Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗОГРЕВА И СЛИВА ВЯЗКИХ И ЗАСТЫВШИХ ПРОДУКТОВ ИЗ ЕМКОСТИ

Изобретение относится к разгрузке высоковязких и высокозастывающих продуктов (нефтепродукты, патоки, жиры и т.д.) из емкостей для хранения и транспортирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ разогрева и слива высоковязких продуктов из емкости, при котором холодный продукт отбирают из донной части цистерны, разогревают во внешнем теплообменнике и возвращают в определенном соотношении расходов нагретый продукт в два места цистерны, одно из которых находится на входе в канал отбора холодного продукта из цистерны в систему нагрева, в это место нагретый продукт подают с расходом, обеспечивающим необходимую текучесть холодного продукта для перекачки по контуру циркуляции, который устанавливается по величине давления на входе в насос или по величине температуры продукта перед теплообменником, оставшийся разогретый продукт подают на поверхность продукта в цистерне в момент, когда весь продукт в цистерне разогрет, останавливают циркуляционный разогрев и сливают продукт из цистерны (RU 2260552 С1, 09.01.2004).

Однако известный способ нагрева и слива высоковязких продуктов не позволяет решить в полной мере задачу сохранения температурного режима в линии возврата теплоносителя. В частности, в зимнее время без сохранения циркуляции будет происходить переохлаждение среды в линии возврата теплоносителя вплоть до промерзания.

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить надежность работы системы разогрева в холодное время года.

Технический результат, достигаемый предложенным способом, заключается в предотвращении в зимнее время закупорки линии возврата теплоносителя и ее разрушения из-за замерзания теплоносителя и в предотвращении перегрева теплообменника при негерметичности запорного устройства подачи теплоносителя.

Технический результат достигается тем, что в способе разогрева и слива высоковязких продуктов из емкости, заключающемся в отборе холодного продукта из донной части емкости, циркуляционном разогреве его во внешнем теплообменнике и подаче нагретого продукта в несколько мест емкости, одно из которых находится на входе в канал отбора холодного продукта из емкости в систему нагрева, причем подачу нагретого продукта в это место осуществляют с расходом, обеспечивающим необходимую текучесть холодного продукта для перекачки по контуру циркуляции, а подачу оставшегося нагретого продукта осуществляют в места, удаленные от места отбора холодного продукта из емкости, и, когда весь продукт в емкости разогрет, прекращают циркуляционный разогрев и сливают весь продукт из емкости, согласно изобретению при сливе разогретого продукта при снижении температуры на выходе из теплообменника по линии возврата теплоносителя ниже минимально допустимого уровня возобновляют циркуляционный разогрев продукта при подводе теплоносителя в теплообменник с минимальным расходом, достаточным для предотвращения снижения температуры теплоносителя в линии его возврата ниже минимально допустимого значения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства для реализации способа.

На схеме обозначены: всасывающий трубопровод 1; устройство слива - всасывающий патрубок 2 (показано условно, может быть как устройством нижнего слива через донный клапан емкости, так и верхнего слива, погружаемым через горловину верхнего люка емкости); емкость 3 с разогреваемым продуктом; стартовая емкость 4 с начальным запасом, трубопровод 5 начального заполнения высокотекучим продуктом из стартовой емкости 4; обходной трубопровод 8 мимо стартовой емкости 4; запорный клапан 9.1 коммутации схемы всасывания через стартовую емкость 4 (в открытом состоянии), или схемы всасывания с подключенной стартовой емкостью 4 (в закрытом состоянии); запорный клапан 9.2 коммутации схемы всасывания с подключенной стартовой емкостью 4 (в открытом состоянии) или схемы всасывания через стартовую емкость 4 (в закрытом состоянии); теплообменник 10; трубопровод 11 подачи теплоносителя от котельной; клапан 12.1 регулирования расхода теплоносителя через теплообменник 10, установленный на трубопроводе 11 подачи (один из вариантов органа регулирования подачи); клапан 12.2 регулирования расхода теплоносителя через теплообменник 10, установленный на трубопроводе обратного возврата теплоносителя в котельную трубопроводе (один из вариантов органа регулирования подачи); насос 12.3 возврата теплоносителя в котельную с регулируемой подачей (один из вариантов органа регулирования подачи); датчик 13 температуры разогреваемого продукта после теплообменника 10; напорный трубопровод 14 горячего высокотекучего продукта после теплообменника 10; линия 15 подвода горячего высокотекучего продукта в область всасывания из емкости 3; линия 16 подвода горячего высокотекучего продукта в удаленную от всасывания область емкости 3; клапаны 17, 18, регулирующие подачу горячего высокотекучего продукта в разные части емкости 3; вариант участка 25.1 сливного трубопровода в безнапорный самотечный коллектор; вариант участка 25.2 сливного трубопровода в напорный коллектор с насосным сливом; клапан 26 запорно-регулирующий сливной; датчик 27 давления продукта на входе в насос 6; датчик 28 температуры продукта перед теплообменником 10.

Также на схеме показаны датчик 29 температуры теплоносителя после теплообменника 10 в линии его возврата в котельную; датчик 30.1 давления продукта на выходе насоса 6, в совокупности с показаниями датчика 27 давления на входе в насос 6 и известной степенью открытия регулирующих клапанов 17, 18, позволяющий выполнить косвенное измерение расхода циркуляции (по напорной характеристике насоса 6 и расходной характеристике нагруженной на него гидросистемы); датчик 30.2 расхода для альтернативного прямого способа измерения расхода; датчик 31 активной мощности электродвигателя насоса 6 (или датчик фазного тока).

Предложенный способ осуществляется следующим образом. В способе обеспечивается поддержание текучести разогреваемого продукта в емкости 3 на уровне, достаточном для его циркуляции через внешний теплообменник 10. Поддержание текучести обеспечивается смешиванием в области всасывающего патрубка 2 циркуляционного контура горячего высокотекучего продукта, поступающего после теплообменника 10, с холодным малотекучим продуктом в емкости 3. При естественном межпартионном разбросе теплофизических свойств разогреваемого продукта и особенно в процессе разогрева продукта в емкости 3 требуется изменение соотношения горячего и холодного продукта в смеси на входе во всасывающий патрубок 2 циркуляционного контура, а именно снижение доли горячего продукта и увеличение доли разогреваемого (повышающего свою текучесть по мере разогрева) продукта в емкости 3.

Для изменения соотношения горячего и холодного продуктов в смеси происходит разделение горячего продукта после теплообменника 10 на две линии: по первой линии 15 горячий продукт подводится непосредственно в зону всасывания патрубка 2 и значительная его часть, смешиваясь с холодным продуктом, возвращается на вход теплообменника 10, по второй линии 16 горячий продукт подается в удаленную от всасывающего патрубка 2 область емкости 3, из которой он не может без охлаждения достичь области всасывания.

Если весь горячий высокотекучий продукт после теплообменника 10 подается по линии 15, то достигается максимальная температура и текучесть возвращаемой на вход в теплообменник 10 смеси, что в условиях ограничения температуры продукта на выходе из теплообменника 10 ограничивает подвод тепла к разогреваемому продукту в емкости.

Если весь горячий высокотекучий продукт после теплообменника 10 подается по линии 16, то на вход в теплообменник 10 возвращается продукт, охлажденный до актуальной на данный момент температуры в емкости 3, с минимальной на этот момент текучестью и температурой, но способный воспринять и передать максимальное количество тепла продукту в емкости 3 при условии сохранения циркуляции (при прекращении циркуляции тепло в емкость 3 не переносится и разогрев не происходит). Прекращение циркуляции при низкой текучести продукта происходит, в первую очередь, из-за кавитационного срыва насоса 6, вызванного пониженным давлением на входе в насос 6. Очевидно, существует оптимальное на текущий момент разогрева соотношение горячего и холодного продуктов в возвращаемой смеси, обеспечивающее максимальный подвод тепла в разогреваемую емкость 6.

Для изменения соотношения расходов по линиям 15 и 16 используют запорно-регулирующие клапаны 17 и 18 соответственно.

В качестве субоптимальных критериев изменения соотношения горячего и холодного продуктов в возвращаемой смеси в прототипе используются сигналы датчиков 27 и 28 давления РС1 и температуры ТС2, причем по сигналу от датчика 27 давления РС1 изменяется сопротивление линии 16 регулирующим клапаном 18, а по сигналу датчика 28 температуры ТС2 изменяется сопротивление линии 15 регулирующим клапаном 17. Температура на входе в теплообменник 10 поддерживается на минимальном уровне, обеспечивающем приемлемую текучесть продукта, давление (разрежение) на входе в насос 6 поддерживается на минимальном уровне, исключающем кавитацию в насосе 6.

Ограничение температуры продукта на выходе из теплообменника 10 максимальным уровнем, исключающим кипение и термическое разложение разогреваемого продукта, осуществляется изменением расхода теплоносителя через теплообменник 10 по сигналу от датчика 13 температуры ТС3. Расход теплоносителя может изменяться посредством запорно-регулирующих клапанов 12.1 или 12.2, расположенных в трубопроводе подачи или возврата теплоносителя соответственно, либо циркуляционным насосом 12.3 с изменяемой производительностью.

Процесс разогрева начинается с заполнения полости насоса 6 и части циркуляционного контура горячим продуктом из стартовой емкости 4, затем включается циркуляция продукта через теплообменник 10 с одновременным подводом теплоносителя к нему. Процесс разогрева может сопровождаться или перемежаться частичным сливом, если температура продукта на входе в теплообменник 10 достигла допустимого для частичного слива уровня. Существенным фактором, обеспечивающим высокую полноту слива продукта из емкости 3, является разогрев пристенного слоя продукта емкости 3 до температур с текучестью, обеспечивающей стекание продукта со стенок емкости 3 одновременно с понижением уровня продукта при его сливе из емкости 3. Поэтому одним из признаков завершения процесса разогрева является повышение температуры стенок емкости 3 до уровня, близкого к температуре разогретого продукта.

В процессе разогрева после повышения температуры продукта на выходе из теплообменника 10 до максимально допустимого уровня либо при достижении конечной температуры разогреваемого продукта в емкости 3 подача теплоносителя понижается вплоть до полного прекращения его подачи.

По окончании разогрева производится полный слив продукта из емкости 3 при открытом клапане 26 по сливному трубопроводу 25.1 самотеком (насос 6 отключен) в безнапорный коллектор (на схеме не показан), либо по сливному трубопроводу 25.2 с включенным насосом при сливе в напорный коллектор.

В известном способе в этот момент циркуляция продукта через теплообменник 10 и подача теплоносителя при сливе прекращается. Однако известный способ разогрева не обеспечивает в полной мере нахождение ряда параметров технологического процесса в допустимых пределах.

Например, при выборе значения температуры ТС2 (датчик 28) в области температур с ненормируемой вязкостью (текучестью) продукта и при возможном значении вязкости на входе в насос 6, близком к предельно допустимому для используемого насоса, возможно превышение потребляемой активной мощности насоса с электроприводом сверх допустимых для электродвигателя значений и остановка электроприводного насоса по срабатыванию токовых (тепловых) защит. Причем повторное включение электронасоса возможно по истечении промежутка времени, существенно превышающего время его работы до отключения.

Важный параметр, не контролируемый в известном способе разогрева и контролируемый в предложенном способе - это температура теплоносителя ТС4 (датчик 29) в трубопроводе возврата.

Со стороны внешней котельной всегда накладываются требования по температуре ТС4 (датчик 29) обратно возвращаемого теплоносителя, которая должна находиться в расчетном диапазоне не ниже минимально допустимой и не выше максимально допустимой.

При использовании теплообменника 10 с противоточной схемой течения температура теплоносителя ТС4 в трубопроводе возврата с некоторым превышением отслеживает температуру ТС2 продукта на входе в теплообменник 10. В прямоточных схемах течения в теплообменнике 10 температура теплоносителя ТС4 в трубопроводе возврата с некоторым превышением отслеживает температуру ТС3 продукта на выходе из теплообменника 10.

Причины, вызывающие отклонения температуры теплоносителя ТС4, идентичны для обеих схем течения в теплообменнике 10.

К повышению температуры ТС4 приводит смещение интенсивности теплообмена (по сравнению с расчетной) в сторону подвода тепла от теплоносителя относительно теплосъема со стороны разогреваемого продукта, что, в свою очередь, может быть вызвано со стороны продукта повышенной его температурой на входе в теплообменник 10 или пониженным расходом циркуляции продукта, а со стороны теплоносителя завышенными энергетическими параметрами теплоносителя (повышенные температура, давление и расход на входе в теплообменник).

Причиной отклонения в сторону понижения температуры ТС4 является смещение интенсивности теплообмена в сторону съема тепла продуктом по отношению к подводу тепла от теплоносителя на расчетных режимах, что может быть вызвано разогревом переохлажденного продукта в емкости, но обладающего достаточной текучестью при пониженных температурах продукта на входе в теплообменник или повышенным расходом циркуляции, или недостаточными энергетическими параметрами теплоносителя (пониженные температура, давление и/или расход на входе в теплообменник).

Выход температуры возвращаемого обратно теплоносителя за верхний или нижний пределы допустимого диапазона приводит к отключению автоматикой котельной циркуляции теплоносителя через теплообменник 10 (таким образом, прекращению разогрева продукта в емкости), снижению ее тепловой мощности и переводу циркуляции на внутренний контур котельной. Повторное включение циркуляции через теплообменник 10 производится по восстановлению температурного режима, что, как и любой тепловой процесс, занимает заметное время и оценивается по приборам котельной, удаленным от места разогрева емкости. Вынужденные перерывы в работе схемы разогрева приводят к увеличению времени разогрева, а в зимнее время - к локальной заморозке линии теплоносителя с возможным ее разрушением.

Для предотвращения нежелательных последствий, связанных с недопустимым понижением температуры теплоносителя ТС4 в трубопроводе возврата после теплообменника 10 на этапе слива разогретого продукта из емкости 3, предлагается следующее.

Если в процессе слива температура теплоносителя ТС4 опускается ниже минимально допустимой температуры теплоносителя, когда циркуляция продукта через теплообменник 10 прекращена, то для возобновления циркуляции открывают регулирующий клапан 17 и включают насос 6, циркуляционный разогрев возобновляется с минимальным подводом теплоносителя в теплообменник 10.

Минимальный расход теплоносителя, подводимого в теплообменник 10, ограничивается снизу техническими возможностями используемого в котельной оборудования и тепловыми потерями в окружающую среду, но его величина должна быть достаточной для предотвращения снижения температуры теплоносителя ТС4 в линии его возврата ниже минимально допустимого значения.