Железнодорожная цистерна с электрообогревом

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и предназначена для транспортировки и непосредственному электронагреву вязких (нефте) продуктов. Технический результат, достигаемый в результате реализации предлагаемого устройства, заключается в упрощении конструкции внутреннего объема бочки цистерны; не требует строительства специальных эстакад и (или) использования дорогостоящих теплообменников; подготовка к сливу (нефте) продуктов может производиться в процессе транспортировки цистерн заблаговременно перед разгрузкой, если в составе цистерн имеется собственный источник электроэнергии соответствующей мощности. Железнодорожная цистерна для транспортировки и нагрева вязких продуктов с расположенным внутри котла цистерны электронагревателем и разъемом присоединения к электросети, смонтированным на наружной поверхности котла цистерны, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен в виде специального тонкого резистивного элемента, повторяющего кривизну внутренней поверхности цистерны, расположенного на днище цистерны, при необходимости также (частично) на ее боковых стенках и торцах, и защищенного с обеих сторон электроизоляционными слоями.

Область техники. Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к вагонам-цистернам для транспортировки вязких жидкостей, например, вязких нефтепродуктов, таких как мазут.

Уровень техники. Известны цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов с устройствами разогрева транспортируемой жидкости, обеспечивающие восстановление или сохранение ее текучести (Губенко В.К., Никодимов А.П., Жилин Г.К. Цистерны устройство, эксплуатация, ремонт.- М.: Транспорт, 1990 г, стр 39-44). В некоторых цистернах применяется паровая "рубашка", охватывающая нижнюю часть котла цистерны и сливной прибор (Таблицы калибровки железнодорожных цистерн Москва, Транспорт, Трансинфо, 1997). Основным недостатком такой конструкции является необходимость в котельной и возможность замерзания конденсата в рубашке цистерны, недостаточная эффективность действия теплового аккумулятора в торцевых областях котла обуславливающая возможность образования в них значительных количеств загустевшего нефтепродукта. Имеются конструкции, применяющие систему трубопроводов внутри цистерны, по которым прокачивается теплоноситель или теплоаккумулирующий материал (патент RU 2195420, RU 2053177). Недостатком этих цистерн является усложнение их конструкции, введение в цикл разогрева дополнительного промежуточного элемента - теплоносителя, ограниченность использования теплоносителей для разогрева теплоаккумулирующего материала на сливных площадках; значительные трудозатраты при подключении патрубков подачи и ввода теплоносителей на сливных площадках. В патенте GB742251 от 1955 г., в конструкции, преимущественно для пищеприготовления и бытовых целей, применен плоский нагреватель из фольги, погруженный в промежуточный теплоноситель, который, в свою очередь, через металлическую стенку передает тепло нагреваемой субстанции.

Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа, является цистерна, описанная в патенте RU 55751. Цистерна для вязких нефтепродуктов включает установленную на тележки раму с котлом, укрепленным в нем горизонтально тепловым аккумулятором в виде системы труб, установленных вдоль внутреннего периметра котла параллельно боковым и торцевым его стенкам и снабжена устройством его электронагрева. Выводы электронагревательного элемента смонтированы на наружной поверхности котла для подключения к источнику питания.

Прототип имеет основной недостаток в том, что усложняется конструкция цистерны (внутреннее пространство цистерны загромождается трубопроводами теплового аккумулятора), и в цикл разогрева продукта вводится промежуточный элемент - теплоноситель.

Задачей полезной модели является создание цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов, обеспечивающей быстрый слив вязких продуктов за счет эффективного нагрева, минимизации количества тепловых контактов между тепловыделяющими элементами и продуктом.

Сущность полезной модели. Поставленная задача решается тем, что в цистерне для транспортировки и нагрева продуктов происходит электронагрев продукта, с возможностью присоединения к электросети как во время транспортировки, так и на месте слива. При этом тонкий резистивный нагреватель, повторяющий кривизну внутренней поверхности цистерны, расположен на днище цистерны, при необходимости также (частично) на ее боковых стенках и торцах. Разъем нагревателя смонтирован на наружной поверхности котла цистерны для подключения к источнику питания. Нагреватель включает в себя тонкий резистивный элемент, (имеющий толщину порядка нескольких миллиметров и эффективную теплоотдающую поверхность порядка 10... 20 кв. м для цистерны с длиной бочки порядка 10 м), который с обеих сторон защищен электроизоляционными слоями.

Технический результат, достигаемый в результате реализации предлагаемого устройства, заключается в следующем:

- упрощение конструкции внутреннего объема бочки цистерны;

- ускорение и удешевление процесса слива продуктов вследствие отказа от строительства эстакад, оборудованных специальными устройствами нагрева цистерн и (или) использования дорогостоящих теплообменников;

- подготовка к сливу продуктов может производиться в процессе транспортировки цистерн заблаговременно перед разгрузкой, если в составе цистерн имеется собственный источник электроэнергии соответствующей мощности.

Преимущества отличительного признака - использования специального тонкого резистивного нагревателя, расположенного на днище внутри цистерны, при необходимости также (частично) на ее боковых стенках и торцах:

- улучшаются условия для прогрева всего объема продукта, в том числе - вблизи стенок и торцов, а, следовательно, улучшается качество слива продукта и уменьшается время прогрева;

- тонкий нагреватель имеет максимальную поверхность теплоотдачи при фиксированной мощности нагревателя и, следовательно, эффективность нагрева при минимизации градиентов температуры;

- упрощается конфигурация оборудования внутреннего объема цистерны, и, следовательно, улучшаются условия для операций осмотра и обслуживания цистерны.

Оценим технические возможности реализации предлагаемого технического решения. Общее количество тепла, потребное для разогрева 4-хосной цистерны с мазутом на перепад температур T=50°С (Т₁=-20°С, Т₂=30°С) составляет:

Q=Q₁+Q₂=c ₁G₁T+c₂G₂T,

где: Q₁ и Q₂ - количества тепла, необходимые для разогрева мазута и котла цистерны, соответственно;

с₁=2 кДж/кг град и с₂=0,4 кДж/кг град - теплоемкости мазута и стали,;

G₁=60 т и G₂=12 т, - вес мазута и вес котла цистерны, соответственно. Окончательно получим: Q ₁=1800 кВт час; Q₂=72 кВт час, и ориентировочно для полного разогрева одной цистерны с мазутом на 50°С требуется около 1870 кВтч энергии.

Имея в виду длину внутренней части цистерны порядка 10 м, ширину нагревателя, расположенного на днище цистерны, частично на ее боковых стенках и торцах около 2 м, удельную мощность нагревателя в качестве вполне реальной величины примем порядка 10 кВт/кв.м, общая мощность нагревателя составит около 200 кВт. Таким образом, разогрев и слив цистерны с мазутом, имеющей температуру T₁=-20°С, возможно осуществить за 9,5 часов, что вполне соответствует нормативам.

Устройство работает следующим образом. В месте погрузки в цистерну заливается горячий продукт. Возможны различные сценарии использования цистерны.

Первый сценарий - в процессе транспортировки при необходимости поддержания жидкотекучего состояния продукта и наличии технических возможностей нагреватель цистерны подключается к источнику электрической энергии, имеющемуся в железнодорожном составе или на промежуточной железнодорожной станции.

Второй сценарий использования цистерны заключается в обычной транспортировке, а электрообогрев цистерны происходит непосредственно на площадке слива продукта в месте его применения. Цистерна присоединяется к общепромышленной электросети, температура продукта доводится до жидкотекучего состояния, после чего нагреватель отключается и продукт сливают.

Железнодорожная цистерна для транспортировки и нагрева вязких продуктов с расположенным внутри котла цистерны электронагревателем и разъемом присоединения к электросети, смонтированным на наружной поверхности котла цистерны, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен в виде специального тонкого резистивного элемента, повторяющего кривизну внутренней поверхности цистерны, расположенного на днище цистерны, при необходимости также (частично) на ее боковых стенках и торцах, и защищенного с обеих сторон электроизоляционными слоями.