CN1021774C - 延迟焦化柔管除焦方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明是对渣油延迟焦化工艺的柔管除焦方法及其设备的改进。除焦时通过柔管绞车(3)的滚筒的回转来带动与除焦器联接的除焦柔管(6)在焦炭塔内作垂直上下运动，其中用高压水驱动涡轮机减速器(7)的涡轮叶片并带动联合钻孔切焦器(8)旋转，在焦层上钻通孔后进行切焦。所述的联合钻孔切焦器内部装有压力控制阀以自动切换钻孔和切焦工序。本发明取消了井架，从而可节省钢材，减少设备和投资，容易操作，缩短除焦时间，进一步提高效率。

Description

本发明是关于渣油延迟焦化工艺的除焦方法及其设备的改进。

众所周知，延迟焦化工艺是将渣油以高速流过加热炉炉管，加热到焦化反应所需温度后再送入焦炭塔，其中渣油靠其自身带入的热量进行裂化、缩合等一系列反应。焦化反应生成的油气送入分馏塔进行分馏，而生成的焦炭在塔内达到一定高度后进行除焦（参见Hydrocarbon    Processing，Vol.50，No.7，1971，p87）。

此外，我们知道，延迟焦化工艺最早采用的除焦方法是用钢丝绳进行除焦，即在油气进料前，在空塔内用钢丝绳从顶到底盘绕成圈，当焦炭在塔内达到一定高度后，打开塔盖，再用卷扬机牵引钢丝绳进行除焦。这种方法的缺点是除焦时间长，不安全，劳动强度大，操作繁杂。

为了克服上述钢丝绳除焦方法的这些缺点，三十年代美国发明了有井架水力除焦技术，该技术至今仍广泛应用于渣油延迟焦化工艺中的除焦过程。

水力除焦技术是用高速度，高冲击力的水射流把焦炭从塔内清除的过程，除焦操作中主要包括钻孔和切焦两道工序。有井架水力除焦技术的一般流程是：用高压水泵将高压水经高压胶管送到水龙头，再进入空心钻杆和除焦器，待钻孔器钻通孔后再由除焦器喷出高压水射流进行除焦（参见Petroleum    Processing，Vol.5，No.2，1950）。

水力除焦技术所用设备包括除焦器，钻杆，井架，卷扬机等主要设备。此外，还有天车，大钩等附属设备。其中钻具由安装在焦炭塔顶平台上高约40米的井架支承，钻杆和除焦器的旋转由风动马达带动，井架的作用是使卷扬机通过钢丝绳提升或下降钻具而进行钻孔和除焦（参见Petroleum    Processing，Vol.5，No.2，1950）。

水力除焦技术与最早采用的钢丝绳除焦技术相比，具有安全，环境清洁，除焦效率高等优点。但 不容忽视的是，由于每个焦炭塔均需设置一座钢结构井架及一套除焦设备，因此具有设备多，结构复杂，钢材耗量大，投资费用高等缺点。又由于井架高约40米，需高空作业，所以给操作和维护带来一定的困难。

目前，延迟焦化工艺的发展趋势是焦炭塔的直径不断增大，优质焦的硬度不断提高，除焦水的压力和流速需要相应提高。因此，许多国家对除焦方法和所用的设备，在不断进行改进。其中包括美国专利US3，412，012以及US3，836，434等。

美国专利US3，412，012公开的除焦技术中，仍然需要设置高空作业井架。此外，虽然不需要钻孔，但在焦炭生成期间要一直使钻杆旋转，待塔内焦炭沉积到一定高度后再由除焦器喷出高压水射流进行除焦，从而增加了能耗，这不能不说是该法的一大缺点。

按照美国专利US3，836，434所述，先垂直向下钻通中心孔之后，再从上到下向焦炭喷射高压水射流并不断扩大该中心孔径而逐层“剥皮”进行除焦。所提出除焦设备基本上由执行机构，控制器及控制阀组成。很显然，该除焦设备比较复杂，操作中仍不能达到自动切换，调节次数多，加长了除焦时间。而且，仍然是有井架水力除焦。

无论是早期的水力除焦技术，还是随后不断改进的水力除焦技术如上述美国专利US3，412，012和US3，836，434均采用了刚性钻杆，其工艺和设备方面存在许多缺点，归纳起来，主要包括：

第一，由于设备井架，所以设备多，投资大;

第二，钻孔和切焦不能自动切换，操作复杂，致使除焦效率仍然受到限制。

本发明即以此为依据，提出以无井架自动切换的新型除焦方法来克服有井架水力除焦方法的缺点。

因此，本发明的一个目的是克服有井架除焦方法的一些缺点，提出以柔管代替钻杆，由绞车转动伸卷柔管来完成除焦器的升降，从而取消井架及其附属设备。

本发明的另一个目的是对现有技术中包括除焦器等设备进行改进以进一步提高除焦效率。

本发明提出的渣油延迟焦化工艺的除焦方法，其中包括在焦炭塔内使用高压水射流从上往下通过焦层先钻通孔，再进行切焦的过程，其特征在于，除焦时，启动高压水泵[1]将12.0～25.0兆帕高压水经管线输入到设置于焦炭塔顶平台上的柔管绞车[3]的传动空心轴[15]，再经可缠绕于绞车滚筒[14]上的除焦柔管[6]，进入悬挂于除焦柔管下端的涡轮机减速器[7]，带动与其联结的联合钻孔切焦器[8]（下称除焦器）旋转，并通过除焦器的压力控制阀[36]，在焦炭塔内完成钻孔和切焦的工序，除焦器的提升和下降通过滚筒回转伸卷除焦柔管[6]来完成。

本发明除焦方法所用的设备包括柔管绞车，除焦柔管，涡轮机减速器和除焦器，其中柔管的上端与柔管绞车滚筒的传动空心轴的中间弯管联接，下端与涡轮机减速器和除焦器联接;柔管绞车可在焦炭塔顶平台上沿轨道作往复运动以适应各焦炭塔间断除焦作业;除焦器在塔内的垂直上下运动是通过控制柔管绞车滚筒的转速而伸卷除焦柔管来实现的;高压水使涡轮机减速器的涡轮叶片产生旋转并通过减速器降低转速，然后带动除焦器旋转;除焦器内部装有自动钻孔和切焦的压力控制器，以完成自动切换钻孔和切焦工序。

图1为本发明除焦方法的流程示意图;

图2为本发明柔管绞车结构示意图;

图3为本发明除焦柔管及其上下端接头结构示意图;

图4为本发明所用涡轮机减速器结构示意图;

图5为本发明所用联合钻孔切焦器结构示意图。

下面参照附图详细说明本发明渣油延迟焦化除焦方法及其设备，从中可明显看出本发明的上述及其它目的以及上述及其它优点是如何达到的。但这仅为本发明渣油延迟焦化除焦方法及其设备的优选实施方案，而决不可能理解为是对本发明操作和设备结构的限制。

如图1～5所示，除焦时启动高压水泵[1]，将压力约12.0～15.0兆帕的高压水经切换控制闸阀[2]，短胶管和快速活接头[17]，焦炭塔顶平台上的柔管绞车[3]的传动空心轴[15]以及除焦柔管[6]送入涡轮机减速器[7]，驱动其中涡轮叶片[21]旋转并带动除焦器[8]旋转，这时先由钻孔用的3个喷嘴[35]喷出压力大约为10.0-13.0兆帕的高压水射流在焦炭塔内的焦层上钻出直径约为0.8-1.2米的通孔， 然后通过切换控制闸阀[2]将水压升至大约18.0-22.0兆帕的压力，再由压力控制阀[36]使钻孔支管[34]的流道关闭，同时使切焦阀[30]打开，由切焦喷嘴[28]喷出压力约为16.0-20.0兆帕的高压水射流进行切焦，切下的焦炭经塔底出焦口送入贮焦池[9]。

图1中的高压水泵[1]和切换控制闸阀[2]为常规设计产品，例如可用沈阳水泵厂生产的高压水泵，柔管绞车[3]上装有滚动车轮[4]，可在焦炭塔顶平台上的轨道[5]上作往复运动，其速度可为14-18米/分。

所述的柔管绞车[3]见图2，基本上由车架[10]，行车传动机构[11]，涡轮减速器[12]，绞车传动机构[13]，柔管滚筒[14]，传动空心轴[15]，密封箱[16]，短胶管和快速活接头[17]组成。其中柔管滚筒[14]是主要部件，除焦柔管[6]可缠绕在该滚筒上。柔管滚筒[14]的一端是传动空心轴[15]，中间引出弯管与除焦柔管[6]连接。传动空心轴[15]的一端有密封箱[16]，弯头和短胶管通过快速活接头[17]与管线连接;传动空心轴[15]的另一端与绞车传动机构[13]联接而传递动力，驱动柔管滚筒[14]作回转运动。柔管绞车滚筒[14]回转运动的线速度为大约0.4-5米/分。所述的绞车传动机构[13]由调速电机驱动并经涡轮减速器[12]减速后带动传动空心轴[15]上的柔管滚筒[14]传动。

所述的除焦柔管[6]（又称水力除焦胶管）如图3所示，可采用例如湖北中南橡胶厂制造的这种柔管。该除焦柔管长为大约36-40米，内径为大约75-130毫米，其上端通过钢管[18]与绞车上滚筒的传动空心轴[15]的中间弯管联接，而其下端则通过钢管[19]与涡轮机减速器[7]联接。所用的联接件为法兰[6A，6B]。所用除焦柔管[6]为完整的一根，中间无接头，其工作压力为大约12.0-25.0兆帕，承受的扭矩为大约300-600公斤-米。

所述的涡轮机减速器[7]如图4所示，基本上由涡轮机减速器圆筒壳体[20]，涡轮叶片[21]，输入轴[22]，减速器[23]，输出轴[24]，其主要的特征在于输入轴[22]和输出轴[24]由减速器[23]的外壳[23A]支承，而减速器[23]的外壳[23A]上的支承键[23B]与涡轮机减速器圆筒壳体[20]上的凹槽配合。这种结构简单紧凑，轴承支点少，装配同心度有保证，密封环节少，其中采用耐磨的聚四氟乙烯材料，从而减少了压力损失和摩擦阻力。所述的涡轮机减速器[7]的输出功率为大约3-6马力，转速为大约8-12转/分。

所述的除焦器[8]如图5所示，基本上由圆筒壳体[25]、切焦支管[26]、整流器[27]、切焦喷嘴[28]、和由钻孔阀[29]、切焦阀[30]、内弹簧[31]、外弹簧[32]、阀芯[33]所组成的压力控制阀[36]及钻孔支管[34]、钻孔喷嘴[35]等机构组成。钻孔用的3个喷嘴装在钻孔支管的下端部，中心一个垂直向下，两侧各一个对称向下倾斜20-30度。在塔内焦层上钻出的通孔大约为0.8～1.2米。切焦器的两个喷嘴装在切焦支管的端部呈水平对称设置。钻孔支管和切焦支管内均装有整流器。本设备的特点：由于操作压力较高，冲击力大，提高了钻孔和切焦效率。当钻孔水压为大约12.0～15.0兆帕时，压力控制阀的钻孔阀[29]、切焦阀[30]及弹簧[31、32]均处于停止状态，钻完孔后当水压升至切焦压力大约18.0～22.0兆帕时，压力控制阀的内弹簧[31]被压缩，钻孔阀[29]下移与阀芯[33]吻合，把钻孔支管[34]流道关闭，同时打开切焦阀[30]、高压水通过切焦支管[26]进行切焦。

本发明提出的除焦器与前述的已有技术相比，可以在焦炭塔内自动切换钻孔和切焦工序，从而进一步提高了除焦效率。当然，本发明提出的涡轮机减速器及除焦器还可用于有井架水力除焦技术。

综上所述，本发明新型渣油延迟焦化工艺的柔管除焦方法及其设备的优点可归纳为：

1.取消了井架，用柔管代替了钻杆，省掉了大钩、天车等附属设备，而且四个焦炭塔可仅用一套除焦设备，因此节省了钢材，减少了设备和节省了投资;

2.由于取消了高约40米的井架，因此操作维护方便;

3.采用联合钻孔切焦器（除焦器），可以自动切换钻孔和切焦工序，因而节省了换钻头或堵喷嘴的时间，进一步提高了除焦效率;

4.由于用涡轮机减速器代替了风动马达，因此减少了噪音，改善了操作环境。

下面将用具体实施例列表说明本发明柔管除焦方法与现有技术中有井架水力除焦方法比较而具有的特点，但这决不可能理解为是对本发明的限制。

在处理量为100万吨/年的渣油延迟焦化装 置上，以大庆减压渣油为原料，按照上述本发明柔管除焦方法和现有技术中水力除焦方法进行操作，其操作条件以及结果对照列于下表。

主要生产技术指标    柔管除焦法    有井架水力除焦法

钻孔

压力（兆帕）    12～15    10.5～11.0

流量（米³/小时） 200～240 170～180

时间（分）    15～20    15～25

切焦

压力（兆帕）    18～22    12.0～12.5

流量（米³/小时） 250～300 185～190

时间（分）    70～90    85～105

总除焦时间（分）    85～110    ＊110～140

耗水量（米³/吨焦） 1.1～1.4 1.5～1.8

耗电量（千瓦·小时/吨焦）    8～10    11～13

除焦能力（吨焦/小时）    160～200    100～140

注：＊附加换钻头（或堵喷嘴）约10分钟。

Claims (6)

1、一种渣油延迟焦化工艺的除焦方法，其中包括在焦炭塔内使用高压水射流从上往下通过焦层先钻通孔，再进行切焦的过程，其特征在于，除焦时，启动高压水泵(1)，将压力约为12.0-15.0兆帕的高压水经切换控制闸阀(2)，短胶管和快速活接头(17)，焦炭塔顶平台上的柔管绞车(3)的传动空心轴(15)以及除焦柔管(6)送入涡轮机减速器(7)，驱动其中涡轮叶片(21)旋转并带动除焦器(8)旋转，这时先由钻孔用的3个喷嘴(35)喷出压力大约为10.0-13.0兆帕的高压水射流在焦炭塔内的焦层上钻出直径约为0.8～1.2米的通孔，然后通过切换控制闸阀(2)将水压升至大约18.0～22.0兆帕的压力，再由压力控制阀(36)使钻孔支管(34)的流道关闭，同时使切焦阀(30)打开，由切焦喷嘴(28)喷出压力约为16.0～20.0兆帕的高压水射流进行切焦，在焦炭塔内完成钻孔和切焦工序，除焦器的提升和下降通过滚筒回转伸卷除焦柔管(6)来完成。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于柔管绞车（3）装有车轮（4），在塔顶平台轨道（5）上作往复运动的行车速度为14～18米/分。

3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于柔管绞车（3）的滚筒（14）的回转线速度为0.4-5米/分。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于除焦柔管是一根中间无接头，长36-40米，内径75-130毫米，其工作压力为12.0-25.0兆帕，扭矩为300-600公斤-米。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于涡轮机减速器输出功率为3-6马力，转速为8-1F-利要求1或5所述方法用的设备，其特征在于涡轮机减速器（7）包括圆筒（20）、涡轮叶片（21）、输入轴（22）、减速器（23）、输出轴（24）、其中输入轴和输出轴是由减速器外壳（23A）支承，减速器外壳上的支承键（23B）与圆筒壳体上的凹槽配合。

6、按照权利要求1所述的方法用的设备，其特征在于除焦器由圆筒壳体（25）、切焦支管（26）、速流器（27）、切焦喷嘴（28）、钻孔支管（34）、钻孔喷嘴（35）和压力控制阀（36）所组成，切焦支管设有两股支流，内装有整流器，管端装有切焦喷嘴，置于水平对称轴线两侧，钻孔支管（34）设有三股支流，中间一股垂直向下，另外两股对称分布于钻孔支管轴线两侧夹角为20-30度，管内均装有整流器，管端装有钻孔喷嘴。

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