CN101886710A - 炼油或石化工艺过程中用机械方法降低工艺塔中内压的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在炼油或石化工艺过程中用机械方法降低工艺塔中内压的装置和方法，其使用安全中继阀来操作紧急关闭阀，以便在工艺过程中用机械方法阻塞热源的供应，由此，降低安装成本，简化工艺过程，并由于使用了机械信号而确保高的可靠性。

Description

炼油或石化工艺过程中用机械方法降低工艺塔中内压的装置和方法

相关申请的交互参照

本申请要求对2009年5月13日提交的韩国专利申请No.10-2009-0041666的优先权益，该专利申请题为“炼油或石化工艺过程中降低工艺塔中压力的机械装置和方法”，本申请以参见方式引入其全部内容。

技术领域

本发明涉及炼油或石化工艺过程中用机械方法降低工艺塔中内压的装置和方法。具体来说，本发明涉及炼油或石化工艺过程中用机械方法降低工艺塔中内压的装置和方法，其中，当工艺塔中内压增加或超过预定水平时，热源的供应就被阻塞，由此，工艺塔中内压保持在预定水平或低于预定水平，因此降低了废气烟囱(flare stack)的容量。

背景技术

一般来说，在炼油和石化工厂中，基本上必须安装废气烟囱。废气烟囱是这样一种装置，其自动地将来自工艺塔中的气体释放到大气中，并在工艺塔中内压由于电力中断或火灾造成冷却水中断引起异常地增高时，将气体烧掉以防止工艺塔爆炸。

在传统系统中，使用安全阀将气体从工艺塔中排放到大气。具体来说，当工艺塔中内压超过安全阀设定压力时，安全阀就打开，让气体排放到大气中，因此，降低工艺塔中内压，由此防止塔发生爆炸。

通过安全阀的操作从工艺塔中释放出来的气体被收集到集管内，并通过密封箱和分离箱，以分离和除去液体薄雾，由此，将烧过的气体排放到大气中。

然而，在某种情形下，由于建造更多生产设备或更换设备以提高传统装备的产量，使得排出气体量继续增加，气体量可能超过仅使用上述安全阀而不使用附加装置的废气烟囱的设计容量。

为了解决这个问题，就要附加地设置另一个废气烟囱。还有，在新建厂的情形中，就要设法将排放本身降到低的水平，因此，减少废气烟囱的投资成本。

因此，作为其替代方案提出的是一安全仪表系统(SIS)。SIS在国内和国外是典型的，并可在市场上购得。该SIS使用诸如计算机那样的电气系统来控制过程的状态。美国专利No.7,289,861揭示了使用SIS来控制工艺装置的系统。

SIS已经被用来降低工艺塔中的内压，使运行压力设定在等于或小于安全阀设定压力的水平，因此，工艺塔中内压在安全阀运行之前预先已经降低，于是，降低了排放到废气烟囱的气体量，由此，达到降低废气烟囱处理容量的目的。

SIS包括压力探测系统、TMR(三重模式冗余)控制器以及紧急关闭阀系统。图1示意地示出使用SIS的过程。

参照图1，SIS适用于这样的过程，其中，工艺塔中加热材料的轻的气体通过工艺塔上部排出，在冷凝器中液化，然后传送到容器内，而其重的组分通过工艺塔下部排出。在正常运行状态中，因为压力维持在风险水平或低于该水平，因此，不需要运行安全阀或SIS。

然而，在发生异常情况的某些情形中，例如，电力或冷却水的供应中断，由于诸如蒸汽那样的热源连续不断地供应到工艺塔内，而且停止了冷凝器的运行，热量就可能积聚在装置内，这样就不理想地增大了工艺塔的内压。

在此情形中，SIS从位于工艺塔上部的压力探测系统将模拟信号发送到TMR控制器。当工艺塔中内压达到预设压力时，TMR控制器将信号发送到紧急关闭阀，因此关闭该关闭阀。

因此，装置的压力被预设到等于或低于安全阀运行压力的水平，由此，减少不必要的废气燃烧。由于减少了如此不必要的废气燃烧，就可避免增加废气烟囱容量的额外需求，因此达到成本节约效果和简化装置的设计。

尽管SIS需要的投资比传统方法要低，但由于要购买装置，就需要设备投资。此外，为了证明该系统的合适性获得权力部门的认可，应给出相当于安全阀的可靠性。然而，SIS由于使用了电信号其不具有高的可靠性。还有，因为使用SIS十个装置中有一个存在失效的几率，所以，这些排放气体量中的最大量被看作是排放掉了。考虑到如此的排放量，应设定废气烟囱的容量。于是，使用SIS的减少排放效果降低了。这是因为关闭阀是使用电信号进行控制的，所以，不理想地造成诸多问题，其中，SIS的可靠性不能达到使用机械信号的安全阀的可靠性。

发明内容

转到本发明，本发明人为了解决现有技术中遇到的各种问题，进行了深入和彻底的研究，结果发现，当炼油或石化过程中的工艺塔中内压增大或超过预定水平时，这样的压力升高可被检测到，因此可用机械方法阻塞输往再沸腾器的热源供应，由此，大大地降低废气烟囱处理容量，并达到可靠性相当于或高于安全阀的可靠性。

因此，本发明旨在提供一种用机械方法降低压力的装置，其包括用来操作紧急关闭阀的安全中继阀，该阀能用机械方法阻塞炼油或石化过程中的热源供应。

本发明还旨在提供一种方法，该方法使用上述装置有效地降低炼油或石化过程中工艺塔的内压。

本发明的一个方面提供一种用机械方法来降低炼油或石化过程中的工艺塔中内压的装置，其包括用来阻塞向工艺塔提供热源的紧急关闭阀、以及使用工艺塔的内压以机械方式操作紧急关闭阀的安全中继阀。

在该一方面，安全中继阀可包括：中空阀体，该中空阀体在侧壁具有多个透气端口，用来操作紧急关闭阀的压缩空气流过这些透气端口；柱塞，该柱塞用来在中空阀体内移动时打开或关闭透气端口；弹簧部分，该弹簧部分连接到中空阀体的一端以便向柱塞施加压力；以及压力传送部分，该压力传送部分连接到中空阀体另一端以便将工艺塔中内压传输到柱塞。

在该该一方面，中空阀体可具有用来固定地保持已上移的柱塞的固定销，而柱塞可具有接纳该固定销的销凹陷。

在该一方面，柱塞可具有大直径部分和小直径部分，大直径部分的直径与中空阀体的内直径相等，而小直径部分的直径小于中空阀体的内直径，从而能够控制安全中继阀内空气流动方向，以使紧急关闭阀在柱塞向上移动之前保持在打开状态中，这样，当柱塞已上移时紧急关闭阀保持在关闭状态中。

在该一方面，压力传送部分可具有：圆盘，该圆盘用于使用工艺塔的内压上推该柱塞；以及排放管，该排放管用于排放引入到压力传送部分内的工艺塔内的流体，并在柱塞固定地被保持住时关闭以阻塞流体的排放。

本发明的另一个方面提供一种用机械方法通过阻塞通向工艺塔的热源供应来降低炼油或石化过程中的工艺塔中内压的方法，所述方法包括a)将工艺塔内一部分流体引入到安全中继阀内，b)用引入流体的压力来操作安全中继阀，因此改变安全中继阀内压缩空气的流动方向，以及c)使用改变方向的压缩空气流动来关闭紧急关闭阀。

在该一方面，安全中继阀可包括：中空阀体，该中空阀体在侧壁具有多个透气端口，用来操作紧急关闭阀的压缩空气流过这些透气端口；柱塞，该柱塞用来在中空阀体内移动时打开或关闭透气端口；弹簧部分，该弹簧部分连接到中空阀体的一端以便向柱塞施加压力；以及压力传送部分，该压力传送部分连接到中空阀体另一端以便将工艺塔中内压传输到柱塞。

在该一方面，所述方法可包括：在所述柱塞已上移时，使用分别形成在中空阀体和所述柱塞的大直径部分内的固定销和销凹陷来固定地保持住所述柱塞。

在该一方面，所述方法可包括：当柱塞在中空阀体内移动时，控制所述透气端口的打开或关闭，所述柱塞具有大直径部分和小直径部分，大直径部分的直径与中空阀体的内直径相等，而小直径部分的直径小于中空阀体的内直径。

在该一方面，所述方法可包括：将大直径部分和小直径部分设置成在柱塞上移之前使压缩空气通过透气端口引入到紧急关闭阀内，并将大直径部分和小直径部分设置成在柱塞已上移时将引入到紧急关闭阀内的压缩空气排放到外面。

在该一方面，所述方法可包括：通过压力传送部分的排放管排放工艺塔内的流体，以及在已上移的柱塞被固定地保持住时通过关闭所述排放管来阻塞流体的排放。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，将会更清楚地理解本发明的特征和优点，附图中：

图1示意地示出使用SIS的传统工艺过程；

图2A示意地示出根据本发明的处于正常压力状态中的安全中继阀；

图2B示意地示出根据本发明的处于压力增高状态中的安全中继阀；以及

图3示意地示出根据本发明的工艺过程。

具体实施方式

下面参照附图，将给出本发明实施例的详细描述。

此外，本说明书和权利要求书中所用术语和词汇不应被解释为限制到典型的意义或词典的定义，但应被解释为具有与本发明技术范围相关的含义和概念，其基于这样的规律，使得发明人能够根据这样的规律来合适地定义术语所暗示的概念，以便最好地描述技术人员实施本发明所了解的方法。

本发明提供一种装置，其在工艺塔中内压达到预定水平时，关闭紧急关闭阀以便阻塞通向再沸腾器的热源供应，其使用结构简单和高可靠性的安全中继阀来代替传统的SIS。

图2A和2B分别示出使用对空气敞开的紧急关闭阀时，工艺塔中内压处于正常状态和异常状态条件下的本发明的安全中继阀。

图2A的安全中继阀101包括具有多个透气端口的中空阀体105，透气端口包括压缩空气的入口端口102、压缩空气的出口端口103和压缩空气透气口104，它们能使流体流动并能确定紧急关闭阀的打开或关闭。还有，安全中继阀包括：柱塞106，该柱塞106用于在中空阀体105内移动时控制透气端口打开或关闭；以及弹簧部分111，该弹簧部分111具有弹簧109并连接到中空阀体105的上部以便对柱塞106施加压力。此外还提供一连接到中空阀体105下部的压力传送部分112，以将工艺塔的内压传送到柱塞106。

弹簧109具有的设定压力值低于设置在工艺装置内的安全阀的压力。这是用来防止压力由于操作安全阀之前运行卸压装置引起的额外增加，由此阻塞气体从工艺塔到安全阀的流动。

弹簧部分111还可具有透气孔110，其用来排放空气以使弹簧109设定的压力不由于弹簧部分111的压缩而增加。

柱塞106具有大直径的部分107以及小直径的部分108，大直径部分107与中空阀体105内壁紧密接触而因此关闭透气端口，小直径部分108的直径小于大直径部分107的直径，以能使流体通过，于是排出为控制紧急关闭阀的打开或关闭而引入的压缩空气或阻塞对压缩空气的排放。

由于柱塞106具有大直径部分107和小直径部分108，引入到安全中继阀内的压缩空气的流动方向可响应于工艺装置内压的增大而改变。

在工艺塔的压力正常的情形中，柱塞106的小直径部分108位于压缩空气入口端口102和压缩空气出口端口103的位置处，于是，压缩空气被引入到紧急关闭阀(未示出)，以及由此打开提供热源的管子。

在工艺塔的内压力正常的情形中，压缩空气透气孔104可被柱塞106的大直径部分107关闭，如图所示。

当工艺装置的压力以此方式为正常时，压缩空气通过安全中继阀101引入到紧急关闭阀内，因此阀保持处于打开状态中。因此，工艺装置的正常操作不受影响。

在此情形中，紧急关闭阀可以是气开式的。

设置在中空阀体105内的还有固定销113和销凹陷114，该固定销113固定地保持上移到预定高度的柱塞106，该销凹陷114接纳该固定销且可形成在柱塞106的大直径部分107内。

压力传送部分112连接到柱塞106下端。压力传送部分112包括用来上推柱塞106的圆盘115。

当工艺塔内的流体被引入到位于圆盘115下方的流体引入管116内并因此承受等于或超过弹簧109设定的压力的压力时，流体上推该圆盘115，由此柱塞106向上移动。

还有，可设置排放管117，将流体从压力传送部分112排放到外面。

图2B示出工艺塔的内压增大到等于或超过安全中继阀101的设定压力时的安全中继阀101。

如图2B所示，当工艺塔内流体压力增大时，圆盘被上推，由此柱塞106向上移动。因此，柱塞106的大直径部分107和小直径部分108的位置改变。

在此情形中，大直径部分107位于柱塞106的小直径部分108在正常状态中所位于的、压缩空气入口端口102的位置处，因此，阻塞压缩空气的引入。

此外，小直径部分108仍位于压缩空气出口端口103的位置处，压缩空气通过该出口端口103被引入到紧急关闭阀内，但小直径部分108位于压缩空气透气孔104的位置处。

在此情形中，引入到紧急关闭阀内由此使紧急关闭阀打开的压缩空气，通过压缩空气出口端口103排放到压缩空气透气孔104外面。由此，压力由于压缩空气引入到紧急关闭阀内而损失，于是，紧急关闭阀被关闭，由此阻塞对工艺装置的热源供应。

当柱塞106上移时，中空阀体105的固定销113使用弹簧等装置配合到柱塞106的大直径部分107内形成的销凹陷114内。因此，柱塞106固定地保持在到达预定压力之后即上移的状态。

如果固定销113不存在的话，则柱塞106可连续地上下移动，根据压力变化而定。在此情形中，工程师可能注意到工艺装置造成的问题时已过晚。在除去造成压力上升的因素之后，可手工地去除掉固定销113，由此，柱塞106下移到其原始位置。与此类似，安全中继阀可转换到正常操作模式中。

还有，在上移的柱塞被固定地保持住之时，压力传送部分112的排放管117可被柱塞106的大直径部分107关闭，由此防止工艺流体额外地排放到外面。

在本发明中，需要多个装置的传统SIS的电气装置可简单地用安全中继阀替代，因此，获得与使用SIS时相同的操作特性，由此，降低安装成本和简化该过程。

此外，信号系统不使用传统SIS的电气信号，而直接使用机械信号，因此，确保了高的可靠性。

图3示意地示出根据本发明的工艺过程。参照图3，当工艺塔202的压力增大到预定水平或超过该水平时，安全阀203被打开，使得流体从工艺塔排放到废气烟囱，因此降低了工艺塔的内压。

然而，如上所述，在某些情形中，没有附加的压力控制系统，或不理想地应用传统SIS，这样的情形导致需要放大废气烟囱容量的问题。

在根据本发明的方法中，与使用电信号的传统SIS不同，工艺塔的内压如安全阀的操作原理那样直接用机械方法测量，因此显现出高的可靠性，有效地导致废气烟囱容量的减小并降低成本。

如图3所示，为了测量工艺塔202的内压，用管子连接该工艺塔，使得导向流体的一部分从工艺塔流入安全中继阀201。当如此被导向的流体压力等于或超过预定水平时，操作安全中继阀201而因此改变安全中继阀201内压缩空气的流动方向。由压缩空气流动方向的改变可确定出紧急关闭阀204是否被关闭。当紧急关闭阀204被关闭时，则停止向工艺塔202供应热源，因此，防止工艺塔202内压升高。

在此情形中，安全中继阀201的设定压力可被确定为等于还是低于安全阀203的压力。仅当安全中继阀201的设定压力低于安全阀203的设定压力时，才可在安全阀203操作之前降低工艺塔202的压力，由此，降低了不必要操作安全阀203的发生几率。

上述安全中继阀201可以是如下的安全中继阀，该安全中继阀包括：中空阀体，该中空阀体在其侧壁上具有透气端口，压缩空气可流动通过该端口以操作紧急关闭阀204；柱塞，该柱塞用来在中空阀体内移动时打开或关闭透气端口；弹簧部分，该弹簧部分连接到中空阀体一端以对柱塞施加压力；以及压力传送部分，该压力传送部分连接到中空阀体另一端以将工艺塔中内压传送到柱塞。安全中继阀201可随着由工艺塔202内被导向流体造成的柱塞运动来控制压缩空气的流动方向。

在根据本发明的方法中，通过随着中空阀体内的柱塞运动来控制对透气端口的打开或关闭，可确定压缩空气的流动方向，其中，柱塞具有大直径部分和小直径部分，大直径部分的直径等于中空阀体的内直径，而小直径部分的直径小于中空阀体的内直径。当装置的内压处于正常状态时，安全中继阀201构造成使紧急关闭阀由于压缩空气流入安全中继阀201而保持打开。例如，在紧急关闭阀是属于气开式的情形中，压缩空气被引入紧急关闭阀204内，以使安装在用来向工艺塔202提供热源的管内的紧急关闭阀204保持打开。然而，如果工艺塔中内压等于或超过预定压力值，则通过安全中继阀201的压缩空气的流动方向会改变，使得引入到紧急关闭阀204内的压缩空气被排放到外面，由此，关闭紧急关闭阀204。

还有，在工艺塔202内压增大的情形中，安全中继阀201的柱塞可使用相应地形成在中空阀体和柱塞内的固定销和销凹陷而固定地保持在已上移的状态中。如上所述，在上移的柱塞未固定地保持在该状态的情形中，因为存在着使压力增大的因素，所以可能有过程继续进行的问题。

当安全中继阀201设定压力被确定为低于安全阀203的设定压力时，在打开安全阀和由此将流体排放到废气烟囱之前，预先阻塞热源的供应，因此，防止通过安全阀将流体排放到废气烟囱。通过该操作，由于减少了流体的排放，所以，可降低投资成本并可简化工艺过程设计。

在根据本发明的方法中，在响应于压力的增高上移柱塞时，工艺塔中被导向的流体引入到安全中继阀201内。这样，导向的流体通过安全中继阀201中形成的排放管被排放到外面。还有，当上移的柱塞被固定地保持住时，通过关闭排放管可阻塞流体的排放。这在排放管连续地打开的条件下用来防止工艺塔202内流体过度地排放到外面。

如上所述，本发明提供了一种在炼油或石化过程中用机械方式降低工艺塔中内压的装置和方法。与需要成本高达约一亿韩元的传统SIS相比，根据本发明的使用安全中继阀的装置则需要成本约为三千万韩元。因此，在采用根据本发明的使用安全中继阀的装置的情形中，与使用传统SIS时相比，成本可降低约73％。

还有，根据本发明的装置不需要如传统SIS那样复杂的设备，由此导致相对低的安装成本和简化的工艺过程。

与使用高成本的电信号的传统SIS不同，根据本发明的装置使用机械信号，因此即使成本较低也可显示出高的可靠性。

此外，因为根据本发明的装置操作方式类似于安全阀的操作方式，所以本发明装置不会有个别装置失效的可能性，经权威部门认可批准本发明装置应用于传统的SIS中，由此，获得使排出量的降低达到最大的效果。

尽管本发明实施例为了说明之目的进行了描述，但本技术领域内技术人员将会认识到，各种不同的修改、添加和替代都是可能的，而不会脱离附后权利要求书所揭示的本发明的范围和精神。因此，如此的修改、添加和替代也应被理解为落入本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种用机械方法降低炼油或石化过程中工艺塔中内压的装置，包括：

紧急关闭阀，用于阻塞对所述工艺塔提供热源；以及

安全中继阀，用于使用所述工艺塔的所述内压来机械地操作所述紧急关闭阀。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安全中继阀包括：中空阀体，该中空阀体在侧壁具有多个透气端口，用来操作紧急关闭阀的压缩空气流过这些端口；柱塞，该柱塞用来在所述中空阀体内移动时打开或关闭所述透气端口；弹簧部分，该弹簧部分连接到所述中空阀体的一端以便向所述柱塞施加压力；以及压力传送部分，该压力传送部分连接到所述中空阀体另一端以便将所述工艺塔中内压传输到所述柱塞。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述柱塞具有大直径部分和小直径部分，所述大直径部分的直径与所述中空阀体的内直径相等，而所述小直径部分的直径小于所述中空阀体的内直径，从而在所述中空阀体内移动时控制所述透气端口的打开或关闭。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述安全中继阀的所述中空阀体具有固定销，用来固定地保持已上移的所述柱塞。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述柱塞的所述大直径部分和所述小直径部分设置成在所述柱塞上移之前使所述压缩空气通过所述透气端口引入到所述紧急关闭阀内，并设置成在所述柱塞已上移时将引入到所述紧急关闭阀内的所述压缩空气排放到外面。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力传送部分具有：圆盘，该圆盘用于使用所述工艺塔的内压来上推所述柱塞；以及排放管，该排放管用于排放引入到所述压力传送部分内的所述工艺塔内的流体。

7.一种用机械方法通过阻塞通向工艺塔的热源供应来降低炼油或石化过程中的工艺塔中内压的方法，所述方法包括：

a)将所述工艺塔内一部分流体引入到安全中继阀内；

b)用引入流体的压力来操作所述安全中继阀，因此改变所述安全中继阀内压缩空气的流动方向；以及

c)使用改变方向的所述压缩空气流动来关闭紧急关闭阀。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述安全中继阀包括：中空阀体，该中空阀体在侧壁具有多个透气端口，用来操作所述紧急关闭阀的压缩空气流过这些透气端口；柱塞，该柱塞用来在所述中空阀体内移动时打开或关闭所述透气端口；弹簧部分，该弹簧部分连接到所述中空阀体的一端以便向所述柱塞施加压力；以及压力传送部分，该压力传送部分连接到所述中空阀体另一端以便将所述工艺塔中内压传输到所述柱塞。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：在所述柱塞已上移时，使用分别形成在所述中空阀体和所述柱塞的大直径部分内的固定销和销凹陷来固定地保持住所述柱塞。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：当所述柱塞在所述中空阀体内移动时，控制所述透气端口的打开或关闭，所述柱塞具有大直径部分和小直径部分，所述大直径部分的直径与所述中空阀体的内直径相等，而所述小直径部分的直径小于所述中空阀体的内直径。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括：将所述大直径部分和所述小直径部分设置成在所述柱塞上移之前使所述压缩空气通过所述透气端口引入到所述紧急关闭阀内，并将所述大直径部分和所述小直径部分设置成在所述柱塞已上移时将引入到所述紧急关闭阀内的所述压缩空气排放到外面。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：通过所述压力传送部分的排放管排放所述工艺塔内的流体，以及在已上移的所述柱塞被固定地保持住时通过关闭所述排放管来阻塞所述流体的排放。

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