CN109701413B - 一种用于球形储油罐内部的均质装置 - Google Patents

Abstract

一种用于球形储油罐内部的均质装置，安装于储油罐底部中心，由旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元组成，中心管轴带有受电磁阀控制的吸液口并在不同高度处安装有密度计，伸缩叶刺单元包括叶刺外管、叶刺内管以及受电磁阀控制的射流喷嘴。该装置考虑了原油易燃性、粘滞性以及传统底部搅拌桨在球罐中的操作死角问题，通过对储油罐内部不同高度处原油介质密度的监测来控制伸缩叶刺单元周期性展开和收缩、相应部件的加热和低速旋转、轻中质原油的抽吸及其在重质原油环境下的喷出。采用径向机械搅拌与旋转搅拌相结合、射流搅拌与浮升搅拌相结合的方式，实现球形储油罐内部原油介质三维空间的混合均质，在工程生产中具有较好的应用和推广前景。

Description

一种用于球形储油罐内部的均质装置

技术领域

本发明涉及一种用于球形储油罐内部的均质装置，即一种安装在储油罐底部中心，根据密度差控制伸缩叶刺单元展开和收缩，并使伸缩叶刺单元绕中心管轴旋转，通过循环抽吸和喷射轻、中质原油使储油罐内原油均质的装置，属于石油存储设备技术领域。

背景技术

原油即石油，它是一种由各种烃类组成的黏稠液态或半固态可燃混合物。当原油进入储油罐静置后，由于原油自身介质比重不同而在储油罐内形成不同比重的分层，比重大的介质沉积在储油罐下部，比重较大的介质位于储油罐中部，比重最小的介质位于储油罐上部。从储油罐上部到下部，原油介质的粘滞性逐渐增加，而流动性逐渐减弱。

目前，储油罐按罐体外形主要分为球形罐和圆柱形罐。球形罐与圆柱形罐相比，在相同容积和相同压力下，球形罐的罐体外表面积最小，故制造罐体所需钢材用量最少；在相同直径情况下，球形罐内应力最小，而且均匀，其承载能力比圆柱形罐大很多，球形罐的罐壁厚度也比圆柱形罐的罐壁薄很多。因此球形罐作为大容量、承压的储存容器，被广泛应用于石油、化工和冶金等相关行业。

针对介质分层及介质粘滞性和流动性不均问题，可用于其他工程设备领域的一些搅拌装置被研究和发明，包括桨叶旋转和气动搅拌等。但就原油轻质组分易挥发、原油介质可燃性以及原油介质粘滞性和流动性的特殊性质，低速旋转桨叶受原油粘滞性及流动性影响较大易产生停转甚至损坏电机，而高速旋转桨叶易产生静电致燃；气动搅拌所使用的气源或原油介质可燃性问题限制，或受气源成本问题限制而且气动搅拌的气源出口易受原油介质粘滞性及流动性影响产生堵塞问题而无法被有效应用和推广。对于球形储油罐，其不同高度水平截面圆直径不断变化的特点，固定长度和固定位置的机械旋转搅拌桨叶片也存在搅拌死角区的问题。

发明内容

针对原油特有的可燃、粘滞性和流动性问题，并根据球形储油罐的球形结构，本发明提供一种用于球形储油罐内部的均质装置，以解决球形储油罐内部原油介质分层及介质粘滞性和流动性不均的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在球形储油罐内部底中心处安装一种新型均质装置。该装置由旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元组成。旋转底座为中心管轴和伸缩叶刺单元的支撑部件。中心管轴上安装有密度计以及受电磁阀Ⅰ控制的吸液口。伸缩叶刺单元包括叶刺外管、叶刺内管以及受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴。当球形油罐内部不同高度的原油介质密度差达到设定值时，控制系统启动执行加热、旋转及叶刺展开和收缩操作，利用电磁阀Ⅰ控制中心管轴上的吸液口抽吸球形储油罐中上部的轻、中质原油，使其通过中心管轴内腔通道垂直向下传输至伸缩叶刺单元中，再通过伸缩叶刺单元中下部的射流喷嘴将轻、中质原油喷射至球形储油罐下部的重质原油中，与重质原油混合实现均质。

上述旋转底座为中心管轴和伸缩叶刺单元的支撑部件，通过球形储油罐原有电动机和旋转控制器等设备进行旋转。旋转底座连接于球形储油罐和中心管轴之间，由抗压、耐腐并具有良好导热性的材料制成。旋转底座具有内、外双层侧壁结构，其外层侧壁内表面做电热涂层处理，内、外双层侧壁之间为抗压、阻热、阻燃纤维做间隔填充，纤维间隙中做电热涂层电路加热控制系统，电路加热控制系统做管路密封处理。电热涂层电路加热控制系统启动时，电热涂层制热并将热量通过旋转底座外层侧壁传至其外表面，降低旋转底座周围原油的粘滞性，促进原油的流动。旋转底座内部为中空腔体，与中心管轴内部中空腔体连成一体。旋转底座横截断面外边界为圆形、多边形、异形。

上述中心管轴采用抗压、耐腐并具有良好导热性的材料制成，具有内、外双层侧壁结构，其外层侧壁内表面做电热涂层处理，内、外双层侧壁之间为抗压、阻热、阻燃纤维做间隔填充，纤维间隙中做电热涂层电路加热控制系统，电路加热控制系统做管路密封处理。电热涂层电路加热控制系统启动时，电热涂层制热并将热量通过中心管轴侧壁传至其外表面，降低中心管轴周围原油的粘滞性，促进原油的流动。中心管轴内部为中空腔体，其中空腔体为球形储油罐轻质原油由上至下流至旋转底座内部中空腔体提供流动通道。中心管轴侧壁不同高度位置上间隔安装有受电磁阀控制的吸液口，每个高度位置上有吸液口多个，均匀分布。在抽吸泵的作用下，中心管轴周围的原油通过吸液口被抽吸至中心管轴内部中空腔体。中心管轴横截断面外边界为圆形、多边形、异形。吸液口与中心管轴连接处做密封处理。

上述叶刺外管采用抗压、耐腐并具有良好导热性的材料制成，呈弧型，数量多个，连接在旋转底座上，均匀分布在中心管轴周边，随旋转底座绕中心管轴进行旋转。叶刺外管具有内、外双层侧壁结构，其外层侧壁内表面做电热涂层处理，内、外双层侧壁之间为抗压、阻热、阻燃纤维做间隔填充，纤维间隙中做电热涂层电路加热控制系统，电路电热控制系统做管路密封处理。电热涂层电路加热控制系统启动时，电热涂层制热并将热量通过叶刺外管传至其外表面，降低叶刺外管周围原油的粘滞性，促进原油的流动。叶刺外管内部为中空腔体，其中空腔体内安装有叶刺内管。球形储油罐内部原油介质出现分层时，电路加热系统、叶刺伸缩系统及旋转系统相继启动，伸缩叶刺单元进行周期性叶刺展开和收缩操作。叶刺向外完全展开时，呈盛开的花瓣状，在旋转系统的控制下，球形储油罐实现以中心管轴为轴心，径向较大半径处的原油介质搅拌；叶刺向内收缩时，呈不同大小的花苞状，在旋转系统的控制下，球形储油罐实现以中心管轴为轴心，径向较小半径处的原油介质搅拌。

上述叶刺内管位于叶刺外管内部中空腔体中，其形状和数量与叶刺外管相对应。叶刺内管内部为中空腔体，与旋转底座内部中空腔体连通，为被抽吸至旋转底座内部中空腔体中的轻质原油沿叶刺内管由下向上流动提供通道。叶刺内管采用两部分材料制成，其近旋转底座端由耐热、耐腐的柔性材料制成，柔性材质随叶刺外管更好地进行展开和收缩，其它部分由抗压、耐腐及耐热材料制成。近旋转底座端以外的部分，叶刺内管与叶刺外管同步运动。

上述叶刺外管和叶刺内管同步运动部分，在不同高度上间隔安装有受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴。在高压作用下，被吸入到叶刺内管中的轻、中质原油通过射流喷嘴被喷出，与伸缩叶刺单元周围的中、重质原油混合。射流喷嘴与叶刺外管和叶刺内管的连接处做密封处理。

上述密度计安装于中心管轴不同高度的侧壁上，用以测量相应高度处中心管轴周围的原油介质密度。测量值被自动采集并进行密度差计算，当不同高度原油介质密度差达到额定范围上限时，即球形储油罐内部原油介质出现分层时，加热系统、叶刺伸缩系统、旋转系统、抽吸系统相继启动，位于中、上部密度较小的轻、中质原油通过中心管轴侧壁的吸液口被抽吸至中心管轴、旋转底部及伸缩叶刺单元内部的中空腔体中。

与现有技术相比，本发明充分利用球形储油罐原有电动机、旋转系统、高压泵和加热器等设备，在球形储油罐内部底中心加装一个由旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元组成的新型装置，根据球形储油罐内部不同高度处原油介质密度差控制伸缩叶刺单元的展开和收缩，并使伸缩叶刺单元随旋转底座和中心管轴旋转，通过循环抽吸和喷射轻质原油达到球形储油罐内原油均质的目的。该装置各结构单元（旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元）的旋转搅拌、伸缩叶刺单元周期性的展开和收缩以及伸缩叶刺单元不同高度上的喷射作用实现了球形储油罐内部原油介质在三维空间的混合均质。伸缩叶刺单元不同高度上的喷射出的轻、中质原油在重质原油介质环境下相当于射流搅拌和浮升搅拌。因此，旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元即使进行低速旋转运行，也可有效避免球形储油罐内部介质分层问题以达到均质的目的，同时避免了由于快速旋转搅拌产生的静电问题。旋转底座、中心管轴以及伸缩叶刺单元侧壁的电路加热系统有效解决了原油在装置外表面流动性较差、粘滞性较高，对中心管轴的吸液口和伸缩叶刺单元的射流喷嘴产生堵塞以及对装置各结构单元运行产生阻碍的问题，极具技术推广前景。

附图说明

图1是伸缩叶刺被完全展开呈花瓣状时的均质装置示意图。

图2是伸缩叶刺被收缩呈花苞状时的均质装置示意图。

图3是单个伸缩叶刺单元示意图。

图中：1.球形储油罐，2.旋转底座，3.中心管轴，4.受电磁阀Ⅰ控制的吸液口，5.伸缩叶刺单元，6.密度计，51.叶刺外管，52.叶刺内管，53.受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴。

具体实施方式

本发明实施例中球形储油罐内部的均质装置由旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元组成。中心管轴上带有受电磁阀Ⅰ控制的吸液口，其不同高度处安装有密度计。伸缩叶刺单元包括叶刺外管、叶刺内管以及受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴。

本发明实施例中旋转底座、中心管轴及叶刺外管采用抗压、耐腐并具有良好导热性的材料制成，具有内、外双层侧壁，其外层侧壁内表面做电热涂层处理，内、外双层侧壁之间为抗压、阻热、阻燃纤维做间隔填充，纤维间隙中做电热涂层电路加热控制系统，电路加热控制系统做管路密封处理。

本发明实施例中旋转底座连接于球形储油罐和中心管轴之间，旋转底座内部为中空腔体，与中心管轴内部中空腔体以及叶刺内管内部中空腔体连成一体。旋转底座横截断面外边界为圆形、多边形、异形。

本发明实施例中心管轴横截断面外边界为圆形、多边形、异形。

本发明实施例中叶刺外管呈弧型，数量多个。叶刺向外完全展开时，呈盛开的花瓣状；叶刺向内收缩时，呈不同大小的花苞状。

本发明实施例中叶刺内管位于叶刺外管内部中空腔体中，其形状和数量与叶刺外管相对应。叶刺内管近旋转底座端由耐热、耐腐的柔性材料制成，其它部分由抗压、耐腐及耐热材料制成。

本发明的实施例：

一种用于球形储油罐内部的均质装置，其伸缩叶刺被完全展开呈花瓣状时的均质装置示意图、伸缩叶刺被收缩呈花苞状时的均质装置示意图以及单个伸缩叶刺单元示意图分别如附图1、附图2和附图3所示。旋转底座（2）安装于球形储油罐（1）内底中心处，中心管轴（3）位于旋转底座（2）中心的上部，多个伸缩叶刺单元（5）以中心管轴（3）为中心轴线均匀分布于旋转底座（2）上。中心管轴（3）在不同高度处配有多个均匀分布在中心管轴四周且受电磁阀Ⅰ控制的吸液口（4），密度计（6）被安装在中心管轴（3）不同高度位置，用以监测所在高度位置处球形储油罐（1）内部原油介质的密度。伸缩叶刺单元（5）是由叶刺外管（51）包裹叶刺内管（52）的单元组合，叶刺外管（51）和叶刺内管（52）同步运行部分的不同高度处配有受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴（53）。旋转底座（2）、中心管轴（3）以及叶刺内管（52）内部的中空腔体相互连通。当中心管轴（3）不同高度处的密度计（6）对球形储油罐（1）内部相应高度处原油介质密度的测量值差值达到额定范围上限值时，即球形储油罐（1）内部原油介质出现分层时，装置各控制系统将被启动。首先，启动加热系统，使旋转底座（2）、中心管轴（3）和伸缩叶刺单元（5）外侧壁升温，减小沉积在其外表面的原油介质的粘滞性，增加原油介质的流动性，同时避免沉积的原油介质堵塞中心管轴（3）上受电磁阀Ⅰ控制的吸液口（4）和伸缩叶刺单元（5）上受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴（53）的堵塞问题。其次，启动叶刺伸缩系统，使伸缩叶刺单元（5）周期性展开和收缩，实现了球形储油罐（1）内部原油介质水平径向的搅拌混合。再次，启动旋转系统，使旋转底座（2）、中心管轴（3）和伸缩叶刺单元（5）进行360度低速旋转，促进了球形储油罐（1）内部原油介质的混合均质，同时避免了由于快速旋转搅拌产生的静电问题。然后，控制系统开启中心管轴（3）上的电磁阀Ⅰ控制的吸液口（4），同时控制伸缩叶刺单元（5）上的电磁阀Ⅱ封闭射流喷嘴（53），之后再启动抽吸系统将位于球形储油罐（1）中、上部密度较小的轻、中质原油通过受电磁阀Ⅰ控制的吸液口（4）吸入，被吸入的原油依次经过并充满中心管轴（3）、旋转底部（2）及伸缩叶刺单元（5）内部的中空腔体，此时打开受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴（53）将轻、中质原油喷射至重质原油环境中，利用喷射作用及轻、中质原油在重质原油环境中的上浮作用，实现了球形储油罐内部原油介质三维空间的混合均质。最终，通过伸缩叶刺单元周期性的展开和收缩、各结构单元的低速旋转以及轻、中质原油被循环抽吸与喷射以达到球形储油罐（1）内部原油介质的充分混合和均质。当密度计（6）所测量的密度差值小于额定范围下限值时，装置控制系统关闭抽吸控制系统、喷射控制系统、旋转控制系统、伸缩控制系统以及加热控制系统。待下一次密度差监测达到额定范围上限值时，启动装置各控制系统重复进行均质操作。

Claims (4)

1.一种用于球形储油罐内部的均质装置，由旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元组成；中心管轴带有受电磁阀Ⅰ控制的吸液口并在不同高度处安装有密度计，伸缩叶刺单元包括叶刺外管、叶刺内管以及电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴；伸缩叶刺单元的叶刺外管连接在旋转底座上，随旋转底座绕中心管轴进行旋转，叶刺外管内部中空；伸缩叶刺单元的叶刺内管位于叶刺外管内部中空腔体中，叶刺内管内部为中空腔体，与旋转底座内部中空腔体连通，为被抽吸至旋转底座内部中空腔体中的轻质原油沿叶刺内管由下向上流动提供通道，叶刺内管与叶刺外管同步运动；当中心管轴不同高度处的密度计对球形储油罐内部相应高度处原油介质密度的测量值差值达到额定范围上限值时，即原油介质出现分层时，装置相应结构部件依次完成加热、叶刺伸缩、旋转搅拌、吸液与喷出操作，旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元外侧壁受热升温，减小沉积在其外表面的原油介质的粘滞性，增加原油介质的流动性，同时避免沉积的原油介质堵塞中心管轴上受电磁阀Ⅰ控制的吸液口和伸缩叶刺单元上受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴的堵塞问题；旋转底座、中心管轴和伸缩叶刺单元进行360度低速旋转，促进了球形储油罐内部原油介质的混合均质，同时避免了由于快速旋转搅拌产生的静电问题；位于球形储油罐中、上部密度较小的轻、中质原油通过受电磁阀Ⅰ控制的吸液口吸入，被吸入的原油依次经过并充满中心管轴、旋转底部及伸缩叶刺单元内部的中空腔体，受电磁阀Ⅱ控制的射流喷嘴将轻、中质原油喷射至重质原油环境中，喷射作用及轻、中质原油在重质原油环境中的上浮作用，进而达到球形储油罐内部原油介质三维空间混合均质的目的。

2.根据权利要求1所述的一种用于球形储油罐内部的均质装置，所述的叶刺外管呈弧型，数量多个，均匀分布在中心管轴周边；叶刺外管采用抗压、耐腐并具有良好导热性的材料制成；球形储油罐内部原油介质出现分层时，伸缩叶刺单元进行周期性叶刺展开和收缩，有效避免了常规搅拌桨叶片在球形储油罐中存在操作死角的问题，伸缩叶刺单元向外完全展开时，叶刺外管呈盛开的花瓣状，伸缩叶刺单元向内收缩时，呈不同大小的花苞状。

3.根据权利要求1所述的一种用于球形储油罐内部的均质装置，所述的叶刺外管具有内、外双层侧壁，其外层侧壁内表面做电热涂层处理，内、外双层侧壁之间为抗压、阻热、阻燃纤维做间隔填充，纤维间隙中做电热涂层电路加热控制系统，电路加热控制系统做管路密封处理，电热涂层电路加热控制系统启动时，电热涂层制热并将热量通过叶刺外管传至其外表面，降低叶刺外管周围原油的粘滞性，促进原油的流动。

4.根据权利要求1所述的一种用于球形储油罐内部的均质装置，所述的叶刺内管其形状和数量与叶刺外管相对应；叶刺内管采用两部分材料制成，其近旋转底座端由耐热、耐腐的柔性材料制成，柔性材质随叶刺外管更好地进行展开和收缩，其它部分由抗压、耐腐及耐热材料制成，近旋转底座端以外的部分。

Images