BRPI0506285B1

BRPI0506285B1 - Junta telescópica com anel deslizante e selagem

Info

Publication number: BRPI0506285B1
Application number: BRPI0506285-3A
Authority: BR
Inventors: Paulo Sérgio Freire; Nelson Patricio Junior; Wilson KENZO HUZIWARA
Original assignee: Petroleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2020-09-29
Also published as: BRPI0506285A; US20070236011A1

Abstract

junta telescópica com anel deslizante e selagem é descrita uma junta telescópica, com anel deslizante e selagem por meio de gaxetas, constituídas por anéis de cordoalha metálica com inserção de material resiliente resistente à temperatura de até 600°c, aplicável em um sistema ciclônico fechado de separação sólido-gás de uma unidade de processo de craqueamento catalítico fluido. o conjunto de gaxetas (5) e anel deslizante (4) compatibiliza as dilatações térmicas diferenciais, longitudinal e axial, entre dutos concêntricos (2a) e (2b), interligados, e reduzem ao mínimo a passagem de gás e vapor pelo espaçamento anular (3).

Description

A presente invenção se insere no campo de equipamentos para processo em uma unidade de craqueamento catalítico fluido - UFCC no refino de petróleo. Mais especificamente trata-se de uma junta telescópica, com anel deslizante e selagem por meio de gaxetas, que permite o deslocamento relativo de dutos concêntricos, nos sentidos longitudinal e axial, sendo especialmente aplicada em um sistema ciclônico fechado que combina a selagem do espaço anular em juntas telescópicas e a utilização de tubos coletores externos em um pseudociclone.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Em um processo de craqueamento catalítico fluido no refino de petróleo, após o vaso reator, os produtos gerados e o catalisador são lançados em um vaso separador, dentro do qual operam ciclones, usualmente interligados aos pares, para efetuar a separação gás-sólido propriamente dita.

Os ciclones são equipamentos que possuem configuração geométrica para efetuar a separação de uma mistura gás-sólido, por centrifugação, devido à grande diferença de peso específico existente entre os constituintes da mistura. Os gases saem pelo topo e o sólido, mais pesado, é lançado para baixo, caindo por um trecho de tubo, denominado perna, que possui em sua extremidade um dispositivo para controlar a saida do sólido.

Em -uma UFCC que utiliza um sistema ciclônico fechado, um primeiro ciclone, pseudociclone, é interligado ao bocal de chegada da mistura de gases e catalisador provenientes do “riser” (reator), e é o responsável por separar quase todo o catalisador dos hidrocarbonetos adsorvidos. Porém, quando uma pequena parcela dos hidrocarbonetos é arrastada pelo catalisador e é lançada no interior do vaso separador, extemamente aos ciclones, pode ocorrer condensação e geração de depósitos de coque. Por esta razão, estes gases devem ser reconduzidos para o interior dos ciclones e retornados para a seção de fracionamento da UFCC.

Usualmente, os gases que escapam dos pseudociclones juntamente com o vapor d’água do processo sâo conduzidos para dentro dos ciclones pelo espaço anular existente em uma junta telescópica (10) localizada entre o pseudociclone e o ciclone superior conforme ilustra a Figura 1B.

O passeio desses gases pelo vaso separador de sistemas ciclônicos fechados de uma UFCC, principalmente acima da descarga do pseudociclone, leva à formação de coque nesta região. Neste caso, a formação indesejada de coque pode obrigar a paradas emergenciais de uma unidade, além de aumentar os dias de parada para manutenção para efetuar um procedimento difícil de limpeza do coque gerado.

O pedido de patente PI0204737-3 da requerente revela um sistema ciclônico com tubos coletores (7) para solucionar o problema da formação de coque nesta região do vaso separador (6) de uma UFCC, conforme ilustra a Figura 2A. O sistema compreende pelo menos um tubo coletor externo, conectado no duto de saída de um pseudociclone (8), dito tubo coletor externo se estendendo paralelamente ao dito pseudociclone (8) até uma região próxima, preferencialmente acima do bocal superior do dito pseudociclone. Neste caso o pseudociclone (8) está conectado ao ciclone do primeiro estágio por meio de dutos concêntricos por meio de uma junta telescópica (10) com anel deslizante, conforme apresentado no pedido de patente Pi 9901484 da Requerente, ou outra junta comercialmente disponível com espaço anular mínimo ou nulo (junta selada), com o objetivo de minimizar a passagem de gases e vapores através da mesma, sem prejuízo estrutural na acomodação dos deslocamentos térmicos diferenciais.

A passagem de gases e vapores pelo espaço anular exige que a junta telescópica com anel deslizante, ilustrada pela Figura 1A, seja fabricada com refratamento total da superfície do material sujeito à erosão pelo impacto das partículas o que exige controle rigoroso de fabricação e dimensionamento do material.

Adicionalmente, assim como a formação de coque no espaço anular entre dutos concêntricos pode emperrar ou travar uma junta telescópica, folgas reduzidas na fabricação dos dutos também apresentam riscos semelhantes durante a operação da UFCC.

Na prática, uma junta telescópica (10) com anel deslizante, tal como descreve o pedido de patente Pl 9901484, com espaço anular mínimo, ainda pode permitir a passagem de gás para o ciclone do primeiro estágio, o que gera a possibilidade da formação indesejada de coque no vaso separador de uma UFCC.

Opcionalmente, um sistema tradicional usado para compatibilizar dilatações térmicas diferenciais entre linhas, tubos ou qualquer tipo de sistema conectado por dutos, sem permitir que haja vazamento, é obtido por juntas de expansão, que podem ser de diversos tipos e formas, de acordo com a aplicação. Uma junta de expansão dentro de um vaso separador sólido-gás de uma UFCC, entretanto, apresenta inconvenientes que, na prática, inviabilizam o seu uso, como por exemplo: a) grande risco de coqueamento na junta de expansão devido ao espaço morto interno à mesma; b) grande possibilidade de erosão pelo catalisador do processo devido à junta de expansão ser fabricada com espessura muito fina, da ordem de 1mm.

Portanto, apesar do grande desenvolvimento da técnica, ainda há necessidade de desenvolver uma junta telescópica com anel deslizante que reduza ao mínimo a passagem de gases pelo espaço anular para dentro do circuito interno dos ciclones de um vaso separador gás-sólido de uma UFCC tal como descrito e reivindicado a seguir.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De um modo amplo, a invenção compreende uma junta telescópica (1), com anel deslizante (4) e selagem por meio de gaxetas (5), que compatibiliza o deslocamento diferencial, no sentido longitudinal e axial, de dois dutos concêntricos (2a) e (2b), de diâmetros diferentes, interligados, e reduz ao mínimo a passagem de gases e vapores do exterior para o interior dos dutos pelo espaço anular (3) gerado junto ao anel deslizante (4). As gaxetas (5) utilizadas na selagem do espaço anular (3) gerado entre o duto de menor AΠ diâmetro (2b) e o anel deslizante (4), são fabricadas especialmente para a aplicação a temperaturas de até 600°C.

A utilização de gaxetas (5) no espaço anular (3) adicionalmente minimiza riscos de travamento da junta telescópica (1) com anel deslizante 5 (4).

Ainda vantajosamente em relação ao estado da técnica, a junta telescópica (1) da presente invenção pode ser fabricada com material sem refratamento antierosão, o que também facilita o controle de fabricação e dimensionamento do material.

Uma junta telescópica (1) assim constituída é especialmente aplicada em um sistema ciclônico fechado de uma unidade de processo de craqueamento catalítico fluido - UFCC que combina a utilização de juntas telescópicas (1) e tubos coletores externos (7) a um pseudociclone (8).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1A ilustra uma junta telescópica (10) com anel deslizante, do estado da técnica, com refratamento antierosão em toda a superfície do material, e que permite a passagem de gás e vapor pelo espaço anular entre o anel deslizante e o duto interno.

A Figura 1B ilustra um sistema ciclônico, do estado da técnica, no 20 interior de um vaso separador (6) gás-sólido de uma UFCC.

A Figura 2A ilustra um pseudociclone (8), dotado com tubos coletores externos (7) para otimizar a purga de gases no interior de um vaso separador (6) de uma UFCC.

A Figura 2B apresenta uma junta telescópica (1) com anel deslizante 25 (4) e selagem por meio de gaxetas (5), objeto da presente invenção, e o posicionamento de um tubo coletor (7) de um sistema ciclônico fechado ilustrado na Figura 2A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

Uma junta telescópica é usualmente utilizada para interconectar dois 30 dutos concêntricos (2a) e (2b) de pares de ciclones em um vaso separador (6) de uma unidade de processo de craqueamento catalítico fluido - UFCC.

É conhecida uma junta telescópica, com anel deslizante, aplicável em uma UFCC, para permitir a passagem controlada de gás e a livre dilatação térmica diferencial em várias direções entre um pseudociclone ligado diretamente ao vaso reator, e um primeiro ciclone, sem alterar a dimensão do espaço anular, garantindo deste modo a vazão desejada no processo. A Figura 1A apresenta o detalhamento de uma junta telescópica (10) formada pelos dutos de ligação dos ciclones com um anel deslizante, que garante uma área constante de passagem dos fluidos e uma perda de carga para acomodar uma vazão de fluidos conhecida, tal como trata o pedido de patente PI 9901484 da Requerente aqui totalmente incorporado como referência.

Também é conhecido um sistema ciclônico fechado para separação gás-sólido em uma UFCC que confere redução na formação de coque em vasos separadores, evitando o arraste do catalisador separado para os ciclones de estágios subseqüentes. O sistema compreende um pseudociclone, dotado de tubos coletores externos que otimizam a purga dos gases e vapores do vaso separador (6) com diminuição do tempo de permanência dos hidrocarbonetos gasosos dentro do vaso. Como resultado, o sistema evita reações de sobrecraqueamento e a formação de coque no vaso separador (6). A Figura 2A apresenta um detalhe de um sistema ciclônico fechado, mostrando um pseudociclone (8) conectado a dois tubos coletores externos (7) e uma junta telescópica (10) com anel deslizante, tal como descreve o pedido de patente PI 0204737 da Requerente, aqui totalmente incorporado como referência.

Entretanto, para viabilizar a operação combinando os ganhos obtidos pelo uso de uma junta telescópica (10) com anel deslizante e pelo uso de tubos coletores externos (7) em um pseudociclone (8), faz-se necessário reduzir ao mínimo a passagem de gás e vapor pelo espaço anular gerado na junta. Este ganho combinado é obtido pela junta telescópica (1) da presente invenção descrita a seguir, com o auxílio das Figura 2A e 2B. A configuração da junta telescópica (1) no interior de um vaso separador (6) com tubos coletores externos (7) em um pseudociclone (8) compreende: a) dois dutos concêntricos (2a) e (2b) de diâmetros diferentes, que se interligam em suas extremidades, sendo o duto de maior diâmetro (2a) terminado por uma sede para encaixe da borda e um anel deslizante (4); b) um anel deslizante (4) com perfil em L, solidário aos dois dutos concêntricos (2a) e (2b) em suas extremidades, que gera um espaço anular (3) no encaixe do duto de menor diâmetro (2b) em seu interior, e permite o deslocamento diferencial dos dutos concêntricos (2a) e (2b) provocado por efeito de dilatação térmica; c) gaxetas (5) especiais, resistentes a altas temperaturas, que selam o espaço anular (3) e compatibilizam o deslocamento diferencial dos dutos concêntricos (2a) e (2b) provocado por efeito de dilatação térmica.

A junta telescópica (1) é dimensionada em função dos diâmetros dos dutos concêntricos (2a) e (2b) assim como é a relação entre a largura, a altura e a espessura do anel deslizante (4).

As gaxetas (5), que selam o espaço anular (3) gerado na interligação entre os dois dutos concêntricos (2a) e (2b), são anéis de cordoalha metálica com inserção de material resiliente, resistente à temperatura de até 600°C, dimensionados em função do diâmetro dos dutos concêntricos (2a) e (2b) e do espaço anular (3) gerado. As gaxetas (5) são dispostas seqüencialmente em número de espiras suficiente para o preenchimento ao longo de todo o espaço anular (3) gerado, com o mínimo de 6 espiras.

Assim, as gaxetas (5) reduzem ao mínimo a passagem de gases e vapores pelo espaço anular (3), de modo que os gases e vapores no vaso separador (6) sejam direcionados para a entrada dos tubos coletores (7).

Adicionalmente, as gaxetas (5) compatibilizam o deslocamento diferencial dos dutos concêntricos (2a) e (2b), em sentido axial e longitudinal, e minimizam os riscos de travamento de uma junta telescópica (1) uma vez que o espaço anular (3) entre o duto concêntrico (2b) e o tubo do anel deslizante (4) pode ser maior que aqueles identificados no estado da técnica.

Ainda vantajosamente em relação ao estado da técnica, a junta telescópica (1) da presente invenção pode ser fabricada sem refratamento antierosivo no espaço anular (3), uma vez que minimiza a passagem de gás, o que resulta em maior facilidade na fabricação e controle no dimensionamento destes componentes.

O anel deslizante (4) é usualmente construído com material 5 equivalente ao especificado para os dutos concêntricos (2a) e (2b), não sendo o material construtivo um fator limitante da concretização da junta telescópica (1) da presente invenção.

A geometria da junta telescópica (1) com anel deslizante e selagem guarda correlação direta com o processo ao qual se aplica, em função do 10 cisalhamento gerado pela movimentação das partes interligadas, e, como tal, evita paradas para manutenção e limpeza quando aplicada em uma UFCC.

Portanto, a junta telescópica (1), da presente invenção, viabiliza a utilização de tubos coletores (7) em um ciclone sem perna (8) e conseqüentemente reduz a formação de coque na região morta de um vaso 15 separador (6), garante confiabilidade operacional de sistema ciclônico fechado e evita a utilização de juntas com folgas muito pequenas que apresentam risco decorrente de problemas mecânicos durante a operação de uma UFCC.

Claims

1. JUNTA TELESCÓPICA COM ANEL DESLIZANTE E SELAGEM, para interligar dois dutos concêntricos (2a) e (2b), de diâmetros diferentes, em suas extremidades, sendo o duto de maior diâmetro (2a) terminado por uma sede para encaixe da borda de um anel deslizante (4) com perfil em L, solidário aos dois dutos concêntricos (2a) e (2b) em suas extremidades, gerando um espaço anular (3) no encaixe do duto de menor diâmetro (2b) no seu interior, usada em um sistema ciclônico fechado de separação gás-sólido, no interior de um vaso separador (6) de uma UFCC, reduzindo ao mínimo a passagem de gases e vapores pelo espaço anular (3) incluindo tubos coletores externos (7) em um pseudociclone (8), caracterizada por compreender gaxetas (5) fabricadas em anéis de cordoalha metálica com inserção de material resiliente resistente a temperatura de até 600°C, dispostas sequencialmente em espiras ao longo do espaço anular (3), que selam o espaço anular (3) e compatibilizam o deslocamento diferencial dos dutos concêntricos (2a) e (2b), no sentido axial e longitudinal, provocado por efeito de dilatação térmica.

2. JUNTA TELESCÓPICA COM ANEL DESLIZANTE E SELAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as gaxetas (5) serem dimensionadas em função do tamanho do espaço anular (3) e dispostas sequencialmente, em número suficiente de espiras para preencher todo o espaço anular (3).

3. JUNTA TELESCÓPICA COM ANEL DESLIZANTE E SELAGEM, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por as gaxetas (5) serem dimensionadas em função do tamanho do espaço anular (3) e dispostas sequencialmente, em número mínimo de 6 espiras.

4. JUNTA TELESCÓPICA COM ANEL DESLIZANTE E SELAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a junta ser dimensionada em função dos diâmetros dos dutos concêntricos (2a) e (2b).

5. JUNTA TELESCÓPICA COM ANEL DESLIZANTE E SELAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o anel deslizante (4) ser dimensionado em função dos diâmetros dos tubos concêntricos (2a) e (2b).