BRPI0705056B1

BRPI0705056B1 - estrutura para ciclagem térmica extrema

Info

Publication number: BRPI0705056B1
Application number: BRPI0705056A
Authority: BR
Inventors: Dale A Swanson; Randy L Eberly; Steve M Cihlar
Original assignee: Chicago Bridge & Iron Co
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2016-05-10
Also published as: CA2581842C; CA2581842A1; AR059919A1; MX2007003234A; JP5368678B2; US7666279B2; KR101447287B1; BRPI0705056A; ES2328200A1; ITTO20070200A1; JP2007277541A; JP2013224437A; KR20070094557A; US20070215452A1; ES2328200B1

Abstract

estrutura para ciclagem térmica extrema uma estrutura para ciclagem térmica extrema tem um elemento de suporte que sustenta um recipiente principalmente por intermédio de forças de apoio e de fricção mais propriamente do que mediante soldas. o elemento de suporte tem uma parte de apoio que se afila no sentido para dentro sob uma articulação que separa uma seção cilíndrica do recipiente de uma seção inferior inclinada. a parte de apoio do elemento de suporte segue essa inclinação, proporcionando uma área de contato estendida entre o elemento de suporte e o recipiente. uma seção anular do elemento de suporte pode ser aquecida e expandida antes de ser colocada em torno da seção cilíndrica do recipiente para proporcionar prévia sujeição ao esforço. se exigido, uma cinta pode se estender no sentido para baixo a partir do recipiente sobre uma borda superior do elemento de suporte.

Description

ESTRUTURA PARA CICLAGEM TÉRMICA EXTREMA ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção se refere geralmente ãs estruturas usadas no processamento industrial de grandes volumes de material aquecido. Especificamente, a invenção se refere a recipientes herméticos que poderiam ser usados para retardar a coqueificação de petróleo. A coqueificação retardada de petróleo é um processo no qual uma fração de petróleo é aquecida até uma temperatura na qual ela se decompõe termicamente para prover um produto de coque sólido e um produto de destilado de hidrocarboneto. Em geral, um estoque de provisão de petróleo liquido é primeiramente destilado até que as extremidades mais leves tenham sido recuperadas e resíduo pesado permaneça. Esse resíduo pesado de pez aquecido e óleo pesado ou de ciclo submetido ao craqueio catalítico são carregados para o fundo de uma estrutura denominada tambor de coque.

Os tambores de coque são recipientes de pressão verticalmente dispostos que normalmente têm de 3,65 m a 9,75 m de diâmetro com uma seção cilíndrica alta de 9,14 m a 24,38 m. Um tambor de coque tem tipicamente uma seção inferior cônica para prover uniformidade de suporte das tensões na estrutura, e é sustentada por uma aba que é soldada a uma articulação de transição, ou próximo a ela, entre a seção cilíndrica e a seção inferior cônica.

No tambor de coque, o resíduo pesado é aquecido adicionalmente até aproximadamente 537°C e é submetido a extensivo e controlado craqueio e coqueificação sob condições de alta pressão. Um produto mais leve craqueado sobe para a parte superior do tambor de coque em um processo denominado extração a vapor e é retirado.

Um produto mais pesado permanece e é craqueado em coque, uma substância semelhante a carvão, sólida. O coque é normalmente purgado com vapor para remover quaisquer componentes voláteis restantes. Após o processo de craqueio e coqueificaçao estar concluído, água de esfriamento é introduzida e jatos de água de alta pressão são usados para desprender e remover o coque. A água reduz a temperatura no tambor até aproximadamente 93°C, ou menos, antes do início de um novo ciclo. Para aumentar a velocidade de produção, a operação de esfriamento freqüentemente é feita o mais rapidamente possível. O tempo de ciclo para um recipiente é tipicamente de 48 horas, ou menos.

As operações cíclicas de aquecimento e esfriamento de recipientes tais como tambores de coque causam, com o tempo, deterioração da estrutura. Recipientes submetidos a tal ciclagem térmica extrema podem experimentar uma falha na área onde a aba de suporte é soldada à carcaça do recipiente. Rachadura e falha estrutural da aba de suporte, da parede do recipiente, e/ou da solda de fixação podem ocorrer.

Uma estrutura mais resistente à rachadura e a outras falhas relacionadas à fadiga seria vantajosa. SUMÁRIO RESUMIDO DA REVELAÇÃO Os requerentes desenvolveram uma nova estrutura para contenção de substâncias durante ciclos térmicos extremos. O recipiente no qual as substâncias são mantidas pode ter um formato convencional, com uma seção cilíndrica alta e uma seção inferior inclinada que se estende sob uma articulação. Ao contrário dos modelos anteriores, o recipiente é sustentado por um novo tipo de elemento de suporte que pode não precisar ser soldado ao recipiente. A redução da quantidade de soldagem entre o recipiente e o elemento de suporte resulta em uma conexão mais flexível que pode reduzir a fadiga. Ela também pode reduzir as tensões que resultam do encolhimento de solda, zonas afetadas pelo calor induzido pela soldagem no aço, e tensões locais elevadas, tudo isso ajudando a aperfeiçoar a resistência à fadiga.

Mais propriamente do que utilizar soldas, o novo elemento de suporte sustenta o recipiente principalmente por intermédio de forças de fricção e apoio. Ele inclui uma seção de apoio que se afila no sentido para dentro sob a articulação, seguindo a inclinação da seção inferior do recipiente. Essa seção de apoio provê uma área maior de contato entre o recipiente e o elemento de suporte, a qual também pode reduzir as tensões termicamente induzidas tanto no recipiente como no elemento de suporte, mediante provisão de um gradiente de temperatura mais uniforme entre o recipiente e o elemento de suporte. Um gradiente de temperatura mais uniforme também pode aperfeiçoar a resistência à fadiga da estrutura.

Opcionalmente, o elemento de suporte pode incluir uma parede de aba contínua ou um conjunto de chapas de apoio que são montadas em uma armação de elementos estruturais. Uma seção superior anular pode envolver a seção cilíndrica do recipiente e pode ser aquecida antes do recipiente e o elemento de suporte serem unidos para prover suporte previamente submetido a esforço. Além disso, uma camada de mãstique de alta temperatura pode ser aplicada entre o recipiente e as superfícies de apoio no elemento de suporte para adicionalmente aperfeiçoar a condutância térmica entre os dois elementos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A invenção pode ser mais bem-entendida mediante referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é uma vista em elevação de uma modalidade de uma estrutura que incorpora a invenção. A Figura 2 é uma vista em seção transversal fragmentária, ampliada através de uma parte da estrutura vista na Figura 1. A Figura 3 é uma vista em seção transversal fragmentária através de uma parte correspondente de uma estrutura na qual a estrutura de suporte não inclui o uso de articulações.

As Figuras 4 e 5 são vistas em seção transversal e de extremidade ampliadas fragmentárias das mesmas partes correspondentes de uma estrutura que utiliza detalhes de suporte, alternativos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O tambor de coque 10, que é visto nas Figuras 1 e 2, é um exemplo de uma estrutura utilizando a presente invenção. Em geral, ele inclui um recipiente 12 e um elemento de suporte 14. O recipiente 12 tem uma seção cilíndrica 20 e uma seção inferior inclinada 22. Uma seção cilíndrica típica em um tambor de coque pode ter uma altura de 9,14 m até acima de 24,38 m e um diâmetro de 3,65 ma 9,75 m. Em tambores de coque, a seção cilíndrica normalmente é feita de chapas de aço, soldadas, que têm uma espessura nominal de aproximadamente 1,9 cm - 6,3 6 cm ou mais. A seção inferior do recipiente geralmente se estende por baixo de uma articulação 26 que separa a seção cilíndrica da seção inferior. Nesse exemplo, a seção inferior é uma seção cônica que é comum nos tambores de coque. O ângulo do cone na seção cônica pode variar. Embora o arranjo ilustrado seja típico, outros arranjos de recipiente podem ser utilizados. O elemento de suporte 14, ilustrado, sustenta o recipiente 12 sem soldas. Esse exemplo inclui uma parede de aba contínua 3 0 com uma seção superior anular 3 2 que envolve uma parte da seção cilíndrica 20 do recipiente. Nesse exemplo, a parede de aba inclui uma articulação 3 6 que casa com a articulação 26 do recipiente. Uma parte de apoio 40 da parede de aba se afila no sentido para dentro sob a articulação do recipiente, seguindo a inclinação da seção inferior 22 do recipiente. Embora todas as partes da parede de aba ilustrada sigam os contornos do recipiente, em outros exemplos algumas partes da parede de aba podem divergir do contorno do recipiente. Alternativamente, a aba poderia ser construída sem uma articulação. Ela poderia ter, por exemplo, uma parte cônica inferior soldada diretamente em uma seção cilíndrica que circunda a seção cilíndrica do recipiente. Ou, como visto na Figura 3, ela poderia consistir em apenas uma parte de apoio cônica 40' na qual se apóia o recipiente 12'. A parede de aba 30 não precisa ser contínua. Como visto nas Figuras 4 e 5, por exemplo, ela poderia ser construída de chapas de apoio 50 montadas em uma armação de elementos estruturais 52, tais como vigas-H. A parede de aba ilustrada 3 0 provê uma área de contato estendida com o recipiente 12. Em um arranjo tipico da técnica anterior, o contato principal entre a aba de apoio e o recipiente está na linha de solda entre a articulação e a aba. Em um recipiente de 7,62 m de diâmetro, isso resulta na maioria das forças entre o recipiente e o elemento de suporte passando através de uma área estreita que inclui tão pouco quanto aproximadamente 1,20 m2 de material na articulação, ou próximo ela. No exemplo ilustrado, onde o recipiente é sustentado circunferentemente por uma estrutura que proporciona uma superfície de contato anular superior a 45,72 cm de largura, a área de contato total entre a parede de aba 30 e o recipiente 12 pode facilmente exceder 92,90 m2, mais do que uma ordem de magnitude superior ao arranjo correspondente da técnica anterior. Essa área de contato aumentada pode aperfeiçoar a condutância térmica entre a parede de aba e o recipiente, reduzindo as tensões máximas que a aba, ou o recipiente, experimentará durante os ciclos térmicos. No arranjo ilustrado, a maior parte do contato entre o recipiente e o elemento de suporte 14 está entre o elemento de suporte e a seção inferior 22 do recipiente, embora outros arranjos possam ser preferidos em outros cenários. O elemento de suporte 14 pode ser aquecido e expandido antes de ser unido ao recipiente 12 , Isso pode proporcionar um "ajuste com pressão" entre o recipiente e o elemento de suporte quando os dois elementos alcançam equilíbrio térmico. O ajuste firme pode aperfeiçoar a capacidade de carga estrutural do conjunto, e ajuste com pressão da seção cilíndrica 20 do recipiente, na seção superior anular 32 do elemento de suporte, pode previamente submeter a esforço o recipiente em um estado compressivo. Prévia sujeição ao esforço do recipiente em um estado compressivo pode por sua vez reduzir os esforços de tração, máximos, durante ciclagem térmica, e desse modo aperfeiçoar ainda mais a resistência à fadiga da estrutura, Para aperfeiçoar a condutância térmica entre o elemento de suporte 14 e o recipiente 12, uma camada de mãstique de alta temperatura 55 pode ser aplicada entre o recipiente e a superfície de apoio 58 do elemento de suporte.

Se necessário, uma ou mais cintas 60 podem ser montadas na seção cilíndrica 20, do recipiente 12, se estendendo no sentido para baixo sobre uma borda superior 62 do elemento de suporte 14, Essas cintas podem ajudar a segurar a parte de cima do elemento de suporte contra o recipiente, ou transferir cisalhamento ou levantamento a partir de um para o outro. O elemento de suporte 14 pode ser montado no lugar em uma variedade de formas, O elemento de suporte mostrado nas figuras tem uma seção de base relativamente cilíndrica 70 que é soldada a uma articulação de curvatura inversa 72 na extremidade inferior da parte de apoio 40 do elemento de suporte. Outra vez, em algumas circunstâncias, a articulação podería ser substituída por uma soldagem do cone ao cilindro. Uma seção de base ilustrada inclui coxins convencionais 74 que são usadas para montar a seção de base em uma fundação 76. Outros suportes de ponto de fixação também poderíam ser usados.

Essa descrição das várias modalidades da invenção foi provida com a finalidade de ilustração. Revisões ou modificações podem ser evidentes para aqueles versados na técnica sem se afastar da invenção. O escopo completo da invenção é apresentado nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Estrutura para conter substâncias que são submetidas à ciclagem térmica entre temperaturas que variam em mais do que aproximadamente 260°C, que tem um elemento de suporte que sustenta um recipiente hermético que tem uma seção inferior inclinada que se estende sob uma articulação, a estrutura caracterizada por: uma parte do elemento de suporte que se afila no sentido para dentro sob a articulação do recipiente, seguindo uma inclinação da seção inferior e sustentando o recipiente principalmente pelas forças de apoio e de fricção.

2. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma seção cilíndrica previamente submetida a esforço que circunda uma parte de uma seção cilíndrica do recipiente.

3. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que hã uma camada de mãstique de alta temperatura entre o recipiente e uma superfície de apoio no elemento de suporte.

4. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte inclui uma parede de aba contínua.

5. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte inclui chapas de apoio que são montadas em uma pluralidade de elementos estruturais.

6. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma seção superior anular que envolve uma parte de uma seção cilíndrica do recipiente.

7. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a maior parte do contato entre o recipiente e o elemento de suporte esta entre o elemento de suporte e a seção inferior inclinada do recipiente.

8. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte sustenta o recipiente sem soldas.

9. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte sustenta o recipiente sem soldas para a articulação no recipiente.

10. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma ou mais cintas se estendem no sentido para baixo a partir do recipiente sobre uma borda superior do elemento de suporte.

11. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma seção de base que se estende no sentido para baixo a partir de uma articulação de curvatura reversa adjacente à seção inferior inclinada do recipiente.

12. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma seção de base cilíndrica que se estende no sentido para baixo a partir da seção inferior inclinada do recipiente.

13. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma seção de base que é soldada a uma parte de apoio inclinada do elemento de suporte.

14. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte se estende até um ou mais suportes de ponto de fixação separados do recipiente,

15. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma área de contato estendida com o recipiente.

16. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de suporte tem uma parte de apoio anular que contata e substancialmente circunda o recipiente e tem pelo menos 45,72 cm de largura.

17. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o recipiente é um tambor de coque.

18. Estrutura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o recipiente tem um diâmetro de pelo menos 3,65 m.

19. Método de construir uma estrutura hermética que tem uma seção inferior que se estende sob uma articulação e é utilizada para ciclagem térmica entre temperaturas que variam em mais do que 260°C, o método caracterizado por incluir as etapas de: prover um elemento de suporte que se afila no sentido para dentro sob a articulação, seguindo a inclinação da seção inferior do recipiente; e sustentar o recipiente com o elemento de suporte principalmente por intermédio das forças de apoio e de fricção.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do elemento de suporte é aquecida e expandida antes de ser colocada com relação ao recipiente.

21. Estrutura caracterizada por ser construída utilizando-se o método da reivindicação 19.