CN101321846B - 用于焦炭切割操作的远程控制除焦工具 - Google Patents

Abstract

一种系统，其允许操作者在切割和钻孔之间远程转换，同时从被称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去固体碳质残渣。所述系统包括切割头，所述切割头用于将高压流体喷射到焦炭床中；液流转向装置；以及转换装置。钻杆便于流体通过钻杆内部流到切割工具。高压流体可通过钻杆流到切割工具，并通过钻孔喷嘴或切割喷嘴流出。可以利用液流转向装置控制流体液流流入钻孔喷嘴或者切割喷嘴中。液流转向装置可包括主体、液流转向帽和转换装置。

Description

用于焦炭切割操作的远程控制除焦工具

技术领域

本发明涉及一种用于从称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去固体碳质残渣(下文称为“焦炭”)的系统。更具体地说，本发明涉及一种允许操作者在焦炭塔内的切断和钻孔之间远程转换的系统。

背景技术

将原油加工成汽油、柴油、润滑油等的石油炼制操作经常产生残油。可利用延迟焦化设备单元将残油加工成有价值的碳氢化合物产品。当在延迟焦化设备中处理时，残油在炉中被加热到足以产生分解蒸馏的温度，其中大部分残油被转化，或“裂化”成可用的碳氢化合物产品，而剩余物生成石油焦炭，它是一种主要由碳组成的物质。

一般而言，延迟焦化处理包括加热来自分馏装置的重质碳氢化合物进料，然后将加热的重质进料泵送到通常被称为焦炭塔的大型钢制容器中。加热的重质进料的未蒸发部分沉淀到焦炭塔中，在焦炭塔内，保持时间和温度的综合作用致使焦炭形成。来自焦化容器顶部的蒸汽被返回到分馏装置的底部，用于进一步处理成期望的轻质碳氢化合物产品。除焦过程中，焦炭塔内的正常运行压力在二十五至五十p.s.i之间的范围内。此外，进料输入温度可在800℉和1000℉之间变化。

焦炭塔的结构尺寸和形状从一种安装到另一种安装变化相当大。但是，焦炭塔通常是大型直立圆柱形金属容器，其高度为九十至一百英尺且直径为二十至三十英尺。焦炭塔具有顶盖和装有底盖的底部部分。焦炭塔通常成对存在，使得它们能够交替运转。焦炭沉淀并聚集在容器内，直到该容器被填满，这时，将加热的进料转移到另一空的焦炭塔。当一个焦炭塔被加热的残油填满时，另一容器被冷却并清除焦炭。

焦炭清除，也称为除焦，从淬火步骤开始，在该步骤中，将蒸汽、之后水引入到填充焦炭的容器内，以分别完成挥发性的轻质碳氢化合物的回收并冷却焦炭块。在焦炭塔被填满、剥离并淬火后，焦炭处于固体状态，且温度降至合理的水平。然后，淬火水通过管道从塔排出，以便允许安全打开塔。之后，当底部开口被打开时，塔通风到大气压，以允许除去焦炭。一旦完全打开之后，通过高压水射流将塔内的焦炭切割掉。

在大多数工厂中，利用液压系统完成除焦，该液压系统包括将高压水引进焦炭床的钻杆和钻头。称为切割工具的旋转组合钻头直径通常为约二十二英寸，具有若干喷嘴，并安装在直径约七英寸的长空心钻杆的下端。在钻杆上的钻头通过容器顶部的开口降到容器内。用喷射高压水的喷嘴，以从水平线向下约66度的角度钻出一个通过焦炭的“钻孔”。这样形成一个直径约两至三英尺的引导钻孔，用于焦炭通过落下。

初始钻孔完成后，然后将钻头机械地转换到至少两个水平喷嘴，为切割“切割”孔准备，该“切割”孔延伸塔的整个直径。在切割模式下，喷嘴水平向外喷射出水射流，与钻杆一起缓慢旋转，这些射流将焦炭切割成块，下落到容器的开口底部，进入将焦炭引到接收区域的斜槽。然后将钻杆缩回退出到容器顶部的凸缘开口。最后，通过将盖装置、法兰盘或在容器装置上采用的其他封闭装置放回原处来封闭容器的顶部和底部。然后，清洁该容器，并为下一次用重质碳氢化合物进料的填充循环做准备。

在打好钻孔之后，必须将钻杆从焦炭塔中移出并重新设置到切割模式。这耗费时间、不方便且具有潜在的危险，即如果在钻杆升高到顶部塔开口外之前未关闭液压切割系统的话，那么操作者将暴露于高压水射流下并受到严重伤害，包括发生支解。

在其他系统中，此模式自动转换。通常，在自动转换系统中，由于整个变化发生在塔内，因而很难确定钻杆是处于切割模式还是处于钻孔模式。当切割工具未能在切割模式和钻孔模式之间转换时，错误地识别高压水是在切割还是在钻孔常常出现，这可导致严重事故。因此，焦炭切割效率被打折扣，这是因为转换操作者不知道切割过程是否完成。

发明内容

本发明的这些以及其他特征和优点将在以下描述和所附权利要求中陈述且将变得更加充分明白。通过所附权利要求中具体指出的工具和组合可以实现和获得这些特征和优点。而且，可以通过实践本发明来了解本发明的特征和优点，或者这些特征和优点通过下文的描述将变得显而易见。

本发明的一些实施方式包括连接到切割工具的钻杆，其中钻杆便于允许流体通过钻杆流入切割工具。在一些实施方式中，切割工具包括切割喷嘴和钻孔喷嘴。在一些实施方式中，钻杆引导高压流体穿过钻杆内部到达切割工具并从钻孔喷嘴流出。作为替代，可以引导流体通过钻杆到达切割头并从切割喷嘴流出。

在一些实施方式中，本发明包括液流转向装置，其引导液体流入钻孔喷嘴或者切割喷嘴。

在其他实施方式中，液流转向装置包括主体、液流转向帽和转换装置。

在本发明的一些实施方式中，转换装置连接到液流转向装置上，使得转换装置有利于液流转向装置移动，因此，根据液流转向装置的位置，可将通过钻杆进入切割头的流体液流引导至切割喷嘴或钻孔喷嘴。

本发明涉及一种用于从称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去称为“焦炭”的固体碳质残渣的系统。本发明涉及这样一种系统，该系统允许操作者远程起动焦炭塔内的焦炭切割，并在“钻孔”模式和“切割”模式之间进行远程转换，同时在焦炭塔内可靠地切割焦炭，而无需将钻头升高到焦炭塔外以机械改变或检查。因此，本发明提供了一种用于在焦炭塔内切割焦炭的系统，该系统具有增强的安全性、效率和便利性。

附图说明

为了获得本发明上述及其他特征和优点，将参考示于附图的具体实施方式更具体地描述本发明。应理解，附图仅描绘了本发明的典型实施方式，因此不能被认为是对本发明范围的限制，将结合附图利用额外的特征和细节对本发明进行描述和说明，其中：

图1是与切割工具相连的钻杆的图示；

图2显示了本发明一些实施方式的剖面图，图中显示了可包含本发明一些实施方式的各种内部部件；

图3是本发明一些实施方式的剖面图的另一图示，图中显示了本发明一些实施方式的各种内部部件；

图4是本发明一些实施方式的剖面图的又一图示，图中显示了可包含本发明的各种部件；

图5显示了喷嘴，其可用于本发明一些实施方式；

图6a和6b显示了旋转式棘轮机构的实施方式，其可用于本发明的一些实施方式；

图7显示了切割工具的实施方式，具体描绘了氮气弹簧的使用；以及

图8显示了转换装置的实施方式，具体描绘了添加的带有狭缝的垫圈，该带有狭缝的垫圈用于控制与螺旋形花键顶部接触的流体流动。

具体实施方式

本发明涉及一种用于从焦炭塔中除去焦炭的系统。此除去过程通常称为“除焦”。更具体地说，本发明涉及一种允许操作者在钻孔模式和切割模式之间远程转换切割工具的系统。

通过参考附图能更好地理解本发明目前优选的实施方式，在所有附图中，相同的附图标记代表相同的部件。此外，本发明的以下公开内容被分成两个小部分，即“关于延迟焦化和焦炭切割的总体简要论述”和“本发明的详细描述”。采用小部分仅仅是为了方便读者，而不是解释为任何限制性的意思。

正如此处附图所一般描述和显示的一样，将容易理解，可以以各种不同的构造布置和设计本发明的部件。因此，下面对显示在图1至6中的本发明的系统、装置和方法的实施方式的更详细的描述并不是用来限制如权利要求所述的本发明的范围，而仅仅代表本发明目前优选的实施方式。

1.关于延迟焦化和焦炭切割的总体简要论述

在典型的延迟焦化处理中，高沸点石油残渣被送进一个或多个焦炭塔，在焦炭塔内，高沸点石油残渣被热裂化成轻质产品和固态残渣——石油焦炭。含有焦炭的焦炭塔通常是大型圆柱形容器。除焦处理是石油炼制过程中的最后工序，且一旦称为“开盖”的过程已经发生，就会用焦炭切割装置将焦炭从这些塔中除去。

在典型的延迟焦化处理中，新鲜进料和经过循环的进料被组合在一起并通过管线从分馏器底部供给。经过组合的进料被泵送通过焦炭加热器，并被加热到约800℉至1000℉的温度。该组合进料被部分地蒸发，并可替代地充入一对焦炭塔内。从焦炭塔顶部排出的热蒸汽通过管线循环到分馏器的底部。焦炭加热器流出物的未蒸发部分沉积(“成焦炭”)在作用的焦炭塔中，在这里，温度和保持时间的综合作用导致焦化形成，直到作用的容器被填满。一旦作用的容器被填满，则加热的重质碳氢化合物进料被重新引导到空的焦化容器中，在这里，以上描述过程被重复。之后，通过首先用蒸汽和水对热焦炭进行淬火，然后打开密封到容器顶部的封闭单元，从容器顶部部分液压式地钻焦炭，从容器引导被钻的焦炭通过开口的焦化器底部单元，通过连接的焦炭斜槽到达焦炭接收区域，而将焦炭从整个容器除去。通过位于远处的控制单元来安全地完成封闭单元的打开。

在大多数工厂中，利用液压系统来完成除焦，该液压系统包括将高压水射流引进焦炭床的钻杆和钻头。称为切割工具的旋转组合钻头的直径通常约二十二英寸，它具有若干喷嘴，且安装在直径约七英寸的长中空钻杆的下端。降低钻杆上的钻头通过在容器顶部的凸缘开口进入到容器中。利用喷嘴钻出贯通焦炭的“钻孔”，该喷嘴以从水平向下约六十六度的角度喷射高压水。这样形成直径约二至三英尺的引导钻孔，用于焦炭落下。

初始钻孔完成后，然后将钻头转换到至少两个水平喷嘴，为切割“切割”孔准备，该“切割”孔延伸塔的整个直径。在切割模式，喷嘴水平向外射出水射流，随钻杆缓慢旋转，且这些射流将焦炭切割成块，这些块掉落到容器的开口底部，进入将焦炭引导至接收区域的斜槽。然后，将钻杆缩回推出容器顶部的凸缘开口。最后，通过将盖单元、法兰盘或在容器装置上使用的其他封闭装置放回原处来封闭容器的顶部和底部。然后，清洁容器，为下一次用重质碳氢化合物进料的填充循环做准备。

在一些焦炭切割系统中，打好钻孔之后，必须将钻杆从焦炭塔中移出，并重新设置到切割模式。这耗费时间、不方便且可能有危险。在其他系统中，此模式自动转换。有时，焦炭塔内的自动转换导致钻杆阻塞，这仍需要在完成焦炭切割过程之前将钻杆移出以便清洁。经常，在自动转换系统中，由于整个改变发生在塔内，很难确定钻杆是处于切割模式还是处于钻孔模式。错误地识别高压水是在切割还是在钻孔可导致严重事故。

本发明描述了用于在焦炭塔内生产焦炭后在焦炭塔内进行焦炭切割的方法和系统。因为本发明尤其适用于除焦处理，所以以下论述具体涉及此生产领域。但是，可预测，本发明可适合于生产除了焦炭以外的各种产品的其他生产过程的一体部分，且这些过程应被认为是在本申请的范围内。

2.本发明的详细描述

因此，本发明一些实施方式的目的是提供一种用于切割焦炭的系统，该系统通过自动转换机构被从远处位置控制。本发明提供一种焦炭切割系统，其中，从钻孔模式转换成切割模式不需要移出钻杆2，而是可远程改变模式。本发明提供一种焦炭切割方法，其中，在钻孔模式和切割模式之间改变不需要移出钻杆。本发明提供了能够与现有焦炭切割技术一起使用的焦炭切割系统及方法。

图1显示了通过连接装置3与切割工具1相连的钻杆。图1所示的钻杆和切割工具在本发明的一些实施方式中用于从焦炭塔除去焦炭。图1还显示了切割喷嘴4和钻孔喷嘴6。图1还描绘了钻孔通道48的外部的视图，在本发明的一些实施方式中，该钻孔通道48是流体在钻杆和钻孔喷嘴之间流动通过的通道。在本发明的一些实施方式中，允许流体从钻杆流动到切割喷嘴的一些通道存在于切割工具内部。

图1还描绘了用于从焦炭塔内部切割焦炭的装置的实施方式，该装置包括通过连接装置3与切割工具1相连的钻杆。在本发明的一些实施方式中，图1中描绘的钻杆和切割工具用于从焦炭塔除去焦炭。图1还显示了包括切割喷嘴4和钻孔喷嘴6的切割装置。

图2显示了本发明一些实施方式的切割工具的剖视图。如前所述，通过钻杆将高压流体移至切割工具1，且允许从钻孔喷嘴6或切割喷嘴4喷射高压流体。在一些实施方式中，本发明的系统和方法允许在钻孔喷嘴和切割喷嘴之间自动地转换流体液流，使得操作者可将从切割工具喷射的流体液流远程转换成如除焦处理所述的那样交替地从钻孔喷嘴6或切割喷嘴4喷射。例如，在一些实施方式中，使用本发明系统和方法的操作者可使流体流过钻杆进入切割工具1并从钻孔喷嘴6出来，以生成钻孔。在一些实施方式中，本发明的系统和方法允许位于远处位置的操作者停止从钻孔喷嘴6喷射流体液流并开始从切割喷嘴4喷射流体。

图2显示了本发明一些实施方式的系统的若干元件。图2描绘了通过连接装置3连接到切割工具1的钻杆。如图2所描绘的切割工具包括若干元件。图2所描绘的切割工具包括切割喷嘴4和钻孔喷嘴6。在切割工具的一些实施方式中，切割工具的内部室包括通路，流体可通过该通路从钻杆流入切割工具并进入钻孔喷嘴6或切割喷嘴4。在本发明的一些实施方式中，液流转向装置8用于选择性地允许流体流入切割喷嘴4或钻孔喷嘴6。更具体地说，在本发明的一些实施方式中，液流转向装置8阻止水流入通向切割喷嘴4或钻孔喷嘴6的通道，以便允许通过切割杆流入切割工具1的流体仅流入钻孔喷嘴6或仅流入切割喷嘴4。

在一些实施方式中，本发明的液流转向装置8包括液流转向装置8的主体10和液流转向帽14，其中液流转向装置8的主体10连接到液流转向帽14，使得液流转向装置8的主体10的旋转使液流转向帽14的位置沿旋转轴转移。连接到液流转向装置8的主体10的液流转向帽14通过容纳在液流转向装置8的主体10内的力施加器12偏压在切割工具的内部元件上，使得液流转向帽14偏压在切割工具1的内部元件上。在一些实施方式中，液流转向帽14包括倾斜边缘15。

在本发明的一些实施方式中，倾斜边缘15用来密封液流转向帽14下方的通道。在一些实施方式中，通过钻杆2流入切割工具1的高压流体推压在倾斜边缘15的顶部边缘上，从而迫使液流转向帽14的倾斜边缘15与切割工具1的内部元件接触，使得流体不能进入液流转向帽14下方的通道。

另外，图2显示了用于使流体液流唯一地转向到钻孔装置或唯一地转向到切割装置的装置实施方式。在一些实施方式中，用于使流体液流转向的装置包括液流转向装置8的主体10和液流转向帽14，其中液流转向装置8的主体10连接到液流转向帽14，使得液流转向装置8的主体10的旋转使液流转向帽14的位置沿旋转轴转移。在用于使流体液流转向的装置的一些实施方式中，连接到液流转向装置8的主体10的液流转向帽14通过容纳在液流转向装置8的主体10内的力施加器12偏压在切割工具的内部元件上，使得液流转向帽14偏压在切割工具1的内部元件上。在用于使流体液流转向的装置的一些实施方式中，液流转向帽14包括倾斜边缘15。在用于使流体液流转向的装置的一些实施方式中，倾斜边缘15用来密封液流转向帽14下方的通道。在用于使流体液流转向的装置的一些实施方式中，通过钻杆2流入切割工具1的高压流体推压在倾斜边缘15的顶部边缘上，从而迫使液流转向帽14的倾斜边缘15与切割工具1的内部元件接触，使得流体不能通入液流转向帽14下方的通道。

在本发明的一些实施方式中，液流转向装置8的主体10连接到转换装置18上。在本发明的一些实施方式中，转换装置18使液流转向装置以90度的增量旋转，使得液流转向装置8阻止流体液流进入允许流体从钻孔喷嘴喷射的通道48，或者挡住允许流体流入切割喷嘴4的通道46。

如图2所示，在一些实施方式中，转换装置18包括至少一个弹簧20，且优选包括两个弹簧20、22。在使用两个弹簧20、22的系统中，用于相对于转换装置对准弹簧的优选方法是，将外部弹簧20和内部弹簧22定位成使得外部弹簧20的旋转与内部弹簧22的旋转方向相反，以便将转换装置18底部上的弹簧系统20、22的扭转影响减至最小。在一些实施方式中，转换装置18的弹簧20、22通过止推轴承26接触螺旋形花键24的底部，该止推轴承26的作用是减小作用在螺旋形花键24底部的旋转力。在一些实施方式中，弹簧20、22偏压在切割工具1的内部元件上并偏压在螺旋形花键24的底部上。在无任何向下的力的情况下，弹簧20、22从切割工具1的底部竖直向上推螺旋形花键24。

本发明的一些实施方式还包括旋转式棘轮机构28。在本发明的优选实施方式中，使用了相反方向的两个旋转式棘轮机构28、30，一个允许顺时针旋转，而另一个允许逆时针旋转。在一些实施方式中，第一旋转式棘轮机构28功能性地连接到螺旋形花键24上。在一些实施方式中，第二旋转式棘轮机构30功能性地连接到竖直花键柱32上。当转换装置18的元件朝向上方向移动时，本发明一些实施方式的双棘轮机构允许转换装置18以逆时针方向旋转如图2所示的液流转向装置8，但也允许转换装置18的元件向下移动，而不使液流转向装置8顺时针方向旋转。因此，在本发明的一些实施方式中，当螺旋形花键24向上移动时，第一旋转式棘轮机构28锁定，使得当螺旋形花键24向上移动时，螺旋形花键24逆时针方向旋转。

在一些实施方式中，当螺旋形花键24逆时针方向旋转时，竖直花键柱32的竖直花键可操作地与螺旋形花键24的内部竖直花键相互作用，从而使竖直花键柱逆时针方向转动。在一些实施方式中，因为竖直花键柱32连接到液流转向装置的主体10上，所以液流转向装置8同样按逆时针方向旋转，且在优选实施方式中，液流转向装置精确地转动90度，使得可操作地连接到液流转向装置8的主体10的液流转向帽14从允许流体流入钻孔喷嘴并有效地覆盖流体进入切割喷嘴4的通道46转变成允许流体流入切割喷嘴4而不流入钻孔喷嘴6的位置。

在一些实施方式中，当通过钻杆2将流体重新引入切割工具1或流体压力增加时，流体通过钻杆2流入切割工具1并流过竖直花键柱32中的小通路，使得进入切割工具1的重新引入的高压流体流过小通路并将力作用到螺旋形花键36的顶部。当力作用到螺旋形花键36的顶部时，螺旋形花键24被朝向下方向推压。当引入到系统中的流体压力向下推压螺旋形花键24时，允许第一旋转式棘轮机构28自由离合，使得螺旋形花键24向下移动，而不靠在双弹簧偏置系统20、22上旋转。可操作地连接到竖直花键螺母32的第二旋转式棘轮机构30运行以锁定竖直花键螺母32防止其旋转，同时螺旋形花键24向下移动。

在本发明的一些实施方式中，当转换装置18在无水压条件下向上移动从而推动螺旋形花键24旋转时，第一旋转式棘轮机构28被锁定，同时允许第二旋转式棘轮机构30按逆时针方向自由离合，从而允许转换装置18的竖直花键柱32按逆时针方向旋转。当水压被引入系统且螺旋形花键24向下移动时，允许第一旋转式棘轮机构28自由离合，同时第二旋转式棘轮机构30被锁定，从而防止液流转向装置在螺旋形花键24向下移动的过程中旋转。

本发明的一些实施方式还包括旋转式棘轮装置28。在本发明的优选实施方式中，使用了相反方向的两个旋转式棘轮装置28、30，一个允许顺时针旋转，而另一个允许逆时针旋转。在一些实施方式中，第一旋转式棘轮装置28功能性地连接到螺旋形花键24。在一些实施方式中，第二旋转式棘轮装置30功能性地连接到竖直花键柱32。当转换装置18的元件向上移动时，本发明一些实施方式的双棘轮机构允许转换装置18以逆时针方向旋转如图2所示的液流转向装置8，但也允许转换装置18的元件竖直向下移动，而不使液流转向装置8沿顺时针方向旋转。

图2和图3还显示了用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置实施方式。在一些实施方式中，用于远程转换的装置包括至少一个弹簧20，且优选包括两个弹簧20、22。在使用两个弹簧20、22的系统中，用于使弹簧相对于转换装置对准的优选方法是将外部弹簧20和内部弹簧22定位成使得外部弹簧20与内部弹簧22的旋转方向相反，以便将转换装置18底部上的弹簧系统20、22的扭转影响减至最小。

在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置一些实施方式中，转换装置18的弹簧20、22通过止推轴承26接触螺旋形花键24的底部，止推轴承26的作用是减小作用在螺旋形花键24的底部的旋转力。在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置一些实施方式中，弹簧20、22偏压在切割工具1的内部元件上并偏压在螺旋形花键24的底部上。在无任何向下的力的情况下，弹簧20、22从切割工具1的底部竖直向上推螺旋形花键24。

用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式还包括旋转式棘轮机构28。在一些实施方式中，第一旋转式棘轮机构28功能性地连接到螺旋形花键24。在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式中，第二旋转式棘轮机构30功能性地连接到竖直花键柱32。当转换装置18的元件向上移动时，用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式的双棘轮机构允许转换装置18以逆时针方向旋转如图2所示的液流转向装置8，但也允许转换装置18的元件竖直向下移动，而不使液流转向装置8顺时针方向旋转。

在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式中，当螺旋形花键24向上移动时，第一旋转式棘轮机构28被锁定，使得当螺旋形花键24向上移动时，螺旋形花键24沿逆时针方向旋转。在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式中，当螺旋形花键24逆时针方向旋转时，竖直花键柱32的竖直花键可操作地与螺旋形花键24的内部竖直花键相互作用，从而使竖直花键柱逆时针方向转动。在一些实施方式中，因为竖直花键柱32连接到液流转向装置的主体10，所以液流转向装置8同样按逆时针方向旋转，且在优选实施方式中，液流转向装置精确地转动90度，使得可操作地连接到液流转向装置8的主体10的液流转向帽14从允许流体流入钻孔喷嘴并有效地覆盖进入切割喷嘴4的流体的通道46，转变成允许流体流入切割喷嘴4而不流入钻孔喷嘴6的位置。

在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式中，当通过钻杆2将流体重新引入切割工具1或流体压力增加时，流体通过钻杆2流入切割工具1并流过竖直花键柱32中的小通路，使得进入切割工具1的重新引入的高压流体流过小通路，并将力作用到螺旋形花键36的顶部。当力作用到螺旋形花键36的顶部时，螺旋形花键24被朝向下方向推压。当引入到系统中的流体的压力向下推压螺旋形花键24时，允许第一旋转式棘轮装置28自由离合，使得螺旋形花键24向下移动，而不靠在双弹簧偏置系统20、22上旋转。可操作地连接到竖直花键柱32上的第二旋转式棘轮机构30运行以锁定竖直花键螺母32防止其旋转，同时螺旋形花键24向下移动。因此，在用于在切割模式和钻孔模式之间远程转换转向装置的装置的一些实施方式中，当转换装置18在无水压条件下向上移动从而推动螺旋形花键24旋转时，第一旋转式棘轮装置28被锁定，同时允许第二旋转式棘轮机构30按逆时针方向自由离合，从而允许转换装置18的竖直花键柱32按逆时针方向旋转。当水压被引入系统且螺旋形花键24向下移动时，允许第一旋转式棘轮装置28自由离合，同时第二旋转式棘轮装置30被锁定，从而防止液流转向装置在螺旋形花键24向下移动的过程中旋转。

图3描绘了切割工具1的实施方式。图3具体增加了在一些实施方式中存在于竖直花键柱32和液流转向装置8的主体之间的可操作关系。在一些实施方式中，液流转向装置8的主体10通过一组竖直花键可操作地连接到竖直花键柱32上，这一组竖直花键使竖直花键柱32的旋转转变成液流转向装置8的主体10的旋转。图3还显示了转换装置套圈38的实施方式。在一些实施方式中，转换装置套圈38包围竖直花键柱32，并将第二旋转式棘轮机构30保持为靠在竖直花键柱32上。在一些实施方式中，转换装置套圈38可包括小通路34，该小通路34允许切割头1中的流体接触螺旋形花键36的顶部表面。在一些实施方式中，转换装置套圈38还用来支撑液流转向装置的主体10的底部，从而保持切割工具1的主体内的特定竖直公差。

图3还显示了弹簧驱动系统12，在一些实施方式中，其用于给液流转向帽14施加向下的力。在本发明的一些实施方式中，力施加器12包括弹簧，该弹簧偏压在液流转向装置的主体10和液流转向帽14的顶部上，使得弹簧对液流转向帽14提供连续向下的力。因为在本发明的一些实施方式中，液流转向帽始终由力施加器12向下推，甚至通过旋转转换移动，所以液流转向帽14的倾斜边缘15的底部由于其穿过切割工具1主体的径向运动而磨光。经过一段时间后，此磨光效果增加了液流转向帽的密封能力。因此，在一些实施方式中，转换工具起作用的能力并不随时间减小。

图4显示了分度键42的使用，其是从螺旋形花键24的主体延伸的一个或多个柱，且可操作地与转换装置18内或切割头1自身主体内的槽口44相互作用。转换装置18底部的分度键42确保了转换装置18旋转到精确的旋转位置，使得本发明实施方式的液流转向帽14与对应于钻孔和切割的通道适当地对准。可在本发明的任何实施方式中使用或不使用用于确保转换装置18进行适当旋转运动的分度键42/槽口44系统。

图5显示了可用于本发明的喷嘴。该喷嘴可用作钻孔喷嘴6或切割喷嘴4。图示喷嘴连接到切割工具1上，并允许流体从切割通道46或钻孔通道48流动，使得通过钻杆2引入到切割工具1的流体可被允许从切割工具1的内部通道流过喷嘴4、6，并用来从焦炭塔中切割焦炭。如图5所示，在一些实施方式中，喷嘴内部的特点在于一系列较小的麦秆状管子。在本发明的一些实施方式中，麦秆状管子的长度改变成使排出喷嘴4、6的流体的层流最大。因此，在本发明的一些实施方式中，排出钻孔喷嘴6或切割喷嘴4的流体的层流得到了增加，从而增加了塔中焦炭钻孔或切割步骤的效率。

图5、6、6a和6b描绘了本发明第一旋转式棘轮机构28和第二旋转式棘轮机构30的优选实施方式。在一些实施方式中，本发明的旋转式棘轮机构可包括外部环50、锁紧辊子52、导向盘54、内部环56和弹簧承载杆58。

图7描绘了本发明的切割工具的实施方式。特别地，图7具体增加了弹簧系统的其他实施方式，其可用来使转换装置18竖直地移动。图7描绘了可用在本发明的优选实施方式中的氮气弹簧23。在优选实施方式中，氮气弹簧包括容纳在室内的高压惰性气体，此高压惰性气体用于对螺旋形花键24的底部施加向上的力。在优选实施方式中，仔细地计算氮气弹簧内的压力，使得螺旋形花键24在指定和预定压力下进行向上移动和向下移动。在一些实施方式中，氮气弹簧23提供了如下额外的优势，即，施加在转换装置底部的压力更一致。因此，图7所示的氮气弹簧23可用于允许在钻孔模式和切割模式之间更平滑地转换。

图8描绘了本发明的液流转向装置和转换装置的实施方式。特别地，图8将如下特征增加到本发明的实施方式中，即，可使用带有狭缝的垫圈50来控制进入小通路34的流体液流。通过控制允许流过小通路34的流体速度，带有狭缝的垫圈50控制了作用在螺旋形花键36顶部的压力等级。因此，在一些实施方式中，带有狭缝的垫圈的使用允许在本发明中在钻孔模式和切割模式之间更平滑、更可控的转换。本发明的一些实施方式设想利用并控制垫圈50中狭缝的数量和尺寸，使得在一些切割工具中，可允许更多水流动并作用在螺旋形花键36的顶部，而在一些实施方式中，允许更少的流体作用在螺旋形花键36上。

图7和8还显示了在一些实施方式中，防止流体与本发明的任何活动部分或功能性部件接触。也就是说，本发明的内部机件(例如，竖直花键柱)与水和/或碎屑相隔离，而水和/或碎屑可导致已有技术复杂的内部部件长时间后出故障。因为本发明的内部元件与水和碎屑相隔离，所以它们的功能和效率并不随产品的使用或时间减小。

在本发明的一些实施方式中，本发明的各种元件由耐用材料构成，使得本发明的各种元件将在很长一段时间内都不需要更换。例如，本发明的螺旋形花键24可由耐用材料构成，且能够在很长一段时间内在钻孔模式和切割模式间有效地且可靠地转换，而没有维修、故障或更换。同样，本发明的切割工具的其他元件可由本领域公知的耐用材料构成。

本发明提供了一种用于在延迟焦化设备单元运行中在切割模式和钻孔模式之间自动转换的方法。在一些实施方式中，该方法在除焦过程中由操作者远程执行切割模式和/或钻孔模式，而不需要从焦炭塔升高钻杆和切割单元以手动改变或检查。因此，在一些实施方式中，所述方法包括在钻孔和切割之间转换，而不需要从待除焦的焦炭塔升高切割工具。

在一些实施方式中，本发明的方法包括，操作者使得高压流体从延迟焦化设备单元的钻杆向下流动进入切割工具1，其中高压流体通过钻杆2流入切割工具1内，并流入设置在切割工具1内部的钻孔通道48内，以便允许高压流体从切割工具1的钻孔喷嘴6喷射。在一些实施方式中，当允许高压流体流入切割工具时，一部分高压流体通过转换装置套圈38中的小通路34流入切割工具，从而对螺旋形花键36顶部施加向下的力。作用在螺旋形花键36顶部的高压克服多个弹簧系统20、22的压力向下推螺旋形花键24。在所述方法的此步骤中，没有流体被允许从切割工具1的切割喷嘴喷射。

在本发明的一些实施方式中，操作者然后可削减或减少进入钻杆的高压流体液流。因此，进入切割工具1的高压流体液流大大减少或停止了。在一些实施方式中，当操作者削减或减少进入切割头1的流体液流时，通过转换装置套圈38中的小通路34的流体液流减小了，且作用在旋转花键螺母36顶部的向下压力减小至由弹簧系统20、22作用的向上的力可以向上推压螺旋形花键24。当螺旋形花键向上移动时，其旋转液流转向装置8的主体10，使得液流转向装置8挡住允许流体进入钻孔喷嘴的通道48，并打开切割通道46，从而允许流体进入切割喷嘴4。

随后，在一些实施方式中，操作者可增加进入切割工具的流体液流，从而在流体通过钻杆2流入切割工具1并通过切割通道46流至切割喷嘴4时允许高压流体从切割喷嘴4喷射。当高压流体被重新引入切割头时，一部分高压流体经由小通路34流过转换装置套圈38，并对螺旋形花键36顶部作用向下的力，使得螺旋形花键24向下移动，并保持在充分压下位置，直到切断高压流体。

因此，从操作者的观点来看，钻杆2和切割工具1可降低到焦炭塔内，且高压流体可从切割工具1中的一组钻孔喷嘴6喷射。当操作者想将切割工具1的模式转换到切割模式时，操作者减小或切断到切割工具的流体液流，从而允许本发明的转换装置将钻孔转换到切割，之后将高压流体重新引入钻杆，且切割工具允许高压流体通过本发明的切割喷嘴喷射。

Claims (34)

1.一种用于从焦化容器中除去焦炭的系统，包括：

焦炭切割钻杆和焦炭切割头，包括切割喷嘴和钻孔喷嘴，所述切割喷嘴和所述钻孔喷嘴包括通过所述切割头的通道，流体通过所述通道交替地通过所述切割喷嘴或钻孔喷嘴流动；

液流转向装置，所述液流转向装置与所述钻杆和切割头流体连接并且包括与液流转向帽相连的可旋转主体；以及

与所述液流转向装置相连的转换装置，所述转换装置使所述液流转向装置旋转以交替地阻挡通过所述切割头内的一组通道的流体流动同时打开通过所述切割头内的另一组通道的流体流动，其中当所述钻杆和切割头内的流体压减小时所述转换装置被致动。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述液流转向装置还包括力施加器，所述力施加器偏压在所述液流转向装置的所述主体和所述液流转向帽之间。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述力施加器是弹簧。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述液流转向帽具有倾斜边缘。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述转换装置包括旋转式棘轮机构。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述转换装置包括力施加器，所述力施加器用于当所述切割头内的水压减小时竖直地移动所述转换装置。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述力施加器包括弹簧。

8.如权利要求6所述的系统，其中所述力施加器包括多于一个的弹簧。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述转换装置包括螺旋形花键。

10.一种用于从焦化容器中除去焦炭的系统，包括：

钻杆和焦炭钻杆和切割头，包括切割喷嘴和钻孔喷嘴，所述切割喷嘴和所述钻孔喷嘴包括通过所述切割头的流体通道，流体通过所述流体通道交替地通过所述切割喷嘴或钻孔喷嘴流动；

液流转向装置，所述液流转向装置与所述钻杆和切割头流体连接并且包括与液流转向帽相连的可旋转主体；以及

与所述液流转向装置相连的转换装置，所述转换装置使所述液流转向装置经由构造有外螺旋形花键和竖直内螺旋形花键的套筒旋转，所述内螺旋形花键作用为与内部竖直花键柱协作滑动用于旋转所述液流转向装置。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述转换装置还包括力施加器，所述力施加器用于当所述切割头内的水压减小时竖直地移动所述转换装置。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述力施加器是弹簧。

13.如权利要求11所述的系统，其中所述力施加器是两个弹簧，其中第一弹簧环绕在第二弹簧的外部。

14.如权利要求10所述的系统，其中所述转换装置还包括止推轴承。

15.如权利要求10所述的系统，其中所述转换装置还包括旋转式棘轮机构。

16.如权利要求10所述的系统，其中所述转换装置还包括第二旋转式棘轮机构。

17.如权利要求10所述的系统，其中所述转换装置还包括转换装置套圈，所述转换装置套圈连接到所述切割工具的内部。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述转换装置套圈包括小通路，所述通路允许流体流过所述转换装置套圈并接触所述螺旋形花键的顶部。

19.如权利要求10所述的系统，其中所述转换装置还包括分度键。

20.一种用于在切割和钻孔之间远程转换同时从焦炭塔中除去焦炭的方法，包括：

允许高压流体流进入切割工具；

利用液流转向装置来防止所述高压流体流通过切割喷嘴喷射，其中所述液流转向装置包括液流转向帽并且包括与所述液流转向帽相连的可旋转主体；

从与所述切割工具流体相连的钻孔喷嘴喷射高压流体流；

减少流入所述切割工具的所述高压流体流；

当所述切割工具内的水压减小时允许力施加器竖直移动转换装置；

利用所述转换装置的竖直运动以旋转所述液流转向装置，其中随后所述液流转向装置防止所述高压流体流到达所述钻孔喷嘴；

增加到所述切割工具的所述高压流体流；

从所述切割喷嘴喷射所述高压流体。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述液流转向帽被构造成阻挡所述高压流体流到达所述钻孔喷嘴和所述切割喷嘴中的一个。

22.如权利要求20所述的方法，其中所述液流转向装置还包括力施加器，所述力施加器偏压在所述液流转向装置的主体和液流转向帽之间。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述力施加器包括弹簧。

24.如权利要求21所述的方法，其中所述转换装置包括旋转式棘轮机构。

25.如权利要求20所述的方法，其中所述转换装置包括螺旋形花键。

26.一种用于从焦化容器中除去焦炭的方法，包括：

允许高压流体流进入切割头，所述切割头包括切割喷嘴和钻孔喷嘴以及经过所述切割头的流体通道；

利用液流转向装置来使高压流体流唯一地转向到所述切割喷嘴和所述钻孔喷嘴中的一个，其中所述液流转向装置包括液流转向帽和与所述液流转向帽相连的可旋转主体；以及

利用与所述液流转向装置相连的转换装置以旋转所述液流转向装置。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述转换装置包括构造有外部螺旋形花键和内部的竖直花键柱，所述转换装置包括两个反向的旋转式棘轮机构，第一旋转式棘轮机构功能性地连接到所述螺旋形花键，第二旋转式棘轮机构功能性地连接到所述竖直花键柱，且所述竖直花键柱的竖直花键可操作地与所述螺旋形花键的内部竖直花键相互作用，而所述液流转向装置的主体通过一组竖直花键而可操作地连接到所述竖直花键柱上。

28.如权利要求26所述的方法，其中所述转换装置包括力施加器，所述力施加器被构造成当所述切割头内的所述高压流体流压力减少时竖直地移动所述转换装置。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述力施加器包括弹簧。

30.如权利要求26所述的方法，其中所述转换装置还包括止推轴承。

31.如权利要求26所述的方法，其中所述转换装置还包括旋转式棘轮机构。

32.如权利要求26所述的方法，其中所述转换装置还包括转换装置套圈，所述转换装置套圈连接到所述切割头的内部。

33.如权利要求32所述的方法，其中所述转换装置套圈包括通路，所述通路被构造成允许流体流过所述转换装置套圈并接触所述螺旋形花键的顶表面。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述转换装置还包括分度键。

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