Способ слива вязкотекучих продуктов из емкостей и устройство для его осуществления

(5) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНР ПАТЕНТУ / нефтепродуктов из цистерн, их очистке от остатков, при приготовлении растворов ил. М 28 др. процессах. Сущность изобретения за- , О.М.Алифанов, и- ключается в том, что в емкость, заполненов,С,А,Кострови ач- ную вязкотекучим продуктом, вводятнасадку 6 с соплом, через которую подаюттех" под давлением рабочую жидкость для раз.8) мыва и слива продукта. При этом подачу видетельство СССР рабочей жидкости осуществляют таким об О 49/00, 1978, разом, что при ее прохождении через входные тангенциальные каналы 10, приемнуо (54) СПОСОБ СЛИВА ВЯЗКОТЕКУЧИХ ПРО- камеру 9 и выходные наконечники 11 и 12 в ДУКТОВ ИЗ ЕМКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО выгружаемой жидкости образуются гидрав- ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯлические и акустическиеколебания, частота (57) Использование: изобретение относится которых зависит от геометрических раэмек химической, нефтехимической, геологиче- ров сопла и рода промывочной жидкости, ской и другим отраслям промышленности и Это приводит к размыву осадка, снижению производствам, связанным с тепло- и мас- вязкости, повышению текучести выгружаесообменными процессами, иможетбытьис- мого продукта, удаляемого через сливной пользовано, например, при выгрузке вязких патрубок 2 с и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.13Группа изобретений относится к машиностроительной, химической, нефтехимической, геологической, нефтяной инефтеперерабатывающей отраслям промышленности и другим производствам, 5связанным с тепло- и массообменнымипроцессами в многофазных системах, аименно связанных с удалением веществаиз емкости путем его размыва и взвешиванияв объеме промывочной жидкости с последующим удалением иземкости, и можетбыть использована в таких технологическихпроцессах, как слив вязких нефтепродуктовиз цистерн, очистка цистерн оттехнологических остатков после слива, приготовление 15растворов и других.Известен способ слива вязкотекучихжидкостей из железнодорожных цистерн,заключающийся в слива высоковязких жидкостей из цистерн самотеком, т;е, под действием силы тяжести,Известно устройство для слива вязкотекучих жидкостей из железнодорожных цистерн, включающее шарнирный трубопровод,один конец которого соединен с продуктавым коллектором, а другой имеет присоединительную головку с посадочным седлом изахватными крюками для присоединенияустройства к сливному патрубку цистерн,Наиболее близким к предлагаемому является способ слива вязкотекучих продуктов из емкостей, включающий ввод вемкость насадки с соплами и подачу черезнее под давлением рабочей жидкости дляразмыва и слива продукта, 35Наиболее близким к предлагаемому является устройство для слива вязкотекучихпродуктов из емкостей, содержащее напорный трубопровод и установленную на егоконце насадку с соплом, представляющим 40собой корпус с осевым каналом и выходнымнаконечником.Недостатком известных способа и устройства является низкая производительностьслива вязкотекучих продуктов, при неполноте 45слива ввиду наличия высоковязкого технологического остатка внизу емкости, ее торцах истенках, так как при размыве и удалении иземкости вязкотекучего продукта вместе с промывочной жидкостью не обеспечивается воздействие потока промывочной жидкости навесь объем сливаемого продукта, а обеспечивается воздействие указанным потоком лишьна часть объема продукта. По нормам зимойвремя слива для темных нефтепродуктов достигает 10 ч, при этом технологический остаток в среднем в одной цистерне составляет111 кг.Цель группы изобретений - повышениепроизводительности слива вязкотекучих продуктов из емкостей при повышении полноты слива за счет снижения вязкости жидкости и адгезии на внутренних стенках емкости,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе слива вязкотекучих продуктов из емкостей, включающем ввод в емкость насадки с соплами и подачу через нее под давлением рабочей жидкости для размыва и слива продукта, подачу рабочей жидкости осуществляют таким образом, что при ее прокачке через насадку образуют гидравлические и акустические колебания, при этом при вводе насадки ее располагают под зеркалом продукта. А также тем, что гидравлические колебания образуют с частотой 20 - 45000 Гц и амплитудой 0,001 - 2,5 МПэ.Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, содержащем напорный трубопровод и установленную на его конце насадку с соплом, представляющим собой корпус с осевым каналом и выходным наконечником, корпус сопла расположен внутри напорного трубопровода и снабжен соосным, расположенным напротив основного выходного наконечника дополнительным выходным наконечником, в корпусе образована цилиндрическая приемная камера и тангенциальные каналы, направленные в противоположные от осевого канала стороны для сообщения приемной камеры с напорным трубопроводом. Кроме того, тем, что приемная камера состоит из по меньшой мере двух соосных частей разного сечения, каждая из которых сообщена с напорным трубопроводом тангенциальными каналаНа фиг. 1 представлена схема осуществления способа вязкотекучих продуктов из емкости; на фиг, 2 - сопловая насадка с цилиндрической приемной камерой, выполненной из одной части постоянного сечения в продольном разрезе; нэ фиг. 3 - то же, поперечный разрез на уровне входных тангенциальных каналов; на фиг. 4 - сопловая насадка с приемной камерой в виде двух соосных частей разного сечения, каждая из которых сообщена с напорным трубопроводомтангенциальными каналами, продольный разрез; на фиг. 5 и б - то же, поперечный разрез на уровне входных тангенциальных каналов,Позициями на фиг. 1 обозначено; 1 - емкость (железнодорокнэя цистерна) с вязкотекучим продуктом; 2 - вер,н яя горловина емкости,3 - нижняя горлогинэ емкости,4 - патрубок сливного устройс вэ, крепящийся20 25 30 35 40 45 50 55 к горловине емкости, 5 - напорный подающий трубопровод промывочной жидкости, 6 - корпус насадки с соплом, 7 - зеркало сливаемого из емкости вязкотекучего продукта, 8 - технологический остаток в виде высоко- вязкого малоподвикного продукта, сохраняющийся на стенках и дне емкости при сливе вязкотекучих продуктов традиционными методами, т,е, без вибрационного воздействия, Стрелками на фиг. 1 показаны подача промывочно 1 жидкости в емкость через насадку с соплами, удаление промывочной жидкости вместе с вязким продуктом, распространение гидродинамических и акустических колебаний в емкости, движение осадка на стенках емкости.Устройство для слива вяэкотекучих продуктов из емкостей (фиг. 2 и 3) состоит из следующих основных элементов. На конце напорного трубопровода 5 установлена насадка с соплами, выполненная в виде корпуса 6 с цилиндрической приемной камерой 9, которая гидрэвлически сообщена с полостью напорного трубопровода посредством входных тангенциальных каналов 10, при этом насадка содержит выходные наконечники, выполненные как одно целое с корпусом 6, с соплами 11 и 12, Для обеспечения работоспособности устройства на конце напорного трубопровода установлена заглушка 13,Устройство для слива вязких продуктов из емкостей (фиг,4 - 6) состоит из следующих основных элементов, На конце напорного подающего трубопровода 5 установлена насадка с соплами и заглушка 13, причем насадка выполнена в виде корпуса 14 с приемной камерой, образованной двумя соосными частями разного сечения 15 и 16, каждая из которых сообщена с напорным трубопроводом входными тангенциальными каналами 17 и 18 соответственно, а насадка при этом содержит выходные наконечники, выполненные как одно целое с корпусом 14, с соплами 19 и 20.Предлагаемый способ слива вязкотекучих продуктов иэ емкостей реализуется через устройство для его осуществления следующим образом.При сливе вязкотекучих продуктов из емкостей 1 (см. фиг, 1) к нижней горловине 3 герметически присоединяют пэтрубок 4 сливного устройства, внутрь которого устанавливают напорный трубопровод 5 промывочной жидкости с образованием кольцевого зазора со стенками указанного патрубка, при этом на конце подающего трубопровода 5 установлена насадка 6 с соплами и заглушка 13, Насадку с соплами устанавливают вдоль емкости, внутри котла емкости под зеркалом сливаемого продукта. Открывают клапан сливного устройства (нз фиг. 1 не показан) и начинают слив жидкости иэ емкости. После слива основной массы жидкости из емкости осуществляют прокачку промывочной жидкости под давлением через напорный трубопровод 5 и насадку 6 с дальнейшей подачей указанной жидкости внутрь котла емкости, Следует отметить, что в качестве промывочной жидкости может использоваться как тот же продукт, что содержится в сливаемой емкости, так и различного рода растворители высоковязких технологических остатков, Однако при использовании в качестве промывочной жидкости продукта, отличающегося по своим физико-химическим свойствам от продукта, содержащегося в емкости. в процессе слива емкостей образуются различные эмульсии, последующее разделение которых весьма дорогая, трудоемкая и не всегда эффективная операция. Исходя из этого, в качестве промывочной жидкости рекомендуется использовать тот же продукт, что содержится в емкости.Давление ке в напорном подающем трубопроводе может создаваться различными способами - насосом, напорным коллектором или какими-либо другими способами,При прокачке потока промывочной жидкости через насадку благодаря входным тангенциальным каналам 10 (см, фиг, 2 и 3) осуществляется закрутка укаэанного потока в цилиндрической приемной камере 9, При этом в камере 9 происходит разрежение(понижение давления) до значения, меньшего значения насыщенных паров жидкости, вследствие чего образуется парагазовая кавитационная каверна, которая совершает автокалебания, приводящие к периодическому отрыву от нее парогазовых пузырьков, сносимых потоком жидкости в область повышенного давления - сопла 11 и 12, где они и схлопываются с образованием колебаний давления в протекающем потоке жидкости, Таким образом осуществляется вибрационное воздействие на сливаемый из емкости продукт, причем частота вибрационного воздействия определяется автоколебаниями каверны и частотой схлопывания отрывающихся от нее парогаэовых пузырьков, а амплитуда - размерами пузырьков, определяющимися конкретными соотношениями геометрических размеров устройства, а также родом прокачивэемой жидкости и ее расходом. Струи жидкости, выходящие иэ сопел, размывают осадок и взвешивают его в обьеме жидкости, находящейся в цистерн ., в условиях вибрациониого воздействия. Вибрационное воздействие позволяет интенсифицировать процесс размыва осадка путем повышения скорости размыва и диспергирования частиц осадка, а также позволяет повысить гомогенность смеси "промывочная жидкость (продукт) + взвесь" и снизить его вязкость, что, в конечном итоге, повышает текучесть удаляемой из емкости смеси и,10 следовательно, сократить скорость слива продукта из цистерны. Кроме того, гидродинамические колебания порождают акустические, которые распространяются на весь объем емкости (в том числе и на весь объем технологического остатка), в результате чего снижается вязкость осадка и его адгеэия со стенками емкости, Таким образом, благодаря использованию предлагаемых способа и устройства осуществляется слив вязкотекучих продуктов из емкостей при одновременной ее зачистке до нулевых остатков. Оптимальная частота и амплитуда вибрационного воздействия с точки зрения скорости размыва осадка промывочной жидкостью, его взвешивание в объеме кидкости и удаление из емкости, а также экономичности процесса (условие осуществления режима нелинейного резонанса) и качества плотности и др,) и характеристик динамической системы (упругость, асимметрия и др,). Поэтому при одних условиях требуется оргэнизация одной осесимметричной каверны в камере насадки (фиг. 2 и 3), а при других 35 условиях требуется организация двух или нескольких каверн, что позволяет за счет биения укаэанных каверн в итоговом спектре колебаний получать разностные и суммарные ярковыражениые конкретные частоты, которые и являются резонансными для данной системы. Устройство для слива вязкотекучих продуктов иэ емкостей, реализующее биениекаверн в смежных полостях, работает следу ющим образом, Промывочная жидкость по напорному трубопроводу 5 см. фиг. 4-6) подается под давлением через входныетангенциальные каналы 17 и 18 в соосные частиразного сечения 15 и 16 соответственно, 50 образующих приемную камеру. При этом происходит закрутка потока промывочной жидкости и вследствие понижения давления до значения меньше, чем давление на.сыщенных паров жидкости, в центре каждой из полостей 15 и 16 образуется кавитационная каверна. За счет автоколебаний каждой из каверн и градиента давления потока жидкости на устройстве от кавитациониых каверн периодически отрываются и зачистки емкости зависит от рода продуктов, удаляемых из емкости (их вязкости, 30 поступают в область повышенного давления (сопла 19 и 20) парогазовые пузырьки, схлопывание которых приводит к созданию колебаний давления жидкости, прокачиваемой через устройство с последующей подачей внутрь котла емкости, За счет схлопывания пэрогазовых пузырьков создаются высококачественные колебания с основными гармониками 1,5 к Гц и выше. Так как частота колебаний давления жидкости, создаваемых предлагаемым устройством, зависит не только от геометрических размеров тангенциальных входных каналов и полостей, а также от расхода жидкости, то в случае выполнения камеры в виде двух соосных полостей 15 и 16 разного сечения и прокачке через эти полости неравных расходов жидкости (вследствие неравных гидравлических сопротивлений) на амплитудно-частотной характеристике выражены две гармоники О и 12. Наличие же двух кэвитациоиных каверн в приемной камере приводит к образованию биений между кавернами и, таким образом, дополнительно появляется разностная д 1 = =Ьи суммарная д; - 11+ 12 гармоники, Так как частоты б и 12 отличаются на малую величину, то гармоника д является низкочастотной, что позволяет получать режим нелинейного резонанса в замкнутых системах с собственной частотой менее 1,5 кГц и, тем самым, дОстигать положительный эффект цели изобретения.Следует отметить, что сопловая насадка может выполняться с осуществлением закрутки потока жидкости в смежных полостях как в одном направлении (на фиг, 4-6 - почасовой стрелке), так и в разном направлении,Эффективность работы устройства повышается при его расположении во время работы в более плотной среде, так как это облегчает процесс схлопывания парогазовых пузырьков от каверны. Поэтому при опорожиении емкости сопловую насадку располагают под зеркалом сливаемого продукта и по мере понижения зеркала насадку также перемещают в направлении к патрубку сливного устройства,Проведенные экспериментальные исследования в лаборатории волновых и вибрационных процессов МНИЦ "Волна" показали, что при сливе вязкотекучих продуктов из емкости с подачей промывочной жидкости в указанную емкость в условиях вибрвционного воздействия с частотой менее 20 Гц и более 45000 Гц, а также с амплитудой менее 0,001 МПа и более 2,5 МПа не достигается высокой степени диспергирования продукта, резко снижается скорость размыва продукта промывочной жидкостью, а также не наблюдается сниженияадгезии продукта со стенками емкости, чтоне позволяет достигнуть положительныйэффект цели изобретения (в качестве критерия сравнения принимались соответствующие характеристики прототипов группыизобретений),Экспериментальные исследования также показали, что вибрэционное воздействие с частотой 20 в 450 Гц и амплитудой0.001 в ,5 МПа реализуется конструкциейустройства со следующими соотношениями. геометрических размеров.Устройство для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, у которого сопловая насадка выполнена в виде корпуса сцилиндрической приемной камерой, тангенциальными входными каналами и соплами (фиг. 2 и 3):В 1/й = 1.8-6,5; 11/В 1 = 2,4 - 8,2;где В 1 - радиус камеры, м;б - диаметр входных каналов, м;1 - длина камеры, м;Устройство для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, у которого сопловая насадка выполнена в виде корпуса сцилиндрической приемной камерой, образованной двумя соосными частями разногосечения, сообщенные с тангенциальнымивходными каналами и соплами (фиг, 4-6):. В 1/й = 2,8-6,5; Взйз = 1,8-6,5;1 г/Вг = 2,4-8,2; 1 з/Вз = 2,4-8,2;Вг/Вз = 1,1-4,6,где Вг, Вз - радиусы полостей камеры, м;й; бз - диаметр входных каналов, м;г; 1 з - длина полостей, м.Настройка устройства на резонансныйрежим работы (получение конкретных амплитудно-частотных характеристик вибрационного воздействия) осуществляют в дваэтапа; грубая настройка и точная. Грубаянастройка осуществляется подбором геометрических размеров устройства, а точная. настройка производится осуществлениемзаданного расхода жидкости через устройство. Причем точная настройка производится на испытательном стенде, так как приизготовлении серии устройств имеют местоотклонения геометрических размеров отрасчетных в пределах технологйческого допуска.Предлагаемое устройство может ис-пользоваться также при операциях по наливу емкостей, причем в этом случае расходжидкости выбирается из конкретных нуждпроизводства и не требуется осуществление вибрационного воздействия, Использование предлагаемого способа слива вязкотекучих продуктов из емкостей и устройства для его осуществления по сравнению с известными позволяет обеспечить5 .достижение следующих преимуществ;- сократить время слива продукта за счет снижения его вязкости в условиях вибрационного воздействия;- повысить полноту слива практически до нулевого технологического остатка;- исключить дополнительное использование теплоносителя йли растворителя при удалении из емкости высоковязкого технологического осадка; вускорить оборот цистерн на нефтебазах, уменьшить потребное количество устройств для слива и налива, сократить численность обслуживающего персонала. Формула изобретения 20 1, Способ слива вязкотекучих продуктов из емкостей, включающий ввод в емкость насадки с соплами и подачу через нее под давлением рабочей жидкости для размыва и слива продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительно 25 сти, подачу рабочей жидкости осуществляют так, что при ее прокэчке через насадку образуют гидравлические и акустические колебания, при этом при вводе насадки ее располагают под зеркалом продукта,2. Способпоп,1,отл ича ю щи йся тем, что гидравлические колебания обрэзу 30 ют с частотой 20 - 45000 Гц и амплитудой0,001-2,5 МПа. 35 3. Устройство для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, содержащее напорный трубопровод и установленную на его конце насадку с соплом, представляющим собой корпус с осевым каналом и выходным наконечником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения производительности,корпус сопла расположен внутри напорновыходного наконечника дополнительным выходным наконечником, в корпусе образована цилиндрическая приемная камера 50 и тангенциальные каналы, направленные в противоположные от осевого канала стороны для сообщения приемной камеры с напорным трубопроводом.4,Устройство поп,3, отл ич а ю щеес я тем, что приемная камера состоит из по меньшей мере двух соосных частей разного сечения, каждая из которых сообщена с напорным трубопроводом тангенциальными каналами. 55 45 го трубопровода и снабжен соосньол, расположенным напротив основного. Кравцова дактор Э. Слига Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 2699 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5