевики печи, после чего направляется потребителю. Однако изобретение не решает задачу разогрева и слива высоковязких продуктов из транспортных емкостей.

Известно изобретение «Устройство для разогрева и слива вязких жидкостей из емкости», патент RU №2114041, опубл. 1998.06.27, МПК B 65 G 69/20, B 65 D 88/74, использующее последовательно соединенные всасывающий трубопровод, насос, напорный трубопровод с теплообменником и снабженное непроницаемой перегородкой любой формы. Однако процесс разогрева жидкости в емкости основан на организации рециркуляции с помощью непроницаемой перегородки в небольшом объеме: в зоне подачи и отбора жидкости, а не использовании нагрева жидкости в цилиндрической огневой печи.

Известно изобретение «Способ разогрева и слива мазутов из железнодорожных цистерн», патент RU №2112733, опубл. 1998.06.10, МПК B 65 G 69/20, B 65 D 88/74, в соответствии с которым осуществляют покачивание мазута насосом из цистерны через теплообменник и подачу разогретого мазута после теплообменника обратно в цистерну. Изобретение решает техническую задачу возможности откачки холодного мазута из цистерны, а также позволяет увеличить тепловую мощность, подводимую в цистерну в процессе разогрева, упростить и сделать более надежной систему управления насосом. Однако не решает техническую задачу уменьшения энергопотребления, поскольку насос перекачивает холодный мазут из цистерны, вследствие чего высокая вязкость холодного мазута сильно снижает расход из-за высокого гидросопротивления входной линии насоса при подаче холодного мазута в систему, а значит, увеличивается энергопотребление и ухудшаются расходные характеристики насоса из-за повышенного вязкого трения внутри него. Частично эту задачу решают за счет того, что часть мазута после теплообменника перепускают во всасывающий трубопровод, однако напорный коллектор с насосом установлен на низкотемпературном трубопроводе, что ухудшает режим работы насоса. Кроме того, теплообменник используют по традиционной схеме, а именно пропуская по теплообменнику перегретый пар, что существенно удорожает установку для реализации данного способа.

Известно изобретение «Способ разогрева и слива высоковязких продуктов из емкости и устройство для его осуществления», патент RU №2204514, опубл. 2003.05.20, МПК B 65 D 88/74, B 65 G 69/20, B 67 D 5/04, в соответствии с которым продукт в смеси с предварительно подогретым продуктом отбирают из одной части емкости, пропускают эту смесь через внешний теплообменник, где ее нагревают до заданной температуры, и возвращают нагретый продукт в ту же емкость, производя рециркуляцию продукта до нагрева продукта в емкости до требуемой температуры, с последующим полным сливом продукта из емкости. Изобретение позволяет сократить сроки разогрева и слива высоковязких продуктов, имеющих высокую температуру застывания, например холодных мазутов. Однако не позволяет решить техническую задачу уменьшения энергопотребления, удешевления рециркуляционной установки, а также повышения экологичности способа.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является изобретение «Способ разогрева и слива высоковязких продуктов из емкости и устройство для его осуществления», патент RU №2260552, опубл. 2005.09.20, МПК B 65 D 88/74, B 65 G 69/20, в соответствии с которым производят отбор холодного продукта из донной части емкости, разогрев его во внешнем теплообменнике, возврат разогретого продукта с помощью насоса в емкость с рециркуляцией продукта до нагрева продукта в емкости до требуемой температуры, при которой производят слив продукта из донной части емкости, причем начальный цикл отбора смеси холодного продукта с подогретым продуктом производят с использованием предварительно подогретого продукта, которым перед началом процесса нагрева и слива заполняют стартовую емкость, устанавливаемую в системе рециркуляции продукта. Изобретение решает техническую задачу обеспечения непрерывности отбора холодного продукта из донной части емкости за счет непрерывной подачи нагретого продукта в донную часть емкости в течение всего процесса ее разогрева. Однако не позволяет решить техническую задачу уменьшения энергопотребления, удешевления рециркуляционной установки, а также повышения экологичности способа.

В связи с тем, что все предложенные системы рециркуляции используют традиционные теплообменники, в которых циркулирует перегретый пар, с помощью которого нагревают мазут, существенно усложняется система рециркуляции мазута при его сливе из емкостей. Требуется перед теплообменником устанавливать котельную, обеспечивающую получение перегретого пара. В таких системах существенно ухудшается качество сливаемого мазута, а также способ является не экологичным, так как смесь воды и мазута попадает в окружающую среду при эксплуатации циркуляционной системы. Известные трубчатые огневые печи для нагрева мазута используют только для сложного технологического процесса нагрева мазута при, например, деэмульсации и стабилизации нефтей. При нагреве и сливе высоковязких продуктов из транспортных емкостей такие огневые печи не используют из-за применения традиционного режима работы печи, что может привести к неравномерному прогреву нефти, а следовательно, повысить огнеопасность системы. Кроме того, в традиционных схемах напорный коллектор располагают непосредственно за транспортной емкостью, что затрудняет эксплуатацию насосной станции и повышает энергопотребление насоса перекачивающего высоковязкие продукты до их подогрева в теплообменнике.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является существенное удешевление системы рециркуляции, снижение энергопотребления системы, улучшение качества продукта, а также повышения ее экологичности.

Технический результат достигают следующим образом. Разогрев и слив высоковязких продуктов, например, из транспортных емкостей осуществляют посредством отбора продукта из емкости, разогрева его во внешнем нагревательном устройстве, возврата разогретого продукта в емкость с рециркуляцией продукта до нагрева продукта в емкости до требуемой температуры, после чего производят слив продукта из емкости, причем начальный цикл отбора смеси холодного продукта с подогретым продуктом производят с использованием предварительно подогретого продукта, которым перед началом процесса нагрева и слива заполняют стартовую емкость, устанавливаемую в системе рециркуляции продукта. Способ отличается от известных тем, что начальный цикл отбора производят после заполнения трубопровода системы рецикруляции подогретым продуктом из стартовой емкости, отбор смеси холодного и подогретого продукта из емкости осуществляют в приемный коллектор по низкотемпературному трубопроводу, по которому смесь направляют в огневую трубчатую печь, причем холодный продукт разогревают в огневой трубчатой печи с заданной скоростью прохождения продукта по трубам, а часть нагретого продукта возвращают в емкость путем отбора его из высокотемпературного трубопровода через отвод, насос, напорный коллектор и трубопровод высокого давления. В системе рециркуляции, например, путем создания требуемого разрежения регулируют количество подогретого продукта, поступающего в напорный коллектор и трубопровод высокого давления. В частности, впрыск нагретого продукта осуществляют в донную часть емкости через трубопровод высокого давления, размещенный внутри приемного трубопровода, дополнительно могут устанавливать насос в низкотемпературном трубопроводе после приемного коллектора для обеспечения отбора продукта из емкости с регулируемой скоростью. Кроме того, слив продукта из емкости могут осуществлять самотеком после достижения нагрева продукта в емкости до требуемой температуры. Например, слив продукта из емкости могут осуществлять с отбором части нагретого продукта в систему рециркуляции.

Предложенное техническое решение проиллюстрировано чертежом, на котором показана функциональная схема системы рециркуляции.

Способ осуществляется следующим образом. В систему рециркуляции включены стартовая емкость (1) с устройством нагрева малой мощности (2), приемный коллектор (3), в который попадает смесь нагретого и холодного продукта из емкости (4), низкотемпературный трубопровод (5), по которому смесь попадает в огневую трубчатую печь (6), высокотемпературный трубопровод (7), отвод (8), насосная станция (9), содержащая насос (10), установленный перед напорным коллектором (11), и насос (12), установленный в низкотемпературном трубопроводе (5) и работающий при необходимости. Напорный коллектор (11) проходит внутри приемного коллектора (3). Из печи (6) высокотемпературным трубопроводом (7) с помощью насоса (10) насосной станции (9) горячий мазут подаю через отвод (8) в напорный коллектор-трубопровод (11)или через резервуар (13) и напорный коллектор (11) возвращают в емкость (4).

Разогрев и поддержание требуемой температуры мазута в резервуаре (13) осуществляется по циклу: вход из высокотемпературного коллектора (7) в резервуар (13) и выход из резервуара (13) через насос (10) насосной станции (9) в напорный коллектор (11) или напрямую через насос (12) насосной станции (9) в печь (6).

Перед началом разогрева и слива продукта из емкости (4) систему рециркуляции наполняют предварительно нагретым до температуры на 25°С ниже температуры вспышки, например, мазутом, являющимся в рассматриваемом случае продуктом из стартовой емкости (1), после чего включают в работу насосы (10, 12) насосной станции (9). Насосы (10, 12) включают либо одновременно, либо сначала включают насос (10), а потом, при необходимости, насос (12).

Продукт из приемного коллектора (3) посредством насоса (12) насосной станции (9) подается в печь (6) через низкотемпературный трубопровод (5) с заданным расчетным расходом.

После нагрева в печи (6) продукта до температуры на 25°С ниже температуры вспышки продукта через высокотемпературный трубопровод (7) и насос (10) насосной станции (9) продукт подается в напорный коллектор (11) и далее в донную часть емкости (4) с регулируемым давлением.

Первоначальный цикл нагрева продукта до требуемой температуры осуществляют с использованием заполняющего систему рециркуляции продукта из стартовой емкости (1). Продукт из приемного коллектора (3) проходит по низкотемпературному трубопроводу (5) в огневую трубчатую печь (6), через которую проходит с заданной расчетной скоростью. После прохождения через печь (6) продукт нагревается и попадает в высокотемпературный трубопровод (7), из которого через отвод (8) нагретый продукт попадает в напорный коллектор (11). При начальном цикле весь поток нагретого продукта поступает в напорный коллектор за счет регулируемой мощности насоса (10) насосной станции (9). В последующих циклах работы системы рециркуляции нагретый при прохождении через печь (6) нагретый продукт частично попадает в резервуар (13), а частично в отвод (8). Количество возвращенного в емкость (4) нагретого продукта регулируется за счет разрежения, создаваемого насосом (10). Нагретый продукт через напорный коллектор (11) впрыскивается под давлением в донную часть емкости (4), обеспечивая перемешивание нагретого продукта и холодного продукта из емкости. Давление, при котором осуществляется впрыск, также регулируется насосом (10). Далее смесь из холодного и нагретого продукта отбирается из емкости (4) по приемному коллектору (3) и поступает в низкотемпературный трубопровод (5), из которого либо самотеком, либо с помощью насоса (12) насосной станции (9) смесь попадает в трубчатую огневую печь (6) с требуемыми характеристиками по температуре нагрева, через которую смесь протекает с заданной расчетной скоростью. В процессе прохождения продукта по трубам через печь продукт нагревается до требуемой температуры за счет теплоотдачи стенок трубы, проходящей через пламя печи с требуемыми характеристиками по интенсивности горения. Кроме того, температура нагрева продукта регулируется также скоростью прохождения продукта по трубам. Затем нагретый продукт поступает в высокотемпературный трубопровод (7), из которого попадает частично в резервуар (13), частично отбирается через отвод (8), насос (10) в напорный коллектор (11). Далее цикл повторяется снова до тех пор, пока температура продукта в емкости (4) не повысится до требуемой. После чего продукт сливают в резервуар (13) через приемный коллектор (3), низкотемпературный трубопровод (5), печь (6) и высокотемпературный трубопровод (7). Отбора продукта в отвод (8) не происходит, т.к. насос (10) выключен. При этом печь выключают, если температура в емкости (4) достигла требуемой. В случае полного слива продукта из емкости (4), но наличии потребности поддержания требуемой температуры продукта в резервуаре (13), продукт отводят из резервуара (13) через насосы (10, 12) насосной станции (9) и низкотемепратурный трубопровод (5) в печь (6) по замкнутому кольцу, а затем через высокотемпературный трубопровод (7), без отбора в отвод (8) продукта, возвращают его в рузурвуар (13).

Трубчатая печь огневого нагрева продукта рассчитана и изготовлена со всеми необходимыми характеристиками и имеет достаточную систему управления температурой нагреваемого продукта и системой безопасности эксплуатации печи.

Разогрев и поддержание необходимой температуры продукта в резервуаре (13) по вышеуказанному циклу осуществляется также расчетным расходом продукта и управлением эксплуатационных характеристик печи.

Таким образом, предложенный способ огневого нагрева позволяет существенно сократить технологическую схему всей установки, исключить из нее теплообменник с котельной, что существенно удешевляет и установку, и процесс слива продукта из емкости.

Кроме того, предложенный способ позволяет существенно понизить энергоемкость насоса, т.к. перекачивание продукта насосом осуществляется после нагрева продукта до температуры 40-50°С, а следовательно, энергоемкость уменьшается в 12 раз по сравнению с работой насоса, прокачивающего продукт при температуре 25°С.

Кроме того, предложенный способ существенно улучшает экологичность всей системы рециркуляции, т.к. не используется теплообменник, в котором в качестве агента чаще всего используют водяной пар.

Поскольку при обслуживании системы не требуется сливать отработанную воду, которая имеет примеси, окружающая среда не повреждается.

Вся система рециркуляции выполнена работающей по замкнутому циклу, не допускающему попадание в окружающую среду перекачиваемого продукта.