ЗВЕНЬЕВАЯ ОПОРА КОКСОВОГО БАРАБАНА Российский патент 2013 года по МПК C10B33/00 C10B45/00 C10G9/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к юбочному соединению коксового барабана, более конкретно к соединительной системе, предназначенной для существенного снижения или устранения возникновения малоцикловых усталостных напряжений, которые типично проявляются на круговом сварном шве и ниже его между барабаном и юбкой в барабане установки замедленного коксования, когда коксовый барабан расширяется и сжимается при изменениях температуры, испытываемых коксовым барабаном в процессах замедленного коксования. Описанная соединительная система надежно поддерживает коксовый барабан и предотвращает опрокидывание барабана, одновременно позволяя тепловое расширение и сжатие без чрезмерного напряжения на опорную систему, юбку или барабан.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И ПРОТОТИПЫ

Многие нефтеперерабатывающие заводы извлекают ценные продукты из тяжелых углеводородных остатков (обычно называемых мазутом или остаточной фракцией), которые остаются после начальной переработки способом термического крекинга, известным как замедленное коксование. Переработка сырой нефти в бензин, дизельное топливо, смазки и подобное, а также многие другие процессы переработки нефти дают побочные продукты. Ценность этих побочных продуктов можно существенно повысить, если их обработать "деструктивной перегонкой". В процессе деструктивной перегонки часть побочных продуктов превращается в полезные углеводородные продукты. Остальное преобразуется в твердый углеродный продукт, называемый коксом. В нефтеперерабатывающей промышленности этот процесс общеизвестен как замедленное коксование.

Обычно процесс замедленного коксования включает в себя нагрев тяжелого углеводородного сырья из установки фракционирования и затем закачку нагретого тяжелого сырья в большой стальной аппарат, общеизвестный как коксовый барабан. Негазообразная часть нагретого тяжелого сырья осаждается в коксовом аппарате, где совместный эффект времени удержания и температуры приводит к образованию кокса. Пары сверху коксового аппарата возвращают на установку фракционирования для дальнейшей переработки в желаемые легкие углеводородные продукты. Рабочие условия в процессе замедленного коксования могут быть довольно жесткими. Входная температура тяжелого сырья может варьироваться от 800 до 1000 градусов по Фаренгейту.

Коксовые барабаны типично представляют собой большие цилиндрические емкости, обычно диаметром 19-30 футов и до 120 фут в высоту, имеющие верхний торец и нижнюю часть конусообразной формы, подогнанную к нижнему торцу, и обычно присутствуют парами, чтобы они могли работать по очереди. Размер, форма и конфигурация коксового барабана может значительно меняться при переходе от одной установки к другой. Кокс образуется и накапливается в аппарате до тех пор, пока аппарат не заполнится до полосы безопасности, в этот момент нагретое сырье переключается на пустой "парный" коксовый аппарат. Такое использование нескольких коксовых барабанов позволяет нефтеперерабатывающим заводом эксплуатировать огневой обогреватель и ректификационную колонну в непрерывном режиме. Таким образом, когда один коксовый аппарат наполняется нагретым остаточным материалом, другой аппарат охлаждается и очищается от кокса (от 500 до 1200 тонн), образованного в аппарате за предшествующий цикл извлечения. Полный аппарат герметично закрывают, обрабатывают паром для удаления паров углеводородов, охлаждают, заполняя водой, сливают воду, открывают и кокс выбуривают водяной струей для удаления со дна барабана. Барабаны типично работают циклически, с переключением каждые 10-30 часов.

Удаление кокса начинается с этапа тушения, на котором в заполненный коксом аппарат вводят пар, а затем воду, чтобы завершить извлечение летучих легких углеводородов и охладить массу кокса. Аппарат дренируется, открывается атмосферному давлению, затем открывается снизу для удаления кокса. Удаления типично проводят, используя буровое долото, питаемое водой высокого давления, направленной струей или струями, которые разрезают кокс на маленькие куски, выпадающие из открытого дна коксового барабана. После того как кокс удалили, барабан закрывают, прогревают и оставляют в режиме ожидания, готовым для повторения 10-30-часового цикла.

Коксовые барабаны являются почти вертикальными, причем их высота в три-четыре раза превышает диаметр. Это высокое отношение высоты к диаметру создает возможность опрокидывания коксовых барабанов из-за таких сил, как силы, вызываемые сильными ветрами, сейсмической активностью и трубопроводами, соединенными с барабаном. Еще больше усиливает эту проблему то, что коксовые барабаны нужно поднимать до некоторой степени, чтобы позволить выпасть разрыхленному коксу в пространство под коксовыми барабанами и удалить его во время процесса коксоудаления. Это повышает чувствительность коксовых барабанов к ветрам и другим силам.

Типичный коксовый барабан поддерживается юбкой, которая приваривается к нижней части барабана. Юбка должна выдерживать вес барабана, кокса, образованного в барабане, и воды, используемой для тушения барабана. Юбка коксового барабана типично крепится болтами к железобетонному основанию, которое обеспечивает барабану жесткую опорную конструкцию. Однако это создает проблемы, так как в процессе циклического коксоудаления большой и тяжелый коксовый барабан подвергается частым колебаниям температуры, которые заставляют барабан расширяться и сжиматься. Барабан окружен по периметру юбкой, которая расширяется и сжимается в степени, отличной от степени расширения и сжатия барабана. Часть юбки, которая проходит наружу от барабана и которая поддерживается опорными конструкциями, испытывает напряжения, часто называемые окружным напряжением. Оно часто может усиливаться, так как юбка изолирована около барабана и не изолирована в самых дальних от барабана зонах. Напряжения в сварном шве юбки возникают как при расширении, так и при сжатии барабана, ограничивая расширение барабана. Некоторые исследования предполагают, что сварной шов между юбкой и барабаном начинает повреждаться из-за малоцикловой усталости в местах максимального напряжения не позднее нескольких сотен циклов. Напряжение возникают также в барабане, болтах и бетоне, к которому привинчен барабан. Выход из строя системы крепления коксового барабана к цементному основанию может быть постепенным, сложным для отслеживания и дорогим для осмотра.

Последние тенденции в коксовой промышленности усилили проблемы разрушения юбки. Экономическое давление стимулирует переработчиков нефти снижать длительность цикла, чтобы можно было произвести больше кокса за заданный период. Более высокая производительность требует более быстрого тушения барабана, заставляя быстрее охлаждать стенки барабана, что вызывает больше напряжений на соединении с юбкой.

СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шарнирно-звеньевая опора коксового барабана обеспечивает безопасное соединение между коксовым барабаном и опорными конструкциями, позволяя тепловое расширение и сжатие коксового барабана с меньшими напряжениями при эксплуатации барабана в процессе замедленного коксования/коксоудаления. Соединение, которое обеспечивает тепловое расширение и сжатие при меньших напряжениях, представляет собой шарнирно-звеньевой узел, укрепленную между коксовым барабаном и опорными конструкциями.

Круговая соединительная пластина приваривается к наружной поверхности коксового барабана. Эта круговая соединительная пластина в некоторых вариантах осуществления секционирована. К круговой соединительной пластине болтами или другим способом прикреплен ряд звеньев коксового барабана. Звенья, шарнирно соединенные с коксовым барабаном, представляют собой соединительные звенья, которые доходят до ряда опорных звеньев и соединены с ними шарнирно. Опорные звенья соединены с опорными конструкциями, такими, как одна или несколько бетонных или стальных стен, способных удерживать вес коксового барабана. В одном варианте осуществления звенья коксового барабана напрямую соединены с барабаном, а не с круговой соединительной пластиной. В этом варианте осуществления внутри барабана могут быть приварены опорные диски для улучшения прочности соединения.

Когда коксовый барабан расширяется, круговая соединительная пластина расширяется, заставляя звено коксового барабана смещаться наружу. Соединительное звено, шарнирно соединенное и с перемещающимся звеном коксового барабана, и с неподвижным опорным звеном, поворачивается вдоль пологой арки с центром на поворачивающемся соединительном пальце, соединяющем соединительное звено с опорным звеном. Вращение соединительного звена при низком коэффициенте трения позволяет коксовому барабану расширяться и сужаться, не вызывая напряжений на соединении между коксовым барабаном и опорными конструкциями. Так как соединительные звенья расположены около окружности барабана, допускается окружное расширение вокруг оси поворота, а сопротивление боковым нагрузкам, приложенным к барабану, например, ветру, обеспечивается соединительными звеньями, расположенными по нормали к направлению боковой нагрузки. Таким образом, звеньевой узел позволяет барабану перемещаться, будучи подвешенным на соединительных звеньях, одновременно при ограничении бокового перемещения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ НА ЧЕРТЕЖАХ

Характеристики настоящего изобретения выявятся более полно из следующего описания и приложенной формулы, рассматриваемых в сочетании с приложенными чертежами. Принимая во внимание, что эти чертежи иллюстрируют лишь типичные варианты осуществления изобретения и, таким образом, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, изобретение будет описано и пояснено с дополнительными особенностями и деталями, используя приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 показывает вид в перспективе коксового барабана в одном варианте осуществления соединительного звена на своем месте;

фиг.2 показывает вид в перспективе коксового барабана с сегментированной круговой соединительной пластиной;

фиг.3 показывает укрупненный вид в перспективе одного соединительного узла, прикрепленного к коксовому барабану;

фиг.4 показывает вертикальную проекцию одного варианта осуществления соединительного звена, прикрепленного к коксовому барабану; и

фиг.5 изображает перемещение шарнирно-звеньевой опоры коксового барабана, когда коксовый барабан расширяется и сжимается.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обратимся теперь к фигурам, посредством которых будет проведено описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение может принимать много других форм и конфигураций, так что следующее описание следует считать иллюстративным, а не ограничительным, и объем изобретения должен определяться приложенной формулой.

На фиг.1 шарнирно-звеньевое соединение коксового барабана показано закрепленным на коксовом барабане 24. В этом варианте осуществления круговая соединительная пластина 18 приварена к наружной поверхности барабана 24, а шарнирно-звеньевое соединение коксового барабана прикреплено к соединительной пластине. Описываемое здесь шарнирно-звеньевое соединение коксового барабана позволяет тепловое расширение и сжатие барабана в процессах замедленного коксования, за счет обеспечения шарнирного соединения между коксовым барабаном и опорными конструкциями. Как видно на фиг.2, в одном варианте осуществления это шарнирное соединение содержит звено 12 коксового барабана, соединительное звено 14 и опорное звено 16. Звено 12 коксового барабана может крепиться напрямую к барабану или, как в этом варианте осуществления, оно крепится болтами к круговой соединительной пластине 18. Звенья 12, 14, и 16 соединены с возможностью поворота с шарнирными пальцами 20 и 22. Опорное звено 16 крепится к опорным конструкциям, способным нести вес коксового барабана 24. Когда коксовый барабан 24 расширяется при нагревании, круговая соединительная пластина 18 расширяется, смещая звено 12 коксового барабана в направлении от центра барабана 24. В силу этого соединительные звенья 14, шарнирно соединенные со звеном 12 коксового барабана шарнирным пальцем 22, также толкаются в направлении наружу. Так как опорное звено 16 прикреплено к опорным конструкциям, оно не может двигаться, так что смещение наружу звена 12 коксового барабана и соединительных звеньев 14 преобразуется в поворот, описывающий пологую (малую) дугу вокруг шарнирного пальца 20.

Вариант осуществления, показанный на фиг.2, имеет сегментированную круговую соединительную пластину 26. Эта пластина служит той же цели, что и круговая пластина, показанная на фиг.1, но отличается тем, что она не проходит непрерывно вокруг коксового барабана. В настоящее время считается, что сегментацией круговой соединительной пластины можно снизить любые напряжения, какие могли бы возникнуть из-за разности степеней расширения коксового барабана и круговой соединительной пластины. Следует понимать, что вариант осуществления, изображенный на фиг.2, предназначен только для иллюстрации, и что сегментированная круговая соединительная пластина 26 может сегментироваться не между каждым звеном 12 коксового барабана, но в некоторых вариантах осуществления к каждому сегменту может крепиться несколько звеньев коксового барабана.

Фиг.3 показывает более подробно соединительное звено 12 коксового барабана, соединительное звено 14 и опорное звено 16 с соединительными пальцами 22 и 20. В этом варианте осуществления звено 12 коксового барабана скреплено ботами с соединительной пластиной 18, которая приварена к коксовому барабану 24. Опорное звено 16 показано с отверстиями, которые просверлены в его основании для крепления к опорным конструкциям из бетона, стали или других материалов, способными удерживать коксовый барабан 24. Для прикрепления опорного звена 16 к опорным конструкциям может применяться любая известная крепежная система, включая, например, и без ограничений, приваривание, сболчивание или отливку опорного звена 16 в бетоне после заливки бетона. Соединительное звено 14 имеет переднюю поверхность 28 и боковую поверхность 30. Передняя 28 и боковая 30 поверхности звена должны быть выполнены из таких материалов и иметь достаточную толщину, чтобы поддерживать коксовый барабан 24 при нормальной работе, а также противодействовать смещению коксового барабана 24, когда прикладываются боковые нагрузки, как ветер. Передняя 28 и боковая 30 поверхности соединительного звена должны быть достаточно широкими, а соединительной палец 20 достаточно толстым, чтобы противодействовать нагрузкам, нормальным к оси поворота. Аналогично, опорное звено 16 должно быть надежно прикреплено к опорным конструкциям, чтобы оставаться закрепленными, когда к коксовому барабану 24 прикладываются боковые нагрузки.

Фиг.4 показывает укрупненный вид одного варианта осуществления, в котором звено 12 коксового барабана имеет соединительной палец 22, который смещен внутрь по сравнению с соединительным пальцем 20, находящимся в опорном звене 16. Это смещение внутрь направляет линию действия силы между двумя пальцами к сварному шву между коксовым барабаном 24 и круговой соединительной пластиной 18. Такое расположение пальца сильно снижает любой консольный эффект на соединительную пластину 18, тем самым подвергая пластину 18 меньшему изгибающему усилию. Когда коксовый барабан 24 расширяется, смещение будет уменьшаться и приближаться к вертикальной ориентации.

Фиг.5 показывает перемещение шарнирной опоры коксового барабана, когда барабан нагревается. Холодное состояние показано пунктирными линиями, а нагретое состояние показано сплошными линиями. Соединительные звенья 14 поворачиваются вокруг соединительного пальца 22, позволяя барабану 24 расширяться, одновременно оказывая значительно сниженное напряжение на неподвижные опорные конструкции и соединение между барабаном 24 и звеном 12 коксового барабана.

Настоящее изобретение может быть воплощено в других частных формах, не отклоняясь от духа изобретения или его существенных признаков. Описанные варианты осуществления следует рассматривать во всех аспектах лишь как иллюстративные, а не ограничительные. Таким образом, объем изобретения указан приложенной формулой, а не предшествующим описанием. Все изменения, которые соответствуют значению и диапазону эквивалентности пунктов формулы, должны охватываться ее рамками.

Звеньевая опора коксового барабана содержит звено, выполненное с возможностью соединения с коксовым барабаном, опорное звено и соединительное звено. Опорное звено выполнено с возможностью неподвижного соединения с опорной конструкцией. Соединительное звено выполнено с возможностью шарнирного прикрепления одним концом к упомянутому звену, соединенному с коксовым барабаном, а другим концом к опорному звену. Техническим результатом изобретения является снижение усталостных напряжений, проявляющихся на круговом сварном шве и ниже его, между барабаном и опорной конструкцией, поддерживающей коксовый барабан. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Опора коксового барабана, содержащая:
- по меньшей мере, одно звено, выполненное с возможностью соединения с коксовым барабаном, и
- по меньшей мере, одно опорное звено, выполненное с возможностью неподвижного соединения с опорной конструкцией, и
- соединительное звено, выполненное с возможностью шарнирного прикрепления одним концом к упомянутому звену, соединенному с коксовым барабаном, а другим концом - к опорному звену.

2. Опора коксового барабана по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, одну соединительную пластину, выполненную с возможностью соединения с коксовым барабаном, причем упомянутое, по меньшей мере, одно звено, соединенное с коксовым барабаном, выполнено с возможностью соединения с коксовым барабаном посредством упомянутой, по меньшей мере, одной соединительной пластины.

3. Опора коксового барабана по п.2, в которой шарнирное соединение между звеном коксового барабана, соединительным звеном и опорным звеном осуществляется посредством соединительных пальцев.

4. Опора коксового барабана по п.2, в которой соединительная пластина сегментирована.

5. Опора коксового барабана по п.4, в которой каждое звено коксового барабана прикреплено к отдельному сегменту сегментированной окружной соединительной пластины.