BRPI0911213B1 - cyclone holder temperature controller system - Google Patents
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Abstract
sistema controlador de temperatura de suportes de ciclones. a presente invenção refere-se, a um sistema para controlar e limitar a temperatura máxima de operação de dispositivos de suporte (5) de ciclones; que compreende uma câmara interna (16), um ou mais anéis de vapor (17), com vazão controlada e diversos termopares (18), que atuam diretamente no controle da temperatura da região onde se localizam os dispositivos de sustentação dos pares de ciclones (1), limitando essa temperatura a valores em que seja possível a utilização de materiais, geometrias e dimensões convencionais para esses dispositivos.temperature controller system for cyclone supports. the present invention relates to a system for controlling and limiting the maximum operating temperature of cyclone support devices (5); comprising an internal chamber (16), one or more vapor rings (17), with controlled flow and several thermocouples (18), which act directly on the temperature control of the region where the devices supporting the cyclone pairs are located ( 1), limiting this temperature to values where it is possible to use conventional materials, geometries and dimensions for these devices.
Description
SISTEMA CONTROLADOR DE TEMPERATURA DE SUPORTES DE CICLONESTEMPERATURE CONTROLLER SYSTEM FOR CYCLONIC SUPPORTS
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION
A presente invenção se insere no campo dos processos de unidades de craqueamento catalítico, em leito fluidizado, para produção de olefinas leves. Mais especificamente, a presente invenção descreve um sistema para controlar a temperatura máxima de operação dos suportes de ciclones, das unidades de craqueamento catalítico petroquímico, para evitar que determinados dispositivos sejam submetidos a temperaturas acima de seus limites máximos admissíveis metalúrgicos ou estruturais. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOThe present invention is part of the field of processes of catalytic cracking units, in fluidized bed, for the production of light olefins. More specifically, the present invention describes a system to control the maximum operating temperature of the cyclone supports, of the petrochemical catalytic cracking units, to prevent certain devices from being subjected to temperatures above their maximum permissible metallurgical or structural limits. BACKGROUND OF THE INVENTION
Tradicionalmente, o estabelecimento das temperaturas de projeto dos ciclones de um combustor/regenerador envolve um conjunto de três temperaturas, sendo uma delas a temperatura máxima normal de operação do vaso combustor (T^, que varia em torno de 670°C a 760°C, e outras duas temperaturas (T2 e T3) que são patamares de temperatura de emergência pré-estabelecidos em relação a ΤΊ, com seus períodos de curta duração.Traditionally, setting the design temperatures of cyclones for a combustion / regenerator involves a set of three temperatures, one of which is the maximum normal operating temperature of the combustion vessel (T ^, which ranges from 670 ° C to 760 ° C , and two other temperatures (T 2 and T 3 ) that are pre-established levels of emergency temperature in relation to Τ Ί , with their short periods.
De uma forma geral todos os materiais utilizados na indústria apresentam limites máximos admissíveis de utilização, conforme pode ser verificado através de tabelas específicas do código de projetos ASME (American Society of Mechanical Engineers) em sua Seção II Parte D. Para o caso específico dos aços inoxidáveis austeníticos série 300, esses limites máximos de utilização permitidos pelo código ASME encontram-se em torno de 815°C.In general, all materials used in the industry have maximum permissible usage limits, as can be verified through specific tables of the ASME (American Society of Mechanical Engineers) project code in its Section II Part D. For the specific case of steels 300 series austenitic stainless steel, these maximum usage limits allowed by the ASME code are around 815 ° C.
Com o advento de um novo processo de craqueamento catalítico em leito fluidizado ou FCC petroquímico e em virtude da adição da grande quantidade de óleo de aquecimento, existe a possibilidade de que a queima entre o óleo e o ar ocorra de forma não homogênea, o que pode acarretar um acréscimo de temperatura nas porções superiores do vasoWith the advent of a new catalytic cracking process in fluidized bed or petrochemical FCC and due to the addition of the large amount of heating oil, there is a possibility that the burning between the oil and the air will occur in an inhomogeneous way, which may cause an increase in temperature in the upper portions of the vessel
2/11 combustor.2/11 combustor.
Automaticamente, os ciclones estariam sujeitos a temperaturas mais altas, podendo ultrapassar os limites máximos pré-estabelecidos nas tabelas do ASME e, consequentemente, fazendo com que seus dispositivos de sustentação fiquem submetidos a temperaturas acima de seus limites máximos admissíveis metalúrgicos ou estruturais.Automatically, cyclones would be subject to higher temperatures, being able to exceed the maximum limits pre-established in the ASME tables and, consequently, causing their support devices to be subjected to temperatures above their maximum allowable metallurgical or structural limits.
Objetivando garantir um controle da temperatura máxima de operação dos suportes dos ciclones, para se adotar um sistema de separação ciclônica tradicionalmente utilizado em unidades de FCC, desenvolveu-se pela presente invenção, um sistema para controlar e limitar a temperatura máxima de operação desses dispositivos das unidades de FCC convencional e petroquímico, que seriam os pontos mais vulneráveis ao excessivo aumento da temperatura de operação (T^ necessária no combustor petroquímico.In order to ensure a control of the maximum operating temperature of the cyclone supports, to adopt a cyclonic separation system traditionally used in FCC units, a system was developed by the present invention to control and limit the maximum operating temperature of these devices of the conventional and petrochemical FCC units, which would be the most vulnerable points to the excessive increase in the operating temperature (T ^ required in the petrochemical combustion.
TÉCNICAS CORRELACIONADASCORRELATED TECHNIQUES
O Craqueamento Catalítico Fluido - FCC (Fluid Catalytic Cracking) é um processo muito utilizado pelas refinarias de todo o mundo, principalmente, devido ao aspecto econômico. Sua principal característica é realizar as transformações de frações do processo de refino que têm baixo valor comercial, tais como, gasóleos e vários resíduos de outras unidades de processo, em produtos de alto valor comercial, principalmente GLP e gasolina, tornando este processo altamente lucrativo para as refinarias.Fluid Catalytic Cracking - FCC (Fluid Catalytic Cracking) is a process widely used by refineries around the world, mainly due to its economic aspect. Its main characteristic is to perform the transformation of fractions of the refining process that have low commercial value, such as gas oils and various residues from other process units, in products of high commercial value, mainly LPG and gasoline, making this process highly profitable for refineries.
Porém, com a crescente preocupação com o meio ambiente, o desenvolvimento sustentável do planeta e o crescente aumento da produção de gás natural e de fontes alternativas no mundo, a matriz energética da maioria dos países vem mudando consideravelmente, o que vem acabando por acarretar um excedente de combustível no mundo.However, with the growing concern with the environment, the sustainable development of the planet and the increasing increase in the production of natural gas and alternative sources in the world, the energy matrix of most countries has been changing considerably, which has ended up causing a surplus fuel in the world.
Paralelamente a esse fato, devido ao crescimento da demanda de plásticos, a indústria petroquímica tem se concentrado para colocar emParallel to this fact, due to the growth in demand for plastics, the petrochemical industry has been concentrating to put in
3/11 operação novos projetos que possibilitem a geração das matérias primas necessárias para a produção desses produtos, que possuem grande importância para o mercado interno.3/11 operating new projects that enable the generation of the raw materials necessary for the production of these products, which are of great importance for the domestic market.
É exatamente nesse contexto que se insere o FCC petroquímico, que nada mais é que a utilização da tecnologia de craqueamento catalítico fluido para a produção de insumos petroquímicos básicos (principalmente eteno e propeno).It is precisely in this context that the petrochemical FCC is inserted, which is nothing more than the use of fluid catalytic cracking technology for the production of basic petrochemical inputs (mainly ethylene and propylene).
Quanto aos equipamentos em si, diferentemente do FCC convencional que apresenta um vaso regenerador onde a principal função é regenerar as partículas de catalisador impregnadas com coque via uma reação de queima exotérmica.As for the equipment itself, unlike the conventional FCC, which has a regenerating vessel where the main function is to regenerate the catalyst particles impregnated with coke via an exothermic firing reaction.
O FCC petroquímico apresenta um combustor cuja principal finalidade é aquecer o catalisador através da utilização de uma quantidade significativa de óleo de aquecimento. Este fenômeno ocorre em virtude da quantidade de coque no catalisador ser quase nulo, necessitando de uma fonte de calor externo de forma a equilibrar o balanço energético da unidade. Os vasos do regenerador/combustor possuem basicamente os mesmos dispositivos internos (ciclones, distribuidor de ar), porém, apresentam diferenças no que diz respeito à temperatura de operação do vaso, onde o FCC petroquímico trabalha em regimes bem mais severos.The petrochemical FCC has a combustor whose main purpose is to heat the catalyst through the use of a significant amount of heating oil. This phenomenon occurs because the amount of coke in the catalyst is almost zero, requiring an external heat source in order to balance the energy balance of the unit. The regenerator / combustion vessels have basically the same internal devices (cyclones, air distributor), however, they differ in terms of the vessel's operating temperature, where the petrochemical FCC works under much more severe regimes.
Os ciclones são equipamentos de caldeiraria que estão sempre presentes no interior dos principais vasos de pressão verticais (regenerador/combustor) das unidades de FCC e cuja principal função é realizar a separação da mistura gás-sólido mediante uma força centrífuga. Geralmente operam em pares, intertravados entre si, podendo ser fabricados com chapas soldadas de aço carbono, aço-liga ou aço inoxidável austenítico (tradicionalmente o tipo 304H da série 300 para o caso de regeneradores/combustores) e sendo revestidos internamente por refratário antierosivo de alta resistência à abrasão.Cyclones are boilermaking equipment that are always present inside the main vertical pressure vessels (regenerator / combustor) of the FCC units and whose main function is to separate the gas-solid mixture using a centrifugal force. They generally operate in pairs, interlocked with each other, and can be manufactured with welded sheets of carbon steel, alloy steel or austenitic stainless steel (traditionally type 300H of the 300 series for the case of regenerators / combustors) and being coated internally with an anti-erosion refractory of high abrasion resistance.
Tanto os vasos regeneradores quanto os combustores possuem umBoth the regenerating vessels and the combustors have a
4/11 leito catalítico fluidizado e sujeito a forças horizontais cíclicas resultantes da interação dinâmica da fluidização do catalisador com o ar que é soprado de baixo para cima através do distribuidor de ar, que se encontra localizado no fundo do vaso. Esse ar injetado tem como objetivo promover de maneira homogênea, em todas as seções transversais do vaso, uma reação exotérmica de queima do coque gerado como subproduto da reação catalítica impregnado no catalisador.4/11 fluidized catalytic bed and subjected to horizontal cyclic forces resulting from the dynamic interaction of the catalyst fluidization with the air that is blown upwards through the air distributor, which is located at the bottom of the vessel. This injected air aims to promote, in a homogeneous manner, in all cross sections of the vessel, an exothermic burning reaction of the coke generated as a by-product of the catalytic reaction impregnated in the catalyst.
Devido à diversidade de carregamentos a que estão sujeitos, os ciclones podem ser considerados um dos componentes mais críticos das unidades de FCC. Dentre os carregamentos atuantes nos ciclones de regeneradores/combustores, podemos destacar o seu peso próprio, o peso do catalisador em operação em seu interior, a pressão externa e os carregamentos térmicos e dinâmicos de natureza aleatória provocados pelo leito sob fluidização. Além de todos os esforços mecânicos gerados pelos carregamentos citados, os ciclones de regeneradores/combustores ainda são projetados também para resistir estruturalmente a algumas horas de determinados disparos de temperatura.Due to the diversity of loads they are subjected to, cyclones can be considered one of the most critical components of FCC units. Among the loads acting on the regenerator / combustion cyclones, we can highlight its own weight, the weight of the catalyst in operation inside it, the external pressure and the thermal and dynamic loads of a random nature caused by the fluidized bed. In addition to all the mechanical efforts generated by the aforementioned loads, the cyclones of regenerators / combusters are also designed also to structurally resist a few hours of certain temperature fires.
Os ciclones são fixados no tampo superior do vaso regenerador/combustor e possuem sua parte inferior, denominadas pernas de ciclones ou diplegs, parcialmente imersas no leito fluidizado de catalisador.The cyclones are attached to the top of the regenerator / combustion vessel and have their lower part, called cyclone legs or diplegs, partially immersed in the catalyst fluidized bed.
As principais características que se busca alcançar em um projeto de ciclones é que eles operem realizando a separação gás-catalisador a altas temperaturas (670°C a 810°C), necessitando, portanto, serem fabricados com aços especiais, geralmente aço inox da série 300, mais especificamente do tipo 304H. Os mesmos ainda sofrem intensa erosão por parte da mistura abrasiva gás-catalisador, fato que obriga o emprego de revestimento interno de material refratário antierosivo de alta resistência à abrasão em grande parte de seus subcomponentes.The main characteristics that are sought in a cyclone project is that they operate by performing the gas-catalyst separation at high temperatures (670 ° C to 810 ° C), therefore needing to be manufactured with special steels, usually stainless steel of the series 300, more specifically type 304H. They still suffer intense erosion by the abrasive gas-catalyst mixture, a fact that requires the use of an internal coating of refractory anti-erosion material with high resistance to abrasion in most of its subcomponents.
Qualquer falha estrutural dos ciclones e/ou de seus suportes podeAny structural failure of the cyclones and / or their supports can
5/11 acarretar numa interrupção na produção da unidade de FCC e a consequente parada da mesma para manutenção. Este fato pode representar um prejuízo médio em torno de U$ 250.000,00 por dia devido a lucros cessantes, fora os gastos relativos aos custos necessários para o reparo em si.5/11 result in an interruption in the production of the FCC unit and the consequent shutdown for maintenance. This fact can represent an average loss of around U $ 250,000.00 per day due to lost profits, apart from the expenses related to the costs necessary for the repair itself.
Outra consequência de falha dos suportes de ciclones é a possibilidade de poluição através da contaminação da atmosfera por finos de catalisador, que pode gerar multas ambientais.Another consequence of failure of the cyclone supports is the possibility of pollution through contamination of the atmosphere by catalyst fines, which can generate environmental fines.
Os ciclones e seus dispositivos de sustentação presentes nos vasos regeneradores são comumente fabricados com chapas soldadas de aço inoxidável austenítico do tipo 304H. Como os vasos regeneradores são tradicionalmente projetados para temperatura de operação (T^ máxima da ordem de 760°C, o material utilizado nos ciclones é totalmente compatível, visto que eles estarão submetidos a temperaturas abaixo de seus limites máximos admissíveis.Cyclones and their support devices present in the regenerating vessels are commonly manufactured with welded sheets of type 304H austenitic stainless steel. As the regenerating vessels are traditionally designed for operating temperature (maximum T ^ of the order of 760 ° C, the material used in the cyclones is fully compatible, since they will be subjected to temperatures below their maximum allowable limits.
O aumento da temperatura de operação atua inversamente proporcional com a resistência mecânica do aço de fabricação dos ciclones e seus suportes, exigindo dimensões cada vez mais espessas, que aumentam o peso a ser sustentado e retroalimentam a necessidade de maiores espessuras, gerando valores fisicamente inviáveis para equipamentos de uma unidade de FCC. Adicionalmente, o aço de fabricação dos ciclones tem um limite admissível de temperatura máxima sem que ocorram transformações metalúrgicas. Caso a temperatura aumente muito, há a necessidade de substituição do aço tradicionalmente utilizado por outros tipos de aços ou ligas metálicas mais nobres; de oferta escassa no mercado e de custos mais elevados de aquisição, fabricação, soldagem e manutenção.The increase in the operating temperature acts inversely proportional to the mechanical strength of the steel manufactured by the cyclones and their supports, requiring increasingly thicker dimensions, which increase the weight to be sustained and feed back the need for greater thicknesses, generating physically unfeasible values for equipment of an FCC unit. Additionally, cyclone-making steel has an allowable maximum temperature limit without metallurgical transformations. If the temperature rises too much, there is a need to replace the steel traditionally used by other types of steel or more noble metal alloys; of scarce supply in the market and higher costs of acquisition, manufacture, welding and maintenance.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
A presente invenção refere-se a um sistema para controlar e limitar a temperatura máxima de operação na região dos dispositivos deThe present invention relates to a system for controlling and limiting the maximum operating temperature in the region of the
6/11 sustentação de ciclones que compreende alguns dos internos de uma unidade de craqueamento catalítico convencional e petroquímico para evitar que estes dispositivos, tais como, tirantes, olhais e pinos sejam submetidos a temperaturas acima de seus limites máximos admissíveis metalúrgicos ou estruturais.6/11 cyclone support that includes some of the internals of a conventional catalytic and petrochemical cracking unit to prevent these devices, such as tie rods, eyelets and pins from being subjected to temperatures above their maximum allowable metallurgical or structural limits.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
A Figura 1 ilustra um esquema básico de um conjunto de pares de ciclones presentes tanto no vaso regenerador quanto no vaso combustor de uma unidade de FCC convencional ou petroquímico.Figure 1 illustrates a basic scheme of a set of cyclone pairs present both in the regenerator vessel and in the combustion vessel of a conventional or petrochemical FCC unit.
A Figura 2 ilustra uma representação em perspectiva de um conjunto de cinco pares de ciclones instalados no interior de um vaso regenerador/ combustor de uma unidade de FCC e sustentados no tampo deste vaso por meio de tirantes, olhais e pinos.Figure 2 illustrates a perspective representation of a set of five pairs of cyclones installed inside a regenerator / combustion vessel of an FCC unit and supported on the top of this vessel by means of rods, eyes and pins.
A Figura 3 ilustra uma vista isométrica do vaso regenerador/combustor e seus dispositivos internos.Figure 3 illustrates an isometric view of the regenerator / combustion vessel and its internal devices.
A Figura 4 ilustra uma vista superior do vaso regenerador/combustor e seus dispositivos internos.Figure 4 illustrates a top view of the regenerator / combustion vessel and its internal devices.
A Figura 5 ilustra uma vista frontal da parte superior de um vaso regenerador/combustor e seus dispositivos internos.Figure 5 illustrates a front view of the upper part of a regenerator / combustion vessel and its internal devices.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A descrição detalhada do sistema controlador de temperatura dos suportes de ciclones que são instalados em um vaso combustor/regenerador de uma unidade de FCC petroquímico, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o formam, com base nas Figuras acima descritas.The detailed description of the temperature controller system of the cyclone supports that are installed in a combustion / regenerator vessel of a petrochemical FCC unit, object of the present invention, will be made according to the identification of the components that form it, based on the Figures described above.
De uma forma geral, todos os materiais utilizados na indústria apresentam limites máximos admissíveis de utilização, conforme pode ser verificado através de tabelas específicas da ASME. Para o caso específico do aço inoxidável austenítico série 304H, esses limites máximos de utilização encontram-se em torno de 815°C.In general, all materials used in the industry have maximum permissible limits of use, as can be verified through specific ASME tables. For the specific case of austenitic stainless steel series 304H, these maximum usage limits are around 815 ° C.
7/117/11
Os ciclones presentes em vasos regeneradores/combustores são comumente fabricados com chapas soldadas de aço inoxidável austenítico do tipo 304H. Como os vasos combustores de unidade de FCC são geralmente projetados para operar em temperaturas abaixo de 815°C, o material utilizado nos ciclones se torna totalmente compatível, visto que eles estão submetidos a temperaturas abaixo de seus limites máximos admissíveis metalúrgicos ou estruturais.Cyclones present in regenerating / combustion vessels are commonly manufactured with welded sheets of type 304H austenitic stainless steel. As FCC unit combustion vessels are generally designed to operate at temperatures below 815 ° C, the material used in the cyclones becomes fully compatible, as they are subjected to temperatures below their maximum permissible metallurgical or structural limits.
A Figura 1 ilustra um esquema básico de um par de ciclones (1), compreendendo um ciclone primário (2) e um ciclone secundário (3), e cujo par fica suspenso no tampo de um vaso regenerador/combustor e com as pernas dos ciclones ou “diplegs” (4) imersas em um leito de catalisador. O par de ciclones (1) fica suspenso por dispositivos de suporte (5) compostos por tirantes (6) de sustentação fixada por meio de pinos (7) nos olhais (8) que se prendem no tampo do vaso e no tampo ou lateralmente ao ciclone. O ciclone primário (2) é fixo ao ciclone secundário (3) através de travejamentos (9), contendo na parte central do ciclone secundário (3), guias rotuladas (10) que se prendem no casco do vaso combustor/regenerador. O ciclone secundário (3) possui um duto de saída (11) de substâncias gasosas (12).Figure 1 illustrates a basic diagram of a cyclone pair (1), comprising a primary cyclone (2) and a secondary cyclone (3), the pair of which is suspended on the top of a regenerator / combustion vessel and with the legs of the cyclones or “diplegs” (4) immersed in a catalyst bed. The cyclone pair (1) is suspended by support devices (5) composed of tie rods (6) fixed by means of pins (7) in the eyes (8) that are attached to the top of the vessel and the top or laterally to the Hurricane. The primary cyclone (2) is attached to the secondary cyclone (3) through interlocks (9), containing, in the central part of the secondary cyclone (3), labeled guides (10) that are attached to the hull of the combustion / regenerator vessel. The secondary cyclone (3) has an outlet duct (11) of gaseous substances (12).
Uma das características, do ponto de vista de confiabilidade do projeto de ciclones no vaso regenerador/combustor a ser alcançada, é que os ciclones operem a altas temperaturas (670°C a 810°C), necessitando fabricá-los com aços especiais, geralmente aço inox austenítico tipo 304H. Os ciclones ainda sofrem intensa erosão por parte da mistura abrasiva gás-catalisador, fato que obriga o emprego de material revestimento interno refratário antierosivo de alta resistência à abrasão em grande parte de seus subcomponentes.One of the characteristics, from the point of view of the reliability of the cyclone project in the regenerator / combustion vessel to be achieved, is that the cyclones operate at high temperatures (670 ° C to 810 ° C), needing to manufacture them with special steels, generally austenitic stainless steel type 304H. Cyclones still suffer intense erosion by the abrasive gas-catalyst mixture, a fact that requires the use of refractory anti-erosion internal coating material with high resistance to abrasion in most of its subcomponents.
A Figura 2 ilustra, em perspectiva, cinco pares de ciclones (1) no interior de um vaso regenerador/combustor (13) de uma unidade de FCC, cujos pares que compreendem os ciclones primários (2) e os secundáriosFigure 2 illustrates, in perspective, five pairs of cyclones (1) inside a regenerator / combustion vessel (13) of an FCC unit, whose pairs comprising the primary (2) and secondary cyclones
8/11 (3) são sustentados por dispositivos de suporte (5) que são responsáveis por pendurarem os ciclones ao tampo do vaso regenerador/combustor (13). Logo abaixo das pernas dos ciclones ou “diplegs” (4) encontra-se no fundo do vaso regenerador um distribuidor de ar (14) e um distribuidor de catalisador gasto (15).8/11 (3) are supported by support devices (5) that are responsible for hanging the cyclones to the top of the regenerator / combustion vessel (13). Just below the legs of the cyclones or "diplegs" (4) there is an air distributor (14) and a spent catalyst distributor (15) at the bottom of the regenerating vessel.
O aumento da temperatura de operação promove redução da resistência mecânica do aço de fabricação dos ciclones (1) e seus dispositivos de suporte (5), exigindo dimensões cada vez mais espessas. Porém, o aço de fabricação dos ciclones tem um limite admissível de temperatura máxima sem que ocorram grandes transformações. Caso a temperatura suba muito, haveria a necessidade de substituição do aço inox austenítico tipo 304H, tradicionalmente usado e de grande confiabilidade comprovada por décadas neste serviço, por aços ou ligas mais nobres, de custo muito mais elevado e oferta escassa no mercado.The increase in the operating temperature promotes a reduction in the mechanical resistance of the steel used to manufacture cyclones (1) and its support devices (5), requiring increasingly thicker dimensions. However, cyclone-making steel has an allowable maximum temperature limit without major transformations. If the temperature rises too much, there would be a need to replace austenitic stainless steel type 304H, traditionally used and of great reliability proven for decades in this service, with more noble steels or alloys, of much higher cost and scarce supply in the market.
A presente invenção atua exatamente nas situações em que, por qualquer eventualidade, as temperaturas de operação do vaso ultrapassam esses limites máximos admissíveis dos dispositivos de suporte dos ciclones.The present invention works exactly in situations where, for any eventuality, the operating temperatures of the vessel exceed these maximum allowable limits of the cyclone support devices.
O sistema proposto, segundo a Figura 3, é compreendido por uma câmara interna (16), fixada internamente no tampo do vaso regenerador/combustor (13), um ou mais anéis de vapor (17) com vazão controlada e diversos termopares (18); que atuam diretamente no controle da temperatura da região onde se localizam os dispositivos de suporte (5) dos ciclones, limitando essa temperatura a valores em que seja possível a utilização de materiais, com configuração geométrica e consequentemente dimensões convencionais para esses dispositivos. Dessa forma evita-se a utilização de espessuras e projeto incompatíveis com a realidade, bem como a substituição do aço inox austenítico tipo 304H, tradicionalmente usado e de grande confiabilidade comprovada por décadas neste serviço por aços ou ligas metálicas mais nobres, onde esses últimos além deThe proposed system, according to Figure 3, is comprised of an internal chamber (16), fixed internally in the top of the regenerator / combustion vessel (13), one or more steam rings (17) with controlled flow and several thermocouples (18) ; that act directly in controlling the temperature of the region where the support devices (5) of the cyclones are located, limiting this temperature to values where it is possible to use materials, with geometric configuration and consequently conventional dimensions for these devices. In this way, the use of thickness and design incompatible with reality is avoided, as well as the replacement of austenitic stainless steel type 304H, traditionally used and of great reliability proven for decades in this service by more noble steel or alloys, where the latter in addition in
9/11 apresentarem custos de aquisição, fabricação, soldagem e manutenções futuras bem mais elevadas; possuem o inconveniente de possuírem oferta escassa no mercado.9/11 have much higher acquisition, manufacturing, welding and future maintenance costs; have the drawback of having scarce supply in the market.
A Figura 3 ilustra um vaso regenerador/combustor (13), compreendendo um conjunto de pares de ciclones (1), ciclones primários (2) e secundários (3) e seus dispositivos de suporte (5). Ainda, conforme Figura 3, pode-se verificar todos os componentes da dita invenção, tais como, uma câmara interna (16), que possui o formato de um cilindro oco, anéis de vapor (17) que serão os responsáveis diretos pelo resfriamento ou pela manutenção da temperatura dos dispositivos de suporte (5) e os termopares (18) a serem utilizados no registro e controle da temperatura. Os dispositivos de suporte (5) são suspensos no tampo superior do vaso regenerador/combustor (13) e fixados no tampo ou na parte lateral dos ciclones primários (2).Figure 3 illustrates a regenerator / combustion vessel (13), comprising a set of pairs of cyclones (1), primary (2) and secondary (3) cyclones and their support devices (5). Still, according to Figure 3, it is possible to verify all the components of the said invention, such as, an internal chamber (16), which has the shape of a hollow cylinder, steam rings (17) that will be directly responsible for the cooling or by maintaining the temperature of the support devices (5) and the thermocouples (18) to be used in recording and controlling the temperature. The support devices (5) are suspended on the top of the regenerator / combustion vessel (13) and fixed on the top or on the side of the primary cyclones (2).
A presente invenção é um sistema composto de uma câmara interna e anéis de vapor; para controlar e limitar a temperatura máxima de operação dos dispositivos de suportes de ciclones de unidades de FCC convencional e petroquímicos, evitando assim que os dispositivos de suportes (5) responsáveis pela sustentação dos ciclones, tais como tirantes (6), pinos (7) e olhais (8) sejam submetidos a temperaturas acima de seus limites máximos admissíveis metalúrgicos ou estruturais. Com isso, é possível projetar e dimensionar estruturalmente os suportes dos ciclones utilizando materiais, geometria e dimensões convencionais e de larga confiabilidade para este serviço envolvendo grande severidade.The present invention is a system composed of an inner chamber and vapor rings; to control and limit the maximum operating temperature of the cyclone support devices of conventional FCC and petrochemical units, thereby preventing the support devices (5) responsible for sustaining the cyclones, such as rods (6), pins (7) and eyelets (8) are subjected to temperatures above their maximum allowable metallurgical or structural limits. With this, it is possible to structurally design and dimension the cyclone supports using conventional, highly reliable materials, geometry and dimensions for this service involving great severity.
A Figura 4 e a Figura 5 ilustram respectivamente uma vista superior e frontal do vaso regenerador/combustor (13), com um conjunto de pares de ciclones (1), contemplando todos os componentes da invenção, tais como, a câmara interna (16), os anéis de vapor (17) e os termopares (18) a serem utilizados no registro e controle da temperatura.Figure 4 and Figure 5 respectively show a top and front view of the regenerator / combustion vessel (13), with a set of cyclone pairs (1), covering all the components of the invention, such as the inner chamber (16) , the steam rings (17) and the thermocouples (18) to be used in the registration and control of the temperature.
Além disso, também encontram-se presentes na Figura 5 alguns dosIn addition, some of the
10/11 internos existentes no estado da técnica que estão diretamente relacionados à invenção, caso específico dos diversos pares de ciclones (1) e dos dispositivos de suporte (5).10/11 interns existing in the state of the art that are directly related to the invention, specific case of the several pairs of cyclones (1) and the support devices (5).
Os anéis de vapor (17) localizados no topo do vaso possuem características bastante peculiares da operação. Durante todo o processo os anéis de vapor (17) estarão sendo alimentados por um vapor de purga, com vazão na faixa de 3 t/h a 6 t/h, responsável apenas pela limpeza dos mesmos e evitando assim qualquer tipo de entupimento dos furos devido à entrada de catalisador. Já a quantidade maior de vapor, responsável pelo resfriamento ou manutenção de temperatura na região dos dispositivos de suporte somente ocorrerá no momento que essa região, que estará constantemente controlada por termopares (18), alcançar uma faixa de temperatura da ordem de 780°C a 810°C. Neste momento existirá um sistema de alarme interligado aos termopares (18) que será o responsável por permitir a entrada dessa grande vazão de vapor, que se encontra na faixa de 40 t/h a 80 t/h.The steam rings (17) located on the top of the vessel have very peculiar characteristics of the operation. During the entire process, the steam rings (17) will be fed by a purge steam, with a flow rate in the range of 3 t / h to 6 t / h, responsible only for cleaning them and thus avoiding any type of clogging of the holes due at the catalyst inlet. The greater amount of steam, responsible for cooling or maintaining temperature in the region of the support devices, will only occur when this region, which will be constantly controlled by thermocouples (18), reaches a temperature range of the order of 780 ° C at 810 ° C. At this moment, there will be an alarm system connected to the thermocouples (18) that will be responsible for allowing the entry of this large steam flow, which is in the range of 40 t / h to 80 t / h.
Esses anéis de vapor (17) ainda apresentam outra função que é a possibilidade de serem utilizados como bocais de ar de partida. No momento da partida da unidade, esses bocais são alimentados com ar visando um aumento da eficiência dos ciclones, visto que o arraste de catalisador será praticamente nulo quando comparado ao ar que seria oriundo do distribuidor de ar (14) localizado no fundo do vaso.These steam rings (17) have yet another function, which is the possibility of being used as starting air nozzles. When the unit starts, these nozzles are supplied with air in order to increase the efficiency of the cyclones, since the catalyst drag will be practically null when compared to the air that would come from the air distributor (14) located at the bottom of the vessel.
Os termopares (18), estão também diretamente ligados ao sistema de “trip” (parada) da unidade, ou seja, em caso de um eventual disparo de temperatura na região controlada, com a mesma se aproximando do limite admissível de utilização do material dos ciclones (815°C), automaticamente ocorrerá um “trip” da unidade em um período máximo inferior a 1 minuto, impedindo qualquer tipo de dano ao ciclone e consequentemente à unidade de craqueamento catalítico e sua vizinhança.The thermocouples (18) are also directly connected to the unit's “trip” (stop) system, that is, in the event of a possible temperature trip in the controlled region, with it approaching the permissible limit for the use of the cyclones (815 ° C), the unit will automatically “trip” within a maximum period of less than 1 minute, preventing any type of damage to the cyclone and consequently to the catalytic cracking unit and its vicinity.
11/1111/11
É importante ressaltar que o diâmetro externo máximo da câmara interna (16) é diretamente dependente do arranjo dos pares de ciclones (1) e quanto maior o seu valor, menor será a área a ser resfriada ou termicamente controlada e consequentemente menor a vazão de vapor a 5 ser utilizada para o resfriamento ou manutenção da temperatura adequada na região do suporte.It is important to note that the maximum outer diameter of the inner chamber (16) is directly dependent on the arrangement of the cyclone pairs (1) and the higher its value, the smaller the area to be cooled or thermally controlled and consequently the lower the steam flow to 5 be used for cooling or maintaining the appropriate temperature in the support region.
A presente invenção atua exatamente nas situações em que por qualquer eventualidade, as temperaturas de operação do vaso ultrapassem esses limites máximos admissíveis dos dispositivos de 10 suporte (5) dos ciclones.The present invention works exactly in situations where, for any eventuality, the operating temperatures of the vessel exceed these maximum allowable limits of the cyclone support devices (5).
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Families Citing this family (1)
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