RU133139U1 - Наземное битумохранилище - Google Patents

Abstract

Наземное битумохранилище, содержащее емкость битумохранилища с донными заборными патрубками, донными нагревателями, накрытыми кожухами, устройство вибрационного нагрева битума, содержащее каркас устройства, на котором установлены в нижней части оребренные неподвижные, а выше их оребренные подвижные секции нагревателей, соединенные с вибратором, и подвешено внутри емкости на подвижной тали с автоматически регулируемой по уровню системой подвеса, битумный насос, измерительные датчики уровня и температуры, битумные краны и СВЧ-установка обезвоживания битума, отличающееся тем, что вдоль наружной части стенки емкости параллельно днищу и на длину ее полуокружности на определенных уровнях, начиная от донного забора до верхнего уровня заполнения емкости битумом, установлены уровневые заборные битумопроводы, причем расстояние по вертикали между ними равны/высоты каркаса устройства вибрационного нагрева битума, а их концевые и средние заборные патрубки вварены в емкость; выходы уровневых битумопроводов через собственные управляемые двухходовые краны и через общий вертикально установленный битумопровод соединены с входом битумного насоса, а внутри емкости над средними заборными патрубками каждого уровневого заборного битумопровода установлены датчики контроля уровня, при этом устройство вибрационного нагрева битума помещено во внутрь емкости без наружного кожуха.

Description

Полезная модель относится к области строительства автомобильных дорог, в частности к хранению и нагреву битума.

Хранение битума осуществляется в подземных или наземных битумохранилищах.

Известны битумохранилища ямного типа с различными видами нагревательных элементов (см. Дубровин Ε.Н. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства. Учебное пособие для ВУЗов. -М.: Высшая школа, 1975, 35/с, с.86), в которых догрев и забор битума осуществляется в приямке, заполняемом через донную течку, а обезвоживают его в котлах выпаривания.

Известны наземные битумохранилища (см. ж. Наука и техника в дорожной отрасли. М.: Дороги, №3, 2000, с.36. Низиков В.Н. Стальные битумохранилища), в которых догрев и забор битума осуществляется в скоростном догревателе с мощностью нагревателей до 650-1200 кВт при объеме хранилища 1000 м, то есть большие энергозатраты и энергопотери.

Известно наземное битумохранилище (пат.RU 2198256, У01С 19/08, опубл. 10.02.2003 г.) в котором догрев и забор битума осуществляется в сферическом или усеченном пирамидальном металлическом кожухе, накрывшем нагреватели, размещенные на днище хранилища. Это позволило снизить энергозатраты, но данный забор не исключил забор битума с некоторым количеством влаги. Известно, что процесс обезвоживания весьма длителен и в течение всего этого времени из битума улетучиваются вместе с паром легкие фракции, что приводит к существенному ухудшению качества битума и при этом расходуются дополнительно энергоресурсы.

Наиболее близким техническим решением является наземное битумохранилище (пат.RU 77292, МПК Ε01С 19/08, опубликовано 20.10.2008. Б. №29), содержащее емкость битумохранилища с донными заборными патрубками, донными нагревателями, накрытыми кожухами, устройство вибрационного нагрева битума, содержавшим каркас устройства, на котором установлены в нижней части оребренные неподвижные, а выше их оребренные подвижные секции нагревателей, соединенные с вибратором, и подвешено внутри емкости на подвижной тали с автоматически регулируемой по уровню системой подвеса, битумный насос, измерительные датчики уровня и температуры, битумные краны и СВЧ-установка обезвоживания битума, и в котором применен метод поверхностного нагрева битума с внедрением локального устройства поверхностного нагрева и забора битума и СВЧ-установки обезвоживания битума. Это позволило минимизировать энергозатраты на нагрев битума в устройстве и обеспечить сохранение его качества при обезвоживании.

Однако, в процессе проведения физического моделирования функционирования наземного битумохранилища выяснилось, что ему присущи следующие недостатки:

- слабая подвижность, а иногда и отсутствие перемещения гибкого битумопровода при нахождении его в мало прогретой битумной среде даже при достижении рабочей температуры битумом внутри устройства. В связи с этим для нагрева битума в локальной области расположения гибкого битумопровода необходимо увеличить длительность нагрева битума в устройстве локального нагрева и забора битума, что не только снижает производительность, но и увеличивает энергозатраты;

- при разогреве, заборе битума и снижении его уровня в емкости происходит смещение устройства локального нагрева и забора в сторону расположения и подключения гибкого битумопровода от вертикальной оси емкости и забор становится односторонним;

- конструктивная сложность соединения устройства локального нагрева и забора битума с заборным патрубком емкости, что снижает надежность его функционирования, а также сложность в эксплуатации и при проведении регламентных работ.

Первый недостаток объясняется тем, что обеспечивается быстрый нагрев битума внутри устройства за счет вибрации и создания вынужденной конвекции передачи тепла (коэффициент теплоотдачи от вынужденной конвекции равен α_в=150-250 ккал/м²·град·час), а за пределами наружной поверхности тепло передается за счет теплопроводности (теплопроводность битума λ_б=0,1 ккал/м²·град·час) при одинаковом температурном напоре ΔТ=50-60°С и частично за счет свободной конвекции в верхней части поверхностного слоя.

Второй недостаток вызван наличием большой величины силы трения гибкого битумопровода в слабо разогретой битумной среде его нахождения и влиянием его силы тяжести.

Задачей полезной модели является увеличение производительности битумохранилища, повышение надежности и простоты эксплуатации, а также минимизация энергозатрат.

Сущность полезной модели заключается в том, что наземное битумохранилище, содержащее емкость битумохранилища с донными заборными патрубками, донными нагревателями, накрытыми кожухами, устройство вибрационного нагрева битума, содержавшим каркас устройства, на котором установлены в нижней части оребренные неподвижные, а выше их оребренные подвижные секции нагревателей, соединенные с вибратором, и подвешено внутри емкости на подвижной тали с автоматически регулируемой по уровню системой подвеса, битумный насос, измерительные датчики уровня и температуры, битумные краны и СВЧ-установка обезвоживания битума, при этом вдоль наружной части стенки емкости параллельно днищу и на длину ее полуокружности на определенных уровнях, начиная от донного забора до верхнего уровня заполнения емкости битумом установлены уровневые заборные битумопроводы, причем расстояние по вертикали между ними равны ³/₄ высоты каркаса устройства вибрационного нагрева битума, а их концевые и средние заборные патрубки вварены в емкость; выходы уровневых битумопроводов через собственные управляемые двухходовые краны и через общий вертикально установленный битумопровод соединены с входом битумного насоса, а внутри емкости над средними заборными патрубками каждого уровневого заборного битумопровода установлены датчики контроля уровня, при этом устройство вибрационного нагрева битума помещено во внутрь емкости без наружного кожуха. Указанная задача достигается:

- быстрым нагревом битума до требуемой температуры всего поверхностного слоя в емкости, равного высоте каркаса устройства вибрационного нагрева, за счет снятия с него ограничивающего кожуха и передачи тепла от вибрирующих нагревателей к битуму вынужденной конвекцией, что позволяет повысить производительность и минимизировать энергозатраты;

- исключением ненадежного и снижающего производительность гибкого заборного битумопровода,

- введением управляемых по уровню уровневых заборных битумопроводов с концевыми и средним заборными патрубками за счет датчиков контроля уровня битума;

- простотой эксплуатации и регламента устройства вибрационного нагрева битума.

Полезная модель поясняется чертежом, где на

фиг.1 изображен вертикальный разрез битумохранилища;

фиг 2 - сечение А-А.

На фиг.1 изображена емкость 1 битумохранилища с донными средним 2 и концевыми 3 заборными патрубками донного заборного битумопровода 4, а также средними 5_i и концевыми 6_i уровневыми заборными патрубками уровневых заборных битумопроводов 7_i (где i=1÷n при n - число заборных уровней битума); донными нагревателями 8, накрытыми кожухами 9 с течками 10, битумом 11, устройством вибрационного нагрева 12, содержащим каркас 13, на котором установлены в нижней части неподвижные секции 14 из герметичных оребренных ТЭНов, а выше их подвижные секции 15 также из герметичных оребренных ТЭНов, соединенных с вибратором 16; датчик температуры 17, расположенный внутри устройства вибрационного нагрева 12, поплавковый датчик температуры 18, измеряющий температуру битума 11 в локальной области расположения средних 5_i уровневых заборных патрубков, датчик температуры 19, измеряющий температуру битума 11 в локальной области расположения среднего 2 донного заборного патрубка, измерительного датчика уровня 20 и дискретных датчиков контроля уровня 21_j (где j=0÷n, при n - число заборных уровней, а 21_o - донный нулевой уровень), расположенные над средними 2 и 5_i заборными патрубками; при этом устройство вибрационного нагрева 12 битума 11 подвешено на подвижной тали 22 с автоматически регулируемой по показаниям датчика уровня 20 системой подвеса 23, причем выходы заборных битумопроводов донного 4 и уровневых 7_i через собственные 24_o и 24_i управляемые битумные краны (24_o - донного, a 24_i - уровневые) и через вертикально установленный общий битумопровод 25 подсоединены к входу битумного насоса 26, выход которого соединен с входом СВЧ - установки 27 обезвоживания битума 11, выход которой через трехходовой кран 28 подсоединен к выходным патрубкам выдачи битума на АБЗ или в автогудронатор. Полезная модель работает следующим образом.

Емкость 1 битумохранилища наполняется битумом 11. На поверхность битума 11 на тали 22 опускается устройство вибрационного нагрева 12 без ограничивающего кожуха. Включают неподвижные секции 14 ТЭНов и устройство 12 под собственным весом погружается в разогреваемый битум 11 до рабочей глубины, определяемой измерительным датчиком уровня 20 битума 11 и автоматически регулируемой системой подвеса 23 длину подвижной тали 22. Затем при достижении температуры битума 11 в локальной области расположения устройства вибрационного нагрева 12, измеряемой датчиком температуры 17, t_y≥70°C включаются секции подвижных 15 оребренных герметичных ТЭНов и вибратор 16. Происходит быстрый нагрев битума 11 за счет вибрации и создания режима вынужденной конвекции передачи тепла не только в локальной области расположения устройства 12, но и быстрое перемещение нагретого битума в поверхностном слое всей емкости.

Такое распространение теплового потока в поверхностном слое за счет перемещения массы нагретого битума 11 обеспечивается ввиду отсутствия ограничивающего кожуха на каркасе 13 устройства вибрационного нагрева 12. При этом в процессе функционирования битумохранилища непрерывно измеряется температура t_y битума 11 датчиком 17 в области расположения устройства вибрационного нагрева 12 и температура забора t₃ поплавковым датчиком температуры 18 в области расположения средних 5_i уровневых заборных патрубков. Для исключения перегрева битума 11 при нагреве в области расположения устройства 12 и при температуре t_y>120-130°C, которая определяется как предельно допустимая температура (t_уп=130°C), нагреватели выключают, а вибратор работает и обеспечивает перемещение более нагретого битума к стенке емкости. Поэтому система автоматического регулирования температуры при нагреве и заборе битума 11 для обеспечения нормального функционирования битумохранилища работает по программе в следующих режимах:

- первый режим - режим предварительного нагрева битума (включены нагреватели и вибратор) при t_y<t_пy и t₃<t_p, где t_p=90-100°C - рабочая температура битума при заборе устанавливается оператором;

- второй режим - режим дискретного догрева битума в области уровневых заборных патрубков:

а) нагреватели выключены, вибратор включен при t_y>t_пy и t₃<t_p;

б) нагреватели включаются и вибратор включен при t_y<t_пy и t₃<t_p.

Включение и выключение нагревателей периодически повторяется до момента, когда t₃>t_p;

третий режим - режим стабилизации температуры t₃ при заборе нагретого битума (нагреватели и вибратор периодически включается и выключается в соответствии с алгоритмом управления: (t_p-Δt)≤t₃≤(t_ρ+Δt), где Δt=1-3°C - допустимая зона отклонения текущего значения t₃ от заданной величины t_p.

При догреве битума 11 до рабочей температуры t_p в области расположения уровневых заборных патрубков 5_i+1 и 6_i+1 ((i+1) - номер уровнего заборного битумопровода 7_i+1 в соответствии с фиг.1), система нагрева битума 11 переходит в режим стабилизации температуры и забора нагретого битума 11 (третий режим). При этом все управляемые двухходовые краны закрыты, кроме управляемого двухходового крана 24_i+1, расположенного в области поверхностного нагретого слоя битума 11.

Алгоритм управления состоянием двухходовых кранов 24_i «Открыт» или «Закрыт» формируется по сигналам с датчиков контроля уровней 21_i. Если битум 11 на уровнях, где установлены датчики контроля уровня, отсутствует, то соответствующие им управляемые двухходовые краны закрыты, как и закрыты управляемые краны для уровней, заполненных битумом 11, кроме верхнего управляемого двухходового крана, находящегося в поверхностном нагретом слое битума. Это обеспечивается работой алгоритма по логической схеме с преобладанием верхнего закрытого битумом датчика контроля уровня. Так при откачке битума 11 из емкости 1 и снижении уровня битума ниже уровня (i+2) с датчика контроля уровня 21_i+2 снимаются сигналы на закрытие управляемого крана 24_i+2 и открытие управляемого двухходового крана 24_i+1. Если уровень битума поднимается и датчик контроля уровня, например, 21_i+2 покрывается битумом, то управляемый двухходовой кран 24_i+2 открывается, а управляемый ранее открытый двухходовой кран 24_i+1, закрывается. При достижении битумом 11 рабочей температуры t_p в области расположения уровневых заборных патрубков поверхностного нагретого слоя битума 11, измеряемой поплавковым датчиком температуры 18 и отсутствием откачки битума 11 из емкости 1, система нагрева переходит в третий режим функционирования. При этом энергозатраты очень малы, ибо расходуются только на компенсацию тепловых потерь в атмосферу только от верхней части поверхности емкости 1, определяемой высотой поверхностного нагретого слоя битума 11.

Для забора нагретого битума из емкости 1 включается битумный насос 26. Нагретый битум 11 через заборные патрубки 5_i+1 и 6_i+1 (фиг.1) уровнего заборного битумопровода 7_i+1 и открытый управляемый двухходовой кран 24_i+1 поступает по общему вертикальному заборному битумопроводу 25 в битумный насос 26 и по лотковой системе СВЧ-установки обезвоживания 27 битума 11 через трехходовой кран 28 на выход или АБЗ, или в автогудронатор. Уровень битума 11 в емкости 1 снижается и с такой же скоростью опускается на подвижной тали 22 работающее устройство вибрационного нагрева 12 битума 11 и поплавковый датчик температуры 18, который измеряет текущее значение температуры битума 11 в области заборных патрубков на уровне расположения подвижных секций 15 оребренных ТЭНов. При этом система вибрационного нагрева битума 11 работает в третьем режиме (режиме стабилизации температуры t₃ при заборе нагретого битума), обеспечивая поддержание рабочей температуры битума в области заборных патрубков поверхностного уровня. При снижении уровня битума 11 ниже, например, датчика контроля уровня 21_i+1 с него снимается сигнал на открытие управляемого двухходового крана 24_i, расположенного ниже, и управляемый двухходовой кран 24_i+1 уровневого заборного битумопровода 7_i+1 закрывается. При дальнейшей откачки нагретого битума 11 из поверхностного слоя емкости 1 функционирование систем измерения температур и контроля уровней битума 11, а также его нагрева аналогично вышеописанному.

При снижении уровня битума 11 в емкости 1 ниже первого уровневого заборного битумопровода 7₁ разогрев битума 11 осуществляется донными нагревателями 8 в соответствии с текущим значением температуры битума 11, определяемой датчиком температуры 19, а забор нагретого битума 11 производится донным заборным битумопроводом 4 через донные заборные патрубки 2 и 3. Все заборные патрубки снаружи емкости 1, битумопроводы, битумные краны и битумный насос обогреваемы. При наличии влаги в битуме, особенно в весенний и осенний периоды работы битумохранилища за счет резких перепадов температур и конденсации, включается СВЧ-установка обезвоживания 27 битума 11, в которой осуществляется выпаривание влаги из битума 11 при его протекании по лотку СВЧ-установки 27. При этом почти 100% энергии СВЧ-потока поглощается влагой, что обеспечивает сохранение качества битума.

Таким образом, техническим результатом полезной модели следующее:

- повышает производительность при минимизации энергозатрат за счет возможности непрерывного забора нагретого битума и более эффективного использования передачи тепла от вибрирующих нагревателей установки без ограничивающего кожуха к битуму методом вынужденной конвекции по всему объему поверхностного слоя емкости;

- высокая надежность, простота эксплуатации и регламента за счет удаления из технологии откачки битума гибкого заборного битумопровода;

- существенное снижение энергозатрат за счет исключения процесса дополнительного нагрева локального объема битума, в котором происходит перемещение гибкого обогреваемого битумопровода при снижении уровня битума в емкости;

- сохранение качества битума за счет исключения перегрева битума в объеме локального нагревателя и использования СВЧ-установки обезвоживания битума.

Данная полезная модель экономична, надежна, проста в эксплуатации и может быть полностью автоматизирована.

Claims (1)

1. Наземное битумохранилище, содержащее емкость битумохранилища с донными заборными патрубками, донными нагревателями, накрытыми кожухами, устройство вибрационного нагрева битума, содержащее каркас устройства, на котором установлены в нижней части оребренные неподвижные, а выше их оребренные подвижные секции нагревателей, соединенные с вибратором, и подвешено внутри емкости на подвижной тали с автоматически регулируемой по уровню системой подвеса, битумный насос, измерительные датчики уровня и температуры, битумные краны и СВЧ-установка обезвоживания битума, отличающееся тем, что вдоль наружной части стенки емкости параллельно днищу и на длину ее полуокружности на определенных уровнях, начиная от донного забора до верхнего уровня заполнения емкости битумом, установлены уровневые заборные битумопроводы, причем расстояние по вертикали между ними равны ³/₄ высоты каркаса устройства вибрационного нагрева битума, а их концевые и средние заборные патрубки вварены в емкость; выходы уровневых битумопроводов через собственные управляемые двухходовые краны и через общий вертикально установленный битумопровод соединены с входом битумного насоса, а внутри емкости над средними заборными патрубками каждого уровневого заборного битумопровода установлены датчики контроля уровня, при этом устройство вибрационного нагрева битума помещено во внутрь емкости без наружного кожуха.

   

Images