установка для подготовки высокопарафинистых и высоковязких нефтей к перекачке

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОПАРАФИНИСТЫХ И ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ К ПЕРЕКАЧКЕ, включающая вибровозбудитель, нагреватель и виброэлемент в виде сита, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен в виде каркаса лодки с продольными, поперечными и килевой балками из труб, внутрь которых уложены токоведущие элементы низкочастотного индуктора, причем к балкам прикреплены жалюзи, а вибровозбудители выполнены низкочастотными электромагнитными, изогнуты в виде сердцевидных рам и установлены внутри поперечных балок с зазором относительно продольных балок, при этом рамы подпружинены с обеих сторон, виброэлементы выполнены в виде жалюзи и жестко прикреплены к каждой раме, носовая, центральная и кормовая части каркаса снабжены рым-болтами, а центральная часть дополнительно снабжена блоком для перемещения по хранилищу, при этом блок и рым-болты закреплены на разных уровнях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для подготовки к перекачке высокопарафинистых и высоковязких нефтей из нефтехранилищ открытого типа (земляных амбаров).

Известна установка для подогрева вязких нефтепродуктов, которая состоит из змеевикового конического парового подогревателя, жестко укрепленного на штоке парового вибратора [1] Установка эффективна при использовании в закрытых емкостях, в отсеках нефтеналивных барж и танкеров.

Однако установка неэффективна для подготовки застывших высокопарафинистых и высоковязких нефтей, поскольку значительный слой нефти остается в межвитковом пространстве без виброобработки и нагрева.

Наиболее близким к изобретению является устройство для подготовки высокопарафинистых нефтей для перекачки, содержащее вибровозбудитель, к которому жестко прикреплен змеевик, снабженный виброэлементом в виде сита. Устройство создает высокую скорость сдвига в межвитковом пространстве.

Однако сито из сетки или перфорированного листа не обладает развитой поверхностью тепломассообмена.

Кроме того, жестко закрепленное сито с заданным размером ячеек не позволяет оптимизировать процесс подготовки нефти к перекачке при изменении реологических характеристик откачиваемых нефтей, зависящих от условий и времени хранения.

Устройство обладает значительным лобовым сопротивлением и поэтому не эффективно для подготовки нефти в амбарах значительной площади, когда процесс откачки может быть интенсифицирован только перемещением установки по амбару с вовлечением в процесс тепломассообмена и виброобработки поверхностного слоя, равного высоте устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности установки и расширение области ее использования.

Цель достигается тем, что нагреватель выполнен в виде каркаса лодки, все балки которого изготовлены из труб, внутрь которых уложены токоведущие элементы низкочастотного индуктора, причем к продольным боковым и килевой балкам каркаса жестко прикреплены жалюзи и поперечные балки снабжены дополнительно низкочастотными электромагнитными вибровозбудителями, изогнуты в виде сердцевидных рам и установлены с зазором относительно продольных балок, при этом рамы подпружинены с обеих сторон, причем к каждой раме жестко прикреплены виброэлементы в виде жалюзи, кроме того, носовая, центральная и кормовая части каркаса снабжены рым-болтами, а центральная часть дополнительно снабжена блоком, причем блок и рым-болты закреплены на разных уровнях.

На фиг.1 изображена установка, вид сверху; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Установка содержит каркас, состоящий из двух (четырех) продольных бортовых 1 и килевой 2 балок и нескольких поперечных балок 3, 4 и 5. В носовой, центральной и кормовой частях каркаса жестко закреплены рым-болты 6, причем носовой и кормовой рымы служат для возможности транспортирования устройства по амбару, предпочтительно с помощью лебедок, а центральный для фиксации и стыковки подводящих кабелей. Поперечные балки 3, 4 и 5 сердцевидных рам установлены с зазором относительно продольных балок 1 и 2 и подпружинены с обеих сторон с помощью пружин 7 и упоров 8. Внутрь всех балок каркаса уложены токоведущие элементы низкочастотных индукторов 9. Кроме того, внутрь поперечных балок установлены низкочастотные электромагнитные вибровозбудители 10.

К продольным балкам жестко прикреплены жалюзи 11, а к поперечным жалюзи 12. Кроме того жалюзи 11 крепятся к неподвижным направляющим 13. Установка снабжена в центральной части блоком 14, который служит для подвешивания ее над нефтехранилищем, а также для погружения ее в нефть и подъема в процессе подготовки, а также для удерживания ее на заданной глубине погружения в нефть при транспортировании по амбару. Электроэнергия к токоведущим элементам индукторов 9 подводится по кабелям 15, уложенным в герметизированные дюралевые шланги с металлической оплеткой. Блок 14 установлен на опоре 16 над рым-болтом 6 центральной части установки, который служит ложементом для подводящих кабелей 15.

Установка для подготовки высокопарафинистых и высоковязких нефтей к перекачке работает следующим образом.

Установка подвешивается над застывшей нефтью на тросе, который перекинут через блок 14, и тросах, прикрепленных к рым-болтам 6 передней и кормовой частей корпуса установки. Включается низкочастотный индукционный разогрев всех балок 1-5 каркаса установки. Одновременно включаются электромагнитные вибровозбудители 10, установленные в нижних точках балок 3, 4 и 5. С помощью установленных на берегу нефтехранилищ лебедок (на которые намотаны тросы) и тросов установка по мере нагрева опускается на глубину, равную ее высоте. После погружения до "затопления" балок 1 установка с помощью тросов (и лебедок), закрепленных на рым-болтах 6, начинает перемещаться по амбару в одну и другую стороны, скользя при этом по блоку 14. Жалюзи продольных балок устанавливаются в зависимости от условий под углом в диапазоне 10-90^о. При этом жалюзи 11 боковых балок при любом наклоне и, как следствие, при любой ширине щели не увеличивают лобовое сопротивление, создаваемое ребрами жалюзи. Нефть, разогретая балками 1 и 2 каркаса и частично жалюзи 11, а также подрезанная на слои, соответствующие ширине щелей жалюзи 11, попадает на вибрирующие жалюзи 12 поперечных балок 3, 4 и 5. При этом для интенсификации процесса виброподогрева ширина щелей жалюзи 12 должна быть больше ширины щелей жалюзи 11. Параметры вибрации жалюзи 12 регулируются и настраиваются на определенные режимы работы с помощью электромагнитных вибровозбудителей 10 и подпружинивания пружин 7 между опорами 8 и балками 3, 4 и 5. В траншею с подготовленной к перекачке нефтью, образуемую за перемещающейся установкой, опускают приемный патрубок откачивающего насоса. После прокладки траншей от берега до берега нефтехранилища одну (или обе) береговые лебедки смещают на ширину траншеи и начинают подготавливать следующую траншею, перемещая установку в обратную сторону. Процесс транспортировки установки по поверхности амбара легко автоматизируется.

Испытывали опытную установку, выполненную следующим образом.

Каркас корпуса нагревателя выполняли из труб диаметром 15 мм в виде лодки. Полезный объем установки 0,078 м³. Размеры каркаса 1 х 0,45 х 0,35 м. Для создания низкочастотного индукционного разогрева использовали переносной сварочный трансформатор. В нижние точки поперечных балок каркаса устанавливали электромагнитные вибровозбудители, которые создавали параметры вибрации: частота 55 Гц, амплитуда 0,2 мм. Ширина щелей жалюзи: на продольных балках 6-12 мм, на поперечных больше 4-8 мм. Испытания проводили на земляном нефтехранилище (амбаре) размером 10 х 6 х 1,5 м. Амбар заполняли в равных долях двумя нефтями: каражанбасской (вязкость 0,92 Па c температура застывания 3^оС) и мангышлакской ( 1,61 Па c температура застывания +29^оС). Транспортирование установки по амбару осуществляли с помощью ручных лебедок. Температура поверхности каркаса 150^оС. Температура нефти в амбаре 10^оС. Скорость погружения установки в застывшую нефть 0,5-1,2 см/c. Скорость перемещения установки по амбару 1-2 см/c. Производительность откачки, равная производительности установки, колеблется в пределах 2,4-3,2 м³/ч.

Установка показала высокую эффективность как при подготовке высоковязкой каражанбасской, так и при подготовке высокопарафинистой высокозастывающей мангышлакской нефти. Для сравнения установку, изготовленную в соответствии с прототипом, того же объема и с теми же характеристиками температур и вибрации опробовали на тех же нефтях и при тех же условиях, что и предлагаемую установку.

Устройство-прототип оказалось неэффективным, поскольку по сравнению с изобретением, обладало большим лобовым сопротивлением и, кроме того, при транспортировке резко гасилась вибрация. Поэтому скорость погружения не превысила 0,2 см/c, а скорость транспортировки 0,7 м³/ч.

Таким образом, исследования показали, что изобретение обладает по сравнению с известными техническими решениями следующими преимуществами:

подогреватель в форме лодочного каркаса позволяет резко снизить сопротивление при погружении установки в застывшую нефть и при транспортировке ее по нефтяному амбару;

система жалюзи, установленная на каркасе, позволяет резко увеличить поверхность контакта, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс тепломассообмена;

вибрирующие жалюзи на поперечных балках каркаса позволяют в широком диапазоне менять скорость сдвига в ячейках, которые образованы "в свету" пересечением шторок жалюзи и поперечными балками, что оптимизирует процесс подготовки нефти к перекачке.

Использование низкочастотных (до 36 В) индукторов для нагрева каркаса по сравнению с паровым (или циркуляционным) змеевиком резко упрощает конструкцию установки и систему подводящих линий энергоносителей, обеспечивает равномерность нагрева, надежность и безопасность в эксплуатации. Использование жалюзи позволяет устанавливать на продольных и поперечных балках различное соотношение ширины щелей и, как следствие, скоростей сдвига. При этом на продольных балках ширина щелей для снижения лобового сопротивления и наращивания вибротепломассообмена по мере продавливания нефти через установку должна быть больше ширины щелей на поперечных балках в соотношении (2: 1)-(5: 4). В свою очередь, ширина щелей жалюзи каждой последующей поперечной балки должна быть меньше ширины щелей жалюзи предыдущей.

Таким образом, исследования показали, что изобретение обладает также следующими преимуществами:

установка может быть использована для подготовки к перекачке застывшей высокопарафинистой и высоковязкой нефти из земляных нефтехранилищ любых размеров;

за счет снижения лобового сопротивления резко снижаются энергозатраты на транспорт установки по слою застывшей нефти;

вибрация поперечных жалюзи обеспечивает резкую интенсификацию процесса подготовки нефтей;

использование индукционного подогрева резко снижает энергозатраты на подогрев, упрощает обслуживание установки и делает ее безопасной в обслуживании.

Экологическая эффективность установки подсчитывается для каждого конкретного случая и включает стоимость откачанной нефти и сумму ущерба окружающей среде от удлинения срока опорожнения амбара.