Сравнительная характеристика систем слива железнодорожных цистерн

1. Отличительные особенности вариантов технических решений

№п/п	Наименование параметра(критерия)	Комплекс индивидуального разогрева/слива	Групповая	Примечание
Концептуальные особенности (различия) решений
1.	Архитектурные решения (концепция)	Один модульна 1 в/ц	Один модульна 6 в/ц
2.	Заводская готовность сборочных единиц (модулей) для производства СМР на площадке	Полная заводская готовность модулей с проведением заводских испытаний	Монтаж, наладка и испытание модулей выполняется на площадке	Максимально полная заводская готовность модулей позволит сократить затраты при производстве СМ и ПН работ на объекте.
3.	Количество коллекторов	Коллектор слива DN500	Коллектор слива DN500;Коллектор циркуляции приемный DN800;Коллектор циркуляции напорный DN200	Наличие рециркуляционных коллекторов увеличивает габарит эстакады и стоимость СМР
4.	Возможность образования открытой струи горячего продукта при зачистке цистерн	Нет	Есть	Наличие открытых струй запрещено правилами пожарной безопасности
5.	Вероятность перелива цистерны через верхний люк	Исключена	Нужны мероприятия по предотвращению перелива	см. прим.
6.	Габарит эстакады по ширине	12 м	15 м
7.	Заглубление оборудования	минус 0,6 м	минус 1,9 м	От уровня головки рельса

Примечание. При групповой обработке вагоно-цистерн вероятность перелива одной или нескольких цистерн высокая за счет образования неравномерных гидравлических потерь по участкам приемного коллектора. Разность гидравлических потерь на участке слива может образоваться в любой момент процесса циркуляционного подогрева из-за засорения полости донного клапана цистерны и всасывающей полости устройства нижнего слива (УСН) посторонними предметами (бутылки, ветошь, пломбы с обрезками троса и др.) и налипанием смолистых и парафиносодержащих отложений.

2. Технико-экономическое обоснование применения индивидуальных систем разогрева и слива нефти и вязких нефтепродуктов из ж/д цистерн

№ п/п	Индивидуальная система	Централизованная система
	Характеристики систем
1	Регулируемая двухконтурная циркуляция:- внешний контур циркуляции – через блок размыва (одновременно выполняет функцию размыва донных отложений за счет применения откидных труб с соплами в направлении эллиптических днищ и по нижней образующей котла);- внутренний контур циркуляции – через специальную насадку гидромонитора, подающую горячий мазут в область донного клапана котла для смешивания с холодным мазутом и отбор смеси из цистерны в систему циркуляции.	Нерегулируемая двухконтурная циркуляция:- внешний контур циркуляции – частичный слив горячего мазута в резервуары при работе циркуляционного насоса на производительности около 50% от номинальной;- внутренний контур циркуляции – через универсальную насадку гидромонитора, не обеспечивающую оптимальное смешение горячего продукта с холодным с регулированием технологического процесса высотой поднятия насадки в цистерну донным клапаном.
2	Полное опорожнение цистерн от продукта:- при циркуляции в нижнюю зону цистерны подается горячий мазут с помощью блока размыва, что обеспечивает размыв донных отложений с самого начала циркуляции. Принцип замещения холодного продукта горячим без частичного слива обеспечивает безупречную чистоту стенок цистерны после слива без дополнительной зачистки.	На конечной стадии слива продукта требуется дополнительная операция по зачистке нижней зоны цистерны с использованием универсальной насадки гидромонитора. При использовании частичного слива и не оптимально выбранных параметрах циркуляции велика вероятность необходимости зачистки не только дна, но и верхних зон цистерны.
3	Циркуляция продукта и слив выполняется индивидуально для каждой цистерны, что исключает перелив.	Защищенность от перелива цистерны достигается только за счет снижения эффективности работы.
4	Циркуляция продукта выполняется в объеме одной установки, без взаимного влияния группы цистерн.	Нет возможности устранить взаимное влияние ряда технологических факторов. Выход из строя оборудования системы циркуляции или срабатывание автоматики ПАЗ приводит к полной остановке и/или увеличению времени слива всей группы цистерн.
5	При простое эстакады продукт в установке хранится в стартовой емкости объемом 0,8 м3 и может быть подогрет до состояния текучести за короткое время.	Объем хранимого мазута в рециркуляционных коллекторах составляет около 5 м3 в расчете на одну цистерну, что требует больших затрат времени на подогрев, либо мероприятий по дренажу.
6	Полностью автоматизированный процесс разогрева и слива мазута:- обеспечение оптимального технологического процесса;- обеспечение противоаварийных защит.	Автоматизация технологического процесса в полном объеме невозможна, так как работа внутреннего контура регулируется донным клапаном цистерны.Требуется постоянный визуальный контроль уровня продукта в цистернах, либо установка сигнализатора уровня, по сигналу которого уменьшается расход горячего продукта, подаваемого в цистерну.Восстановление нормального процесса разогрева требует вмешательства оператора и ручных операций
7	Время слива 7…8 часов в зимний период	Время слива 10…15 часов в зимний период
8	Обеспечивается оптимальный режим работы при смене типа продукта (вязкая нефть – мазут топочный М100) без изменения технологического режима	При смене продукта требуется опытная эксплуатация с подбором высоты поднятия гидромонитора донным клапаном цистерны
9	Применение малоразмерного насосного и теплообменного оборудования позволяет произвести ремонт или замены оборудования в короткие сроки без применения подъемно-транспортного оборудования.	При ремонте или замене оборудования необходимо вывести из эксплуатации всю группу, а при применении подъемно-транспортного оборудования – всю эстакаду.
10	Требуется прокладка коллектора слива в резервуарный парк и коллекторов подвода и отвода теплоносителя, размещаемых, обычно, на верхних строительных конструкциях эстакады	Требуется прокладка дополнительных циркуляционных коллекторов – сливной (приемный) коллектор DN800 и напорный коллектор DN200, которые должны быть размещены на глубине 1,7…2,0 м от уровня головки рельса, что приводит к увеличению габаритов эстакады и стоимости строительно-монтажных работ.

3. Сравнительная таблица параметров технологий разогрева и слива. Оценка производится в процентах, указывающих на масштаб параметра, его численное значение некорректно использовать для расчетов.

№ п/п	Критерий	Традиционная технология разогрева открытым паром	Централизованная система циркуляцион-ного разогрева	Комплекс индивидуального разогрева/слива (к)	Западные аналоги Комплекса индивидуального разогрева/слива (к)
1.	Стоимость установки	10%	85%	100%	360%
2.	Снижение коммерческой стоимости продукта в процессе перевалки	да	нет	нет	нет
3.	Вероятность переливов	да	да	нет	нет
4.	Требование к квалификации обслуживающего персонала	10%	80%	100%	150%
5.	Полнота слива	80%	70%	100%	90%
6.	Влияние отказов оборудования на темп слива эстакады	10%	90%	20%	20%
7.	Относительная стоимость реконструкции		100%	100%	150%
8.	Возможность обработки цистерн с неработающим донным клапаном	нет	нет	да	да

4. Ограничения на применение альтернативных технологий разогрева вязких и застывающих продуктов в ж/д цистернах.

При проектной проработке возможности использования электрообогревных устройств необходимо руководствоваться:

1. ПБ 09-560-03

2.3.18. При проведении сливоналивных операций с нефтепродуктами с температурой вспышки паров ниже 61°С применение электроподогрева не допускается.

2.3.22. Разогрев нефтепродуктов в железнодорожных цистернах электрогрелками должен производиться только в сочетании с циркуляционным нагревом в выносном подогревателе (теплообменнике).

2. Нагрев электрогрелками прямого действия не эффективен. Электрообогревной установке для достижения паритета с индивидуальным комплексом разогрева и слива по времени на разогрев цистерны с мазутом требуется не менее 720 кВт/ч электроэнергии из расчета на одну цистерну.

Кроме того, показатели качества продукта не изменятся при условии, что температура нагревателя будет на 20°С ниже температуры вспышки.

При проработке возможности применения других различных опускаемых подогревателей или теплообменников необходимо учитывать:

Ни какого предварительного подогрева продукта внутри и вокруг теплообменника не происходит - весь горячий продукт моментально всплывает наверх и растекается по поверхности холодного продукта в цистерне, что исключает смешивание холодного продукта с горячим внутри цистерны.
То же относится к одновременному сливу через нижнее сливное устройство цистерны - продукт внизу будет холодный и сливаться не будет.

Габариты таких устройств ограничены, до дна ж/д цистерны они обычно не доходят, тем самым исключая разогрев придонных областей.

Мощность опускаемых теплообменников в несколько раз ниже, чем в комплексе индивидуального разогрева и слива, что, соответственно, в кратном количестве увеличивает время разогрева.

Возможность применения таких устройств ограничена только продуктами схожими по свойствам с рапсовым маслом, сохранившими свою текучесть. Для работы с застывшим мазутом они не подойдут.

Также применение данных устройств ограничено требованием п. 8.4 ВНТП 5-95 - при подогреве нефтепродукта с помощью стационарных пароподогревателей давление насыщенного пара не должно превышать 0,4 МПа, а с помощью переносных - 0,3 МПа.

В паровых подогревателях при работе внутри цистерны начинает образовываться конденсат, который постепенно "забивает" поток пара внутри устройства, снижая эффективность подогрева продукта, а также требует его опорожнения после завершения работы. Скопившийся конденсат также может создавать риски повреждения конструкции за счет расширения при замерзании в зимнее время.

5. Сравнение предлагаемой двухконтурной технологии с одноконтурной системой, работающей только через УСН с гидромонитором

Основные проблемы одноконтурной системы:

1. В соответствие с приказом Минтранса России от 29.12.2012 г. №457 с 01.07.2013 г. на Российских железных дорогах вступает в действие решение 56-го заседания Совета по железнодорожному транспорту об обязательном оборудовании вагонов-цистерн для перевозки опасных грузов поглощающими аппаратами повышенной энергоемкости (переоборудование вагонов-цистерн с установкой сливного прибора с тремя степенями защиты).

При работе с такими цистернами гидромонитор УСН не поднимается внутрь цистерны и не обеспечивает разогрев продукта, особенно в зоне эллиптических днищ.

2. Одноконтурная система в принципе не позволяет организовать регулируемый теплообмен между горячим и холодным продуктом внутри цистерны. По рекламе этих систем – часть горячего продукта отдает свое тепло холодному продукту в цистерне и стекает обратно с сливной прибор. Какая часть, сколько отдает – ни кто не считал и не знает.

Кроме того, как показывает практика, горячий продукт в цистерне практически не отдает свое тепло холодному в силу очень низкой теплопроводности, а просто всплывает на верх цистерны, так как имеет меньшую плотность по сравнению с холодным продуктом.

Соответственно, на вход в УСН начинает поступать холодный продукт, который не течет по трубам и насос сваливается в кавитацию – процесс разогрева прекращается.

3. Заявленная тепловая мощность.

Исходя из заявленного расхода пара 1200 кг/час на рабочем режиме мощность теплообменника составляет около 730 кВт. Но эту тепловую мощность надо еще реализовать, а это представляет большую проблему - расход продукта через теплообменник должен быть не менее 50 м3/час, при одновременном выполнении второго условия – перепад температуры продукта на входе и выходе теплообменника должен быть не менее 30 градусов.

В одноконтурной системе эти два условия реализовать не возможно:

• горячий продукт, подаваемый в цистерну, либо всплывет вверх и вход в УСН завалит холодный мазут, что приведет к срыву насоса – не обеспечивается производительность;
• горячий продукт останется в нижней зоне и будет циркулировать по замкнутому кругу, что приведен к необходимости уменьшения подачи пара в теплообменник по температуре продукта на его выходе – не обеспечится перепад температуры.

Ситуация, когда горячий продукт, как пишут в рекламе, отдает свое тепло холодному и, остывший, стекает обратно в УСН, невозможна по законам физики.