CN102517048A - 一种回转体型结构的自动除焦器 - Google Patents

Abstract

一种回转体型结构的自动除焦器，壳体内腔与接头的中心孔对接构成高压水道，壳体内腔中设有阀套，壳体和接头是以高压水道中心线为轴线的回转体，壳体外圆周面上设有凹槽，压控先导阀的任何部位均处于凹槽的空间内；切焦喷嘴的任何部位均处于壳体圆周面上的切焦喷嘴安装孔的空间内，切焦喷嘴与整流器连接；钻孔喷嘴的任何部位均处于壳体下表面的钻孔喷嘴安装孔的空间内；阀套上与切焦喷嘴相对的流通孔的孔径大于整流器外径，整流器一端插入到对应的流通孔内，整流器外壁与对应的流通孔内壁之间具有间隙。除焦器结构紧凑、转动阻力小，钻孔时不易被焦炭卡住；在不影响阀套正常定位的同时，最大限度的使切焦喷嘴靠近除焦器中心，减小了除焦器尺寸。

Description

一种回转体型结构的自动除焦器

技术领域

本发明涉及石油炼制行业延迟焦化装置水力除焦设备，具体地说是一种水力切焦设备中具有回转体型结构的自动除焦器。

背景技术

延迟焦化是一种石油加工技术，是以重质油为原料，经过加热炉迅速升温到焦化反应温度，进入焦炭塔进行焦化反应。重油进行深度的热裂化和缩合反应，生产出的气体、汽油、柴油、蜡油，通过管线到下游装置处理，生产出的几百吨焦炭留在焦炭塔内。焦炭塔内的焦炭用蒸汽、水逐步冷却到120℃以下，然后打开焦炭塔的上、下封头盖，用水力除焦设备把焦炭塔内的焦炭清除干净，再关闭焦炭塔上、下封头盖，再进入下一步生产循环：进油、反应、冷却、除焦等等。

水力除焦设备通常包括：除焦水泵、阀门、胶管、钻杆顶驱、钻杆、除焦器、卷扬机、滑轮组等设备。除焦水泵产生一定能量的除焦水，通过阀门、胶管、钻杆顶驱、钻杆进入除焦器，最后从除焦器的喷嘴喷出。除焦器有钻孔、切焦两组喷嘴，通常水力除焦开始时，先使用除焦器钻孔喷嘴向下喷出除焦水，将焦炭塔中心钻出一个直径1米左右的通孔，然后再使用除焦器切焦喷嘴向两侧水平喷出除焦水逐渐扩大通道，在这个过程焦炭被打碎流出焦炭塔到储焦池，这个工作直到除尽焦炭塔内的焦炭，除焦工作才结束。

早期的除焦器钻孔、切焦喷嘴的切换是手动的，通常在喷嘴上拧上或打开堵帽使不同的喷嘴出水，或者使用手动的切换阀切换水路使不同的喷嘴出水。不管怎么样，这些操作需要把切焦器提出焦炭塔，手动转换完后再放入焦炭塔内工作。1996年洛阳石化工程公司开发了一种自动的除焦器，（专利号：01216312.0）。该除焦器通过使用除焦水压力脉冲信号，可以远程控制除焦器钻孔、切焦的切换，操作非常安全、方便。该除焦器结构上使用了一种压力控制的先导阀切换供水的通道，使内部的活塞上升或下降切换钻孔、切焦。

在除焦器中，为了使喷嘴喷出的高压水具有足够的作用距离，都要在喷嘴内设置整流器，并且整流器要有足够的长度以保证水的平稳度，从而使喷嘴喷出的水不发散，具有较高的聚集度。由于整流器长度的限制，通常的除焦器喷嘴都是露在除焦器壳体外部。当焦炭塔内焦炭塌方或除焦器顶焦时，突出的喷嘴会增加除焦器的旋转阻力，钻杆顶驱负荷大，有时还会出现卡住不动的现象。这些现象不仅会损坏除焦器，还大大缩短了顶驱寿命。

虽然也有试图缩短喷嘴伸出壳体外侧长度的做法，但都由于整流器最小长度和除焦器尺寸的限制，所实施的方案都不成功。例如美国专利US20090165618，在该专利中喷嘴的主体设置在壳体内部，但是由于整流器长度的要求和其自身结构的限制，喷嘴的喷口部分任然露在外部。并且其两个切割喷喷嘴呈不对称设置，在切割作业时，由于喷射水压的作用产生附加扭矩，对钻杆顶驱造成损害。另外，在通常的设计方案中，由于担心喷嘴位于壳体内部的部分会对喷嘴切换装置的运转造成干扰，都会避免喷嘴过于靠近除焦器中心，并使喷嘴远离切换装置，如果在这种设计方式中用壳体完全包裹喷嘴，会造成壳体尺寸非常大，过于笨重，这也是通常的除焦器喷嘴都露在外部的一个原因。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是提供一种旋转阻力小，且不易磨损的具有回转体型结构的自动除焦器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种回转体型结构的自动除焦器，包括接头、壳体、切焦喷嘴、钻孔喷嘴和压控先导阀，壳体的上端设有与接头连接的法兰面，壳体的内腔与接头的中心孔对接构成竖直的高压水道，在壳体的内腔中设有与其同轴线的阀套，阀套和其内部设置的中空活塞构成双向液压缸，在阀套内分别设有与中空活塞上下端面配合的密封面，所述的壳体和接头是以高压水道中心线为轴线的回转体，在壳体的圆周面上至少设有两个切焦喷嘴安装孔，在壳体的下表面至少设有四个钻孔喷嘴安装孔，在壳体的外圆周面上还设有一个方形或圆形的凹槽，压控先导阀设置在壳体凹槽内，压控先导阀的任何部位均处于凹槽的空间内；切焦喷嘴镶嵌在壳体的切焦喷嘴安装孔内，切焦喷嘴的任何部位均处于切焦喷嘴安装孔的空间内，切焦喷嘴与切焦喷嘴安装孔内的整流器连接；钻孔喷嘴镶嵌在壳体的钻孔喷嘴安装孔内，钻孔喷嘴的任何部位均处于钻孔喷嘴安装孔的空间内；在阀套上下端密封面之间的阀套壁上分别设有与切焦喷嘴和钻孔喷嘴相对应的流通孔；压控先导阀的进水口通过壳体壁中的流道和阀套上的流道孔与高压水道连通，压控先导阀的两个出水口分别通过壳体壁中相应的流道与阀套及中空活塞构成的双向液压缸的两个液压腔连通，阀套上与切焦喷嘴相对的流通孔的孔径大于整流器外径，整流器一端插入到对应的流通孔内，整流器的外壁与对应的流通孔内壁之间具有间隙。

所述的接头下端设有法兰，法兰通过螺栓与壳体的法兰面连接，在法兰与壳体的法兰面之间设有间隙，接头的下端面压在阀套的上端面上。

所述的阀套由上阀套、中阀套和下阀套构成，上阀套、中阀套和下阀套从上至下依次设置在壳体的内腔中，上阀套和下阀套内分别设有与中空活塞上下端面配合的密封面，中阀套构成液压腔的外壁，其壁厚小于上阀套和下阀套的壁厚。

所述下阀套底部的中心设有阀座和导流锥，阀座上设有与中空活塞下端配合的密封面。

所述壳体的圆周面上可以对称设置两个切焦喷嘴安装孔，或者均匀分布三个切焦喷嘴安装孔，三个切焦喷嘴安装孔间隔120°设置。每个切焦喷嘴安装孔内均设有切焦喷嘴。

所述壳体的圆周面上对称设有两个切焦喷嘴安装孔的情况下，还可以对称设置两个扩展孔，两个扩展孔与两个切焦喷嘴安装孔以高压水道中心线为轴线相隔90°设置，扩展孔与切焦喷嘴安装孔的形状和大小均相同，在扩展孔内设有堵帽或切焦喷嘴，阀套上设有与扩展孔相对的通孔。

所述的切焦喷嘴安装孔和扩展孔内设有用于固定切焦喷嘴的环形台阶面，切焦喷嘴通过螺栓固定在切焦喷嘴安装孔或扩展孔内。

所述的阀套上，与连接压控先导阀进水口的流道相对的流道孔处设有过滤网。

本发明的有益效果是：壳体和接头的形状是以高压水道中心线为轴线的回转体，切焦喷嘴、钻孔喷嘴和压控先导阀的任何部分不凸出于壳体的外表面，除焦器结构紧凑、转动阻力小，钻孔时不易被焦炭卡住，工作效率高，并且避免了对喷嘴和顶驱设备的损害。切焦喷嘴的整流器伸入到阀套的流通孔内，在不影响阀套正常定位的同时，最大限度的使切焦喷嘴靠近除焦器的中心，减小了除焦器的外部尺寸，从而实现了壳体对切焦喷嘴的全保护。

附图说明

    图1是本发明一个实施例的示意图。

    图2是本发明另一个实施例的示意图。

    图3是本发明设置两个切焦喷嘴安装孔的实施例示意图。

    图4是本发明设置两个切焦喷嘴安装孔和两个扩展孔的实施例示意图。

    图5是本发明设置三个切焦喷嘴安装孔的实施例示意图。

    图中标记：1、接头，101、中心孔，102.法兰，2、壳体，201、法兰面，202、内腔，203、切焦喷嘴安装孔，2031、环形台阶面，204、钻孔喷嘴安装孔，205、凹槽，206、流道，207、扩展孔，3、切焦喷嘴，4、钻孔喷嘴，5、压控先导阀，501、进水口，502、出水口，6、高压水道，7、阀套，701、流通孔，702、流道孔，703、液压腔，704、密封面，705、上阀套，706、中阀套，707、下阀套，7071、阀座，7072、导流锥，8、中空活塞，9、堵帽，10、过滤网，11、下密封，12、密封圈，13、上密封，14、整流器。

具体实施方式

    结合附图和实施例具体说明本发明的设置方式和效果。

如图1、图2所示，一种回转体型结构的自动除焦器，包括接头1、壳体2、切焦喷嘴3、钻孔喷嘴4和压控先导阀5。壳体2的上端设有与接头1连接的法兰面201，接头1的通过螺栓与壳体2连接，接头1上部设有用于和顶驱设备钻杆连接的法兰，使除焦器固定到钻杆上。壳体2的内腔202与接头1的中心孔101对接构成竖直的高压水道6。在壳体2的内腔202中设有与其同轴线的阀套7，阀套7的外壁贴在壳体2内腔202的内壁上。接头1下端设有法兰102，法兰102通过螺栓与壳体2的法兰面201连接，在法兰102与壳体2的法兰面201之间设有间隙，接头1的下端面压在阀套7的上端面上，接头1的下部端面通过螺栓的力量压在阀套7的上端面上，将阀套7固定在壳体2内腔202的内壁上。阀套7和其内部设置的中空活塞8构成双向液压缸，中空活塞8可以在阀套7内上下活动。在阀套7内分别设有与中空活塞8上下端面配合的密封面704。切焦喷嘴3设置在壳体2圆周面上的切焦喷嘴安装孔203内。切焦喷嘴3可以如图1所示水平设置，也可以如图2所示倾斜设置。钻孔喷嘴4设置在壳体2底部的钻孔喷嘴安装孔204内。在阀套7上下端密封面704之间的阀套壁上分别设有与切焦喷嘴3和钻孔喷嘴4相对的流通孔701。

压控先导阀5的结构可以参照申请号01216312.0的专利中的技术方案。压控先导阀5设有一个进水口和两个出水口。压控先导阀5设置在壳体2外表面的凹槽205内，压控先导阀5的进水口501通过壳体壁中的流道206和阀套7上的流道孔702与高压水道6连通。高压水道6内通水后，除焦水通过流道206进入进水口501，这个进水口501提供压控先导阀的切换水压动力和脉冲信号，图中标示为P端口。当进水口501的压力消失时，压控先导阀内的弹簧驱动阀芯切换状态。两个出水口502是压控先导阀5的输出端口，图中分别标示为A、B端口，任何时候A、B端口只有一个输出与P口压力相同的除焦水，此时另一个与大气接通，形成回流通道。压控先导阀5的两个出水口502分别通过壳体壁中相应的流道206与阀套7及中空活塞8构成的双向液压缸的两个液压腔703连通。

在本发明的实施例中，阀套7由上阀套705、中阀套706和下阀套707对接构成，上阀套705、中阀套706和下阀套707从上至下依次设置在壳体2的内腔202中。上阀套705和下阀套707内分别设有与中空活塞8上下端面配合的密封面704，中阀套706构成液压腔703的外壁，其壁厚小于上阀套705和下阀套707的壁厚。通过对接构成阀套7的方式可以降低零件的加工难度，并且便于装配。

图1所示的位置是端口B输出除焦水到中空活塞8的下液压腔，使中空活塞8向上移动，直到中空活塞8上部的锥形密封面贴紧上阀套705中部的密封面，中空活塞8将连通切焦喷嘴3的流通孔701遮挡住。此时的除焦水通过上阀套705、中空活塞8、下阀套707的流通孔进入钻孔喷嘴4，从钻孔喷嘴4喷出进行钻孔。

图2所示的位置是端口A输出除焦水到中空活塞8的上液压腔，使中空活塞8向下移动，直到中空活塞8下部的锥形密封面贴紧下阀套707的密封面。此时钻孔喷嘴4与除焦器中心高压水道6连通的流通孔被切断，从接头1进入的除焦水通过上阀套705的流通孔、整流器14，从切焦喷嘴3喷出进行切焦。

为减小除焦时的阻力，可采用的方案是，所述的壳体2和接头1是以高压水道6中心线为轴线的回转体，也就是说壳体2和接头1的外部形状均是一个回转体。接头1上的法兰孔以及壳体2上的切焦喷嘴安装孔203、钻孔喷嘴安装孔204、凹槽205、流道、流通孔等均开设在该回转体上。在壳体2的圆周面上至少设有两个切焦喷嘴安装孔203，在壳体2的下表面至少设有四个钻孔喷嘴安装孔204，在壳体2的外圆周面上设有一个方形或圆形的凹槽205，压控先导阀5设置在壳体2的凹槽205内，压控先导阀5的任何部位均处于凹槽205的空间内；切焦喷嘴3镶嵌在壳体2的切焦喷嘴安装孔203内，切焦喷嘴3的任何部位均处于切焦喷嘴安装孔203的空间内，切焦喷嘴3与切焦喷嘴安装孔203内的整流器14连接；钻孔喷嘴4镶嵌在壳体2的钻孔喷嘴安装孔204内，钻孔喷嘴4的任何部位均处于钻孔喷嘴安装孔204的空间内。为减小除焦器直径，阀套7上与切焦喷嘴3相对的流通孔701的孔径大于整流器14外径，整流器14一端插入到对应的流通孔701内，整流器14的端口可与阀套7的内表面相平。为防止整流器14对阀套7的安装定位造成影响，整流器14的外壁与对应的流通孔701内壁之间具有间隙，为能够将阀套7压紧在壳体2内腔202中留有活动余量。

壳体2下端设置的钻孔喷嘴4通常设有四个，例如在壳体2下端开有2个垂直向下的钻孔喷嘴安装孔204和2个倾斜向下的钻孔喷嘴安装孔204，这些钻孔喷嘴安装孔204是对称均匀布置，4个钻孔喷嘴4用螺栓固定在钻孔喷嘴安装孔204内。为使除焦水均匀分布到多个钻孔喷嘴4中，所述下阀套707底部的中心设有阀座7071和导流锥7072，阀座7071上设有与中空活塞8下端配合的密封面。通过导流锥7072的分流作用使除焦水均匀分布。

所述壳体2的圆周面上可以如图3所示对称设置两个切焦喷嘴安装孔203，也可以如图5所示均匀分布三个切焦喷嘴安装孔203，三个切焦喷嘴安装孔203间隔120°设置。每个切焦喷嘴安装孔203内均设有切焦喷嘴3。

如图4所示，在所述壳体2的圆周面上对称设有两个切焦喷嘴安装孔203的情况下，还可以对称设置两个扩展孔207，两个扩展孔207与两个切焦喷嘴安装孔203以高压水道6中心线为轴线相隔90°设置，即上述4个孔呈十字形相隔90°分布在壳体2的圆周面上。扩展孔207与切焦喷嘴安装孔203的形状和大小均相同，在扩展孔207内设有堵帽9或切焦喷嘴3，阀套7上设有与扩展孔207相对的通孔。两个扩展孔207可以在需要扩展切焦喷嘴3数量时使用。当焦炭塔内焦炭质地较软时，不需要太大的切焦水压，增加切焦喷嘴3的数量可以提高除焦速度，此时可以将扩展孔207内的堵帽9换成切焦喷嘴3。当焦炭塔内焦炭质地较硬时，需要较大的切焦水压，必须减少切焦喷嘴3的数量时水压集中，此时可以将扩展孔207内的切焦喷嘴3换成堵帽9，用堵帽9封住扩展孔207。这种设置方式可以方便的对除焦器进行调整，以适应不同的工况，为优选设置方式。在图3和图4中还表示出了压控先导阀5与切焦喷嘴3的相对位置，在设置切焦喷嘴安装孔203和扩展孔207时应避开安装压控先导阀5的凹槽。

所述的切焦喷嘴安装孔203和扩展孔207内设有用于固定切焦喷嘴3的环形台阶面2031，切焦喷嘴3通过螺栓固定在切焦喷嘴安装孔203或扩展孔207内。所述的阀套7上，与连接压控先导阀5进水口501的流道206相对的流道孔702处设有过滤网10。

下阀套707上设有下密封11，中空活塞8上设有密封圈12，上阀套705上设有上密封13，它们一起构成了中空活塞8的上、下两个液压腔。

Claims (9)

1.一种回转体型结构的自动除焦器，包括接头（1）、壳体（2）、切焦喷嘴（3）、钻孔喷嘴（4）和压控先导阀（5），壳体（2）的上端设有与接头（1）连接的法兰面（201），壳体（2）的内腔（202）与接头（1）的中心孔（101）对接构成竖直的高压水道（6），在壳体（2）的内腔（202）中设有与其同轴线的阀套（7），阀套（7）和其内部设置的中空活塞（8）构成双向液压缸，在阀套（7）内分别设有与中空活塞（8）上下端面配合的密封面（704），其特征在于：所述的壳体（2）和接头（1）是以高压水道（6）中心线为轴线的回转体，在壳体（2）的圆周面上至少设有两个切焦喷嘴安装孔（203），在壳体（2）的下表面至少设有四个钻孔喷嘴安装孔（204），在壳体（2）的外圆周面上还设有一个方形或圆形的凹槽（205），压控先导阀（5）设置在壳体（2）的凹槽（205）内，压控先导阀（5）的任何部位均处于凹槽（205）的空间内；切焦喷嘴（3）镶嵌在壳体（2）的切焦喷嘴安装孔（203）内，切焦喷嘴（3）的任何部位均处于切焦喷嘴安装孔（203）的空间内，切焦喷嘴（3）与切焦喷嘴安装孔（203）内的整流器（14）连接；钻孔喷嘴（4）镶嵌在壳体（2）的钻孔喷嘴安装孔（204）内，钻孔喷嘴（4）的任何部位均处于钻孔喷嘴安装孔（204）的空间内；在阀套（7）上下端密封面（704）之间的阀套壁上分别设有与切焦喷嘴（3）和钻孔喷嘴（4）相对应的流通孔（701）；压控先导阀（5）的进水口（501）通过壳体壁中的流道和阀套（7）上的流道孔（702）与高压水道（6）连通，压控先导阀（5）的两个出水口（502）分别通过壳体壁中相应的流道与阀套（7）及中空活塞（8）构成的双向液压缸的两个液压腔（703）连通，阀套（7）上与切焦喷嘴（3）相对的流通孔（701）的孔径大于整流器（14）外径，整流器（14）一端插入到对应的流通孔（701）内，整流器（14）的外壁与对应的流通孔（701）内壁之间具有间隙。

2.如权利要求1所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述的接头（1）下端设有法兰（102），法兰（102）通过螺栓与壳体（2）的法兰面（201）连接，在法兰（102）与壳体（2）的法兰面（201）之间设有间隙，接头（1）的下端面压在阀套（7）的上端面上。

3.如权利要求1或2所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述的阀套（7）由上阀套（705）、中阀套（706）和下阀套（707）构成，上阀套（705）、中阀套（706）和下阀套（707）从上至下依次设置在壳体（2）的内腔（202）中，上阀套（705）和下阀套（707）内分别设有与中空活塞（8）上下端面配合的密封面（704），中阀套（706）构成液压腔（703）的外壁，其壁厚小于上阀套（705）和下阀套（707）的壁厚。

4.如权利要求3所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述下阀套（707）底部的中心设有阀座（7071）和导流锥（7072），阀座（7071）上设有与中空活塞（8）下端配合的密封面。

5.如权利要求1所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述壳体（2）的圆周面上对称设有两个切焦喷嘴安装孔（203），每个切焦喷嘴安装孔（203）内均设有切焦喷嘴（3）。

6.如权利要求1所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述壳体（2）的圆周面上设有三个切焦喷嘴安装孔（203），三个切焦喷嘴安装孔（203）间隔120°设置，每个切焦喷嘴安装孔（203）内均设有切焦喷嘴（3）。

7.如权利要求5所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述壳体（2）的圆周面上还对称设有两个扩展孔（207），两个扩展孔（207）与两个切焦喷嘴安装孔（203）以高压水道（6）中心线为轴线相隔90°设置，扩展孔（207）与切焦喷嘴安装孔（203）的形状和大小均相同，在扩展孔（207）内设有堵帽（9）或切焦喷嘴（3），阀套（7）上设有与扩展孔（207）相对的通孔。

8.如权利要求1、5、6或7所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述的切焦喷嘴安装孔（203）内设有用于固定切焦喷嘴（3）的环形台阶面（2031），切焦喷嘴（3）通过螺栓固定在切焦喷嘴安装孔（203）内。

9.、如权利要求1所述的一种回转体型结构的自动除焦器，其特征在于：所述的阀套（7）上，与连接压控先导阀（5）进水口（501）的流道（206）相对的流道孔（702）处设有过滤网（10）。

Images