Установка для приготовления мазутного топлива

Изобретение относится к технологии получения мазутных топлив и обработке вязких нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и топливной промышленности.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы установки по приготовлению мазутного топлива. Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой конструкции:

- к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен ваттметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива;

- к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен амперметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива;

- для разделения циклов обработки объема мазута установлена дополнительная циклическая емкость, соединенная с выходным патрубком роторного импульсного аппарата и входным патрубком нагнетательного насоса.

Изобретение относится к технологии получения мазутных топлив и обработке вязких нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и топливной промышленности. Изобретение может также быть использовано на морских и речных судах для улучшения качественных характеристик флотских мазутов.

Известен способ получения флотского мазута (патент России №2022315, G05D 7/00) с использованием эталонной жидкости, имеющей вязкость, равную вязкости флотского мазута, и регулированием вязкости готового продукта в сравнении с эталонной жидкостью, пропускаемой по циркуляционной петле внутри трубопровода с готовым продуктом - флотским мазутом.

Известен гидродинамический кавитационный и ультразвуковой преобразователь топлива (патент России №2131087, F23K 5/12, F23D 11/34), представляющий из себя внутренний циркуляционный контур обработки различных типов жидких топлив, состоящий из насоса, циркуляционной емкости, гидродинамического роторного кавитационного аппарата с системой управления его электродвигателя, трубопроводов, запорных, вентильных устройств, манометров, а также проточной части, состоящей как из элементов циркуляционного контура (насоса, циркуляционной емкости, трубопроводов), так и из коллекторов трубопроводов подачи топлива, воды, различных жидких горючих отходов, баков их хранения, расходомеров, фильтров, вентильных запорных устройств, насосов, успокоительной емкости, манометров и трубопровода подачи преобразованного топлива на насосы первого подъема энергетического объекта. Недостатком данного устройства является сложность системы управления рабочими режимами и повышенный расход энергии на работу устройства.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы установки по приготовлению мазутного

топлива. Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой конструкции:

- к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен ваттметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива;

- к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен амперметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива;

- для разделения циклов обработки объема мазута установлена дополнительная циклическая емкость, соединенная с выходным патрубком роторного импульсного аппарата и входным патрубком нагнетательного насоса.

На фиг.1 показана технологическая схема установки по приготовлению мазутного топлива без разделения циклов обработки мазута. На фиг.2 - технологическая схема установки по приготовлению мазутного топлива с разделением циклов обработки мазута.

В варианте по фиг.1 установка по приготовлению мазутного топлива содержит емкость исходного мазута 1, соединенную трубопроводом 2 с входным патрубком нагнетательного насоса 3, выходной патрубок которого соединен трубопроводом 4 с входным патрубком роторного импульсного аппарата 5, а выходной патрубок роторного импульсного аппарата (РИА) 5 соединен трубопроводом 6 с емкостью исходного мазута и трубопроводом слива готового мазутного топлива 7. Емкость дизельного топлива 8 соединена трубопроводом 9 с входным патрубком насоса-дозатора 10, выходной патрубок которого соединен трубопроводом 11 с трубопроводом 4. Емкость присадки 12 соединена трубопроводом 13 с входным патрубком

насоса-дозатора 14, выходной патрубок которого соединен трубопроводом 15 с трубопроводом 4. Для изменения параметров давления и расхода установки используются вентили 16. К электродвигателю роторного импульсного аппарата 5 подключены амперметр 17 и ваттметр 18.

В варианте по фиг.2 трубопровод 6 соединен с трубопроводом 19, соединенным с циклической емкостью 20, которая соединена трубопроводом 21 с трубопроводом 2.

Установка работает следующим образом. Исходный мазут для приготовления мазутного топлива подается из емкости 1 через трубопровод 2 в насос 3, откуда через трубопровод 4 поступает в роторный импульсный аппарат 5, затем через трубопровод 6 в емкость исходного мазута 1. При циркуляции из емкости исходного мазута 1 по замкнутому контуру трубопроводов 2, 4, 6, роторный импульсный аппарат 5, мазут подвергается многофакторной импульсной энергетической обработке.

РИА реализует импульсное многофакторное воздействие на обрабатываемую среду за счет:

- механического воздействия на частицы гетерогенной среды, заключающегося в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями РИА;

- гидродинамического воздействия, выражающегося в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости;

- гидроакустического воздействия на жидкость, осуществляемого за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов.

Многофакторное импульсное энергетическое воздействие на мазут позволяет снизить его вязкость на 20-30%, повысить температуру вспышки на 5-10%.

Косвенным показателем снижения вязкости мазута в процессе циркуляционной обработки определенного объема мазута может служить

уменьшение потребляемой электродвигателем энергии, необходимой для вращения вала РИА. Снижение потребляемой энергии можно определить непосредственно с помощью ваттметра 18 или по уменьшению величины электрического тока, питающего электродвигатель РИА, которая определяется амперметром 17.

Крутящий момент на валу ротора прямо пропорционален силам вязкого трения, препятствующим его вращению в вязкой ньютоновской жидкости (Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М.: Физматгиз, 1960):

где М_ТР - суммарный момент сил трения относительно оси вращения, н·м; R _p, - радиус и угловая скорость ротора, м, 1/с; - величина зазора между ротором и статором, м; - коэффициент динамической вязкости, Па·с.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил вязкого трения:

N=М_ТР·.

Так как все остальные параметры, кроме вязкости, не меняются, изменение вязкости можно с относительно небольшой погрешностью определять по изменению мощности электродвигателя РИА.

Аналогично происходит изменение силы тока в питании электродвигателя РИА. Как правило, РИА комплектуются трехфазными асинхронными электродвигателями. Мощность трехфазного асинхронного электродвигателя можно определить по формуле (Иванов И.И. и др. Электротехника. С-Пб: Издательство Лань, 2003):

N=m·I·U·cos,

где I - сила тока, A; U - напряжение между фазами сети, В; m - число фаз обмотки статора; cos - номинальный коэффициент мощности двигателя.

Если вязкость исходного мазута ₁ уменьшилась до вязкости ₂, то мощность, потребляемая электродвигателем РИА, уменьшится пропорционально от N₁ до N₂<N₁. В качестве критерия, указывающего на достаточность уменьшения вязкости мазута, можно считать условие:

При обработке мазута на предлагаемой установке роторный импульсный аппарат, с подключенными к его электродвигателю ваттметром и амперметром, является не только средством для снижения вязкости мазута, но и средством косвенного определения вязкости обрабатываемого мазута. Для определения снижения вязкости мазута за счет обработки в РИА необходимо определять затраты энергии и величину тока при одной и той же температуре мазута.

Зафиксировав в процессе циклической обработки мазута отсутствие дальнейшего существенного снижения его вязкости, приступают к составлению топливной композиции мазутного топлива, например, флотского мазута методом интенсивного компаундирования. Для этого определяют физико-механические характеристики обработанного мазута и рассчитывают необходимое количество дизельного топлива и присадки. После этого подают требуемое количество дизельного топлива и присадки из емкости 8 насосом-дозатором 10 через трубопроводы 9 и 11 и из емкости 12, насосом-дозатором 14 через трубопроводы 13 и 15 соответственно в трубопровод 4, в котором циркулирует обработанный мазут. При циклическом прохождении смеси мазута, дизельного топлива и присадки через РИА, емкость 1 и насос 3 происходит их интенсивное перемешивание и образование гомогенной смеси - готового флотского мазута.

Импульсная многофакторная энергетическая обработка мазута разрывает связи в длинномерных молекулах углеводородов, активирует мазут и ускоряет процесс его смешивания с дизельным топливом и присадкой. Контроль качества смешения компонентов осуществляют по

изменению вязкости обрабатываемой смеси в соответствии с вышеописанной методикой.

Особенность работы установки по схеме, представленной на фиг.2, заключается в том, что, перегоняя обрабатываемый мазут из емкости 1 через трубопровод 2, насос 3, трубопровод 4, РИА 5, трубопроводы 6 и 19 в циклическую емкость 20, разделяют каждый цикл обработки мазута в РИА. Следующий цикл обработки происходит перегоном мазута из емкости 20 через трубопровод 21, насос 3, трубопровод 4, РИА 5, трубопровод 6 в емкость 1. Затем повторяется цикл обработки по предыдущей схеме.

В этом случае происходит четкое разделение циклов обработки объема мазута, а следовательно, однородности его физико-механических свойств по сравнению с обработкой по схеме на фиг.1, что способствует экономии энергоресурсов и повышению качества продукта.

Для проверки эффективности работы предлагаемой установки были проведены экспериментальные исследования на установке аналогичной конструкции по импульсной многофакторной энергетической обработке мазутов различных нефтеперерабатывающих заводов. Ротор ( 250 мм) РИА приводился во вращение электродвигателем АИР 160-2М, мощностью 18,5 кВт, частота вращения вала 2920 об/мин. Величина тока измерялась электронным амперметром М266, потребляемая электроэнергия - счетчиком энергии СА4-И678.

Вязкость мазута определялась по времени истечения порции мазута через вискозиметр В3-246 (ГОСТ 9070-75) при t=60°C. Исходные и конечные параметры мазутов после обработки в роторном импульсном аппарате приведены в таблице 1.

Таблица 1
Производитель мазута М-100	Параметры мазута						Мощность, потребляемая электродвигателем РИА, кВт
	Время истечения через вискозиметр В3-246 (ГОСТ 9070-75), с, при t=60°C			Температура вспышки, град.С
	Исх.	Кон.	, %	Исх.	Кон.	, %	Исх.	Кон.	, %
Нижнекамский НПЗ	165	120	28	145	145	0	18	15	17
Карабашский НПЗ	155	90	42	120	127	5	18	14	22
Шугуровский НПЗ	36	23	36	105	115	9	17	14	18

1. Установка для приготовления мазутного топлива, содержащая емкость исходного мазута, нагнетательный насос, роторный импульсный аппарат, емкость дизельного топлива, насосы-дозаторы, емкость присадки, технологические трубопроводы и вентили, отличающаяся тем, что к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен ваттметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива.

2. Установка для приготовления мазутного топлива по п.1, отличающаяся тем, что к электродвигателю роторного импульсного аппарата подключен амперметр, предназначенный для определения затрат мощности электродвигателем по преодолению вязких сил трения на роторе роторного импульсного аппарата, по величине которой определяют изменение вязкости в процессе приготовления мазутного топлива.

3. Установка для приготовления мазутного топлива по п.1, отличающаяся тем, что для разделения циклов обработки объема мазута установлена дополнительная циклическая емкость, соединенная с выходным патрубком роторного импульсного аппарата и входным патрубком нагнетательного насоса.