Разогрев и слив вязких и застывающих продуктов из железнодорожных цистерн

Проблема слива из железнодорожных цистерн высоковязких и застывающих продуктов возникает перед каждым потребителем или стивидорной компанией, занимающейся перевалкой в связи с необходимостью предварительного разогрева продукта в цистерне перед его разгрузкой.

До недавнего времени разогрев производился открытым паром, подаваемым непосредственно в продукт. В результате обводнение сливаемого из цистерн продукта, достигало нескольких десятков процентов и требовалось время на его отстой в резервуарах хранения для удаления воды, снижающей его потребительские качества.

В последнее время при сливе нефтепродуктов из железнодорожных цистерн стали применять системы циркуляционного разогрева, исключающие обводнение, с замкнутым контуром, в котором производятся следующие операции:

• отбор холодного продукта из цистерны в контур циркуляционного разогрева;
• разогрев во внешнем теплообменнике;
• возврат разогретого продукта в цистерну.

Отбор холодного и возврат разогретого продукта в цистерну может производиться как через нижний сливной клапан, так и через устройство, погружаемое в цистерну через верхний люк.

Необходимость в организации циркуляции как через нижний сливной клапан, так и через верхний люк связана с тем, что в числе поступающих под разгрузку цистерн попадаются цистерны с неисправным сливным прибором. В этом случае разогрев продукта в цистерне можно произвести только через верхний люк.

Существуют индивидуальные схемы циркуляционного разогрева, рассчитанные на разогрев каждой цистерны по отдельности, а также системы циркуляционного разогрева, рассчитанные на разогрев нескольких цистерн одновременно.

На рынке предлагаются четыре схемы, реализующие внешний циркуляционный разогрев:

1. Централизованный циркуляционный разогрев, при котором холодный продукт отбирается одновременно из всех цистерн эстакады через нижние сливные приборы в общий приемный коллектор, из которого мощными насосами прокачивается через теплообменники и подается в напорный коллектор, откуда распределяется во всех цистернах через форсунки гидромониторов устройств нижнего слива УСН (первые реализации проектов циркуляционного разогрева).
2. Групповой циркуляционный разогрев, который отличается от централизованного тем, что на эстакаде организуется несколько контуров циркуляции, обслуживающих, как правило по 5-6 цистерн (модернизация в предположении, что недостатки централизованного разогрева уменьшаются пропорционально уменьшению числа цистерн в одном контуре).
3. Индивидуальный циркуляционный разогрев через нижний сливной прибор цистерны ("нижний разогрев"), который отличается тем, что система внешнего циркуляционного разогрева индивидуальна для каждой цистерны (полностью исключаются недостатки централизованного и группового разогрева).
4. Индивидуальный циркуляционный разогрев через верхний люк цистерны ("верхний разогрев"), который отличается тем, что, отбор холодного продукта из цистерны и подача разогретого продукта в цистерну производится через верхний люк (индивидуальный циркуляционный разогрев для цистерн с неисправным нижним сливным прибором).

Групповой циркуляционный разогрев, как вариант централизованного с присущими ему недостатками, оказался практически неработоспособным по перечисленным ниже причинам, основой которых является невозможность организовать равномерную обработку всех цистерн в группе.

1. Физически неизбежен перелив продукта через верхний люк цистерны из-за неуправляемого подвода горячего и отвода холодного продукта по каждой цистерне группы.
2. Для регулирования технологических параметров используется донный клапан цистерны, который совершенно для этих целей не пригоден по своим техническим параметрам и не может быть автоматизирован, что требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.
3. С целью снижения вероятности перелива через верхний люк применяется ограничение производительности циркуляционного насоса до 15…30 м3/час на каждую цистерну, что увеличивает время разогрева.
4. С целью снижения вероятности перелива через верхний люк применяется частичный слив продукта из цистерны в резервуарный парк, что приводит к необходимости последующего замыва котла цистерны открытыми струями, либо повторному заполнению продуктом из резервуарного парка
5. Применяемое оборудование имеет большие габариты и вес и при его размещении внутри строительной конструкции эстакады доступ к нему для проведения планового технического обслуживания или ремонта значительно затруднен. При невозможности проведения ремонта на площадке требуется использование грузоподъемного оборудования, что приведет к остановке эксплуатации всей эстакады.
6. При выходе из строя оборудования группового подогрева и слива не слитыми остаются все шесть цистерн группы, так как резервирование насосного и теплообменного оборудования не предусматривается.
7. Наличие циркуляционных коллекторов значительно увеличивает габарит эстакады.

Все реализованные схемы централизованного или группового разогрева, недостаточно хорошо работают при разогреве застывших продуктов, особенно в холодный период года.

Это связано с ошибочной концепцией, что разогреть холодный продукт в цистерне можно, подавая в него высоконапорные струи горячего продукта, который перемешается с холодным и отдаст ему свою тепловую энергию, которую приобрел во внешнем теплообменнике со специально организованными узкими проходными каналами и при высоком температурном напоре со стороны теплоносителя.

Как показала практика, это предположение не соответствует действительности, так как условия теплопередачи в цистерне гораздо хуже, чем во внешнем теплообменнике.

Струи горячего продукта, подаваемые под давлением в застывший продукт, внедряются в него без заметного перемешивания и, в результате, горячий продукт либо уходит в верхнюю область цистерны за счет меньшей плотности, либо образует замкнутые полости в нижней области цистерны в зоне отбора продукта в систему циркуляции.

Оба результата значительно снижают эффективность работы, так как первый случай приводит к кавитации насоса и необходимости снижения его производительности, во втором случае необходимо уменьшать мощность теплообменника, так как подаваемый в него продукт имеет высокую температуру.

Для эффективной работы циркуляционной системы должны быть выполнены два условия:

• продукт должен иметь низкую вязкость для работы циркуляционного насоса без кавитации на номинальной производительности;
• продукт должен иметь достаточно низкую температуру для возможности нагрева в теплообменнике до максимально предельной по условия безопасности.

Предлагаемые нашей компанией индивидуальные установки, использующие технологию двухконтурного циркуляционного разогрева (патенты РФ №2112733, №2260552), обеспечивают управляемый процесс теплопередачи в цистерне по контролируемым параметрам давления и температуры продукта с сохранением номинальной производительности циркуляционного насоса и максимального перепада температуры в теплообменнике.

Принцип двухконтурного разогрева заключается в том, что расход разогретого во внешнем теплообменнике продукта разделяется регулирующими кранами на две части:

• внешний контур - часть расхода G1 подается в откидные трубы блока размыва в район эллиптических днищ цистерны, откуда всплывает на поверхность холодного продукта за счет меньшей плотности;
• внутренний контур - часть расхода G2 подается непосредственно в зону отбора холодного продукта из цистерны в систему циркуляции.

При разогреве используется принцип замещения - холодный продукт, отбираемый из цистерны, замещается разогретым продуктом, возвращаемым в цистерну в наиболее удаленные, от сливного прибора, зоны и всплывает на поверхность холодного продукта в цистерне. Для обеспечения отбора холодного продукта из цистерны часть горячего продукта подается в зону отбора холодного продукта из цистерны.

Управление соотношением расходов горячего продукта G1 и G2 осуществляется регуляторами К1 и К2 на выходе теплообменника в автоматическом режиме по давлению на входе в насос, которое поддерживается не ниже давления, при котором начинается кавитация.

В цистерне образуется граница раздела между холодным и горячим продуктом, постоянно понижающаяся в процессе работы. Увеличивающийся верхний слой горячего продукта полностью растапливает холодный продукт на стенках цистерны, оставляя их после опорожнения совершенно чистыми.

Применение устройства размыва с откидными трубами позволяет исключить этап так называемой "зачистки", которая осуществляется в других технологиях открытыми струями, что запрещено требованиями пожарной безопасности (ППБ 01-03, ГОСТ 1510-84) и приводит значительному загрязнению окружающей среды.

Циркуляционный разогрев по указанному принципу может быть организован как через нижний сливной клапан цистерны, так и через специальное устройство, погружаемое в цистерну через верхний люк до дна, для цистерн с неисправным сливным прибором, либо комбинированный вариант индивидуальной установки.

Установки разогрева и слива вязких продуктов, основанные на данной технологии, являются экологически чистыми, соответствуют всем требованиям промышленной и пожарной безопасности, позволяя при этом сохранить качество сливаемого продукта.

Главное преимущество индивидуальных установок с двухконтурным регулируемым технологическим процессом - обеспечение планируемого объема перевалки за счет высокой эффективности и, как следствие, получение прибыли при отсутствии штрафных санкций за простой цистерн и невыполнение договорных обязательств по поставке продукта.

Техническое описание комплекса разогрева и слива вязких нефтепродуктов из ж/д цистерн (нажмите для перехода)