Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки резервуаров путем диспергирования отложений и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, в частности к очистке резервуаров от донных отложений, накапливающихся в результате их хранения.

Известен способ очистки резервуара и утилизации нефтешламов, накапливающихся в резервуарах различного назначения, включающий подачу нагретой нефти в резервуар для разрушения и разбавления нефтешламов одной струей, отвод образующейся смеси из верхней части резервуара (Пат. №2129534, кл. С02Р 11/18, B01D 17/00, опубл. 27.04.1999 г.).

Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки резервуара, поскольку не обеспечивается полное очищение резервуара и требуется последующая дополнительная очистки вручную от механических примесей, воды и парафинов, выпадающих в осадок из-за их кристаллизации.

Известен способ очистки резервуара от нефтешламов, включающий подачу в придонную часть резервуара нефти, отвод образующейся при этом смеси из нижней части резервуара, нагрев смеси в теплообменнике, возвращение в резервуар при помощи установленного на кровле резервуара распределителя потока, снабженного гибкими трубопроводами, при этом установка для осуществления способа очистки резервуара от нефтешламов содержит сепаратор для отделения механических примесей и воды от смеси нефти с осадком нефтешлама, а также ультразвуковой генератор, установленный до или после теплообменника. (Пат. №2442632, МПК B01D 17/00, В08В 9/093, опубл. 20.02.2012 г.)

Недостатки этих решений - большая нагрузка на кровлю резервуара, обусловленная установленным на ней распределителем потока, который, в свою очередь, снабжен гибкими трубопроводами. Кроме того, способ очистки резервуара от нефтешламов имеет низкую эффективность очистки, поскольку не подразумевает за собой передвижную установку, что ограничивает применение системы для других резервуаров. В этом случае при очистке других резервуаров необходим полный монтаж системы размыва, что является достаточно трудоемким способом.

Из уровня техники известна система удаления донных отложений из нефтяного резервуара, включающая установленные в резервуаре сопла для размыва отложений, соединенные с напорным трубопроводом для подачи нефти в сопла под давлением, и трубопровод для откачки нефти с взвешенными в ней отложениями из резервуара. Также система дополнительно включает по меньшей мере одно установленное в стенке резервуара устройство для размыва отложений, содержащее установленный на валу лопастной винт и взрывозащищенный электродвигатель для привода вращения вала, при этом вал установлен с возможностью поворота. При этом вышеупомянутые сопла размещены в резервуаре по окружности, причем одна часть сопел направлена в центр резервуара, а другая часть сопел - к его стенкам (RU 141740 U1, кл. В08В 9/08, опубл. 10.06.2014).

Недостатком данной системы является низкая эффективность очистки резервуара ввиду отсутствия равномерности распределения движения потока нефти, а также сложность конструкции, предусматривающей наличие дополнительного устройства для размыва отложений.

Наиболее близким аналогом к заявленной группе изобретений является способ очистки резервуара от донных отложений, включающий подачу нефти на осадок нефтешлама в придонную часть резервуара, отвод образующейся при этом смеси из нижней части резервуара, нагрев образующейся смеси в теплообменнике до температуры плавления парафинов, подачу смеси в ультразвуковое устройство после нагрева и возвращение в резервуар для многократной циркуляции, при этом в начале цикла осуществляют подачу нефти из резервуарной емкости для смыва отложений, далее в придонную часть резервуара через кольцевой трубопровод, снабженный гидромониторами (RU 2014151252 А, кл. В08В 9/093, опубл. 17.12.2014).

Недостатком данного решения является низкая эффективность очистки резервуара, ввиду отсутствия равномерности распределения движения потока нефти, подаваемой посредством гидромониторов, создающего внутри резервуара равномерное вращение для образования перемешивания исключая при этом напора потока нефти в одну точку.

Технический результат, обеспечиваемый заявленной группой изобретений, заключается в повышении эффективности процесса очистки резервуаров от донных отложений с одновременным обеспечением его безопасности.

Технический результат достигается тем, что способ очистки резервуаров путем диспергирования отложений, включающий подачу нефти или нефтепродукта из резервуара на осадок нефтешлама в придонную часть резервуара, отвод образующейся при этом смеси из нижней части резервуара, нагрев образующейся смеси в теплообменнике до температуры плавления парафинов, подачу смеси в ультразвуковое устройство после нагрева и возвращение в резервуар для многократной циркуляции, при этом подачу нефти или нефтепродукта и возвращение в резервуар смеси осуществляют ниже уровня заполнения нефтью или нефтепродуктом на высоте первого пояса резервуара по направлению от стенки резервуара через каждые 90 или 45 градусов по окружности резервуара относительно его оси и под углом 30-80 градусов к днищу резервуара.

Устройство для очистки резервуаров путем диспергирования отложений, содержит отводящий трубопровод, выполненный с возможностью подключения к резервуару, теплообменник, ультразвуковую установку, установленную после теплообменника, подводящий трубопровод и кольцевой трубопровод с вмонтированными в него гидромониторами, при этом оно снабжено первым и вторым патрубками, соединенными с отводящим трубопроводом, задвижкой, установленной на отводящем трубопроводе перед первым патрубком, задвижками, установленными на отводящем трубопроводе перед и после второго патрубка, по меньшей мере двумя насосами, установленными после первого и перед вторым патрубками, байпасом, расположенным после ультразвуковой установки и соединяющим отводящий и подводящий трубопроводы в обход второго патрубка, при этом кольцевой трубопровод выполнен с возможностью установки на стенке резервуара на высоте первого пояса, а гидромониторы вмонтированы равномерно по окружности резервуара каждые 90 или 45 градусов относительно оси резервуара под углом 30-80 градусов к днищу резервуара.

Конструкция устройства для очистки резервуаров путем диспергирования отложений представлена на фиг. 1 и 2.

На фигуре 1 изображена схема устройства для очистки резервуаров путем диспергирования отложений (вид сверху).

На фигуре 2 изображена схема устройства для очистки резервуаров путем диспергирования отложений (вид спереди).

На фигурах приведены следующие позиции:

1 - резервуар;

2 - кольцевой трубопровод;

3 - гидромониторы;

4 - подводящий трубопровод;

5 - отводящий трубопровод;

6 - теплообменник;

7 - ультразвуковая установка;

8 - насос;

9 - задвижка;

10 - байпас;

11 - первый патрубок;

12 - второй патрубок.

Устройство для осуществления очистки резервуара от донных отложений (фиг. 1, фиг. 2) содержит установленный в резервуаре 1 кольцевой трубопровод 2 с вмонтированными в него гидромониторами 3, подводящий трубопровод 4, соединенный с кольцевым трубопроводом 2, отводящий трубопровод 5, выполненный с возможностью соединения с резервуаром 1, теплообменник 6, задвижки 9, ультразвуковую установку 7, насосы 8, первый 11 и второй 12 патрубки, соединенные с отводящим трубопроводом 5, байпас 10, соединенный с отводящим 5 и подводящим 4 трубопроводами в обход второго патрубка 12.

Способ очистки резервуаров путем диспергирования отложений осуществляется посредством устройства для очистки резервуаров путем диспергирования отложений следующим образом.

Вначале в придонную часть резервуара 1 с осадком нефтешлама подается нефть или нефтепродукт для разрушения и растворения донных отложений через подводящий трубопровод 4, соединенный с кольцевым трубопроводом 2, размещенным на стенке резервуара 1, с вмонтированными в него гидромониторами 3. Нефть или нефтепродукт для очистки резервуара 1 может подаваться из самого очищаемого резервуара 1 посредством отводящего трубопровода 5 или из отдельно стоящего резервуара посредством первого патрубка 11, перекрыв задвижку 9, установленную перед ним. Образовавшуюся смесь нефти с суспендированным осадком донных отложений выводят с придонной части резервуара 1 потоком нефти или нефтепродукта через отводящий трубопровод 5, посредством насоса 8 в направлении ультразвуковой установки 7. Выведенную из резервуара 1 смесь нагревают до температуры плавления парафинов (50-60°С) в теплообменнике 6 для растворения парафинистых отложений в нефти. После нагрева смеси ее направляют в ультразвуковую установку 7 и подвергают ультразвуковой обработке. Далее полученную после ультразвуковой обработки нефть или нефтепродукт снова через подводящий трубопровод 4 нагнетают в кольцевой трубопровод 2 и подают в резервуар 1 через гидромониторы 3, вмонтированные в кольцевой трубопровод 2 на высоте первого пояса резервуара 1 через каждые 90 или 45 градусов по окружности резервуара 1 относительно его оси и под углом 30 - 80 градусов к днищу резервуара 1 посредством, установленного на отводящем трубопроводе 5, насоса 8. Смесь растворившегося осадка нефтешлама с нефтью или нефтепродуктом подвергается многократной циркуляции «резервуар 1 - теплообменник 6 - ультразвуковая установка 7 - резервуар 1» посредством байпаса 10, при этом количество циклов индивидуально для каждого типа нефти или нефтепродукта и определяется в ходе проведения лабораторного анализа. Далее часть обработанной нефти или нефтепродукта откачивается в резервуар 1 для последующего размыва донных отложений, а часть направляется в другую резервуарную емкость (на фигурах не показано) для дальнейшего использования (например, трубопровод, рядом находящийся другой резервуар, резервуар при котельной и т.д.) посредством первого 11 или второго 12 патрубков и, установленных перед ними, задвижек 9. При этом очистку резервуара 1 осуществляют при заполнении его нефтью выше уровня кольцевого трубопровода 2.

Таким образом, осуществление заявленной группы изобретений для очистки резервуаров от донных отложений, накапливающихся в резервуарах различного назначения, в частности, в резервуарах для хранения нефти или нефтепродуктов, позволит по сравнению с прототипами повысить эффективность очистки резервуара за счет обеспечения размыва осадка в придонной части резервуара струями смеси, распределенными через каждые 90 или 45 градусов окружности резервуара. Выбор расстояния установки гидромониторов (90 и 45 градусов) осуществляется в зависимости от объема очищаемого резервуара: 90 градусов относительно оси цилиндра используют для резервуаров объемом до 10000 м³, 45 градусов - для резервуаров объемом свыше 10000 м³.

Такой размыв позволяет охватить всю площадь донных отложений в нем, а также равномерно распределить движение потока нефти, подаваемой посредством гидромониторов. Таким образом, внутри резервуара создается равномерное вращение смеси в резервуаре за счет движений потока очищенной нефти, подаваемой из гидромониторов. Возвращение в резервуар нефти и нефтепродуктов под углом 30-80 градусов к днищу резервуара (оптимальный интервал угла наклона гидромониторов, обеспечивающий исключение образования мертвых зон) обеспечивает точечный охват максимальной площади днища резервуара Ликвидация нагрузки на кровлю резервуара, обеспечивается размещением кольцевого трубопровода на стенке резервуара, что обеспечивает безопасность данного процесса.

При ультразвуковой обработке смеси в ультразвуковой установке происходит физико-химический процесс - образование в жидкости пульсирующих пузырьков (каверн, полостей), заполненных паром, газом или их смесью. В ультразвуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления, порождая сильные гидродинамические возмущения в жидкости благодаря интенсивному излучению акустических волн. При этом в жидкости происходит разрушение поверхностей твердых тел, граничащих с кавитирующей жидкостью. Ультразвуковая обработка смеси нефти или нефтепродукта с осадком нефтешлама приводит к диспергации парафинов в нефти или нефтепродукте и снижению вязкости нефти, что также снижает температуру кристаллизации получаемых нефти или нефтепродукта. Тем самым улучшаются реологические свойства нефти, ее качество. Такая обработка повышает эффективность очистки резервуара от донных отложений и позволяет максимально использовать номинальный объем резервуара.

Многократная циркуляция смеси нефти или нефтепродукта с осадком нефтешлама позволит полностью очистить резервуар от донных отложений без дополнительной очистки вручную.

Осуществление очистки резервуара от донных отложений при его заполнении нефтью выше уровня кольцевого трубопровода исключает эффект падающей струи из вмонтированных в него гидромониторов и образования при этом статического электричества (образование искры, приводящей к взрыву), что обеспечивает безопасность процесса очистки.

Подача нефти или нефтепродукта и возвращение в резервуар смеси на высоте первого пояса увеличивает эффективность процесса очистки за счет обеспечения необходимой скорости и дальности распространения затопленной струи нефти, подаваемой через гидромониторы для обеспечения «срыва» и последующего взвешенного состояния донного осадка в нефти или нефтепродукте. В случае расположения гидромониторов на высоте выше высоты первого пояса не будет обеспечиваться скорость затопленной струи необходимая для «срыва» осадка.

Высота первого пояса оптимальна в следующих аспектах:

1. обеспечивается требуемый минимальный объем пространства очищаемого резервуара в связи с тем, что процесс очистки от данных отложений осуществляется по замкнутому циклу: резервуар - теплообменник - ультразвуковое устройство - резервуар;

2. нагрузка на стенку резервуара на первом поясе ниже, чем на более высоких уровнях, поскольку при этом добавляется вес вышестоящего(их) пояса(ов) и добавочный вес от силы притяжения кольцевого трубопровода;

3. отсутствует коррозионное воздействие подтоварной воды на элементы конструкции кольцевого трубопровода, приводящее при длительной эксплуатации к его разрушению.

Использование заявленной группы изобретений позволит снизить вероятность аварии из-за нагрузки на кровлю резервуара, которая может превышать допустимую, поскольку обработку осуществляют посредством установленного на стенке резервуара кольцевого трубопровода с вмонтированными в него гидроцилиндрами, а также снизить трудоемкость ввиду выполнения устройства передвижным, что позволит ликвидировать недостатки, указанные в прототипе и упростит способ очистки резервуара от донных отложений. Передвижное устройство дает возможность осуществлять очистку группы резервуаров, существенно снижая трудоемкость работ. Предлагаемая группа изобретений позволит исключить присутствие человека внутри резервуара, обеспечивая при этом безопасность его жизни и здоровья. Повышение ремонтопригодности резервуара и его составных частей является неотъемлемым результатом внедрения и использования предлагаемой группы изобретений. Дополнительно, увеличивается срок службы и эксплуатации резервуаров.