Цистерна для вязких нефтепродуктов

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к вагонам-цистернам, предназначенным для транспортировки загустевающих и затвердевающих при низких температурах жидкостей, например мазута. Цистерна содержит цилиндрический котел с верхним наливным люком и нижним сливным патрубком. Внутри котла установлены в нижней его части два экрана 4, а в верхней части котла - пеногенератор. Пеногенератор содержит электродвигатель 5, пенообразователь 6 и шнек 7. При работе пеногенератора образуется пена, которая диспергируется в мелкие пузырьки, внедренные в массу мазута. Образующийся мазутовоздушный дисперсоид через пенопровод 10 подается под экраны 4. Дисперсоид, имеющий меньшую плотность, чем мазут, поднимается вдоль внутренних стенок цистерны. С течением времени он застывает. Теплопроводность жидкого и застывшего слоя дисперсоида в сотни раз меньше теплопроводности жидкости. Слой дисперсоида играет роль теплоизолятора, препятствующего охлаждению и загустеванию мазута. Очистка стенок котла после слива мазута требует существенно меньших трудо- и энергозатрат, т.к. застывший дисперсоид имеет прочность, в десятки раз меньшую, чем прочность застывшего мазута. Изобретение обеспечивает повышение эффективности слива загустевающей жидкости при низких температурах окружающего воздуха. 1 ил.

Устройство относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к вагонам-цистернам, предназначенным для транспортировки загустевающих и затвердевающих при низких температурах жидкостей, например мазута.

Известны цистерны с верхними заливными горловинами и устройствами нижнего слива, в которых обеспечивается разогрев транспортируемой жидкости перед ее сливом из цистерны [1, 2].

Недостатками данных цистерн являются потребность в большом количестве тепловой энергии, необходимой для разогрева жидкости перед сливом, продолжительность операции разогрева жидкости, трудности, связанные с необходимостью очистки цистерны от затвердевших остатков транспортируемой жидкости. К ним относится также возникновение волн на свободной поверхности жидкости в процессе ее транспортировки.

В качестве прототипа к заявленному объекту была выбрана цистерна модели 15-1566 [3] , имеющая котел, укрепленный на раме, верхний наливной люк и нижний сливной патрубок. Для прототипа свойственны недостатки, отмеченные у аналогов, в частности потребность в больших затратах энергии при разогревании жидкости перед сливом, а также большие трудо- и энергозатраты при очистке цистерны от твердых остатков транспортируемой жидкости.

Задачей изобретения является повышение эффективности слива загустевающей жидкости при низких температурах и снижение трудо- и энергозатрат, связанных с удалением из цистерны загустевших и затвердевших остатков транспортируемой жидкости.

Технический результат достигается тем, что цистерна для вязких нефтепродуктов (например, мазута), включающая цилиндрический котел с верхним наливным люком и нижним сливным патрубком, дополнительно содержит два экрана, установленных в нижней части цистерны параллельно стенкам котла цистерны, и размещенную внутри в верхней части котла цистерны камеру с установленным в ней пеногенератором, имеющим пенообразователь и пенопровод с выходными форсунками, причем выходные форсунки закреплены между стенками котла и экранами.

На чертеже изображено сечение цистерны плоскостью, перпендикулярной оси котла.

Внутри котла 1 цистерны, имеющего верхний наливной люк 2 и нижний сливной патрубок 3, параллельно его стенкам установлены два экрана 4. На наружной поверхности верхней части котла 1 установлен электродвигатель 5, на валу которого помещен пенообразователь 6 и шнек 7. Элементы 5, 6 и 7 образуют пеногенератор. Пенообразователь находится на уровне свободной поверхности (зеркала) жидкости 8 и частично погружен в нее, шнек 7 полностью погружен в жидкость. Оба элемента находятся во входной камере 9 пенопровода 10, выходные форсунки которого 11 фиксированы между стенкой котла 1 и экранами 4.

Транспортируемая жидкость заполняет не весь объем цистерны. По условиям заполнения цистерн зеркало жидкости 8 находится на расстоянии l=(0,450,03) м от верхней образующей цилиндрического котла. При этом над поверхностью жидкости имеется свободный объем котла 12.

Работа устройства начинается после заполнения цистерны мазутом запуском электродвигателя 5. При вращении пенообразователя 6 и шнека 7 образуется мелкодисперсная пена, которая по пенопроводу 10 поступает через выходные форсунки 11 под экраны 4. Из-под экранов 4 мелкие пузырьки воздуха поднимаются вдоль внутренней поверхности котла, в результате чего образуется тонкий слой мазутовоздушного дисперсоида.

Так как вязкость нефтепродуктов велика, скорость подъема пузырьков (их радиус ~0,1 мм) весьма мала (V<1 мм/с).

При холодной наружной поверхности котла 1 слой дисперсоида застывает, образуя теплоизолирующую поверхность внутри цистерны. На стадии движения пузырьков воздуха и образования слоя дисперсоида подавляется естественная внутренняя конвекция жидкости. По окончании работы пеногенератора существенно уменьшается объем воздуха 12 над свободной поверхностью жидкости, что прекращает образование волн на ее поверхности при движении вагона. Это повышает устойчивость движения и препятствует вынужденной конвекции жидкости. Как известно, естественная и вынужденная конвекция обуславливают быстрое остывание жидкости в первые часы ее транспортировки.

Теплопроводность слоя дисперсоида мала, поэтому его наличие препятствует дальнейшему охлаждению жидкости. Кроме того, слой застывшего дисперсоида имеет меньшие как твердость, так и силу сцепления с поверхностью котла, чем слой затвердевшего нефтепродукта. Следовательно, механическая очистка этого слоя требует меньших трудозатрат, чем очистка стенок цистерны от застывшего нефтепродукта.

Результатом использования заявляемого объекта является повышение эффективности слива транспортируемого продукта, уменьшение энергозатрат на его разогрев перед сливом и снижение трудо- и энергозатрат при очистке цистерны.

Источники информации 1. Устройство для нагрева и слива вязкой жидкости из железнодорожной цистерны. Авт. св. СССР 1650539, МКИ⁴ B 65 D 69/20, В 65 D 88/74. Чалый Ю.К., опубл. 23.05.91, БИ 19.

2. Вагон-цистерна с подогревательной рубашкой. Пат. США 5058511, МКИ⁵ В 61 D 5/00, опубл. 22.10.91, НКИ 105/451.

3. Губенко В.К. и др. Цистерны (устройство, эксплуатация, ремонт). - М.: Транспорт, 1990.

Формула изобретения

Цистерна для вязких нефтепродуктов, включающая цилиндрический котел с верхним наливным люком и нижним сливным патрубком, отличающаяся тем, что она снабжена двумя экранами, установленными в нижней части цистерны параллельно стенкам котла цистерны, и размещенной внутри в верхней части котла цистерны камерой с установленным в ней пеногенератором, имеющим пенообразователь и пенопровод с выходными форсунками, причем выходные форсунки закреплены в зазорах между стенками котла и экранами.

РИСУНКИ

Рисунок 1