Устройство для очистки от донных отложений железнодорожных цистерн и других нефтеналивных емкостей

(51) 08 9/08 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к устройствам для очистки железнодорожных цистерн и других нефтеналивных емкостей объемом от 60 до 20000 м 2 от донных осадков вязких нефтепродуктов в виде налипаний на стенках, а также от донных отложений, состоящих из механических примесей,входящих в нефтепродукты и осадочного ила. Устройство включает телескопического стрелу,закрепленную на кузове автоплатформы, насадок,состоящий из кольцевого сопла и цилиндрического патрубка, который обеспечивает истечение водяного пара со сверхзвуковой скоростью,парогенераторную установку и паропровод. Телескопическая стрела состоит из неподвижной жестко закрепленной на автоплатформе части и выдвижной, способной свободно перемещаться в пространстве за счет шарнирного соединения с неподвижной частью. На конце подвижной выдвижной части укреплен насадок для истечения струи водяного пара.(72) Бейсембетов Искандер Калыбекович Жапбасбаев Узак Каирбекович Кенжалиев Багдаулет Кенжалиевич(73) Акционерное общество КазахстанскоБританский технический университет(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН И ДРУГИХ НЕФТЕНАЛИВНЫХ ЕМКОСТЕЙ Изобретение относится к средствам очистки железнодорожных цистерн и других нефтеналивных емкостей объемом от 60 до 20000 м 2 от донных осадков вязких нефтепродуктов в виде налипаний на стенках, а также от донных отложений, состоящих из механических примесей входящих в нефтепродукты и осадочного ила. В процессе эксплуатации железнодорожных цистерн и других нефтеналивных емкостей при транспортировке и хранении нефтей Казахстана с высокой вязкостью происходит заиливание дна и стенок механическими примесями, такими как ил и песок, попадающие из трубопровода при перекачке нефти. Высота заиленных участков в цистернах составляет до 2 м. Заиливание дна и стенок нефтеналивных емкостей сокращает полезный объем в среднем на 15-20, вызывает появление коррозии железнодорожных цистерн и др. емкостей и, как следствие, сокращает сроки их эксплуатации. Традиционная очистка резервуаров происходит с применением ручного метода, что по понятным причинам является вредным и опасным для здоровья людей трудом. Кроме того, ручная очистка зачастую бывает малоэффективна. В настоящее время ведутся разработки различных устройств для очистки резервуаров от донных отложений. Так,известно устройство для очистки внутренней поверхности резервуара, используемого для хранения и перевозки нефтепродуктов (Пат. России 2160641, Кл. В 08 В 9/08, В 08 В 101/02,2000 г.). Это устройство содержит рукав для подвода в среднем на 15-20 моющей жидкости и/или пара,сообщенный с распылительной многосопельной головкой, и средство изменения положения головки,причем распылительная головка выполнена в виде двухсекционного корпуса, первая секция которого снабжена рукавом для подвода моющей жидкости и/или пара, а вторая часть головки установлена с возможностью вращения относительно предыдущей и имеет жестко сообщенные с ее боковой поверхностью патрубки и сопла. Недостатком устройства является низкая производительность работы из-за последовательной очистки лишь локальных участков внутренней поверхности резервуара, сложности конструкции и ненадежность в работе из-за наличия большого количества повреждаемых комплектующих деталей. Известно также устройство для сбора амбарной нефти, описанное в предварительном патенте РК 10116, Кл Е 21 В 43/24, 2001 г. В состав устройства входят установка для подготовки и подачи горячей воды или нагретого водяного пара, паропровод и сборный насадок с входящим в его состав кольцевым соплом и цилиндрическим патрубком. Недостатком устройства является отсутствие возможности очистки внутренней поверхности крупных резервуаров с переменной толщиной стенок (разнотолщинным налипанием донных осадков вязких нефтепродуктов) и, в связи с этим,ограниченная область использования. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому устройству, является устройство для 2 очистки резервуаров от донных отложений,описанное в предпатенте РК 13126,Кл. В 08 В 9/08,101/02, 2003 г. Это устройство включает установку для подготовки и подачи горячей воды или нагретого водяного пара, которая установлена на передвижной автоплатформе телескопическую стрелу, один конец которой размещен на механизме изменения угла наклона стрелы, паропровода и четырех сборных насадка, закрепленном на кузове автоплатформы. Четыре насадка образуют оппозитно расположенные пары. Каждый насадок закреплен на конце выдвижной телескопической штанги, которая имеет механизм поворота. Телескопическая штанга с помощью троса погружается в нефтеналивную емкость. Механизм изменения угла наклона стрелы и механизм поворота штанг связаны между собой тросами. Каждый насадок содержит кольцевые сопла и цилиндрический патрубок. Недостатками данного устройства является то,что оно может быть использовано только для очистки емкостей с плавающими крышами, т.е. производить очистку от донных отложений можно только через верх нефтеналивной емкости, что ведет к дополнительным технологическим сложностям. В связи с тем, что в нефтяной отрасли Республики Казахстан используются резервуары без плавающих крыш, возникает необходимость выреза проема в верхней части стальных резервуаров, что создает дополнительные трудности при его эксплуатации. Данное устройство также недостаточно мобильно из-за того, что механизм поворота штанг,удерживающий четыре насадка-сопла Лаваля,достаточно громоздкий,неудобен при использовании,а очистка резервуара осуществляется фактически вслепую, что влияет на качество очистки. Перед авторами стояла задача разработать более универсальное,конструктивно простое и одновременно мобильное устройство, удобное в эксплуатации, которое позволило бы повысить качество очистки нефтеналивных емкостей, и в частности, железнодорожных цистерн, обеспечить технику безопасности при проведении подобных работ, снизить межремонтный период очищаемых емкостей,обеспечить безопасность труда проводимых работ для человека. Предложено устройство для очистки цистерн и других нефтеналивных емкостей от донных отложений, включающее телескопическую стрелу,один конец которой закреплен на кузове автоплатформы, парогенераторную установку типа ППУ-ЗМ, которая удалена примерно на 5 м от автоплатформы, и паропровод, обеспечивающий подачу водяного пара к приспособлению для подачи водяного пара представляющее собой сборный насадок. В отличие от известного, предлагаемое устройство имеет только один сборный насадок,состоящий из кольцевого сопла и цилиндрического патрубка, с помощью которого осуществляется истечение потока струи водяного пара со сверхзвуковой скоростью (2 Маха). Насадок крепится непосредственно на конец телескопической стрелы, что повышает ее мобильность. Телескопическая стрела является составной и имеет неподвижную часть,укрепленную на автоплатформе и подвижную выдвигающуюся часть, которая имеет возможность перемещения в пространстве. Рядом с насадком, на конце подвижной части телескопической стрелы дополнительно установлена инфракрасная видеокамера, позволяющая осуществлять оператору,управляющему устройством и процессом очистки обзор внутренней полости резервуара. Эксплуатация заявленного устройства для очистки донных отложений показала, что оно универсально, поскольку может быть с успехом использовано для очистки донных отложений в нефтеналивных емкостей любого типа, включая железнодорожные цистерны. Устройство имеет более простую конструкцию,поскольку насадок для истечения струи водяного пара укреплен непосредственно на подвижном конце телескопической стрелы, обладает высокой мобильностью, кроме того, позволяет осуществлять обзор внутренней полости нефтеналивных емкостей и, как следствие, обеспечивает более высокое качество очистки нефтеналивных емкостей от донных отложений. Помимо того, что устройство применимо при очистке любых резервуаров устройство является универсальным еще и потому,что может быть использовано для разжижения амбарной нефти для дальнейшей подготовки ее к товарной нефти. Кроме того, устройство может эффективно использоваться для очистки от загрязнений крупногабаритного нефтяного оборудования. На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства. Устройство для очистки донных отложений включает автоплатформу (1),жестко закрепленную на ней составную телескопическую стрелу(2) с шарнирносоединенной выдвижной частью, с возможностью ее перемещения в пространстве в трех степенях свободы, паропровод (3), проходящий по всей длине металлической арматуры телескопической стрелы и соединенный с насадком - соплом Лаваля (4) укрепленном на выдвижном конце телескопической стрелы,инфракрасную видеокамеру(5) установленную рядом с насадком, насос (6) для откачки пульпы, парогенераторную установку (7) для подготовки и подачи водяного пара или горячей воды (типа ППУ-ЗМ). Данное устройство было опробовано на промысле Узень в Мангистауской области Казахстана, где используются стальные резервуары для хранения товарной нефти. Донные отложения, в таких резервуарах, как правило, составляют порядка от одного до трех метров. Предлагаемое устройство работает следующим образом. К нефтяному резервуару с вырезанным в боковой части проему с размером 23 м 2(железнодорожной цистерне с открытой верхней крышкой) подгоняли автоматическую платформу (1) и вводили через проем (крышку) телескопическую стрелу (2), выдвигая при необходимости ее подвижную часть на требуемую длину, перемещая в нужном направлении. С помощью ППУ-ЗМ парогенераторной установки (7) подавали по паропроводу (3) проходящему через металлическую арматуру телескопической стрелы пар к насадку соплу Лаваля (4), формирующую струю водяного пара, истекающую со сверхзвуковой скоростью равной 2 Маха, обеспеченной конструкцией сопла Лаваля. Сопло Лаваля (4) используемое в предложенном устройстве обеспечивает мощную струю исходящего пара, (расход пара равен 4,8 т/час). Площадь критического сечения кольцевого сопла Лаваля равно 0,9610-3 м 2. Соответственно, площадь выходного сечения кольцевого сопла Лаваля равнялась 1,76 х 10-3 м 2. Струя пара истекает со сверхзвуковой скоростью и имеет следующие параметры Мс 2,0-2,4 Тс 383- 413 К Рс(1,3-1,6)х 105 Па,где Мс - число Маха Тс - термодинамическая температура Рс - давление струи водяного пара. Эти режимные параметры были определены расчетным путем и являются оптимальными, что было установлено при проведении испытаний устройства при очистке резервуара от нефтешлама и являются оптимальными для разрушения асфальтосмолистых отложений без особых потерь энергии. Все выше приведенные параметры, а именно, массовый расход струи, вызывает рост реактивной силы и кинетической энергии струи водяного пара. После отмывки донных отложений пульпа выкачивалась с помощью насоса. Использование энергии истекающего со сверхзвуковой скоростью в направлении стенок резервуара водяного пара, преобразуемой в высокую кинетическую энергию, способную разжижать заиленные участки, позволило очищать внутреннюю поверхность от налипаний донных отложений достаточно эффективно. Оператор,находясь в кабине автоплатформы, с помощью монитора наблюдал за процессом очистки и при помощи пульта управления направлял выдвижной конец телескопической стрелы (2) к неочищенному участку внутренних стенок резервуара. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для очистки от донных отложений железнодорожных цистерн и других нефтеналивных емкостей, включающее телескопическую стрелу,закрепленную на кузове автоплатформы,приспособление, представляющее собой насадок,состоящий из кольцевого сопла и цилиндрического патрубка, обеспечивающий истечение водяного пара со сверхзвуковой скоростью, парогенераторную установку и паропровод, отличающееся тем, что,телескопическая стрела выполнена составной и содержит неподвижную жестко закрепленную на автоплатформе часть и подвижную выдвижную часть, способную свободно перемещаться в пространстве за счет шарнирного соединения с 3 неподвижной частью стрелы, а насадок для истечение струи водяного пара, укреплен непосредственно на конце подвижной выдвижной части, а рядом с ним дополнительно установлена инфракрасная видеокамера.