RU146304U1

RU146304U1 - RAILWAY TANK FOR THE TRANSPORTATION OF LIQUID OIL PRODUCTS

Info

Publication number: RU146304U1
Application number: RU2014120022/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Моисеев; Татьяна Александровна Комарова; Ольга Александровна Комарова; Людмила Валерьевна Цыганская; Екатерина Алексеевна Исполова
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-10-10

Abstract

Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких нефтепродуктов, включающая горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел с верхним наливным люком и нижним сливным патрубком, снабженным системой его обогрева, отличающаяся тем, что на наружную поверхность котла нанесено токопроводящее покрытие, на котором жестко укреплены две металлические сетки с электрическими разъемами для подключения к источнику питания, покрывающие верхнюю и нижнюю половины котла, а поверх них на котел нанесено теплоизолирующее покрытие, причем число его слоев на верхней половине котла в 3-5 раз больше, чем на нижней его половине.A railway tank for transporting liquid petroleum products, including a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys with an upper loading hatch and a lower drain pipe equipped with a heating system, characterized in that a conductive coating is applied to the outer surface of the boiler, on which two metal grids with electric wires are rigidly fixed connectors for connecting to a power source, covering the upper and lower halves of the boiler, and on top of them a heat-insulating coating is applied to the boiler PTFE coating, with the number of layers at the upper half of the boiler 3-5 times more than the bottom half.

Description

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а более конкретно к вагонам - цистернам для транспортировки жидких нефтепродуктов, изменяющих при охлаждении свои свойства.The utility model relates to the field of railway transport, and more specifically to railcars - tanks for transporting liquid petroleum products that change their properties when cooled.

Известны специализированные цистерны, например модель 15-1566, не имеющие тепловой изоляции стенок котла, но снабженные средствами разогрева загустевающих жидких нефтепродуктов, например, мазутов, для восстановления их текучести перед выгрузкой, проводимой самотеком (Губенко В.К., Никодимов А.П., Жилин Г.К. Цистерны (устройство, эксплуатация, ремонт). М.; Транспорт, 1990 г., 151 с.).Specialized tanks are known, for example, model 15-1566, which do not have thermal insulation of the boiler walls, but are equipped with means for heating thickened liquid petroleum products, for example, fuel oil, to restore their fluidity before unloading by gravity (Gubenko V.K., Nikodimov A.P. , Zhilin GK Tanks (device, operation, repair). M .; Transport, 1990, 151 pp.).

Недостатком названных цистерн является то, что разогрев нефтепродуктов требует больших затрат тепловой энергии и длительного простоя вагонов под выгрузкой, а включение системы разогрева в конструкцию вагона, значительно увеличивает массу его тары.The disadvantage of these tanks is that the heating of petroleum products requires a large expenditure of thermal energy and long downtime of the cars under discharge, and the inclusion of a heating system in the design of the car significantly increases its mass.

Известны специализированные цистерны - термосы, имеющие тепловую изоляцию котла, обеспечивающую снижение скорости охлаждения перевозимого нефтепродукта (Казубов А.И. Применение цистерн-термосов для перевозки застывающих нефтепродуктов. М.; «ЦНИИТЭИМОС», вып. 11, 1987, 32 с.).Known specialized tanks are thermoses that have thermal insulation of the boiler, which ensures a decrease in the cooling rate of the transported oil product (Kazubov A.I. The use of tank thermoses for transportation of solidifying oil products. M; TsNIITEIMOS, issue 11, 1987, 32 pp.).

Недостатком цистерн-термосов является невозможность широкого их использования для доставки жидких нефтепродуктов, объемы перевозок которых составляют десятки миллионов тонн в год. Это обусловлено необходимостью частого проведения ремонтных работ, связанных с восстановлением теплоизолирующей оболочки котла и значительным увеличением массы тары вагона-цистерны при использовании тепловой изоляции, отвечающей требованиям пожаробезопасности.The disadvantage of thermos tanks is the impossibility of their wide use for the delivery of liquid petroleum products, the volume of which is tens of millions of tons per year. This is due to the need for frequent repairs related to the restoration of the insulating shell of the boiler and a significant increase in the tare of the tank car when using thermal insulation that meets the fire safety requirements.

Цистерны-термосы используются лишь в небольших количествах и имеют строгую специализацию на данный тип затвердевающего при охлаждении наливного груза, следствием которой является большой, до 50% времени оборота вагона, порожний пробег.Thermos tanks are used only in small quantities and have a strict specialization in this type of bulk cargo hardening during cooling, which results in a large empty run up to 50% of the car’s turnaround time.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является цистерна для транспортировки загустевающих жидкостей, включающая горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел, имеющий верхний наливной люк, нижний сливной патрубок, снабженный нагревательным элементом и тепловую изоляцию, укрепленную на наружной поверхности котла, в нем обеспечивается сохранение начальной температуры основной массы нефтепродукта при его перевозках в условиях низких температур окружающей среды, снижение расхода тепловой энергии на их разогрев перед сливом и обеспечение высокой температуры сливаемого нефтепродукта, достигаемые за счет подавления его естественной конвекции (RU №2195420, B65D 88/74, B61D 5/02, 27.12.2002).The closest technical solution to the claimed utility model is a tank for transporting thickening liquids, including a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys, having a top loading hatch, a lower drain pipe provided with a heating element and thermal insulation mounted on the outer surface of the boiler; the initial temperature of the bulk of the petroleum product during its transportation in conditions of low ambient temperatures, lower consumption ode of thermal energy for their heating before discharge and ensuring the high temperature of the drained oil product, achieved by suppressing its natural convection (RU No. 2195420, B65D 88/74, B61D 5/02, 12/27/2002).

Недостатками данной цистерны являются: значительные вес, объем и сложность использования устройства подавления естественной конвекции горячего жидкого нефтепродукта, выполненного в виде блока тепловых аккумуляторов, заполненных теплоаккумулирующим составом.The disadvantages of this tank are: significant weight, volume and complexity of using a device for suppressing natural convection of hot liquid oil, made in the form of a block of thermal batteries filled with a heat-accumulating composition.

Задачей полезной модели является создание на базе нефтебензиновых цистерн для светлых нефтепродуктов, находящихся в обороте, новой цистерны, позволяющей перевозить в холодный осенне-зимний период темные и светлые жидкие нефтепродукты, проявляющие при охлаждении низкотемпературные свойства, такие как резкое увеличение вязкости, возникновение фазовых расслоений и др.The objective of the utility model is to create, on the basis of petrol-gasoline tanks for light petroleum products in circulation, a new tank that allows the transportation of dark and light liquid petroleum products during the cold autumn-winter period, exhibiting low-temperature properties during cooling, such as a sharp increase in viscosity, the occurrence of phase separation and other

Технический результат полезной модели - упрощение конструкции цистерны, уменьшение массы ее тары и увеличение вместимости котла.The technical result of the utility model is to simplify the design of the tank, reduce the mass of its containers and increase the capacity of the boiler.

Для решения поставленной задачи предлагается железнодорожная цистерна для транспортировки жидких нефтепродуктов, включающая горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел, с верхним наливным люком и нижним сливным патрубком, снабженным системой его обогрева, причем на наружной поверхности котла нанесено токопроводящее покрытие, на котором жестко укреплены две металлические сетки с электрическими разъемами для подключения к источнику питания, покрывающие верхнюю и нижнюю половины котла, а поверх них на котел нанесено теплоизолирующее покрытие, причем число его слоев на верхней половине котла в 3-5 раз больше, чем на нижней половине котла.To solve this problem, we propose a railway tank for transporting liquid petroleum products, including a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys, with an upper loading hatch and a lower drain pipe equipped with a heating system, and a conductive coating is applied on the outer surface of the boiler, on which two metal nets with electrical connectors for connecting to a power source, covering the upper and lower halves of the boiler, and on top of them to tel applied thermal insulating coating, wherein the number of layers thereof on the top half of the boiler 3-5 times more than the lower half of the boiler.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана железнодорожная цистерна для транспортировки жидких нефтепродуктов в продольном сечении, а на фиг. 2 - цистерна в поперечном сечении.In FIG. 1 shows a railway tank for transporting liquid petroleum products in longitudinal section, and in FIG. 2 - tank in cross section.

На наружную поверхность котла 1 цистерны, имеющего верхний наливной люк 2 и нижний сливной патрубок 3 с системой его обогрева, нанесено токопроводящее покрытие 4, на наружной поверхности которого жестко укреплены металлические сетки 5 и 6, покрывающие верхнюю и нижнюю половины котла 1 соответственно.A conductive coating 4 is applied to the outer surface of the boiler 1 of the tank, which has an upper filling hatch 2 and a lower drain pipe 3 with its heating system, on whose outer surface metal grids 5 and 6 are rigidly fixed, covering the upper and lower halves of the boiler 1, respectively.

На верхней сетке 5 установлен электрический разъем 7, а на нижней сетке 6 -электрический разъем 8, которые обеспечивают соединение сеток 5, 6 с внешним источником питания 9. На наружной поверхности котла 1 поверх металлических сеток 5, 6 нанесен слой 10 теплоизоляционного покрытия, причем на верхней половине котла 1 его толщина в 3-5 раз больше, чем на нижней половине котла 1, результаты получены на основании компьютерных расчетов и стендовых экспериментов.An electrical connector 7 is installed on the upper grid 5, and an electrical connector 8 is installed on the lower grid 6, which provide the connection of the grids 5, 6 with an external power source 9. On the outer surface of the boiler 1, a layer 10 of thermal insulation coating is applied over the metal grids 5, 6, and on the upper half of boiler 1, its thickness is 3-5 times greater than on the lower half of boiler 1, the results are obtained on the basis of computer calculations and bench experiments.

Теплоизоляционными покрытиями могут быть покрытия «Астратек», «Термоплэкс», «Корунд» и «Изоллат» по ГОСТ (ISO 9001-2011 (ISO 9001-2008)), имеющие низкий коэффициент теплопроводности λ≈0,001 Вт/м·град, и высокие эксплуатационные характеристики в интервале температур от минус 60°C до плюс 200°C.Thermal insulation coatings can be Astratek, Thermoplex, Corundum, and Isollat coatings according to GOST (ISO 9001-2011 (ISO 9001-2008)), which have a low thermal conductivity coefficient λ≈0.001 W / m · deg and high operational characteristics in the range of temperatures from minus 60 ° C to plus 200 ° C.

Позицией 11 отмечен перевозимый нефтепродукт, находящийся в жидком состоянии, позицией 12 - находящийся в загустевшем состоянии.Position 11 marks the transported oil product in a liquid state, position 12 indicates a thickened state.

Источники питания 9 должны быть установлены как в пункте налива нефтепродукта в цистерну, так и на станции его выгрузки.Power sources 9 must be installed both at the point of loading the oil product into the tank and at the unloading station.

Принцип работы заявляемого объекта основан на сочетании физических свойств нефтепродуктов и технологии их железнодорожных перевозок в цистернах, он заключается в следующем.The principle of operation of the proposed facility is based on a combination of the physical properties of petroleum products and the technology of their rail transportation in tanks, it is as follows.

Для нефтепродуктов характерны значительное уменьшение плотности с ростом температуры и низкая теплопроводность, что выражается значениями коэффициентов объемного теплового расширения β≈10^-3 1/град и теплопроводности λ=0,16 Вт/м°C.Petroleum products are characterized by a significant decrease in density with increasing temperature and low thermal conductivity, which is expressed by the values of the coefficients of volumetric thermal expansion β≈10 ^-3 1 / deg and thermal conductivity λ = 0.16 W / m ° C.

Технология перевозок загустевающих жидких нефтепродуктов включает их разогрев, проводимый как перед наливом в цистерну, так и перед выгрузкой из нее. Разогрев проводится для снижения вязкости нефтепродукта и обеспечивает ускорение операции налива и делает возможной операцию выгрузки, проводимую в виде слива самотеком.The technology for transportation of thickened liquid petroleum products includes their heating, which is carried out both before filling the tank and before unloading from it. Warming up is carried out to reduce the viscosity of the oil product and provides an acceleration of the loading operation and makes the unloading operation possible, carried out in the form of gravity drain.

В заявляемом объекте предполагается, что после налива нефтепродукта в котел 1 цистерны он дополнительно еще разогревается в верхней части котла 1. Для этого верхнюю сетку 5 через разъем 7 соединяют с внешним источником питания 9, установленным в пункте налива нефтепродукта.In the inventive facility, it is assumed that after filling the oil product into the boiler 1 of the tank, it is additionally heated in the upper part of the boiler 1. To do this, the upper grid 5 is connected via connector 7 to an external power source 9 installed in the oil product loading point.

Электрическую цепь образуют: верхняя сетка 5, слой токопроводящего покрытия 4, металлический корпус цистерны и железнодорожные рельсы. Наибольшим электрическим сопротивлением в этой цепи обладает слой токопроводящего покрытия 4, расположенный под верхней сеткой 5, и вся выделяющаяся теплота расходуется на разогрев нефтепродукта в верхней половине котла 1 цистерны.The electric circuit is formed by: the upper grid 5, the layer of conductive coating 4, the metal casing of the tank and railway rails. The layer of conductive coating 4 located under the upper grid 5 has the greatest electrical resistance in this circuit, and all the heat released is spent on heating the oil product in the upper half of boiler 1 of the tank.

В качестве примера токопроводящих покрытий с необходимыми характеристиками, выпускаемыми в промышленных объемах могут быть названы Resistpait и Данбарсилвер - 005 (ГОСТ 9001:2000).Resistpait and Dunbarsilver - 005 (GOST 9001: 2000) can be named as an example of conductive coatings with the necessary characteristics produced in industrial volumes.

В условиях депо токопроводящее покрытие 4, обеспечивающее удельный тепловой поток до q=2 кВт/м² может также быть выполнено введением в эпоксидную эмаль токопроводящего наполнителя (сажи, алюминиевой пудры и др.), пластификатора и отвердителя.Under depot conditions, the conductive coating 4, providing a specific heat flux up to q = 2 kW / m ^2, can also be performed by introducing a conductive filler (carbon black, aluminum powder, etc.), a plasticizer, and a hardener into the epoxy enamel.

По истечении 30-40 минут нагревания при создании удельного теплового потока q=2 кВт/м² плотность жидкого нефтепродукта 11 в верхней части котла 1 цистерны снижается на 5-7% от начального значения, и он переходит в устойчивое, так называемое «стратифицированное», состояние, при котором его естественная конвекция становится невозможной. Охлаждение жидкого нефтепродукта, находящегося в стратифицированном состоянии, будет очень медленным, т.к. вызывается только его молекулярной теплопроводностью, а она у всех нефтепродуктов мала.After 30-40 minutes of heating, when creating a specific heat flux q = 2 kW / m ^{2, the} density of the liquid oil 11 in the upper part of the boiler 1 of the tank decreases by 5-7% from the initial value, and it becomes stable, the so-called "stratified" , a condition in which its natural convection becomes impossible. The cooling of a liquid petroleum product in a stratified state will be very slow, because It is caused only by its molecular thermal conductivity, and it is small in all petroleum products.

Длительному сохранению стратифицированного состояния жидкого нефтепродукта 11 способствует то, что слой теплоизоляционного покрытия 10 на верхней половине котла 1 цистерны имеет толщину в 3-5 раз большую, чем на нижней его половине, за счет чего соответственно снижается и удельный тепловой поток в окружающее пространство.The long-term preservation of the stratified state of liquid petroleum product 11 is facilitated by the fact that the layer of heat-insulating coating 10 on the upper half of the tank boiler 1 has a thickness 3-5 times greater than on its lower half, due to which the specific heat flux to the surrounding space also decreases.

В рассматриваемом режиме охлаждения основная масса загустевающего темного нефтепродукта 11 в котле 1 цистерны в течение всего времени транспортирования сохраняет высокую температуру и текучесть, достаточную для проведения его выгрузки самотеком через сливной патрубок 3.In the cooling mode under consideration, the bulk of the thickening dark petroleum product 11 in the tank boiler 1 during the entire transportation time maintains a high temperature and fluidity sufficient for gravity to discharge it through the drain pipe 3.

На внутренних стенках котла 1 цистерны остается только тонкий слой нефтепродукта 12, охлажденного до перехода в вязкое состояние. Толщина слоя нефтепродукта 12 не превосходит 10 см, его общая масса составляет 6-7 тонн. Слой нефтепродукта 12 сам обеспечивает теплоизоляцию содержимого цистерны и принудительно разжижается перед ее выгрузкой.On the inner walls of the boiler 1 of the tank, there remains only a thin layer of oil 12, cooled to a transition to a viscous state. The thickness of the layer of oil 12 does not exceed 10 cm, its total weight is 6-7 tons. The oil layer 12 itself provides thermal insulation of the contents of the tank and is forcibly liquefied before unloading.

Для разжижения слоя нефтепродукта 12 выходы внешнего источника питания 9, находящегося на станции выгрузки, соединяются с электрическими разъемами 7 и 8, чем обеспечивается прохождение тока через слой токопроводящего покрытия 4 под сетками 5 и 6, т.е. по всей поверхности котла 1 цистерны, включая его днища.To liquefy the oil product layer 12, the outputs of an external power source 9 located at the discharge station are connected to electrical connectors 7 and 8, which ensures the passage of current through a layer of conductive coating 4 under grids 5 and 6, i.e. over the entire surface of the boiler 1 tank, including its bottom.

Быстрому разогреву и разжижению застывшего слоя нефтепродукта 12 на внутренних поверхностях стенок котла 1 способствует слой 10 теплоизоляционного покрытия, например, «КОРУНД», который даже при малой своей толщине снижает тепловые потоки в окружающее пространство.A quick heating and liquefaction of the hardened layer of oil 12 on the inner surfaces of the walls of the boiler 1 is facilitated by a layer 10 of heat-insulating coating, for example, KORUND, which even with its small thickness reduces heat fluxes into the surrounding space.

Аналогичным образом можно осуществлять подготовку к зимним перевозкам таких светлых нефтепродуктов как дизельные топлива летних сортов, охлаждение которых до температуры ниже минус 5°C может сопровождаться их фазовым расслоением. Фазовое расслоение способно изменить баланс между входящими в топливо присадками и резко ухудшить его эксплуатационные характеристики. Предварительное приведение топлива в стратифицированное состояние нагревом верхней половины котла 1 цистерны при пропускании электрического тока через токопроводящее покрытие 4 под сеткой 5 позволяет в течение 10 суток сохранять положительную температуру топлива при температурах воздуха минус 20°C. При необходимости можно подогревать и всю массу нефтепродукта в цистерне при задержках ее в пути или же при выгрузке.Similarly, it is possible to prepare for the winter transportation of light petroleum products such as diesel fuels of summer varieties, the cooling of which to a temperature below minus 5 ° C can be accompanied by their phase separation. Phase separation can change the balance between additives in the fuel and dramatically worsen its performance. The preliminary reduction of fuel to a stratified state by heating the upper half of the boiler 1 of the tank while passing electric current through the conductive coating 4 under the grid 5 allows for 10 days to maintain a positive fuel temperature at air temperatures of minus 20 ° C. If necessary, you can also heat the entire mass of oil in the tank with delays in transit or during unloading.

Низкотемпературные свойства таких светлых нефтепродуктов, как авиационные керосины, связаны с их способностью растворять в себе небольшие количества воды. Авиационные керосины эксплуатируются на большой высоте при температурах воздуха до минус 45°C. При таких температурах вода, попавшая в топливо, замерзает, превращаясь в кристаллики льда, которые забивают топливные фильтры двигателя самолета, провоцируя возникновение аварийных ситуаций.The low-temperature properties of light petroleum products such as aviation kerosene are associated with their ability to dissolve small amounts of water. Aviation kerosene is operated at high altitude at air temperatures up to minus 45 ° C. At such temperatures, the water entering the fuel freezes, turning into ice crystals, which clog the fuel filters of the airplane engine, causing emergency situations.

Вода может попасть в нефтепродукт при его выгрузке из цистерны, конденсируясь как на его свободной поверхности, так и на внутренней поверхности стенок котла 1 цистерны. Электроразогрев стенок котла 1 с помощью токопроводящего покрытия 4 производится до выгрузки керосинов при закрытом верхнем наливном люке 2 цистерны. Нагрев возбуждает свободную конвекцию нефтепродукта, достаточно интенсивную из-за его малой вязкости и продолжается очень недолго.Water can get into the oil product when it is unloaded from the tank, condensing both on its free surface and on the inner surface of the walls of the boiler 1 tank. Electric heating of the walls of the boiler 1 using a conductive coating 4 is carried out before unloading kerosene when the upper tank hatch 2 is closed. Heating excites free convection of the oil product, quite intense due to its low viscosity and does not last long.

Восходящие потоки нагретого керосина собирают его на свободной поверхности содержимого цистерны, образуя слой нефтепродукта 11, имеющий температуру, превышающую температуру окружающей среды, что достаточно для предотвращения конденсации водяного пара. На внутренней поверхности нагретых стенок котла 1 конденсация водяных паров также становится невозможной. Таким образом, блокируется и попадание воды в нефтепродукт при его выгрузке из цистерны.The ascending flows of heated kerosene collect it on the free surface of the contents of the tank, forming a layer of oil 11 having a temperature higher than the ambient temperature, which is sufficient to prevent condensation of water vapor. On the inner surface of the heated walls of the boiler 1, condensation of water vapor also becomes impossible. Thus, the ingress of water into the oil product when it is unloaded from the tank is also blocked.

Доказательствами достижения технического результата являются:Evidence of achieving a technical result is:

1. Возможность перевозок в осенне-зимний период, как темных, так и светлых нефтепродуктов, проявляющих низкотемпературные свойства различные по своей физической природе, например, мазутов, дизельных топлив, авиационных керосинов и др.1. The possibility of transporting in the autumn-winter period, both dark and light petroleum products exhibiting low temperature properties different in their physical nature, for example, fuel oil, diesel fuel, aviation kerosene, etc.

2. Подавление естественной конвекции перечисленных темных и светлых нефтепродуктов, обеспечивающее сохранение их эксплуатационных характеристик, сокращение времени разогрева и слива из цистерны и снижение затрат тепловой энергии на разогрев достигается без установки внутри цистерны тепловых аккумуляторов, имеющих значительный вес и объем.2. Suppression of natural convection of the above dark and light oil products, ensuring the preservation of their operational characteristics, reducing the time of heating and draining from the tank, and reducing the cost of thermal energy for heating, is achieved without installing heat accumulators inside the tank that have significant weight and volume.

Claims

A railway tank for transporting liquid petroleum products, including a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys with an upper loading hatch and a lower drain pipe equipped with a heating system, characterized in that a conductive coating is applied to the outer surface of the boiler, on which two metal grids with electric wires are rigidly fixed connectors for connecting to a power source, covering the upper and lower halves of the boiler, and on top of them a heat-insulating coating is applied to the boiler PTFE coating, with the number of layers at the upper half of the boiler 3-5 times more than the bottom half.