устройство для наполнения и опорожнения резервуара

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПОЛНЕНИЯ И ОПОРОЖНЕНИЯ РЕЗЕРВУАРА, включающее распределитель и изогнутый трубопровод для подвода и отвода жидкости, имеющий вертикальный участок для соединения с распределителем, отличающееся тем, что распределитель выполнен из двух соосных наружной и внутренней конических поверхностей с углом при вершине 140 - 145^o, при этом внутренняя коническая поверхность в периферийной части снабжена отражательным диском.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к устройствам для наполнения и опорожнения резервуаров нефтепродуктами и другими жидкостями.

Известно устройство для наполнения и опорожнения резервуара [2] имеющее переходник криволинейного профиля, который одним из своих концов вертикально выходит в рассеиватель, имеющий форму поверхности вращения приблизительно с равномерным распределением скоростей, который накрыт отражательным экраном, окаймленным скруглением. Устройство предназначено для передачи значительного количества жидкости в единицу времени при наполнении и опорожнении резервуаров с перекрытием поплавкового типа.

Такое устройство позволяет придать лишь общее усредненное направление потоку приблизительно с равномерным распределением средних скоростей по окружности, но не предотвратить рассеивание жидкости по высоте, что обусловлено действием турбулентного обмена между затопленной струей и окружающей ее жидкостью. Это приводит к выходу затопленной струи на поверхность особенно при невысоких взливах жидкости в резервуарах. Выход затопленной струи на поверхность жидкости в значительной степени активизирует массообменные процессы, что связано, например, для нефтей и нефтепродуктов с высокими потерями легких углеводородных фракций в атмосферу и загрязнением воздушного бассейна вредными выбросами.

Известно устройство для наполнения и опорожнения резервуара [1] которое снабжено установленными между дисками распределителя дополнительными дисками с равными зазорами между ними, а суммарный междисковый зазор равен половине радиуса вертикального участка трубопровода для подвода и отвода жидкости.

При работе устройства жидкость, поступающая в подводящий трубопровод, входит в распределитель со скоростью, равной скорости движения в трубопроводе. По мере перемещения жидкости по междисковым зазорам к периферии распределителя скорость ее постепенно снижается и при определенной для конкретных условий величине движения приобретает ламинарный режим, обеспечивающий формирование направленной нерассеивающейся по высоте струи.

Однако при высокой производительности наполнения и опорожнения резервуара и небольшой вязкости продукта, например бензина, для образования нерассеивающейся струи потребовалось бы большое количество дополнительных промежуточных дисков и увеличение диаметра дисков, что связано со значительным повышением материалоемкости и стоимости устройства, а в ряде случаев и с нарушением технологического процесса при эксплуатации резервуара (например, возможно образование застойных зон и др.). По этой причине зачастую используют устройства, допускающие рассеивание жидкости по вертикали и выход затопленной струи на поверхность.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и сокращение потерь жидкости от испарения, повышение производительности, снижение материалоемкости.

Решение задачи достигается тем, что в известном устройстве для наполнения и опорожнения резервуара распределитель выполнен из двух соосных (наружной и внутренней) конических поверхностей с углом при вершине 140 145^о, при этом внутренняя коническая поверхность в периферийной зоне снабжена отражательным диском.

На фиг. 1 схематически изображен общий вид устройства для наполнения и опорожнения резервуара, вид сбоку; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 пример использования устройства.

Устройство содержит распределитель, выполненный из двух соосных наружной 1 и внутренней 2 конических поверхностей, отражательного диска 3, и изогнутый трубопровод 4 для подвода и отвода жидкости, имеющий вертикальный участок для соединения с распределителем. Конические поверхности 1 и 2 жестко соединены между собой соединительными элементами 5, обеспечивающими заданный зазор между коническими поверхностями. Наиболее оптимальная величина зазора составляет половину радиуса вертикального участка для подвода и отвода жидкости. Угол при вершине конических поверхностей 1 и 2 составляет 140 145^о и обеспечивает верхней границы турбулентной плоской затопленной струи не выше горизонтальной плоскости.

Отражательный диск 3 соединен в внутренней конической поверхностью 2 с помощью соединительной поверхности вращения.

При этом уклон для лучшего формирования потока предпочтительно должен составлять 36 40^о.

На фиг. 3 приведен один из примеров размещения предлагаемого устройства для наполнения и опорожнения резервуара в резервуаре низкого давления типа РВС для нефтепродуктов, работающего в режиме периодического наполнения и опорожнения при высоких скоростях поступления и отбора жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость, поступающая в трубопровод 4 при турбулентном режиме движения, входит в распределитель со скоростью, равной скорости ее движения в трубопроводе.

При этом направление движения распределенной равномерно в радиальных направлениях в межконусном пространстве жидкости отклоняется от вертикали на 70 72,5^о. По мере перемещения жидкости по межконусному зазору к периферии распределителя скорость ее постепенно снижается и происходит формирование новой структуры расходящегося турбулентного потока, ограниченного коническими поверхностями.

При выходе жидкости из распределителя при турбулентном режиме плоская струя, попадая в массу окружающей ее жидкости, постепенно расширяется в соответствии с гидравлическими законами рассеивания затопленной свободной турбулентной струи (Чугаев Р.Р. Гидравлика (техническая механика жидкости). Издание третье дополненное и исправленное. Л. Энергия, 1975, с.347-349). Начало струи совпадает с выходным сечением межконусного зазора. В связи с наличием поперечных по отношению к поверхности раздела пульсирующих скоростей происходит постоянный обмен частицами жидкости между струей и окружающей ее средой и разрыв ядра постоянных скоростей. Скорость струи падает. Внешние границы турбулентного пограничного слоя очерчены прямыми линиями, проходящими через кромки внешней и внутренней конических поверхностей. Угол расширения струи может быть найден по известным формулам. Для плоской струи в зависимости от коэффициента структуры, учитывающего структуру потока в выходном сечении, угол рассеивания (расширения) струи составляет 24 32^о.

Следовательно, чтобы верхняя граница затопленной струи при выходе из межконусного пространства распределителя не выходила вверх за горизонтальную плоскость, проходящую через кромку наружного конуса 1, угол при вершине конических поверхностей не должен превышать 148^о (с расчетом на максимальный коэффициент структуры или максимальный угол рассеивания затопленной турбулентной струи 32^о).

С учетом некоторого влияния на струю близлежащих поверхностей он может быть принят равным 140 145^о. В соответствии с обозначением на фиг.1 угол 140 145^о. Угол рассеивания затопленной струи определяет и минимальный угол наклона образующей соединительной поверхности 6 вращения, который при 140^о и угле рассеивания затопленной струи 32^о составляет 36^о. Во избежание образования завихрений угол предпочтительно не должен превышать величину 40^о. В другом варианте соединительную поверхность 6 вращения можно заменить соединительными элементами, выполненными, например, в виде отдельных пластин.

После выхода из межкорпусного зазора, частично расширения и снижения скорости струя нижней своей поверхностью (областью границы раздела) ударяется о твердую поверхность отражательного диска 3 и меняет направление нижней границы. После обтекания поверхности диска она опять попадает в окружающую ее жидкость, где нижняя граница струи отклоняется вниз от плоскости отражательного диска на половину угла рассеивания затопленной струи. В итоге использование отражательного диска 3 позволяет практически вдвое уменьшить угол отклонения нижней границы затопленной струи от горизонтальной плоскости и привести его к небольшой величине (12 16^о). Это обстоятельство имеет важное значение при использовании устройства для наполнения и опорожнения резервуара в технологических резервуарах, где не допускается интенсивное воздействие входящего (выходящего) потока на продукт в нижней области резервуара, например в нефтяных товарных резервуарах при дополнительном отстое нефти, в результате которого образуется водный подстилающий слой, периодически удаляемый из резервуаров. В некоторых случаях отражательный диск предохраняет днище резервуара от активного воздействия мехпримесей, которые могут содержатся в жидкости.

Отражательный диск 3 может быть снабжен вертикально расположенными радиальными направляющими элементами (пластинами), как дополнительным средством против воронкообразования. Это особенно важно при высоких скоростях опорожнения резервуара.

Использование в распределителе двух соосных конических поверхностей с углом при вершине 140 145^о обеспечивает перемещение жидкости в верхних границах ниже горизонтальной плоскости, проходящей через кромку наружного конуса, а отражательный диск позволяет получить отклонение нижней границы от горизонтали на небольшую величину.

В результате устройство для наполнения и опорожнения резервуара позволяет при высоких скоростях потока (высокой производительности резервуара), низкой вязкости жидкости, небольших габаритах устройства и невысокой материалоемкости оптимально распределять, стабилизировать поток и осуществлять ввод жидкости в заданную по высоте зону резервуара без вывода затопленной струи на поверхность при предусмотренных технологией взливах и вывод жидкости из заданной по высоте зоны резервуара, ограничить воздействие потока на нижнюю зону резервуара. Это предотвращает поступление жидкости с остаточным газосодержанием или содержанием легких летучих фракций в зону разгазирования (в зону с давлением ниже давления насыщенных паров) или на поверхность, что обеспечивает значительное сокращение потерь жидкости (например, нефтей и нефтепродуктов) от испарения, предотвращает пенообразование, обеспечивает отбор продукта (например, выпавшей из нефти воды) из нижней зоны резервуара без перемешивания с продуктами верхней зоны, в технологических процессах позволяет повысить качество получаемого продукта, увеличивает полезный объем резервуаров и резервуарных парков.

Предварительные испытания показали надежность и устойчивость работы устройства для наполнения и опорожнения резервуара.