RU2682130C1 - Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation - Google Patents

Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2682130C1
RU2682130C1 RU2018116284A RU2018116284A RU2682130C1 RU 2682130 C1 RU2682130 C1 RU 2682130C1 RU 2018116284 A RU2018116284 A RU 2018116284A RU 2018116284 A RU2018116284 A RU 2018116284A RU 2682130 C1 RU2682130 C1 RU 2682130C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tank
boiler
oil
oil product
temperature
Prior art date
Application number
RU2018116284A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Моисеев
Татьяна Александровна Комарова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I"
Priority to RU2018116284A priority Critical patent/RU2682130C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682130C1 publication Critical patent/RU2682130C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D88/00—Large containers
    • B65D88/74—Large containers having means for heating, cooling, aerating or other conditioning of contents

Abstract

FIELD: oil industry.SUBSTANCE: method of transportation of viscous petroleum products, such as fuel oil, includes pouring them into the tank at a temperature exceeding plus 250 °C, and differs in that the oil is cooled in the lower part of its boiler to a temperature of plus 100 °C, in the upper part of the boiler its temperature remains the same. Density of the oil in the lower part of the boiler becomes greater than in the upper part by 17 %. Hot oil product is transported, being in a hydrodynamically stable, stratified state, in the absence of natural convection, which sharply reduces the rate of its cooling. Only a small part of the oil product passes into the highly viscous state, near the walls of the tank boiler, with a total weight of about six tons. At the same time, up to sixty tons of oil products retains high temperature and fluidity. Erosion of the frozen layer when unloading oil requires less time and less cost of thermal energy. Railway tank for the transport of viscous petroleum products differs in that inside the steam-heating casing there is a zigzag-shaped partition separating the boiler wall of the tank from the external wall of the steam-heating casing, when the hot oil product is poured into the tank, the casing is filled with water. At oil product temperature exceeding plus 250 °C, in the housing there are processes of evaporation and condensation of water, characteristic of thermosyphon. They cause cooling of the lower part of the boiler of the tank with the transfer of the poured oil product into a stratified state. At the bottom of the boiler is installed a short adapter pipe to which the drain pipe is attached. Inside the transition pipe is placed a vessel with heat-absorbing material, which provides cooling of the poured oil product to a temperature of plus 60 °C.EFFECT: cooled oil in the transition tube isolates the rubber sealing ring of the drain pipe from the hot oil in the tank boiler.3 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретения относятся к железнодорожному транспорту, а более конкретно к средствам перевозки вязких нефтепродуктов: мазутов, крекинг-остатков и парафинистых нефтей.The invention relates to railway transport, and more specifically to means for transporting viscous petroleum products: fuel oil, cracked residues and paraffinic oils.

Известен способ железнодорожных перевозок вязких нефтепродуктов, включающий их первичный разогрев для обеспечения текучести при наливе в цистерну, налив, выполняемый с применением погружных рукавов, перевозку в цистерне, которая сопровождается охлаждением жидкого нефтепродукта, происходящим с ростом его вязкости, вторичный разогрев нефтепродукта, проводимый для восстановления его текучести перед выгрузкой, и саму выгрузку, осуществляемую самотеком (Губин В.Е. Слив и налив нефтей и нефтепродуктов. М., «Недра», 1972, 193 с.).A known method of rail transportation of viscous petroleum products, including their primary heating to ensure fluidity when filling in the tank, filling, performed using immersed sleeves, transportation in the tank, which is accompanied by cooling of the liquid oil, which occurs with increasing viscosity, the secondary heating of the oil, carried out to restore its fluidity before unloading, and the unloading itself, carried out by gravity (Gubin V.E. Drainage and loading of oils and oil products. M., "Nedra", 1972, 193 pp.).

Недостатком способа является длительность разогрева нефтепродукта перед сливом, обуславливающая непроизводительный простой вагонов и низкий оборот подвижного состава, а также потребность в больших затратах тепловой энергии для обеспечения слива.The disadvantage of this method is the duration of the heating of the oil product before the discharge, causing unproductive downtime of cars and low turnover of rolling stock, as well as the need for high costs of thermal energy to ensure the discharge.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ перевозки вязких нефтепродуктов (RU №2639095, B64D 88/00, 19.12.2017).The closest technical solution to the claimed method is a method of transporting viscous petroleum products (RU No. 2639095, B64D 88/00, 12/19/2017).

Способ включает налив нефтепродуктов цистерну в разогретом состоянии и принудительное охлаждение нижней половины котла цистерны для перевода жидкого нефтепродукта в стратифицированное состояние, при котором его плотность в нижней части котла цистерны превышает плотность в верхней половине котла цистерны на 3-5%.The method includes pouring oil into the tank in a heated state and forced cooling of the lower half of the tank boiler to transfer the liquid oil into a stratified state, in which its density in the lower part of the tank boiler is 3-5% higher than the density in the upper half of the tank boiler.

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

- необходимость использования на наливной площадке источников технической воды и сбросной канализации, эксплуатируемых в течение продолжительного времени, работа которых требует больших расходов воды;- the need to use on a loading site sources of industrial water and waste sewerage, operated for a long time, the operation of which requires high water consumption;

- по установленным нормативам, цистерну заполняют с недоливом, оставляя в верхней части котла свободное пространство, из-за чего налитый жидкий нефтепродукт имеет свободную поверхность. Во время движения цистерны, при ускорениях и колебаниях на этой поверхности образуются волны, перемещающиеся вдоль котла цистерны. Волны снижают устойчивость движения цистерны и разрушают начальное стратифицированное состояние жидкого нефтепродукта, вызывая перемешивание его масс.- according to the established standards, the tank is filled with underfilling, leaving free space in the upper part of the boiler, because of which the poured liquid oil product has a free surface. During the movement of the tank, during accelerations and vibrations, waves are generated on this surface, moving along the tank's boiler. The waves reduce the stability of the movement of the tank and destroy the initial stratified state of the liquid oil, causing mixing of its masses.

Известны железнодорожные цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов, имеющие средства их разогрева, обеспечивающие восстановление текучести нефтепродукта перед выгрузкой (Морчиладзе И.Г. Железнодорожные цистерны: конструкции, техническое обслуживание и ремонт. М., «ИВС-Холдинг», 2006, - 512 с.).There are known railway tanks for transporting viscous petroleum products having means of heating them, providing recovery of fluidity of the petroleum product before unloading (Morkiladze I.G. Railway tanks: structures, maintenance and repair. M., IVS-Holding, 2006, 512 p. )

Недостатками цистерн являются:The disadvantages of tanks are:

- большие затраты тепловой энергии на разогрев нефтепродукта для восстановления его текучести при проведении слива самотеком;- high costs of thermal energy for heating the oil product to restore its fluidity when draining by gravity;

- низкий оборот вагонов-цистерн, обусловленный продолжительностью выгрузки нефтепродукта и очистки цистерн от его высоковязких остатков, также проводимых с разогревом и пропаркой цистерны.- low turnover of tank wagons, due to the duration of the unloading of the oil product and the cleaning of tanks from its highly viscous residues, also carried out with heating and steaming of the tank.

Также известны цистерны-термосы с тепловой изоляцией стенок котла, обеспечивающей снижение скорости охлаждения перевозимого нефтепродукта (Казубов А.И. Применение цистерн-термосов для перевозки застывающих нефтепродуктов. М.; «ЦНИИТЭИМОС», вып. 11, 1987, 32 с.).Also known are thermos tanks with thermal insulation of the boiler walls, which ensures a decrease in the cooling rate of the transported oil product (Kazubov A.I. The use of thermos tanks for transportation of solidifying oil products. M; TsNIITEIMOS, issue 11, 1987, 32 pp.).

Недостатками цистерн-термосов являются сложность обеспечения всего комплекса требований, предъявляемых к цистернам нормативными документами и высокая себестоимость. В этих цистернах перевозят лишь затвердевающие наливные грузы, имеющие малые общие объемы перевозок.The disadvantages of thermos tanks are the difficulty of ensuring the full range of requirements for tanks with regulatory documents and the high cost. In these tanks only solidifying bulk cargoes are transported, having small total volumes of traffic.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является железнодорожная цистерна, для перевозки вязких нефтепродуктов (RU №2639095, B64D 88/00, 19.12.2017).The closest technical solution to the claimed invention is a railway tank for the transportation of viscous petroleum products (RU No. 2639095, B64D 88/00, 12/19/2017).

Цистерна включает горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел, имеющий верхний наливной люк и нижний сливной патрубок, снабженный верхним управлением, осуществляемым с помощью штанги, вороток которой помещен в верхнем наливном люке, а также парообогревательный кожух, снабженный штуцерами для подачи пара и слива конденсата, укрепленный на нижней половине котла и покрывающий всю нижнюю половину, а верхняя половина котла, над парообогревательным кожухом, покрыта слоем теплоизолирующего материала толщиной не менее 10 см.The tank includes a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys, having an upper filling hatch and a lower drain pipe, equipped with upper control carried out by a rod, the handle of which is placed in the upper loading hatch, and a steam heating casing equipped with fittings for supplying steam and condensate drain, mounted on the lower half of the boiler and covering the entire lower half, and the upper half of the boiler, above the steam heating casing, is covered with a layer of heat-insulating material with a thickness e less than 10 cm.

Недостатком цистерны является то, что сливной патрубок крепится непосредственно к нижнему листу котла цистерны, с установкой резинового уплотнительного кольца. Обычно для уплотнительного кольца применяют маслобезиностойкую резину марки 7-В-14-1 группы 1, изготовленную согласно ТУ 2500-295-00152106-93 из нитрильных каучуков. Изделия из резины эксплуатируются в интервале температур от минус 60°С до плюс 100°С.The disadvantage of the tank is that the drain pipe is attached directly to the bottom sheet of the tank boiler, with the installation of a rubber o-ring. Typically, oil-and-rubber-resistant rubber of brand 7-B-14-1 of group 1, made according to TU 2500-295-00152106-93 from nitrile rubbers, is used for the o-ring. Rubber products are operated in the temperature range from minus 60 ° С to plus 100 ° С.

При перевозках в цистерне нефтепродукта с более высокими температурами уплотнительное кольцо теряет свои эксплуатационные характеристики, что вызывает течь нефтепродукта из котла цистерны.When transporting oil products with higher temperatures in the tank, the o-ring loses its operational characteristics, which causes oil to leak from the tank boiler.

По нормативным документам (Правила перевозок железнодорожным транспортом грузов наливом в вагонах-цистернах и вагонах бункерного типа для перевозки нефтебитума (утв. приказом МПС РФ от 18 июня 2003 г. №25) пункт 3.7), не допускается наливать имеющий температуру выше 100°С груз в цистерны, оборудованные универсальным нижним сливным прибором.According to regulatory documents (Rules for the carriage by rail of goods in bulk in tank wagons and bunker-type wagons for the transportation of petroleum bitumen (approved by order of the RF Ministry of Railways dated June 18, 2003 No. 25), clause 3.7), it is not allowed to load cargo having a temperature above 100 ° C into tanks equipped with a universal bottom drain device.

Однако на выходе из перегонного аппарата на нефтеперерабатывающем заводе вязкие нефтепродукты, такие как мазуты и крекинг-остатки, имеют температуру, близкую к плюс 280°С (Баннов П.Г. Процессы переработки нефти т. II, М., ЦНИИТЭнефтехим, 2001, - 415 с.). Поэтому, перед наливом в цистерну вязкие нефтепродукты предварительно охлаждают до температуры, не превышающей плюс 100°С.However, at the outlet of the distillation apparatus at a refinery, viscous oil products, such as fuel oil and cracked residues, have a temperature close to plus 280 ° C (Bannov P.G. Oil refining processes vol. II, M., TsNIITEneftekhim, 2001, - 415 p.). Therefore, before loading into the tank, viscous oil products are pre-cooled to a temperature not exceeding plus 100 ° С.

Для охлаждения больших количеств нефтепродуктов используют специальные сооружения и оборудование, привлекают значительное количество обслуживающего персонала (Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Обеспечение температурного режима нефтепродуктов при их транспортировании и хранении: Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. НТИС.М., «ВНИИО-ЭНГ», 1989, №6, 83 с).To cool large quantities of oil products use special facilities and equipment, attract a significant number of service personnel (Kovalenko V.P., Turchaninov V.E. Ensuring the temperature regime of oil products during their transportation and storage: Transport and storage of oil and oil products. NTIS.M, "VNIIO-ENG", 1989, No. 6, 83 s).

Недостатком цистерны является и то, что парообогревательный кожух, укрепленный с помощью сварки на наружной стороне нижней половины ее котла, обеспечивает разогрев доставленного нефтепродукта перед сливом, но не препятствует, а скорее способствует его охлаждению еще на стадии транспортирования.The disadvantage of the tank is that the steam heating casing, strengthened by welding on the outside of the lower half of its boiler, ensures the heating of the delivered oil product before discharge, but does not interfere, but rather contributes to its cooling even at the stage of transportation.

Воздушный зазор между обечайкой котла цистерны и парообогревательным кожухом создает конструктивно не предусмотренную тепловую изоляцию нижней половины котла цистерны. Наличие этой тепловой изоляции ведет к тому, что теплопередача от горячего нефтепродукта в окружающее пространство на нижней половине котла цистерны оказывается существенно меньшей, чем на верхней его половине. Горячий жидкий нефтепродукт в верхней половине заполненного котла цистерны имеет контакт с его стенками, непосредственно обтекаемыми снаружи потоком холодного воздуха, и охлаждается быстрее, чем в нижней половине котла цистерны.The air gap between the shell of the tank boiler and the steam casing creates structurally not provided for the thermal insulation of the lower half of the tank boiler. The presence of this thermal insulation leads to the fact that the heat transfer from the hot oil product to the surrounding space on the lower half of the tank boiler is significantly less than on its upper half. Hot liquid oil in the upper half of the filled tank boiler has contact with its walls, which are directly streamlined outside by a stream of cold air, and cools faster than in the lower half of the tank boiler.

Понижение температуры нефтепродукта сопровождается ростом его плотности в верхней половине котла цистерны, что ведет к возникновению в жидком нефтепродукте естественной конвекции.Lowering the temperature of the oil product is accompanied by an increase in its density in the upper half of the tank boiler, which leads to the occurrence of natural convection in the liquid oil product.

Конвекционные токи охлаждающегося жидкого нефтепродукта, возникающие на внутренних поверхностях стенок котла цистерны, смешиваются с горячими массами нефтепродукта внутри котла цистерны и вызывают их охлаждение. Конвективный теплоперенос в горячем жидком нефтепродукте, особенно интенсивный в первые часы после его налива в цистерну, вызывает быстрое охлаждение всей его массы, и это охлаждение сопровождается ростом вязкости нефтепродукта во всем объеме котла цистерны.Convection currents of the cooling liquid petroleum product arising on the inner surfaces of the walls of the tank boiler are mixed with the hot masses of the petroleum product inside the tank boiler and cause them to cool. Convective heat transfer in a hot liquid oil product, especially intense in the first hours after it is poured into the tank, causes rapid cooling of its entire mass, and this cooling is accompanied by an increase in the viscosity of the oil in the entire volume of the tank boiler.

Задачей изобретений является сокращение времени выгрузки нефтепродукта из цистерны, сопровождаемое снижением затрат тепловой энергии на его разогрев перед выгрузкой, что ведет к повышению производительности труда на организацию перевозок вязких нефтепродуктов в зимнее время года.The objective of the invention is to reduce the time of unloading of oil from the tank, accompanied by a reduction in the cost of thermal energy for heating it before unloading, which leads to an increase in labor productivity for organizing transportation of viscous oil products in the winter season.

Технический результат достигается тем, что в способе перевозки вязких нефтепродуктов, включающем их налив в цистерну в разогретом состоянии, охлаждение нефтепродукта в нижней части котла цистерны, его транспортирование и выгрузку, охлаждение нефтепродукта в нижней части котла цистерны осуществляют до тех пор, пока его плотность в нижней части котла цистерны станет больше плотности нефтепродукта в верхней части котла цистерны на 17%. При этом налив нефтепродуктов в котел цистерны производят в разогретом состоянии при температуре, превышающей плюс 250°С.The technical result is achieved by the fact that in the method of transporting viscous petroleum products, including pouring them into the tank in a heated state, the petroleum product is cooled in the lower part of the tank boiler, its transportation and unloading, the petroleum product is cooled in the lower part of the tank boiler until its density is the bottom of the tank boiler will be 17% higher than the density of the oil in the top of the tank boiler. At the same time, oil products are poured into the tank boiler in a heated state at a temperature exceeding plus 250 ° C.

Технический результат достигается тем, что железнодорожная цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов, включающая горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел с верхним наливным люком, нижним сливным патрубком и прикрепленную к корпусу котла штангу, имеющую вороток, размещенный в верхнем наливном люке, а также парообогревательный кожух снабженный штуцерами для подачи пара и слива конденсата, жестко фиксированный на наружной поверхности нижней половины котла цистерны, верхняя ее половина, над парообогревательным кожухом, покрыта слоем теплоизолирующего материала, внутри парообогревательный кожух содержит неподвижную зигзагообразную по форме перегородку, отделяющую стенку котла цистерны от наружной стенки паро-обогревательного кожуха, а внутри котла цистерны имеются две жестко прикрепленные к верхним листам его днища емкости, на которых смонтированы с возможностью перемещения форсунки для капельного распыла воды в верхние слои нефтепродукта в заполненной цистерне, а на нижнем листе обечайки котла цистерны, под наливным люком, жестко прикреплена переходная труба, свободный конец которой имеет фланец, имеющий соединение с нижним сливным патрубком, причем на штанге, соединенной нижним концом с седлом клапана сливного патрубка, прикреплена крышка с отверстием, закрывающая переходную трубу, а к нижней стороне крышки прикреплен герметично изолированный сосуд, заполненный теплопоглощающим материалом.The technical result is achieved by the fact that a railway tank for transporting viscous petroleum products, including a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys with an upper filling hatch, a lower drain pipe and a rod attached to the boiler body, having a winch located in the upper filling hatch, and also a steam heating casing equipped nipples for supplying steam and condensate drain, rigidly fixed on the outer surface of the lower half of the tank boiler, its upper half, above the steam casing, covered with a layer of heat-insulating material, inside the steam heating casing contains a fixed zigzag-shaped partition separating the wall of the tank boiler from the outer wall of the steam heating casing, and inside the tank there are two containers rigidly mounted to the upper sheets of its bottom, on which are mounted moving the nozzle for dropping spray of water into the upper layers of the oil product in the filled tank, and on the bottom sheet of the shell of the boiler tank, under the loading hatch, a transition pipe is simply attached, the free end of which has a flange having a connection to the lower drain pipe, and on the rod connected to the lower end of the valve seat of the drain pipe, a cover with an opening closing the transition pipe is attached, and a hermetically sealed vessel is attached to the bottom side of the cover, filled with heat absorbing material.

На фиг. 1 изображено продольное сечение котла цистерны, заполненного нефтепродуктом. На фиг. 2 изображено продольное сечение средней части котла цистерны с верхним наливным люком и нижним сливным патрубком.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a boiler of a tank filled with oil. In FIG. 2 shows a longitudinal section of the middle part of the tank boiler with an upper filling hatch and a lower drain pipe.

Железнодорожная цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов содержит горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел 1 с верхним наливным люком 2 и нижним сливным патрубком 3. Жидкий нефтепродукт 4 заливают в котел 1 цистерны в горячем виде через верхний наливной люк 2 и выгружают через нижний сливной патрубок 3.A railway tank for transporting viscous petroleum products contains a cylindrical boiler 1 horizontally mounted on transport carts with an upper filling hatch 2 and a lower drain pipe 3. Liquid oil 4 is poured into the tank boiler 1 hot through the upper filling hatch 2 and unloaded through the lower drain pipe 3.

Согласно правилам железнодорожных перевозок наливных грузов в вагонах цистернах заполнение котла 1 цистерны жидким нефтепродуктом 4 производят с некоторым недоливом. При этом над свободной поверхностью жидкого нефтепродукта 4 всегда остается пространство 5, играющее роль ресиверного объема, предотвращающего возникновение напряжений в стенках котла 1 цистерны при изменениях температуры нефтепродукта 4.According to the rules of rail transportation of bulk cargo in tank cars, the boiler 1 of the tank is filled with liquid petroleum product 4 with some underfilling. Moreover, above the free surface of the liquid petroleum product 4 there always remains a space 5 playing the role of a receiver volume, which prevents the occurrence of stresses in the walls of the boiler 1 of the tank when the temperature of the petroleum product 4 changes.

На нижней половине котла 1 цистерны жестко зафиксирован парообогревательный кожух 6, покрывающий всю нижнюю половину котла 1 цистерны. Парообогревательный кожух 6 образуют с одной стороны стенка котла 1 цистерны, а с другой - наружная стенка 7, выполненная из стального листа, жестко фиксированного на стенке котла 1 цистерны с образованием воздушного зазора, толщиной около четырех сантиметров.On the lower half of the boiler 1 of the tank, a steam heating casing 6 is rigidly fixed, covering the entire lower half of the boiler 1 of the tank. The steam heating casing 6 forms on one side the wall of the boiler 1 of the tank, and on the other, the outer wall 7 made of a steel sheet rigidly fixed to the wall of the boiler 1 of the tank with the formation of an air gap of about four centimeters thick.

Внутри пароподогревательного кожуха 6 жестко установлена тонкая перегородка 8 зигзагообразной формы, выполненная из оцинкованного железа. Перегородка 8 разделяет объем парообогревательного кожуха 6 на две группы камер 9 и 10. В поперечном сечении каждая камера 9 и 10 имеет форму треугольника с тупым углом при вершине. Боковые стенки камер 9 и 10 создает перегородка 8. Третью стенку у камер 9 образует стенка котла 1 цистерны, а у камер 10 ее образует наружная стенка 7 парообогревательного кожуха 6. Камеры 9 и 10 сообщаются между собой узкими каналами в самой верхней и самой нижней частях парообогревательного кожуха 6, проходящими горизонтально вдоль оси котла 1 цистерны.Inside the steam heating casing 6, a thin zigzag-shaped partition 8 is made rigidly made of galvanized iron. The partition 8 divides the volume of the steam heating casing 6 into two groups of chambers 9 and 10. In cross section, each chamber 9 and 10 has the shape of a triangle with an obtuse angle at the apex. The side walls of the chambers 9 and 10 are created by a partition 8. The third wall at the chambers 9 is formed by the wall of the boiler 1 of the tank, and at the chambers 10 it forms the outer wall 7 of the steam heating casing 6. The chambers 9 and 10 communicate with each other through narrow channels in the upper and lower parts steam heating casing 6, passing horizontally along the axis of the boiler 1 of the tank.

В заявляемом способе парообогревательный кожух 6 используется и при наливе в котел 1 цистерны нефтепродукта 4, и при его выгрузке из котла.In the inventive method, the steam heating casing 6 is used when filling in the boiler 1 of the oil tank 4, and when it is unloaded from the boiler.

При наливе горячего нефтепродукта 4 парообогревательный кожух 6 применяют для охлаждения нижней половины котла 1, частично наполняя объем кожуха 6 водой, а при выгрузке - для восстановления текучести доставленного нефтепродукта 4, пропуская через кожух 6 пар.When pouring hot oil 4, a steam heating casing 6 is used to cool the lower half of the boiler 1, partially filling the volume of the casing 6 with water, and when unloading - to restore the fluidity of the delivered oil 4, passing 6 pairs through the casing.

Подачу пара или воды в парообогревательный кожух 6 осуществляют через наружный входной штуцер 11, а слив воды или конденсата производят через выходной штуцер 12.The supply of steam or water to the steam heating casing 6 is carried out through the external inlet fitting 11, and the discharge of water or condensate is carried out through the outlet fitting 12.

К нижнему листу обечайки котла 1 цистерны крепится сваркой короткая переходная труба 13, имеющая на нижнем своем торце фланец 14. К фланцу 14 болтовыми соединениями крепится нижний сливной патрубок 3.A short adapter pipe 13 is attached to the lower sheet of the shell of the boiler 1 of the tank by welding, having a flange 14 at its lower end. A lower drain pipe 3 is attached to the flange 14 by bolted connections.

Сливной патрубок 3 закрывается при заполнении котла 1 цистерны нефтепродуктом 4 и открывается при его выгрузке. Эти операции обеспечиваются при помощи штанги 15, соединенной с воротком 16, который в нерабочем положении помещается в верхнем наливном люке 2 котла 1 цистерны. К штанге 15 непосредственно над входом в переходную трубу 13 жестко крепится крышка 17, имеющая отверстие 18, а под крышкой 17 - герметично изолированный сосуд 19, заполненный теплопоглощающим материалом (ТПМ). К самому концу штанги 15 крепится седло клапана 20, перекрывающее в закрытом положении выходное отверстие нижнего сливного патрубка 3. На нижней стороне седла клапана 20 укреплено резиновое уплотнительное кольцо 21, обеспечивающее герметичность закрытого нижнего сливного патрубка 3.The drain pipe 3 closes when the boiler 1 of the tank is filled with oil 4 and opens when it is unloaded. These operations are provided with the help of a rod 15 connected to the winch 16, which in the inoperative position is placed in the upper filling hatch 2 of the boiler 1 of the tank. A lid 17 having an opening 18 is rigidly fixed to the rod 15 directly above the entrance to the adapter tube 13, and a hermetically insulated vessel 19 filled with heat-absorbing material (TPM) is fixed under the lid 17. A valve seat 20 is attached to the very end of the rod 15, which overlaps in the closed position the outlet of the lower drain pipe 3. On the lower side of the valve seat 20, a rubber o-ring 21 is mounted, which ensures the tightness of the closed lower drain pipe 3.

В закрытом положении нижнего сливного патрубка 3 сосуд 19, заполненный теплопоглощающим материалом (ТПМ), находится внутри переходной трубы 13 под крышкой 17. При наливе горячего нефтепродукта 4 в котел 1 цистерны происходит заполнение им переходной трубы 13, имеющей малый объем. Заполнение происходит за счет медленного стекания горячего нефтепродукта 4 через отверстие 18 в крышке 17. Отверстие 18 расположено непосредственно над сосудом 19, и струя горячего нефтепродукта 4, заполняющего переходную трубу 13 стекает по поверхности сосуда 19. При этом нефтепродукт 4, имеющий начальную температуру, превышающую плюс 250°С, вызывает плавление ТПМ в сосуде 19 и охлаждается сам до температуры ниже плюс 100°С.In the closed position of the lower drain pipe 3, the vessel 19, filled with heat-absorbing material (TPM), is located inside the transition pipe 13 under the cover 17. When pouring hot oil 4 into the boiler 1 of the tank, it fills the transition pipe 13, which has a small volume. Filling occurs due to the slow draining of the hot oil 4 through the hole 18 in the lid 17. The hole 18 is located directly above the vessel 19, and the jet of hot oil 4 filling the adapter pipe 13 flows down the surface of the vessel 19. Moreover, the oil 4 having an initial temperature exceeding plus 250 ° C, causes melting TPM in the vessel 19 and is cooled itself to a temperature below plus 100 ° C.

В качестве теплопоглощающего материала (ТПМ), заполняющего сосуд 19, могут быть использованы кристаллогидраты солей с высокой удельной теплотой, но сравнительно низкой температурой фазовых превращений. Фазовым превращением у кристаллогидратов солей является обратимая реакция разложения на соль и воду. Примерами таких кристаллогидратов являются: уксуснокислый натрий трехводный CH3COONa⋅3Н2О, гипосульфит натрия пятиводный Na2S2O3⋅5H2O и сернокислый натрий десятиводный, Na2SO4⋅10H2O. Удельная теплота и температура фазовых переходов названных ТПМ представлены в таблице 1.As heat-absorbing material (TPM) filling the vessel 19, crystalline hydrates of salts with high specific heat, but a relatively low temperature of phase transformations can be used. The phase transformation of crystalline hydrates of salts is the reversible decomposition reaction into salt and water. Examples of such crystalline hydrates are: sodium acetic acid, three-water CH 3 COONa⋅3Н 2 О, sodium pentahydrate Na 2 S 2 O 3 ⋅ 5H 2 O and sodium sulfate ten-water, Na 2 SO 4 ⋅ 10H 2 O. Specific heat and temperature of phase transitions of the above SST are presented in table 1.

В данной компоновке нижней части котла 1 цистерны уплотнительное кольцо 21 будет находиться при температуре, разрешаемой правилами эксплуатации изделий из маслобензиностойкой резины 7-В-14-1. Уплотнительное кольцо 21 изолируется от массы горячего нефтепродукта 4 в котле 1 цистерны и крышкой 17 и достаточно толстым слоем охлажденного нефтепродукта 4, равным длине переходной трубы 13.In this layout of the lower part of the boiler 1 of the tank, the o-ring 21 will be at a temperature permitted by the operating rules for products from oil-gasoline-resistant rubber 7-B-14-1. The sealing ring 21 is isolated from the mass of hot oil 4 in the boiler 1 of the tank and the lid 17 and a sufficiently thick layer of chilled oil 4 equal to the length of the transition pipe 13.

Figure 00000001
Figure 00000001

При внешнем обтекании переходной трубы 13 потоком холодного наружного воздуха, длине переходной трубы 13 равной lтр=0,15 м и низкой теплопроводности нефтепродуктов λн.п ≈ 0,12 Вт/м°С, слой охлажденного нефтепродукта в переходной трубе 13 не будет разогреваться сам, и вместе с тем, создаст значительное термическое сопротивление lтр./λн.п=1,25 м2⋅°С/Вт потоку теплоты от горячего нефтепродукта 4, находящегося в котле 1 цистерны к резиновому уплотнительному кольцу 21, препятствуя его нагреванию.With external flow around the adapter pipe 13 with a stream of cold outside air, the adapter pipe 13 is l tr = 0.15 m long and has a low thermal conductivity of oil products λ np ≈ 0.12 W / m ° C, the layer of cooled oil product in the adapter pipe 13 will not to warm up by himself, and at the same time, create significant thermal resistance l tr. / λ n.p. = 1.25 m 2 С ° С / W to the heat flow from the hot oil 4 located in the boiler 1 of the tank to the rubber sealing ring 21, preventing it from heating.

К верхним листам днищ котла 1 цистерны, внутри котла 1 цистерны жестко крепятся емкости 22, на которых укреплены с возможностью перемещения в вертикальном направлении форсунки 23. Форсунки 23 устанавливаются так, чтобы при заполнении горячим жидким нефтепродуктом 4 объема котла 1 цистерны, они оказывались погруженными в жидкий нефтепродукт 4 у его свободной поверхности. Для этого форсунки 23, например, шарнирно крепятся на штанге, опирающейся на поплавок 24, плавающий на свободной поверхности жидкого нефтепродукта 4.Tanks 22 are rigidly attached to the upper sheets of the bottoms of the boiler 1 of the tank, inside the boiler 1 of the tank, on which the nozzles 23 are mounted with the possibility of vertical movement. The nozzles 23 are installed so that when filling 4 volumes of the boiler 1 of the tank with hot liquid oil, they turn out to be immersed in liquid petroleum product 4 at its free surface. For this, the nozzles 23, for example, are pivotally mounted on a rod supported by a float 24 floating on the free surface of the liquid oil 4.

При сливе нефтепродукта 4 из котла 1 цистерны крышка 17, сосуд 19 с ТПМ и седло клапана 20 поднимаются вверх на штанге 15, освобождая и переходную трубу 13 и нижний сливной патрубок 3. Подъем крышки 17 и сосуда 19 обеспечивается вращением воротка 16.When draining the oil 4 from the boiler 1 of the tank, the lid 17, the vessel 19 with TPM and the valve seat 20 rise upward on the rod 15, freeing up the adapter pipe 13 and the lower drain pipe 3. The lifting of the lid 17 and the vessel 19 is provided by the rotation of the valve 16.

Часть жидкого нефтепродукта 4 при перевозке согласно заявляемому способу переходит при охлаждении за время транспортирования в высоковязкое состояние. При этом на внутренней поверхности стенок котла 1 цистерны образуется застывший высоковязкий слой 25, который играет роль «внутренней теплоизолирующей оболочки» котла 1 цистерны.Part of the liquid petroleum product 4 during transportation according to the claimed method passes during cooling during transportation to a highly viscous state. Thus on the inner surface of the walls of the boiler 1 of the tank, a frozen highly viscous layer 25 is formed, which plays the role of the “internal heat-insulating shell” of the boiler 1 of the tank.

Малая часть жидкого нефтепродукта 4 по заявляемому способу на конечном этапе его налива в котел 1 цистерны самопроизвольно переходит в состояние дисперсоида, т.е. коллоидной среды, в которой воздух равномерно распределен в виде мелких пузырьков.A small part of the liquid petroleum product 4 according to the claimed method at the final stage of its filling in the boiler 1 of the tank spontaneously goes into the state of a dispersoid, i.e. colloidal medium in which air is evenly distributed in the form of small bubbles.

Если жидким нефтепродуктом 4, заполняющим котел 1 цистерны, является мазут, то в состоянии мазутного дисперсоида будет слой 26, который частично или полностью заполняет пространство 5 над свободной поверхностью жидкого нефтепродукта 4. Вязкоупругие свойства слоя 26 дисперсоида обеспечивают гашение волн на свободной поверхности жидкого нефтепродукта, которые образуются при рывках, ускорениях и колебаниях движущейся цистерны, ухудшая устойчивость ее движения.If the liquid petroleum product 4 filling the tank 1 boiler is fuel oil, then in the state of the fuel oil dispersoid there will be a layer 26, which partially or completely fills the space 5 above the free surface of the liquid petroleum 4. The viscoelastic properties of the dispersoid layer 26 provide damping of the waves on the free surface of the liquid petroleum, which are formed during jerks, accelerations and vibrations of a moving tank, worsening the stability of its movement.

На наружную поверхность стенок котла 1 цистерны, над парообогревательным кожухом 6, наносится слой 27 тепловой изоляции. Толщина слоя задается, исходя из следующих соображений:On the outer surface of the walls of the boiler 1 of the tank, above the steam heating casing 6, a layer 27 of thermal insulation is applied. The layer thickness is set based on the following considerations:

Удельный тепловой поток q, Вт/м2, от горячего нефтепродукта 4 в окружающее пространство определяется равенством (Михеев М.А., Михеева М.М. Основы теплопередачи М., «Энергия», 1977, 344 с.):The specific heat flux q, W / m 2 , from the hot petroleum product 4 to the surrounding space is determined by the equality (Mikheev MA, Mikheeva M. M. Fundamentals of heat transfer M., "Energy", 1977, 344 S.):

Figure 00000002
Figure 00000002

где λиз - коэффициент теплопроводности теплоизолирующего материала, Вт/м°С; δиз - толщина слоя 27 тепловой изоляции, м; t н.п и tвозд - температуры нефтепродукта 4 и окружающей среды, °С, соответственно.where λ from - the coefficient of thermal conductivity of the insulating material, W / m ° C; δ of - the thickness of the layer 27 of thermal insulation, m; t np and t air - oil temperature 4 and the environment, ° C, respectively.

Воздушный зазор между стенкой котла 1 цистерны и наружной стенкой 7 парообогревательного кожуха 6 создает максимальное термическое сопротивление δвозд/λвозд=0,93(м2⋅°С)/Вт при сухом воздухе, у которого коэффициент теплопроводности λвозд=0,043 Вт/м°С.The air gap between the wall of the boiler 1 of the tank and the outer wall 7 of the steam heating casing 6 creates a maximum thermal resistance δ air / λ air = 0.93 (m 2 ⋅ ° C) / W in dry air with a thermal conductivity λ air = 0.043 W / m ° C.

Толщина слоя δиз тепловой изоляции 27 должна быть такой, чтобы создаваемое им термическое сопротивление тепловому потоку от горячего нефтепродукта 4 в окружающее пространство превосходило термическое сопротивление слоя воздуха в парообогревательном кожухе 6 не менее чем в два раза δиз/λиз ≥ 2⋅δвозд/λвозд=1,8 м2⋅°С/Вт. В таблице 2 указана необходимая толщина слоя 27 для трех различных теплоизолирующих материалов. Среди них выделяется пенополиуретан, имеющий низкую себестоимость и малую теплопроводность. Он может длительно, в течение нескольких лет, эксплуатироваться при температурах до плюс 200°С, а кратковременно - и при более высоких температурах.The thickness of the layer δ from the thermal insulation 27 should be such that the thermal resistance created by it to the heat flow from the hot oil product 4 to the surrounding area exceeds the thermal resistance of the air layer in the steam heating casing 6 by at least twice δ of / λ of ≥ 2⋅δ air / λ air = 1.8 m 2 ⋅ ° C / W. Table 2 shows the required layer thickness 27 for three different heat-insulating materials. Among them stands out polyurethane foam, which has a low cost and low thermal conductivity. It can be used for a long time, for several years, at temperatures up to plus 200 ° C, and for a short time - at higher temperatures.

Figure 00000003
Figure 00000003

Слой 27 тепловой изоляции из пенополиуретана наносится напылением на верхнюю половину котла 1 цистерны. Напыление производится в условиях депо в течение двух - трех часов. При необходимости слой 27 тепловой изоляции или отдельные его участки удаляются механически, т.е. скребком.Layer 27 of thermal insulation from polyurethane foam is sprayed onto the upper half of the boiler 1 tank. Spraying is carried out in a depot for two to three hours. If necessary, the thermal insulation layer 27 or its individual sections are removed mechanically, i.e. scraper.

Для увеличения продолжительности эксплуатации слоя 27 тепловой изоляции из пенополиуретана на верхнюю половину котла 1 цистерны первым слоем наносится термостойкая эмаль, например, «Цельсит-600», изготовляемая на основе кремнийорганической смолы ТУ 2312-026-98310821-2009.To increase the life of the layer 27 of thermal insulation made of polyurethane foam on the upper half of the boiler 1 of the tank, the first layer is applied heat-resistant enamel, for example, "Celsite-600", manufactured on the basis of silicone resin TU 2312-026-98310821-2009.

Эмаль имеет большую адгезию к черным металлам, устойчива к воздействию нефтепродуктов, ее теплопроводность велика λэм=0,4 Вт/м°С, но при значительной вязкости эмаль легко превращается в состояние затвердевшего дисперсоида. Дисперсоид получается при прокачке через эмаль воздуха или при интенсивном ее перемешивании. Получающаяся коллоидная среда наносится на верхнюю половину котла 1 цистерны и подвергается просушке до полного своего затвердевания. Теплопроводность дисперсоида, в котором на долю воздушных пузырьков приходится около 50% объема эмали, более чем в три раза меньше ее начальной теплопроводности и составляет λдисп=0,12 Вт/м°С, (Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М., «Химия», 1983, 264 с.).The enamel has great adhesion to ferrous metals, is resistant to petroleum products, its thermal conductivity is high λ em = 0.4 W / m ° C, but with significant viscosity, the enamel easily turns into a state of hardened dispersoid. A dispersoid is obtained by pumping air through an enamel or by intensively mixing it. The resulting colloidal medium is applied to the upper half of the boiler 1 of the tank and is dried until it completely hardens. The thermal conductivity of a dispersoid, in which about 50% of the volume of enamel, accounts for air bubbles, is more than three times less than its initial thermal conductivity and is λdis = 0.12 W / m ° C, (Tikhomirov V.K. Pena. Theory and Practice their production and destruction. M., "Chemistry", 1983, 264 pp.).

Слой эмали, затвердевшей в виде дисперсоида толщиной δдисп=2 мм, создает термическое сопротивление δдисп/λдисп=1,5⋅10-2 м2⋅°С/Вт, при котором поверхность верхней половины котла 1 цистерны, заполненной вязким нефтепродуктом 4, с температурой плюс 250°С не превышает плюс 160°С.A layer of enamel, hardened in the form of a dispersoid with a thickness of δ disp = 2 mm, creates a thermal resistance of δ disp / λ disp = 1.5⋅10 -2 m 2 ⋅ ° С / W, in which the surface of the upper half of the boiler 1 is a tank filled with viscous oil 4, with a temperature of plus 250 ° C does not exceed plus 160 ° C.

Слой термостойкой эмали, переведенной в состояние затвердевшего дисперсоида, рассматривается как подложка для слоя 27 тепловой изоляции из пенополиуретана. Подложка защищает пенополиуретан от нежелательного воздействия высокой температуры поверхности котла 1 цистерны.A layer of heat-resistant enamel, transferred to the state of the hardened dispersoid, is considered as a substrate for the layer 27 of thermal insulation of polyurethane foam. The substrate protects the polyurethane foam from the undesirable effects of the high surface temperature of the boiler 1 tank.

Перевозку вязких нефтепродуктов согласно заявляемому способу в предлагаемой железнодорожной цистерне осуществляют следующим образом.The transportation of viscous petroleum products according to the claimed method in the proposed railway tank is as follows.

Перед заполнением котла 1 цистерны горячим жидким нефтепродуктом 4 парообогревательный кожух 6 и емкости 22 заполняют водой. Налив воды производят через входной штуцер 11, при закрытом выходном штуцере 12.Before filling the boiler 1 of the tank with hot liquid petroleum 4, the steam heating casing 6 and containers 22 are filled with water. Water is poured through the inlet fitting 11, with the outlet outlet 12 closed.

В парообогревательный кожух 6 заливают около 700 кг воды, а в емкости 19 - приблизительно по 50 кг в каждую. В таком количестве вода занимает около 25% объема пароподогревательного кожуха 6, а емкости 22 заполняются водой на 85% своего объема.About 700 kg of water are poured into the steam heating casing 6, and approximately 50 kg each in the tank 19. In such an amount, water occupies about 25% of the volume of the steam heating casing 6, and the containers 22 are filled with water by 85% of their volume.

Горячий нефтепродукт 4 наливается в котел 1 цистерны при температуре выхода из перегонного аппарата на нефтеперерабатывающем предприятии, превышающей плюс 250°С, минуя стадию предварительного охлаждения.Hot oil product 4 is poured into the boiler 1 of the tank at the outlet temperature of the distillation apparatus at the refinery exceeding plus 250 ° C, bypassing the pre-cooling stage.

Налив осуществляется с использованием телескопической наливной трубы заводимой в котел 1 цистерны через верхний наливной люк 2 и включает три этапа. В начале и конце налива подача нефтепродукта 4 минимальна, а в середине налива максимальна.The filling is carried out using a telescopic filling pipe introduced into the boiler 1 of the tank through the upper loading hatch 2 and includes three stages. At the beginning and end of the filling, the oil supply 4 is minimal, and in the middle of the filling it is maximum.

Горячий нефтепродукт 4 заполняет переходную трубу 13 и охлаждается в ней, расходуя содержащуюся в нем теплоту на плавление ТПМ, находящемся в сосуде 19. При малом объеме переходной трубы 13, не превосходящем пятнадцати литров, нефтепродукт, заполняющий ее, охлаждается до температуры, не превышающей плюс 60°С, что обеспечивает условия нормальной эксплуатации резинового уплотнительного кольца 21.Hot oil 4 fills the transition pipe 13 and cools in it, spending the heat contained therein for melting TPM located in the vessel 19. With a small volume of the transition pipe 13 not exceeding fifteen liters, the oil filling it is cooled to a temperature not exceeding plus 60 ° C, which ensures the normal operation of the rubber o-ring 21.

Налив нефтепродукта 4 с температурой, превышающей плюс 250°С, в котел 1 цистерны на первом этапе с малой его подачей вызывает кипение воды на стенке камеры 9 в парообогревающем кожухе 6 и заполнение всего объема камер 9 и 10 парообогревающего кожуха 6 паром.Pouring oil 4 with a temperature in excess of plus 250 ° C into the boiler 1 of the tank at the first stage with a small supply causes boiling of water on the wall of the chamber 9 in the steam heating casing 6 and filling the entire volume of the chambers 9 and 10 of the steam heating casing 6 with steam.

Образующийся в камерах 9 водяной пар вызывает нагревание до положительных температур корпуса котла 1 цистерны, что блокирует появление термических напряжений в сварных швах котла 1. Эти напряжения могут возникнуть во время налива в котел 1 цистерны горячего нефтепродукта при температурах окружающей среды ниже минус 40°С.Water vapor generated in chambers 9 causes heating to positive temperatures of the boiler body 1 of the tank, which blocks the appearance of thermal stresses in the welds of the boiler 1. These stresses can occur during filling of the tank of hot oil product in the boiler 1 at ambient temperatures below minus 40 ° С.

По мере заполнения котла 1 цистерны горячим нефтепродуктом 4 с температурой, превышающей плюс 250°С, в камерах 9 и 10 парообогревательного кожуха 6 возникают процессы, аналогичные происходящим в термосифоне (П.Д. Дан, Д.А. Рей Тепловые трубы М., «Энергия», 1979, с. 10-11).As the boiler 1 of the tank is filled with hot oil 4 with a temperature exceeding plus 250 ° С, processes similar to those occurring in the thermosiphon occur in chambers 9 and 10 of the steam heating casing 6 (P.D. Dan, D.A. Rey, Heat pipes M., "Energy", 1979, p. 10-11).

На горячих наружных стенках камер 9 вода закипает и превращается в пар, а на холодных наружных стенках камер 10 этот пар конденсируется в воду, которая стекает к нижней части парообогревательного кожуха 6, где попадает в камеры 9 и вторично закипает, превращаясь в пар. Превращение жидкой воды в пар сопровождается поглощением скрытой теплоты парообразования, превращение пара в воду сопровождается ее выделением. Непрерывное перетекание пара из камер 9 в камеры 10 обуславливается устанавливающейся разностью его парциальных давлений в этих камерах.On the hot outer walls of the chambers 9, water boils and turns into steam, and on the cold outer walls of the chambers 10, this steam condenses into water, which flows to the lower part of the steam heating casing 6, where it enters the chambers 9 and boils again, turning into steam. The transformation of liquid water into steam is accompanied by the absorption of latent heat of vaporization, the conversion of steam into water is accompanied by its release. The continuous flow of steam from the chambers 9 into the chambers 10 is caused by the established difference in its partial pressures in these chambers.

Скрытая теплота парообразования воды, в зависимости от температуры, лежит в интервале от r=1715 кДж/кг до r=2256 кДж/кг, т.е. является очень большой величиной. Поэтому рассмотренный непрерывный процесс теплопереноса обеспечивает мощный отвод теплоты от горячего нефтепродукта 4 в окружающее пространство. Этот процесс происходит в нижней части котла 1 цистерны.The latent heat of water vaporization, depending on temperature, lies in the range from r = 1715 kJ / kg to r = 2256 kJ / kg, i.e. is a very large quantity. Therefore, the considered continuous process of heat transfer provides a powerful heat removal from the hot oil 4 to the surrounding space. This process takes place at the bottom of the boiler 1 tank.

Компьютерные расчеты показали, что в течение 30-40 минут средняя температура нефтепродукта в нижней части котла 1 цистерны опускается до плюс 80°С - 100°С. Эти значения отвечают условием прекращения закипания воды в камерах 9 парообогревательного кожуха 6 и наличию внешнего охлаждения кожуха 6 за счет теплопередачи в окружающее пространство.Computer calculations showed that within 30-40 minutes the average temperature of the oil in the lower part of the boiler 1 tank drops to plus 80 ° C - 100 ° C. These values correspond to the condition that the boiling of water in the chambers 9 of the steam-heating casing 6 ceases and the external cooling of the casing 6 is due to heat transfer to the surrounding space.

Температуры нефтепродукта 4, близкие к плюс 100°С, соответствуют существующим условиям эксплуатации цистерн для вязких нефтепродуктов, находящихся в настоящее время в эксплуатации.The temperature of the oil product 4, close to plus 100 ° C, corresponds to the existing operating conditions of tanks for viscous oil products that are currently in operation.

При продолжении налива горячего нефтепродукта 4 с температурой, превышающей плюс 250°С, уровень его поверхности поднимается над паро-обогревательным кожухом 6, где рассмотренный механизм охлаждения отсутствует, а отвод теплоты в окружающее пространство затруднен слоем 27 тепловой изоляции. В результате, к концу налива в верхней части котла 1 цистерны температура горячего нефтепродукта 4 будет на 100-150°С выше, чем в нижней части котла 1 цистерны.With continued loading of hot petroleum product 4 with a temperature exceeding plus 250 ° C, the level of its surface rises above the steam-heating casing 6, where the considered cooling mechanism is absent, and heat removal to the surrounding space is hindered by the layer of thermal insulation 27. As a result, by the end of loading in the upper part of the tank 1 boiler, the temperature of the hot oil 4 will be 100-150 ° C higher than in the lower part of the tank 1 boiler.

Для всех нефтепродуктов характерно быстрое уменьшение плотности, происходящее с ростом их температуры. В частности коэффициент объемного теплового расширения мазутов и масел составляет а=9⋅10-4 1/град и при рассмотренных условиях заполнения котла 1 цистерны горячий жидкий нефтепродукт 4 оказывается переведенным в устойчивое «стратифицированное» состояние, при котором его плотность в верхней части котла 1 цистерны оказывается много меньшей, чем в нижней его части.All petroleum products are characterized by a rapid decrease in density, which occurs with an increase in their temperature. In particular, the coefficient of volumetric thermal expansion of fuel oils and oils is a = 9⋅10 -4 1 / deg, and under the considered conditions for filling the boiler 1 of the tank, the hot liquid oil 4 is converted into a stable "stratified" state, in which its density in the upper part of the boiler 1 the tank is much smaller than in its lower part.

Отношение плотности нефтепродукта 4 в верхней части котла 1 цистерны к плотности в нижней его равно:The ratio of the density of the oil 4 in the upper part of the boiler 1 of the tank to the density in the lower is:

Figure 00000004
где а=9⋅10-4/град - коэффициент объемного теплового расширения нефтепродукта 4; ρ1 - плотность, кг/м3, нефтепродукта 4 в нижней части котла 1 цистерны, при температуре t1, близкой к плюс 80°С; ρ2 - плотность нефтепродукта 4 в верхней части котла 1 цистерны при температуре превышающей плюс 250°С.
Figure 00000004
where a = 9⋅10 -4 / deg - coefficient of volumetric thermal expansion of the oil product 4; ρ 1 - density, kg / m 3 , of oil 4 in the lower part of the boiler 1 of the tank, at a temperature t 1 close to plus 80 ° C; ρ 2 - the density of the oil 4 in the upper part of the boiler 1 of the tank at a temperature exceeding plus 250 ° C.

Относительное изменение плотности нефтепродукта 4 внутри котла 1 цистерны составляет величину, приблизительно равную 17%:The relative change in the density of the oil product 4 inside the boiler 1 of the tank is approximately 17%:

Figure 00000005
Figure 00000005

Такое большое различие плотности жидкого нефтепродукта 4 показывает, что его стратифицированное состояние окажется устойчивым. В этом состоянии естественная конвекция в горячем жидком нефтепродукте 4 сходит на нет. Естественная конвекция является основной причиной быстрого охлаждения нефтепродуктов при их железнодорожных перевозках и ее подавление резко снижает темп их охлаждения.Such a large difference in the density of liquid petroleum product 4 shows that its stratified state will be stable. In this state, natural convection in the hot liquid petroleum product 4 comes to naught. Natural convection is the main reason for the rapid cooling of oil products during their railway transportation and its suppression dramatically reduces the rate of cooling.

В самом конце налива уровень жидкого горячего нефтепродукта 4 в котле 1 цистерны достигает емкостей 22, заполненных водой. Внутри емкостей 22 возникает кипение воды, сопровождающееся увеличением давления пара. Этот рост давления вызывает ее выброс через шнековые форсунки 23 в массу нефтепродукта 4 в верхней части котла 1 цистерны. Задаваемый диаметр сопла форсунок 23 обеспечивает образование водных капель диаметром, близким к 0,5 мм.At the very end of the filling, the level of liquid hot oil 4 in the boiler 1 of the tank reaches tanks 22 filled with water. Boiling water occurs inside containers 22, accompanied by an increase in vapor pressure. This increase in pressure causes its discharge through the screw nozzles 23 into the mass of oil 4 in the upper part of the boiler 1 of the tank. The set nozzle diameter of the nozzles 23 ensures the formation of water droplets with a diameter close to 0.5 mm.

При высокой температуре нефтепродукта 4, превышающей плюс 250°С, вода в выбрасываемых каплях, попавших в нефтепродукт, испаряется.At a high temperature of the oil product 4, exceeding plus 250 ° C, the water in the droplets discharged into the oil evaporates.

При этом в верхних слоях нефтепродукта 4 образуются многочисленные полости диаметром, близким к 5 мм, заполненные паром, объем которых почти в тысячу раз превосходит объем капель воды. В результате верхняя часть нефтепродукта 4 в слое 26 некоторой толщины переходит в состояние дисперсоида с низкой теплопроводностью. Слой нефтепродукта 26 в состоянии дисперсоида частично или полностью заполняет свободное пространство 5, остающееся внутри котла 1 цистерны.Moreover, in the upper layers of the oil product 4 numerous cavities with a diameter close to 5 mm are formed, filled with steam, the volume of which is almost a thousand times greater than the volume of water droplets. As a result, the upper part of the oil product 4 in the layer 26 of a certain thickness goes into the state of a dispersoid with low thermal conductivity. The oil product layer 26 in the state of the dispersoid partially or completely fills the free space 5 remaining inside the boiler 1 of the tank.

По окончании налива жидкого нефтепродукта 4 в котел 1 цистерны вода из парообогревательного кожуха 6 в количестве около 700 кг сливается в промежуточную емкость, расположенную на территории нефтеналивной площадки. Имея сравнительно высокую температуру, она может вторично использоваться при подаче под налив очередной цистерны.At the end of the loading of liquid petroleum product 4 into the boiler 1 of the tank, water from the steam heating casing 6 in an amount of about 700 kg is discharged into an intermediate tank located on the territory of the oil loading platform. Having a relatively high temperature, it can be reused when serving another tank under loading.

Вязкоупругие свойства нефтепродукта в состоянии дисперсоида, образующего слой 26, позволят использовать его для гашения волн на свободной поверхности жидкого нефтепродукта 4, образующихся при рывках и колебаниях движущейся цистерны. Низкая теплопроводность нефтепродукта в состоянии дисперсоида позволяет долго сохранять высокую температуру верхних слоев жидкого нефтепродукта 4 в котле 1 цистерны на уровне выше плюс 200°С и поддерживать стратифицированное состояние всей его массы, заполняющей котел 1 цистерны.The viscoelastic properties of the oil in the state of the dispersoid forming the layer 26 will allow it to be used to absorb waves on the free surface of the liquid oil 4, which are formed during jerking and oscillations of the moving tank. The low thermal conductivity of the oil product in the state of a dispersoid allows for a long time to maintain the high temperature of the upper layers of liquid oil 4 in the boiler 1 of the tank at a level above + 200 ° C and maintain the stratified state of its entire mass filling the boiler 1 of the tank.

В стратифицированном состоянии горячего жидкого нефтепродукта 4 внутри котла 1 цистерны происходит не только уменьшение скорости его охлаждения при перевозках, но изменяется сама картина застывания с переходом в высоковязкое состояние. Этот переход происходит не во всей массе жидкого нефтепродукта 4, заполняющей котел 1 цистерны, а лишь в тонком слое 25, прилегающем к внутренним стенкам котла 1 цистерны. Результаты компьютерных расчетов показали, что толщина высоковязкого слоя 25 застывшей фракции нефтепродукта 4 не превосходит шести сантиметров, а его масса оказывается около пяти - шести тонн.In the stratified state of the hot liquid petroleum product 4 inside the tank boiler 1, there is not only a decrease in its cooling rate during transportation, but the very picture of solidification changes with the transition to a highly viscous state. This transition does not occur in the entire mass of liquid petroleum product 4 filling the boiler 1 of the tank, but only in a thin layer 25 adjacent to the inner walls of the boiler 1 of the tank. The results of computer calculations showed that the thickness of the highly viscous layer 25 of the frozen fraction of oil 4 does not exceed six centimeters, and its mass is about five to six tons.

Основная часть жидкого нефтепродукта 4 в котле 1 цистерны, общей массой свыше шестидесяти тонн, сохранит высокую температуру и текучесть, достаточную для слива самотеком, по истечении не менее десяти суток транспортирования при температуре окружающей среды минус 20°С.The main part of the liquid petroleum product 4 in the boiler 1 of the tank, with a total mass of over sixty tons, will retain a high temperature and fluidity sufficient to drain by gravity after at least ten days of transportation at ambient temperature minus 20 ° С.

При низкой теплопроводности нефтепродукта λн.п. ≈ 0,12 Вт/м°С, высоковязкий слой 25 застывшей фракции нефтепродукта 4 уже сам становится дополнительной «внутренней теплоизолирующей оболочкой» котла 1 цистерны.At low thermal conductivity of the oil product λ n . n . ≈ 0.12 W / m ° C, the highly viscous layer 25 of the frozen fraction of oil 4 itself already becomes an additional “internal heat-insulating shell” of boiler 1 of the tank.

При выгрузке доставленного нефтепродукта встает задача размывания лишь высоковязкого слоя 25 застывшей фракции нефтепродукта 4. Слой 25 легко размывается при подаче пара в парообогревательный кожух 6 по стандартной технологии выгрузки вязких нефтепродуктов. При этом конструкция парообогревательного кожуха 6, имеющего внутреннюю перегородку 8 в предлагаемой цистерне позволяет существенно повысить коэффициент теплоиспользования пара. Пар подается в камеры 9 парообогревательного кожуха 6, имеющие тепловой контакт со стенкой котла 1 цистерны, а не с наружной стенкой 7 парообогревательного кожуха 6 где теплота его конденсации безвозвратно теряется в окружающем пространстве. Образующийся в камерах 10 конденсат скапливается в нижней части паробоогревательного кожуха 6 и перекрывает перетекание излишков пара из камер 9 в камеры 10. Слив конденсата, осуществляемый через выходной штуцер 12, позволяет регулировать распределение пара между камерами 9 и 10.When unloading the delivered oil product, the task arises of eroding only the highly viscous layer 25 of the frozen fraction of the oil product 4. Layer 25 is easily eroded when steam is supplied to the steam heating casing 6 using the standard technology for unloading viscous oil products. Moreover, the design of the steam heating casing 6, having an internal partition 8 in the proposed tank, can significantly increase the heat utilization coefficient of steam. Steam is supplied to the chambers 9 of the steam heating casing 6, having thermal contact with the wall of the boiler 1 of the tank, and not with the outer wall 7 of the steam heating casing 6 where the heat of its condensation is irretrievably lost in the surrounding space. Condensate formed in the chambers 10 accumulates in the lower part of the steam heating casing 6 and blocks the flow of excess steam from the chambers 9 into the chambers 10. The condensate is discharged through the outlet nipple 12 and the steam distribution between chambers 9 and 10 can be controlled.

В итоге выгрузка доставленного вязкого нефтепродукта может быть проведена за меньшее время и при меньших затратах тепловой энергии. При этом сам нефтепродукт будет иметь высокую среднюю температуру и текучесть и может передаваться в хранилища по наземным коммуникациям в том числе, если они выполнены по временным технологическим схемам.As a result, unloading of the delivered viscous oil product can be carried out in less time and at lower cost of thermal energy. At the same time, the oil product itself will have a high average temperature and fluidity and can be transferred to storage facilities via ground communications, including if they are made according to temporary technological schemes.

Решение задачи по сокращению времени выгрузки вязких нефтепродуктов и затрат тепловой энергии на ее проведение, ведет к повышению производительности труда на организацию перевозок вязких нефтепродуктов.The solution to the problem of reducing the time of unloading viscous petroleum products and the cost of thermal energy for its implementation, leads to increased productivity on the organization of transportation of viscous petroleum products.

Claims (3)

1. Способ перевозки вязких нефтепродуктов, включающий их налив в цистерну в разогретом состоянии, охлаждение нефтепродукта в нижней части котла цистерны, его транспортирование и выгрузку, отличающийся тем, что охлаждение нефтепродукта в нижней части котла цистерны осуществляют до тех пор, пока его плотность в нижней части котла цистерны станет больше плотности нефтепродукта в верхней части котла цистерны на 17%.1. A method of transporting viscous oil products, including pouring them into the tank in a heated state, cooling the oil product in the lower part of the tank boiler, transporting and unloading it, characterized in that the oil product is cooled in the lower part of the tank boiler until its density is in the lower part of the boiler tank will be more than the density of the oil in the upper part of the tank tank by 17%. 2. Способ перевозки вязких нефтепродуктов по п. 1, отличающийся тем, что их налив в котел цистерны производят в разогретом состоянии при температуре, превышающей плюс 250°С.2. A method for transporting viscous petroleum products according to claim 1, characterized in that they are poured into the boiler of the tank in a heated state at a temperature exceeding plus 250 ° C. 3. Железнодорожная цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов, включающая горизонтально установленный на транспортных тележках цилиндрический котел с верхним наливным люком, нижним сливным патрубком и прикрепленную к корпусу котла штангу, имеющую вороток, размещенный в верхнем наливном люке, а также парообогревательный кожух, снабженный штуцерами для подачи пара и слива конденсата, жестко фиксированный на наружной поверхности нижней половины котла цистерны, верхняя ее половина, над парообогревательным кожухом, покрыта слоем теплоизолирующего материала, отличающаяся тем, что внутри парообогревательный кожух содержит неподвижную зигзагообразную по форме перегородку, отделяющую стенку котла цистерны от наружной стенки парообогревательного кожуха, а внутри котла цистерны имеются две жестко прикрепленные к верхним листам его днища емкости, на которых смонтированы с возможностью перемещения форсунки для капельного распыла воды в верхние слои нефтепродукта в заполненной цистерне, а на нижнем листе обечайки котла цистерны, под наливным люком, жестко прикреплена переходная труба, свободный конец которой имеет фланец, имеющий соединение с нижним сливным патрубком, причем на штанге, соединенной нижним концом с седлом клапана сливного патрубка, прикреплена крышка с отверстием, закрывающая переходную трубу, при этом к нижней стороне крышки прикреплен герметично изолированный сосуд, заполненный теплопоглощающим материалом.3. A railway tank for transporting viscous petroleum products, including a cylindrical boiler horizontally mounted on transport trolleys with an upper filling hatch, a lower drain pipe and a rod attached to the boiler body, having a knob located in the upper filling hatch, and a steam heating casing equipped with supply fittings steam and condensate drain, rigidly fixed on the outer surface of the lower half of the tank boiler, its upper half, above the steam heating casing, is covered with a layer of heat casing material, characterized in that inside the steam heating casing contains a fixed zigzag-shaped partition separating the wall of the tank boiler from the outer wall of the steam heating casing, and inside the tank there are two containers rigidly attached to the upper sheets of its bottom, on which nozzles are mounted for moving drip spray of water into the upper layers of the oil product in the filled tank, and on the bottom sheet of the shell of the boiler tank, under the loading hatch, a lead pipe, the free end of which has a flange having a connection with the lower drain pipe, and on the rod connected with the lower end to the valve seat of the drain pipe there is a lid with an opening covering the adapter pipe, and a hermetically insulated vessel attached to the lower side of the lid heat absorbing material.
RU2018116284A 2018-04-28 2018-04-28 Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation RU2682130C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116284A RU2682130C1 (en) 2018-04-28 2018-04-28 Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116284A RU2682130C1 (en) 2018-04-28 2018-04-28 Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682130C1 true RU2682130C1 (en) 2019-03-14

Family

ID=65805914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018116284A RU2682130C1 (en) 2018-04-28 2018-04-28 Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682130C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110407149A (en) * 2019-07-11 2019-11-05 西安安森智能仪器股份有限公司 A kind of lighter hydrocarbons draw-out device
CN113033862A (en) * 2020-01-10 2021-06-25 重庆科技学院 Heavy oil reservoir supercritical multi-element thermal fluid huff and puff productivity prediction method
RU206971U1 (en) * 2021-07-06 2021-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий" (ООО "ВНИЦТТ") TANK WAGON DRAINER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6347589B1 (en) * 2000-06-30 2002-02-19 Trn Business Trust Railway tank car having a heating system with internal heat transfer panel
RU91058U1 (en) * 2009-09-22 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Рузхиммаш" (ОАО "Рузхиммаш") RAILWAY TANK FOR HARDENING LIQUIDS
RU100506U1 (en) * 2010-06-15 2010-12-20 Открытое акционерное общество "Рузхиммаш" (ОАО "Рузхиммаш") RAILWAY TANK FOR VISCOUS AND HARDENING LIQUIDS
RU2639095C1 (en) * 2016-11-28 2017-12-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Method of transportation of viscous oil products and railway tank for its implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6347589B1 (en) * 2000-06-30 2002-02-19 Trn Business Trust Railway tank car having a heating system with internal heat transfer panel
RU91058U1 (en) * 2009-09-22 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Рузхиммаш" (ОАО "Рузхиммаш") RAILWAY TANK FOR HARDENING LIQUIDS
RU100506U1 (en) * 2010-06-15 2010-12-20 Открытое акционерное общество "Рузхиммаш" (ОАО "Рузхиммаш") RAILWAY TANK FOR VISCOUS AND HARDENING LIQUIDS
RU2639095C1 (en) * 2016-11-28 2017-12-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Method of transportation of viscous oil products and railway tank for its implementation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110407149A (en) * 2019-07-11 2019-11-05 西安安森智能仪器股份有限公司 A kind of lighter hydrocarbons draw-out device
CN113033862A (en) * 2020-01-10 2021-06-25 重庆科技学院 Heavy oil reservoir supercritical multi-element thermal fluid huff and puff productivity prediction method
CN113033862B (en) * 2020-01-10 2023-09-22 重庆科技学院 Method for predicting throughput capacity of supercritical multi-element thermal fluid of heavy oil reservoir
RU206971U1 (en) * 2021-07-06 2021-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий" (ООО "ВНИЦТТ") TANK WAGON DRAINER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2682130C1 (en) Method of transporting of viscous refined oil products and railway tank for its implementation
RU2666018C1 (en) Tank for transportation of viscous oil products
US2976695A (en) System for refrigerated lpg storage
KR20140061533A (en) Device for collecting and separating aqueous and/or oily liquids and cryogenic liquid
DE10016352A1 (en) Sorption cooler
US2650478A (en) Method and apparatus for shipping and storing combustible gases
CA1283003C (en) Vessel for transportation of high melting aromatic hydrocarbons in liquid phase
US2952987A (en) Apparatus for the maintenance of liquefied petroleum products and method of manufacture thereof
RU2749164C1 (en) Cistern for transporting oils, oil residue and other viscous oil products under low temperatures
US2966040A (en) Tank for the storage and transportation of a low boiling liquid
RU2639095C1 (en) Method of transportation of viscous oil products and railway tank for its implementation
US3299663A (en) Refrigerator mounted cold water system
RU2386890C2 (en) Spacecraft cryogenic refueling system
US2983409A (en) Means for the storage and transportation of a liquefied gas
RU2629640C1 (en) Method for transportation of viscous oil products and tanks for its implementation
Vorobiev et al. New way to increase the profitability of railway transportation of viscous petroleum products at low air temperatures
US2997855A (en) Apparatus for storing and dispensing liquefied gases
US3147728A (en) Ship for the transportation of high temperature molten material
RU147721U1 (en) TANK FOR THE TRANSPORTATION OF LIQUID OIL PRODUCTS
RU2174926C1 (en) Tank car for carrying thickening oil products
RU16119U1 (en) TANK FOR THE TRANSPORTATION OF THICKENING OIL PRODUCTS
US2477566A (en) Liquefied gas dispensing system
RU2611864C2 (en) Vessels respiratory equipment protection device against plugging with viscous fractions and ice (versions)
US1859953A (en) Apparatus for cooling liquids
CN217416542U (en) Whole-process heat preservation and cold insulation reinforcing device with movable heat insulation plate