Способ слива вязкотекучих продуктов из емкостей и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к химической, нефтехимической, геологической и другим отраслям промышленности и производствам, связанным с теплои массообменными процессами, и может быть использовано , например, при выгрузке вязких нефтепродуктов из цистерн, их очистке от остатков, при приготовлении растворов и др. процессах. Сущность изобретения заключается в том, что в емкость, заполненную вязкотекучим продуктом, вводят насадку б с соплом, через которую подают под давлением рабочую жидкость для размыва и слива продукта. При этом подачу рабочей жидкости осуществляют таким образом , что при ее прохождении через входные тангенциальные каналы 10, приемную камеру 9 и выходные наконечники 11 и 12 в выгружаемой жидкости образуются гидравлические и акустические колебания, частота которых зависит от геометрических размеров сопла и рода промывочной жидкости, Это приводит к размыву осадка, снижению вязкости, повышению текучести выгружаемого продукта, удаляемого через сливной патрубок с и 2 з.п. ф-лы, б ил. 13 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

33АН чвщ

vс-,;,/- (1 . 1- .

К ПАТЕНТУ

Фиг. 2

1 (21) 4838810/13 (22) 13.06.90 (46) 30.07,92, Бюл. N 28 (75) В,П.Мишин, О.IVl.Àëèôàíoâ, P.Ô.Ãàíèев, Г.А,Калашников, С,А.Костров и В.В.Скачков (73) НГ1Ф "Волнотех" (53) 625.245.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 751687, кл. В 61 0 49/00, 1978, (54) СПОСОБ СЛИВА ВЯЗКОТЕКУЧИХ ПРОДУКТОВ ИЗ ЕМКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к химической, нефтехимической, геологической и другим отраслям промышленности и производствам, связанным с тепло- и массообменными процессами, и может быть использовано, например, при выгрузке вязких

„„SLY„„1752184 АЗ (sl)5 В 67 О 5/04, В 65 О 88/74 нефтепродуктов из цистерн, их очистке от остатков, при приготовлении растворов и др. процессах. Сущность изобретения заключается в том, что в емкость, заполненную вязкотекучим продуктом, вводят насадку 6 с соплом, через которую подают под давлением рабочую жидкость для размыва и слива продукта. При этом подачу рабочей жидкости осуществляют таким образом, что при ее прохождении через входные тангенциальные каналы 10, приемную камеру 9 и выходные наконечники 11 и 12 в выгружаемой жидкости образуются гидравлические и акустическиеколебания,частота которых зависит от геометрических размеров сопла и рода промывочной жидкости, Это приводит к размыву осадка, снижению вязкости, повышению текучести выгружаемого продукта, удаляемого через сливной патрубок2 с и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1752184

Группа изобретений относится к машиностроительной, химической. нефтехимической. геологической, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслям промышленности и другим производствам, 5 связанным с тепло- и массообменными процессами в многофазных системах, а именно связанных с удалением вещества из емкости путем его размыва и взвешивания в объеме промывочной жидкости с по- 10 следующим удалением иэ емкости, и может быть использована в таких технологических процессах, как слив вязких нефтепродуктов из цистерн, очистка цистерн оттехнологических остатков после слива, приготовление 15 растворов и других.

Известен способ слива вязкотекучих жидкостей иэ железнодорожных цистерн, заключающийся в слива высоковязких жидкостей из цистерн самотеком, т;е, под дей- 20 ствием силы тяжести, Известно устройство для слива вязкотекучих жидкостей из железнодорожных цистерн, включающее шарнирный трубопровод, один конец которого соединен с продукта- 25 вым коллектором, а другой имеет присоединительную головку с посадочным седлом и захватными крюками для присоединения устройства к сливному патрубку цистерн.

Наиболее близким к предлагаемому яв- 30 ляется 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, 35

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, содержащее напорный трубопровод и установленную на его конце насадку с соплом, представляющим 40 собой корпус с осевым каналом и выходным наконечником.

Недостатком известных способа и устройства является низкая производительность слива вязкотекучих продуктов, при неполноте 45 слива ввиду наличия высоковязкого технологического остатка внизу емкости, ее торцах и стенках, так как при размыве и удалении из емкости вяэкотекучего продукта вместе с промывочной жидкостью не обеспечивается воз- 50 действие потока промывочной жидкости на весь объем сливаемого продукта, а обеспечивается воздействие указанным потоком лишь на часть объема продукта. По нормам зимой время слива для темных нефтепродуктов до- 55 стигает 10 ч, при этом технологический остаток в среднем в одной цистерне составляет

111 кг.

Цель группы изобретений — повышение производительности 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

Mr18.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве для слива вязкотекучих продуктов иэ емкостей, содержащем напорный трубопровод и установленную íà 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; на 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 трубопроводом тангенциальными каналами, продольный разрез; на фиг. 5 и 6 — то же. поперечный разрез на уровне входных тангенциальных каналов.

Позициями на фиг. 1 обозначено; 1— емкость (железнодоро>кная цистерна) с вязкотекучим продуктом, 2 — Bpð>; . яя горловина емкости, 3 — нижняя горлогина емкости, 4— патрубок сливного устройс-. ва. репя щийся

1752184

30

40

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 высоковязкого малоподви>кного продукта, сохраняющийся на стенках и дне емкости при сливе вязкотекучих продуктов традиционными методами, т.е. без вибрационного воздействия. Стрелками на фиг. 1 показаны подача промывочно1 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 вязкотекучих 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 гидравлически 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 из 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 патрубок 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 сливземого продукта.

Открывают клапан сливного устройства (нз фиг. 1 не показан) и начинают слив .кидкости из 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 физика-химическим свойствам от продукта, содержащегося в емкости. в процессе слива емкостей образуются различные эмульсии, последующее разделение которых весьма дорогая, трудоемкая l1 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 указанного потока в цилиндрической приемной камере 9, При этом в камере 9 происходит разрежение (пони>кение 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 парогазовых пузырьков, а амплитуда — размерами пузырьков, определяющимися конкретными соотношениями геометрических размеров устройства, а также родом прокачиваемой жидкости и ее расходом.

Струи жидкости, выходящие из сопел, размывают осадок и взвешивают его в обьеме жидкости, находящейся в цистерн ., в усло1752184 виях 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 организация 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 ярковыра>кениые конкретные частоты, которые и являются резонансными для данной системы.

Устройство для слива вязкотекучих продуктов иэ емкостей, реализующее биение каверн в смежных полостях, работает следу- 45 ющим образом, Промывочная жидкость по напорному трубопроводу 5 (см. фиг. 4-6) подается под давлением через входные тангенциальныее каналы 17 и 18 в соосные части разного 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 парогазовых пузырьков создаются высококачественные колебания с основными гармониками 1,5 кГц 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 полосте" 15 и 16 разного сечения и прокачке через эти полости неравных расходов жидкости (вследствие неравных гидравлических сопротивлений) на амплитудно-частотной характеристике выражены две гармоники f> и fz, Наличие же двух кавитациоиных каверн в приемной vaмере приводит к образованию биений между кавернами и, таким образом, дополнительно появляется разностная д> = =fr 11 и суммарная д = fi+ f2 гармоники. Так как частоты f> и f2 отличаются на малую величину, то гармоника д1 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— по часовой стрелке), так и в разном направлении, Эффекгивность 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 дисперги1752184

10 рования продукта, резко снижается скорость размыва продукта промывочной жидкостью, а также не наблюдается снижения адгезии продукта со стенками емкости, что не позволяет достигнуть положительный эффект цели изобретения (в качестве критерия сравнения принимались соответствующие характеристики прототипов группы изобретений), Экспериментальные исследования также показали, что вибрационное воздействие с частотой 20 †450 Гц и амплитудой

0.001 вЂ,5 МПа реализуется конструкцией устройства со следующими соотношениями геометрических размеров.

Устройство для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, у которого сопловая насадка выполнена в виде корпуса с цилиндрической приемной камерой, тангенциальными входными каналами и соплами (фиг. 2 и 3):

R1/d1 = 1.8-6,5; l1/R1 = 2,4 — 8,2; где R< — радиус камеры, м;

d> — диаметр входных каналов, м;

11 — длина камеры, м;

Устройство для слива вязкотекучих продуктов из емкостей, у которого сопловая насадка выполнена в виде корпуса с цилиндрической приемной камерой, образованной двумя соосными частями разного сечения, сообщенные с тангенциальными входными каналами и соплами (фиг, 4-6): . R>/юг = 2,8 — 6,5; йэ/бз = 1,8 — 6,5;

1г/Rz = 2,4 — 8,2; 1э/Рэ = 2,4-8,2;

Вг/Вэ = 1,1-4,6, где Вг, Вэ — радиусы полостей камеры, м; бг; бэ — диаметр входных каналов, м; ! г, 1э — длина полостей, м.

Настройка устройства нэ резонансный режим работы (получение конкретных амплитудно-частотных характеристик вибрационного воздействия) осуществляют в два этапа; грубая настройка и точная. Грубая настройка осуществляется подбором геометрических размеров устройства, а точная . настройка производится осуществлением заданного расхода жидкости через устройство. Причем точная настройка производится на испытательном стенде, так как при изготовлении серии устройств имеют место отклонения геометрических размеров от расчетных в пределах технологйческого допуска.

Предлагаемое устройство может ис- пользоваться также при операциях по наливу емкостей, причем в этом случае расход жидкости выбирается из конкретных нужд производства и не требуется осуществление вибрационного воздействия.

Использование предлагаемого способа слива вяэкотекучих продуктов иэ емкостей и устройства для его осуществления по сравнению с известными позволяет обеспечить

5 .достижение следующих преимуществ; — сократить время слива продукта эа 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 высоковяэкого технологического осадка; †ускорить оборот цистерн на нефтебазах, уменьшить потребное количество устройств для слива и налива, сократить численность обслуживающего персонала.

Формула изобретения

1, Способ слива вязкотекучих продуктов иэ емкостей, включающий ввод в емкость насадки с соплами и подачу через нее под давлением рабочей жидкости для размыва и слива продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, подачу рабочей жидкости осуществляют так, что при ее прокачке через насадку образуют гидравлические и акустические колебания, при этом при вводе насадки ее располагают под зеркалом продукта.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что гидравлические колебания обрэзу30 ют с частотой 20 — 45000 Гц и амплитудой

0,001-2,5 МПа.

3. Устройство для слива вязкотекучих продуктов иэ 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.

45 го трубопровода и снабжен соосным, расположенным напротив основного

1752184

Р

Р К р жидкость+ВязКИЙ IlP0 RT

Ж 1ДКО С ТЬ - В ЛЗкий продукт

1752184

Б-Б

Фиг.б

Составитель Г. Калашников

Техред M.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор Э. Слиган

Производ;.твенно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2699 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5