к.т.н проф. Кучин В.Н.

маг. Джумаханов Е.А.

маг. Есенбеков А.К.

(КарГТУ, г.Караганда)

Подогрев загустевающих жидких грузов на железнодорожном транспорте

Некоторые жидкие грузы загустевают за время хранения или транспортировки по железной дороге. Такие грузы нужно подогревать перед погрузкой или выгрузкой из вагонов, и тогда они снова приобретают достаточную текучесть. Свойство загустевания при низкой температуре приводит к значительному количеству простоев грузов. Оборот цистерн на пунктах слива грузов регламентируется нормативным временем, за превышение которого уплачивает штраф за простой цистерн.

Продолжительность слива для цистерн, включая и подготовительные операции, не должна превышать следующих норм: независимо от количества поданных на фронт слива вагонов для двухосных цистерн – 1ч.15 мин, для четырехосных и более – 2 часа. При необходимости разогрева нефтепродуктов в холодное время года – с 15 октября по 15 апреля – на разогрев и слив предоставляются следующие сроки, в зависимости от группы, к которой относится нефтепродукт:

І группа – грузы с условной вязкостью от 5 до 150 ВУ или с температурой застывания от -15 до 00С – 4 часа;

ІІ группа – грузы с условной вязкостью от 16 до 250 ВУ или с температурой застывания от +1 до 150С – 6 часов;

ІІІ группа – грузы с условной вязкостью от 26 до 400 ВУ или с температурой застывания от +16 до 300С – 8 часов;

ІV группа – грузы с условной вязкостью свыше 400 ВУ или с температурой застывания от 300С и выше – 10 часов.

Для подогрева нефтепродуктов перед сливом применялись установки терморадиационного подогрева. Их действие основывалось на принципе применения теплового (инфракрасного) излучения для обогрева стенок цистерн и сливного прибора. Применение таких установок было малоэффективным вследствие большой мощности, потребляемой подогревателями, малого коэффициента использования лучистой энергии, сложности управления работой установки в условиях воздействия атмосферных осадков и др. Поэтому в конце 70-х был внедрен метод подогрева внутри цистерны. Подогрев внутри цистерны осуществляется погруженными змеевиковыми подогревателями, которые изготавливаются тонкостенных цельнотянутых труб.

Для подогрева применяют различные теплоносители; водяной пар, горячую воду, горячие нефтепродукты и газы, а также электроэнергию. Наибольшее применение имеет водяной пар, обладающий высоким теплосодержанием и_теплоотдачей, легко транспортируемый и в большинстве случаев не представляющий пожарной опасности. Обычно используют насыщенный пар давлением 0,3—0,4 МПа (3—4 кгс/см2), обеспечивающий нагрев нефтепродуктов до 80—100°С. Существует несколько способов подогрева водяным паром: разогрев острым паром, трубчатыми подогревателями и циркуляционный подогрев.

Подогрев острым (открытым) паром — это такой подогрев, когда насыщенный пар подается непосредственно в нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ применяют главным образом для разогрева топочного мазута при сливе из железнодорожных цистерн. Недостаток данного способа — необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного нефтепродукта.

Подогрев трубчатыми подогревателями заключается в передаче тепла от пара к нагреваемому нефтепродукту через стенки подогревателя, вследствие чего исключается непосредственный контакт теплоносителя с нефтепродуктом. Применяют этот способ во всех случаях, когда не допускается обводнение нефтепродуктов как при хранении в резервуарах, так и при транспорте в железнодорожных цистернах, нефтеналивных судах и т. д. Пар, поступая в трубчатый подогреватель, отдает тепло нефтепродукту через стенку подогревателя, а сконденсировавшийся пар — конденсат отводится через конденсатоотводчики (конденсационные горшки)наружу, благодаря чему исключается обводнение нефтепродукта.

Циркуляционный подогрев основан на разогреве основной массы нефтепродукта тем же нефтепродуктом, но предварительно подогретым в теплообменниках. Горячая струя__подаваемого насосом в резервуар предварительно разогретого нефтепродукта, попадая в основную массу застывшего нефтепродукта, перемешивается с ним и отдает ему тепло, нагревая до требуемой температуры, обеспечивающей его текучесть. Циркуляционный подогрев применяют в основном при обслуживании крупных резервуарных парков с устройством централизованной теплообменной установки, а также при разогреве и сливе нефтепродуктов из железнодорожных цистерн.

Предлагаемый нами метод слива грузов аналогичен со вторым методом слива наливных грузов, но основопологающей идеей являетя использование ГДН, в которых чистый нагрев жидкой среды происходит без использования огня и нагревательных элементов накального типа (ТЭНы).

Опытно промышленные испытания показали что при установленной мощности электродвигателей циркуляционных насосных агрегатов испытываемых установок достигнута их номинальная теплопроизводительность, температура жидкого теплоносителя +120⁰С, коэффицент преобразования 1,2.

То есть 1 кВт затраченной электрической мощности было получено 1,25 кВт тепловой мощности.

Таблица 1. Технические показатели ГДН

Показатели	ГДН 11 ДН 11	ГДН 22 ДН 22	ГДН 37Н 37	ГДН 45 ГДН45
Установленная мощность, кВт	11	22	37	45
Частота вращения электродвигателя, об/мин	1500-2990	1500-2990	1500-2990	1500-2990
Теплопроизводительность, (кВТ/ч)	13,8	27,5	46,3	56,3
Параметры электрической сети, 50Гц	3x400	3x400	3x400	3x400
Коэффициент преобразования	1,25	1,25	1,25	1,25
Обогреваемый объем, м³	200	350	400	900
Температура теплоносителя, °С	120	120	120	120

Принцип работы гидрдинамического нагревателя основан на использовании эффекта кавитации жидкостей. Поток жидкости, подлежащей нагреву, разгоняется насосом и направляется в специальную насадку-смеситель, где скорость его значительно повышается, а давление падает. Одновременно через сопла, расположенные в стенках насадки, в основной поток с большой скоростью внедряются струи той же или другой подмешиваемой жидкости. В результате соударения потоков в жидкости возникают значительные сдвиговые напряжения, приводящие в условиях пониженного давления к холодному закипанию жидкости (так называемый эффект кавитации).

Рисунок 1. Гидродинамический нагреватель

Испльзование ГДН является безопасным, экологический чистым и экономичекий альтернативным методом подогрева наливных грузов.

Таким образом, внедрение установки для подогрева и слива нефтепродуктов позволит уменьшить время слива нефтепродуктов, осуществить более полный слив и уменьшить время оборота цистерн на пунктах слива грузов.