Пневмотранспорт, газгольдеры та цистерны

1. Пневмотранспорт

Пневмотранспорт - техника транспортировки сыпучих и штучных (пневмопочта) грузов под действием сжатой или разрежённой газовой смеси (чаще воздушной).

Пневмотранспорт является одним из прогрессивных способов механизации и автоматизации перемещения насыпных грузов. Этот вид транспорта нашел применение практически во всех отраслях народного хозяйства. Пневмотранспорт широко используют для перемещения сыпучих материалов в связи с их значительной производительностью и большим радиусом действия в самых стесненных производственных условиях, т.е. использованием площадей, непригодных для других способов транспортировки, экономией производственной площади, полным отсутствием остатков и потерь перемещаемого продукта в линиях, высокими санитарно-гигиеническими условиями его транспортирования; исключением нарушений технологических и гигиенических режимов воздушной среды в производственных помещениях в связи с отсутствием пыления; легкостью монтажа, сокращением рабочего персонала и упрощением обслуживания; гибкостью в эксплуатации и возможностью полной автоматизации управления.

Надежность пневмотранспортных систем:

- Отсутствие вращающихся элементов оборудования и более высокая концентрация уменьшают риск возгорания и искрения.

- В случае аварийной остановки работы системы (например, отключение электропитания), возникающие блокады в транспортной трассе легко устраняются.

- Системы бесперебойно работают многие годы, что обеспечивает более высокую надежность производственного процесса.

- И в заключение, за счет сведения к минимуму риска поломки пневмотранспортной системы, предотвращаются остановки производства.

Пневмотранспортный аппарат обеспечивает перемещение подходящих сыпучих и гранулированных веществ по трубопроводу посредством потока воздуха, в вертикальном, горизонтальном и наклонном направлении.

В определенных видах пневматической транспортировки для повышения текучести пылевидных и мелкофракционных веществ, применяется смешивание с воздухом. С этой целью обеспечивается засыпка вещества посредством обдува воздухом через наклонную нижнюю решетку. Системы подобного вида обычно используются при выгрузке бункеров и силосов.

Пневматические системы используются в различных производственных процессах, строительстве, при выгрузке вагонов и силосов. Эти системы являются особенно подходящими для перемещения сухих, легко текучих веществ в виде пыли и мелких частиц, таких как цемент, угольная пыль, зола, стружка, опилки, литейный песок и т.п.

Пневмотранспортные установки представляют собой комплекс устройств, обеспечивающих перемещение сыпучих материалов (пылевидных, порошкообразных, зернистых, измельченных и т.д.) или специальных транспортных средств (капсул, контейнеров с сырьем, готовой продукцией и т.д.) с помощью сжатого воздуха или разряженного газа. При величине гранул перемещаемого материала до 10 мм пневмотранспорт по сравнению с другими транспортными системами почти во всех случаях предпочтительнее.

К недостаткам, которые имеет пневмотранспорт, относят сравнительно высокий удельный расход электроэнергии на единицу массы транспортируемого продукта, сложность изготовления и эксплуатации оборудования для очистки транспортирующего и отработанного воздуха, значительный износ материалопроводов и измельчение транспортируемого продукта. Однако правильный выбор способа и оборудования для пневмотранспортирования данного продукта позволяет частично или полностью их устранить.

Основными параметрами, характеризующими пневмотранспортную систему, являются производительность по твердой фазе, длина трассы и высота подъема, концентрация транспортируемого материала, массовый коэффициент взвеси, величина избыточного давления в начале трассы (для установок нагнетающего действия) и остаточного давления (разрежения) в конце трассы (для установок всасывающего действия). По способу создания воздушного потока и условиям движения его в трубопроводе вместе с материалом пневмотранспортные установки подразделяются на всасывающие, нагнетающие и комбинированные (всасывающе-нагнетающие).

Рис. 1. Нагнетательная пневмотранспортная установка

Рис. 2. Всасывающая пневмотранспортная установка

Вакуумная транспортировка

Данный способ используется для перемещения на расстояние до 200 метров гранулированного вещества с низкой плотностью, такого как пластик и зерновые культуры. В этом случае, транспортировка вещества в различные приемные пункты осуществляется вакуумным методом. Принципиальная особенность работы: складируемое вещество из вытяжного резервуара посредством разрежения засасывается в вытяжное сопло, перемещается по транспортной трассе через сепаратор-разделитель (цикло-импульсный фильтр), который отделяет вещество от воздуха, а затем при помощи роторного клапана сепаратора выгружается в приемный пункт (силос складирования). В общем, система состоит из вытяжного сопла, вакуумной транспортной трассы, сепаратора-разделителя и вакуумного насоса (воздуходувка). Разрежение используемого вакуумного насоса - до 1 bar. [3].

Область применения

Подобным способом надежно транспортируются цемент, известь, сода, уголь, зола, зерновые, пищевые продукты, стружка и т.п. вещества на расстояние до нескольких сот метров с производительностью до 60 тонн/час.

Рис. 3. Комбинированная пневмотранспортная установка

Область применения.

Подобным способом надежно транспортируются металлическая пыль, литейный песок, цемент, кальцит, доломит, полевой шпат, известь, шлак, зола и т.п. вещества на расстояние до нескольких сот метров с производительностью до 60 тонн/час

В зависимости от разряжения в конце транспортной системы всасывающие установки подразделяют на установки с низким остаточным давлением (до 0,01 МПа), средним (до 0,03 МПа) и высоким (до 0,09 МПа). Однако практически всасывающие установки работают при остаточном давлении не превышающем 0,05 МПа. Повышение остаточного давления уменьшает плотность воздушного потока, снижает его несущую способность и увеличивает расход воздуха. Относительно больших значений массового коэффициента взвеси m во всасывающих установках можно достичь только при очень малой протяженности транспортирования, поэтому для перемещения материала потоком средней и высокой концентрации на значительные расстояния необходимо применять только нагнетающие установки
Нагнетающие установки различают по величине давления в начале транспортной сети: установки низкого давления (до 0,11 МПа), установки среднего (до 0,2 МПа) и высокого (до 0,9 МПа) давления.

Требуемое начальное давление в нагнетающих установках или разряжение в установках всасывающего типа зависят от расчетного значения потерь давления в пневмотранспортной установке, которые в свою очередь определяются концентрацией твердой фазы в аэросмеси, дальностью транспортирования, производительностью установки и принципом работы пневмосистемы (аэрогравитационный способ транспортирования или способ перемещения отдельных частиц в потоке воздуха).

Нагнетательные установки удобны тогда, когда материал из одного пункта перемещается в несколько приемных пунктов.

Всасывающие установки удобны тем, что они работают без пылевыделения и способны забирать сыпучий материал из нескольких пунктов и передавать его в единый сборник-накопитель. В них используется вакуум (40-90 кПа).

Всасывающе-нагнетательные установки сочетают основные преимущества нагнетательных и всасывающих установок. В них используются заборные устройства всасывающего типа, работающие без пылевыделения, а в наиболее протяженном трубопроводе материал переносится под давлением при довольно высоких концентрациях. В небольших установках обе ветви (всасывающая и нагнетающая) могут работать от одной воздуходувной машины. [2]

Каждая пневмотранспортная установка включает в себя следующие основные узлы: питатель - устройство для ввода материала или аэросмеси в трубопроводы, системы воздухопроводов и материалопроводов, разгрузители с фильтром для воздуха, воздуходувную машину и приемник материала.

Питатели. Конструкции питателей нагнетающих и всасывающих пневматических установок различны, так же как различны способы и принципы создания воздушного потока в таких установках. Питатель всасывающей установки выполняет функцию загрузочного устройства для подачи материала в движущуюся струю воздуха, а питатель нагнетающей установки предназначен для создания аэросмеси надлежащей концентрации.

Загрузочные устройства для всасывающих установок делятся на две группы: всасывающие сопла и питатели тройники.

Питатели нагнетающих пневмотранспортных установок имеют более разнообразные конструкции. Эжекторные, рукавные питатели, шлюзовые и шахтные затворы применяют в установках низкого давления; шлюзовые питатели - в установках среднего давления, камерные пневмонасосы и винтовые (шнековые) питатели - в установках высокого давления. Винтовые питатели используются так же в установках среднего давления.

Разгрузочные устройства. Эти устройства предназначены для выделения материала и пыли из пневмопотока и направления его для дальнейшего транспортирования или переработки.

Материалопроводы. Надежность и эффективность работы пневмотранспортной установки в значительной мере зависит от правильного выбора материалопроводов. Первостепенную роль играет материал, из которого они изготовлены, их диаметр, качество выполнения соединения между отдельными участками трубопроводов и т.д.

Материалопроводы должны быть герметичны, износоустойчивы, иметь по возможности максимально гладкую внутреннюю поверхность для обеспечения минимального сопротивления движению аэросмеси. Как показала эксплуатация пневмосистем, нарушению нормального режима, возникновению вихрей и образованию завалов в трубах способствуют дефекты в местах соединения материалопроводов - смещения кромок труб в местах стыка, неплотности либо наплывы на внутренней стороне.

Воздуходувные машины. Системы воздухоснабжения в пневмотранспортных установках применяют разнообразные воздуходувные машины - от центробежных вентиляторов до двухступенчатых поршневых компрессоров. Выбор того или иного типа воздуходувной машины зависит от количества транспортирующего и требуемого по гидравлическому расчету давления: - для всасывающих установок с низким вакуумом целесообразно применять центробежные вентиляторы, со средним вакуумом - воздуходувки, с высоким - водокольцевые вакуум-насосы; - для нагнетающих установок низкого давления следует устанавливать центробежные вентиляторы или воздуходувки, для установок среднего давления воздуходувки или вакуум-насосы, для установок высокого давления - компрессоры.

2. Газгольдеры

Газгольдеры (англ. gasholder, от gas - газ и holder - держатель), сооружения для хранения газов под избыточным давлением. По его величине различают газгольдеры низкого (до 4-5 кПа) и высокого (до 3 МПа) давления, по способу герметизации газового пространства - мокрые и сухие. В первых герметизация осуществляется с помощью гидравлического (обычно водяного) затвора, во вторых - любыми др. способами (напр., с применением сальниковых уплотнений). Различают газгольдеры переменного и постоянного объёма.

Газгольдеры переменного объёма хранят газ при давлении, близком к атмосферному и температуре окружающей среды. Объём контейнера изменяется с изменением количества хранимого газа, для больших газгольдеров он может достигать 50000 м? при диаметре цилиндрического хранилища 60 м.

Газгольдеры могут изготавливаться из железобетона, стали или резины.

Железобетонные или стальные газгольдеры мокрого типа состоят из вертикального цилиндрического бассейна, наполненного водой, и отрытого снизу колокола, поднимающегося при увеличении количества газа. В поршневых (сухих) газгольдерах бассейн отсутствует, а объём регулируется перемещением плотно подогнанного к нижнему резервуару поршня. Газгольдеры переменного объёма использовались не столько для долговременного хранения газа, сколько для поддержания давления газа в безопасных пределах при его потреблении.

Современные газгольдеры постоянного объёма представляют собой цилиндрические или сферические стальные резервуары и способны хранить газ при давлении до 1,8 МПа.

Мокрый газгольдер (см. рис.) состоит из стального резервуара для воды с внешними и внутренними направляющими, одного (колокол) или двух (колокол и телескоп) подвижных звеньев для хранения газа, т. наз. камеры газового ввода (вывода), автоматического системы указания объема газа и сигнализации положения колокола, а также предохранит устройств и срыв отопления и вентиляции камеры и подогрева воды в резервуаре газгольдера в зимнее время. Колокол и телескоп - вертикальные цилиндрическом. резервуары (первый, монтируемый внутри второго, с крышей, но без дна, второй - без крыши и дна), устанавливаемые в другом вертикальном цилиндрическом резервуаре (с дном, но без крыши) большего диаметра, заполненном водой, которая обеспечивает герметизацию газового пространства внутри подвижных звеньев при работе газгольдера.

Рис. 4. Газгольдер

Мокрый газгольдер: 1 - камера газового ввода (вывода); 2 - гидравлич. затвор; 3 - клапанная коробка автоматического сброса газа; 4 - труба сброса газа; 5 - газовый стояк; 6 - резервуар с водой; 7 - телескоп; 5 - колокол; 9, 11 - соотв. внешняя и внутренняя направляющие; 10 - подъемное приспособление; 12, 13-соотв. нижний и верхний ролики.

Подача газа под колокол и телескоп производится по трубопроводу через гидравлический затвор, расположенный в камере, и газовый стояк; забор газа из газгольдера осуществляется в обратном порядке. Гидравлический затвор служит также для отвода конденсата из газа и отключения газгольдера от газовых сетей на период ремонтов и остановок. При заполнении газом пространства под колоколом последний всплывает, перемещаясь вертикально вверх по направляющим, входит в зацепление с телескопом, поднимает его и продолжает перемещаться под давлением поступающего газа. Колокол и телескоп опираются на направляющие с помощью верхних и нижних роликов. Когда давление газа под колоколом уравновесится его весом или одновременно весом колокола и телескопа, подъем колокола прекращается. Вес колокола с телескопом уравновешивает давление газа 1,5-2,0 кПа. Для увеличения давления газа колокол догружают спец. грузами. Макс. вес грузов выбран таким, чтобы обеспечить давление газа под колоколом 4-5 кПа.

Газгольдер монтируют с трубой сброса избыточного кол-ва газа в атмосферу или без нее. В первом случае сброс производится автоматически клапаном, соединенным подъемным устройством с колоколом, во втором - отключением подачи избыточного кол-ва газа. Труба сброса служит также защитой газгольдера от ударов молнии; при отсутствии трубы на направляющих газгольдера устанавливают молниеприемники. Достоинства газгольдеров: высокая эксплуатационная. надежность, простота обслуживания; недостатки: необходимость обогрева в зимнее время, относительно большая металлоемкость и соотв. ограниченность объема хранимого газа (до 100 тыс. м3). Мокрые газгольдеры применяют, как правило, в качестве буферных емкостей на всасывающих линиях компрессоров. В СССР наиб. распространены газгольдеры объемом 0,1-30 тыс. м3 для хранения газов под давлением до 4 кПа.

Сухие газгольдеры служат для хранения газов под низким или высоким давлением. Герметизация газгольдеров низкого давления осуществляется в основном с помощью эластичных сальников. Достоинства таких газгольдеров: небольшая металлоемкость, значит. объемы хранимого газа (до 500 тыс. м3), недостаток - сравнительно малая надежность уплотнит. элемента. В СССР гл. обр. применяют шаровые газгольдеры объемом 600 м3 для хранения воздуха и благородных газов под давления 0,8 МПа. Достоинства: простота конструкции и обслуживания; недостаток: ограниченность объема хранимого газа из-за повышенного давления. Шаровые газгольдеры используют в целях создания аварийных запасов газов: воздуха для систем КИП и автоматики, азота для систем пожаротушения, воздуха и азота для продувки технологических аппаратов и др. [1].

3. Цистерны

В 30-х гг. вслед за освоением массового производства грузовиков универсального назначения возникла необходимость выпуска на их базе специализированных автомобилей, то есть машин, специально приспособленных для перевозки определенных видов грузов: для сыпучих - самосвалы, для жидкостей - цистерны, для скоропортящихся - изотермические фургоны и т.п.

Для перевозки нефтепродуктов широко использовались цистерны емкостью 3000 л, которые с середины 30-х гг. выпускал на шасси ЗИС-5 ленинградский завод «Примет» [3].

Цистерны подразделяются на универсальные (для широкой номенклатуры нефтепродуктов) и специализированные, а по осности - на четырех-, шести- и восьмиосные. Каждой конструкции цистерн присвоен калибровочный тип, который указан на обеих сторонах цилиндрической части котла. Четырехосная универсальная цистерна состоит из котла, рамы и ходовых частей. Цилиндрическая часть котла сварена из пяти продольных листов (нижнего толщиной 11 мм, двух боковых 9 мм, двух верхних 8 мм), два сферических днища - из листа толщиной 10 мм. Наливают продукты через колпак вверху котла, сливают через универсальный сливной прибор в нижней части. Чтобы обеспечить полный слив груза, нижний лист котла имеет прогиб глубиной 15-30 мм. Количество груза, находящегося в цистерне, определяют не взвешиванием, а замерно-калибровочным способом, измеряя высоту наполнения котла.

Вагон для перевозки нефтебитума цельнометаллический, состоит из рамы и трех или четырех поворотных бункеров. Каждый бункер сварной конструкции закрыт крышкой с люком для загрузки. Каркас бункера из прокатных профилей с двойной обшивкой из стальных листов - внутренней и внешней. Пространство между обшивками служит паровой рубашкой, куда через штуцера в наружной стене подается пар. Опоры бункеров - коробки трапецеидальной формы, сваренные из листов и вертикальных элементов таврового профиля. Сверху опор уложены зубчатые рейки, на которые устанавливают бункера. От самопроизвольного поворачивания бункер предохраняет стопорное устройство. Рама, автосцепное и автотормозное оборудование и ходовые части не отличаются от универсальных вагонов.

Четырехосная цистерна для перевозки цемента отличается от серийной для нефтепродуктов конструкцией котла, который оборудован пневматической системой выгрузки. Внутри него смонтировано устройство, состоящее из четырех аэролотков, наклоненных к середине котла под углом 6°, боковых и торцовых откосов и рассекателей, установленных под углом 48,5° к горизонту. Аэролотки предназначены для приготовления взвеси цемента в воздухе, чтобы он приобрел свойства повышенной текучести, и представляют собой желоба прямоугольного сечения, верхняя сторона которых затянута непропитанным хлопчатобумажным ремнем. В каждом желобе находятся сетки, предохраняющие ремень от провисания и способствующие равномерному распределению воздуха по всей длине лотка.

Рис. 5. 4-осная цистерна для цемента, модель 15-1405

Цистерна оборудована также люком-лазом для разгрузки, осмотра, чистки и ремонта внутреннего устройства котла; двумя люками и быстросъемными крышками для выхода воздуха при разгрузке и визуального наблюдения за уровнем наполнения; коллектором с воздушной коммуникацией; загружающим устройством; лестницами и площадкой у люка. Люк для загрузки и разгружающие устройства унифицированы с приемными устройствами цементных заводов и автомобилей. Управляют процессом выгрузки с контрольно-распределительного пульта, расположенного в специальном ящике, который подвешен под рамой вагона. Загружают и выгружают цемент в склад сжатым воздухом через шланги. Рабочее давление в котле при разгрузке 0,2 МПа (2 кгс/см), время разгрузки 45 мин.

Восьмиосная цистерна безрамной конструкции с пониженным центром тяжести принята в качестве перспективного типа. Котел ее состоит из двух обечаек, сваренных из шести продольных листов каждая, двух горловин с люками-лазами, двух сферических днищ, двух концевых ниш для размещения консольных балок, двух патрубков универсальных сливных приборов, кронштейнов для крепления лестниц, автотормозной системы и стояночного тормоза. В днище котла имеются уклоны в стороны сливных приборов, котел опирается на тележки через опору, состоящую из консольной хребтовой балка, опорного листа и шкворневой балки. Высота пятника 75 мм, диаметр опорной части 400 мм. Автосцепка такая же, как у восьмиосных полувагонов. Ходовая часть - две четырехосные тележки, каждая из которых составлена из двух тележек типа ЦНИИ-ХЗ-0-1, соединенных балкой штампосварной конструкции с рычажной тормозной передачей, включенной в общую систему автотормоза цистерны.

Рис. 6. 8-осная железнодорожная цистерна для нефти, модель 15-880

Четырехосная цистерна-термос предназначена для транспортировки вин, коньяков и спирта без подогрева или охлаждения в пути следования. Изоляция котла выполнена так, чтобы среднесуточный перепад температуры продукта составлял летом 0,2°С, зимой 0,8°С. Температура продукта при загрузке должна быть не выше +15 градусов летом и не ниже +8 градусов зимой. Котел изготовлен из стали, стойкой к окислению виноматериалами. Все остальные узлы цистерны унифицированной конструкции.

Виды цистерн. Цистерны предназначены для перевозки жидких, газообразных и пылевидных грузов, которые помещаются в котле, представляющем собой специфическую форму кузова вагонов этого типа.

Значительное разнообразие грузов обуславливает существенные видоизменения конструкций цистерн.

В зависимости от перевозимых грузов цистерны могут быть разделены на две группы:

1. Общего назначения - для перевозки широкой номенклатуры нефтепродуктов;

2. Специальные - для перевозки отдельных видов грузов.

Цистерны общего назначения, в свою очередь могут подразделяться на:

1. цистерны для перевозки светлых (бензин, лигроин и т.п.)

2. тёмных (нефть, минеральные масла и т.п.) нефтепродуктов.

Повышенная огнеопасность светлых нефтепродуктов при ненадёжной герметичности нижних сливных приборов обусловила оборудование цистерн для их перевозки устройствами верхнего слива (через колпак). Цистерны для тёмных нефтепродуктов оборудовались нижними сливными приборами

Такое разделение парка цистерн общего назначения уменьшает трудоёмкость и продолжительность операций по очистке внутренних поверхностей котлов перед наливом грузов, отличающихся от ранее перевозимых. Однако из-за этого разделения повышается порожний пробег цистерн, увеличивается простой под накоплением на сортировочных станциях порожних цистерн и осложняется регулировка парка цистерн.

Специальные цистерны разделяются на:

1. цистерны для перевозки: вязких грузов

2. пищевых продуктов (молоко, патока, спирт, вина)

3. кислот (азотная, соляная, серная и др.)

4. сжиженных газов (пропан, аммиак, и др.)

5. затвердевающих (пек, капролактан и др.)

6. некоторых других грузов.

Цистерны используются обычно для перевозки наливных грузов. Один из узкоспециализированных видов прицепов и полуприцепов. Дело в том, что даже для транспортировки однотипных, но различающихся по свойствам грузов нужны специальные модификации цистерн. Например, сырую нефть и бензин нельзя перевозить в одинаковых цистернах, не говоря уже о химикатах, воде, молоке и т.д. Кроме того, существуют цистерны, специально предназначенные для перевозки сыпучих грузов.

Основные типы цистерн (по видам грузов): для сырой нефти; светлых нефтепродуктов; темных нефтепродуктов (асфальт, битум) - с подогревом; сжиженных газов - высокого давления, криогенные; жидких отходов; химических грузов - различные модификации для инертных и агрессивных веществ, высокого и низкого давления; гигиенические - для перевозки воды, молока, соков и т.п. [2]

В зависимости от вида несущих элементов цистерны разделяют на конструкции, у которых все основные действующие на вагон нагрузки воспринимаются рамой кузова, и конструкции, у которых эти нагрузки воспринимаются котлом, - безрамные цистерны.

Кроме того, цистерны подобно другим типам вагонов различаются по осности, грузоподъёмности, объёму котла, устройству, материалу и способу изготовления котла и другим признакам.

Выбор материалов для изготовления цистерн также в значительной степени определяется свойствами целевого груза: алюминий (нефть, нефтепродукты, инертные химические грузы); углеродистая сталь (темные нефтепродукты, малоагрессивные химические вещества, жидкие отходы); нержавеющая высоколегированная сталь (агрессивные химические вещества, питьевая вода, молоко, соки).

Для обеспечения устойчивости автопоезда при движении внутренние отсеки цистерн оснащаются волнорезами. Кроме того, цистерны для перевозки нефтегрузов оборудуются дыхательными клапанами и баками для теплового расширения жидкости. Обшивка гигиенических цистерн - изотермическая, позволяющая поддерживать определенную температуру груза в течение длительного времени. [5]

Чтобы уменьшить риск перегрева, в регионах с жарким климатом используются цистерны, наружная поверхность которых изготовлена из полированного металла (зеркальная) или окрашена в светлые тона.

Список литературы

1. Портал химической энциклопедии - http://www.xumuk.ru/encyklopedia/857.html

2. Всемирная энциклопедия - http://ru.wikipedia.org/wiki/

3. Портал для инженеров - http://ingeniar.at.ua/news/2008-06-09-30

4. Веревкин СИ., Корчагин В.А., Газгольдеры, М., 1966

5. Веревкин С И., Ржа веки и Е.Л., Повышение надежности резервуаров, газгольдеров и их оборудования, М., 1980. А.К. Упадышев.

6. Конарев Н.С. Большая Российская энциклопедия, М.: 1994. -496 с