DE102016101627B4 - Doppelplattenschieber für eine Ethylenanlage, Ethylenanlage und Verfahren zum Betrieb einer Ethylenanlage - Google Patents

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Abstract

Doppelplattenschieber für eine Ethylenanlage, aufweisend konzentrisch in einem Plattenkorb (10) angeordnete Schieberplatten (11) und eine Rohrbrücke (12), die jeweils zwischen Leitplatten (13) zum Absperren und Öffnen einer Leitung durch Betätigung einer Schieberstange (14) bewegbar sind, wobei ein Spreizorgan (15) zwischen den Schieberplatten (11) angeordnet und mit der Schieberstange (14) verbunden ist, und wobei die Schieberplatten (11) in der Schließstellung an Gehäusedichtsitzen (18, 19) anliegen und die Rohrbrücke (12) in der Offenstellung an Gehäusedichtsitzen (18, 19) anliegt, wobei die Rohrbrücke eine Kompensatoreinheit (16) aufweist und in der Offenstellung die Kompensatoreinheit (16) und die Gehäusedichtsitze (18, 19) jeweils eine Dichtung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedichtsitze (18, 19) nicht angefedert sind und die Höhe der Kompensatoreinheit (16) bezogen auf den lichten Abstand zwischen den Gehäusedichtsitzen (18, 19) ein Übermaß in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,60 mm aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Doppelplattenschieber für eine Ethylenanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Ethylenanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Ethylenanlage.
  • Ethylen wird durch thermische Spaltung von Rohstoffen, bspw. Naphtha, unter Einsatz von Dampf hergestellt (Steam Cracking). Dabei wird das Kohlenwasserstoff-Rohmaterial mit Dampf vermischt, aufgeheizt und in einen Spaltofen eingebracht, wo das Cracken erfolgt. Das aus dem Spaltofen austretende Rohgas mit seinen Spaltprodukten wird durch eine Produkt-Hauptleitung (Main Transfer Line) in angeschlossene Systeme zur Weiterverarbeitung geleitet. Im Lauf des Produktionsprozesses sammeln sich Koksrückstände an, die den freien Querschnitt der Leitungen verringern. Um diese störenden Rückstände zu beseitigen, muss die Anlage in Abständen entkokt werden. Hierzu wird die Anlage vom Produktionsbetrieb in den Entkokungsbetrieb umgeschaltet und mit einem Luft/Wasserdampfgemisch gespült, das zusammen mit gelösten Koks-Rückständen über eine Entkokungsleitung (Decoke Line) ausgeblasen wird. Während des Produktionsbetriebes ist die Entkokungsleitung durch ein Absperrorgan abgesperrt und die Transferleitung durch ein weiteres Absperrorgan geöffnet. Im Entkokungsbetrieb ist umgekehrt das Absperrorgan in der Entkokungsleitung geöffnet und das Absperrorgan in der Transferleitung geschlossen. Das Umschalten zwischen Produktionsbetrieb und Entkokungsbetrieb ist kritisch, da ein Rückströmen von Kohlenwasserstoffen über das Absperrorgan in der Transferleitung vermieden werden muss. Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden Absperrorgane in der Transfer- und in der Entkokungsleitung aufeinander abgestimmt betätigt werden. Dabei kommt es auf eine gute Dichtigkeit und zuverlässige Öffnungs- bzw. Schließfunktion der Absperrorgane an. Als Absperrorgane werden deshalb meist Schieber, sog. Spaltgasschieber und Entkokungsschieber eingesetzt.
  • Besonders bewährt haben sich für den Einsatz in Ethylenanlagen Doppelplattenrohrbrückenschieber, deren Grundprinzip auf eine von der Anmelderin entwickelte Technologie zurückgeht und die auch in anderen Bereichen der petrochemischen Industrie als Spezialarmatur zum Einsatz kommen. Bei derartigen Schiebern werden die Schieberplatten in der Absperrstellung durch ein dazwischen angeordnetes Spreizorgan, konkret eine Keilanordnung, bei Betätigung einer mit dem Spreizorgan verbundenen Schieberstange auseinandergedrückt und an die entsprechenden Gehäusedichtsitze zur Verbesserung der Dichtwirkung gepresst. Um die Anpresskraft während des Öffnungs- und Schließvorgangs zu verringern oder ganz aufzuheben, ist das Spreizorgan des bekannten Schiebers mit einer Lösekraft beaufschlagt, die durch eine Feder aufgebracht wird. Dadurch wird das Spreizorgan in eine Ruhestellung gebracht, in der die Schieberplatten von den Gehäusesitzen gelöst sind.
  • EP 0 450 646 A2 der Anmelderin zeigt einen derartigen bekannten Schieber, der die Merkmale des Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Die DE 10 2006 053 373 B3 betrifft ebenfalls einen Doppelplattenschieber für Rohrleitungen. Die DE 40 11 274 C1 beschreibt einen Rohrbrückenschieber mit Kompensator. Die DE 10 2012 104 216 A1 offenbart ein Verfahren in einer Ethylenanlage zur Erzeugung von Ethylen aus Rohbenzin.
  • Die Herausforderung bei Schiebern dieser Art besteht darin, einerseits eine gute Dichtwirkung zu erzeugen und andererseits eine möglichst leichte Gängigkeit beim Öffnen und Schließen zu ermöglichen, damit der Schieber sicher und zuverlässig betätigt werden kann. Hierfür stehen unterschiedliche Konzepte zur Verfügung. So werden beispielsweise angefederte Gehäusedichtsitze an der Innenseite der Rohrflansche verbaut, die die präzise Einstellung einer definierten Dichtkraft auf die Schieberplatten bzw. die Rohrbrücke ermöglichen und zu Wartungszwecken austauschbar gestaltet sein können. Angefederte Dichtsitze sind bspw. in EP 2 241 792 A2 und DE 197 23 962 A1 beschrieben, die ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehen. Diese Systeme funktionieren hervorragend, können aber hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes verbessert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den eingangs genannten Doppelplattenschieber dahingehend zu verbessern, dass eine gute Dichtwirkung, insbesondere eine im Ethylen-Herstellungsprozess ausreichende Dichtwirkung, kombiniert mit einer zuverlässigen Betätigung des Schiebers auf möglichst einfache Weise erreicht wird. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, eine Ethylenanlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Ethylenanlage anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Doppelplattenschieber für eine Ethylenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf die Ethylenanlage und das Betriebsverfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 11 bzw. 12 gelöst.
  • Die Erfindung beruht auf den Gedanken, einen Doppelplattenschieber für eine Ethylenanlage anzugeben. Dabei kann es sich insbesondere um einen Spaltgasschieber oder einen Entkokungsschieber handeln. Der Doppelplattenschieber weist konzentrisch in einem Plattenkorb angeordnete Schieberplatten und eine Rohrbrücke auf, die zwischen Leitplatten zum Absperren und Öffnen einer Leitung durch Betätigung einer Schieberstange bewegbar sind. Zwischen den Schieberplatten ist ein Spreizorgan angeordnet, das mit der Schieberstange verbunden ist. Die Rohrbrücke weist eine Kompensatoreinheit auf. Die Schieberplatten bzw. die Rohrbrücke liegen in der Schließ- bzw. Offenstellung an Gehäusedichtsitzen an, wobei in der Offenstellung die Kompensatoreinheit und die Gehäusedichtsitze jeweils eine Dichtung bilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gehäusedichtsitze nicht angefedert sind und die Höhe der Kompensatoreinheit bezogen auf den lichten Abstand zwischen den Gehäusedichtsitzen ein Übermaß in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,60 mm aufweist.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein Übermaß in dem Bereich von 0,5 mm bis 1,60 mm sowohl für eine für den Ethylenprozess ausreichende Dichtigkeit des Schiebers als auch für eine gute Gängigkeit beim Öffnen und Schließen des Schiebers sorgt. Auf zusätzliche Bauteile, beispielsweise wie angefederte Dichtsitze kann verzichtet werden. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Sicherheit und Gängigkeit des Schiebers ohne aufwändige Konstruktionen verbessert wird, wodurch die Kosten für den Schieber sinken. Die gute Dichtwirkung wird durch die Einstellung des Übermaßes in dem vorstehend genannten Bereich erreicht. Dabei wird gleichzeitig vermieden, dass die Rohrbrücke übermäßig an die Gehäusedichtsitze angepresst wird. Vorzugsweise liegt das Übermaß in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,30 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,10 mm. Die vorstehend genannten engeren Bereiche führen zu einer guten Dichtwirkung und guten Gängigkeit des Schiebers für die wichtigsten Nennweiten.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführung sind am Außenumfang der Kompensatoreinheit Federelemente oder Aktoren aus einem Formgedächtniswerkstoff mit Memoryeffekt angeordnet, die die Kompensatoreinheit mit einer in axialer Richtung der Kompensatoreinheit wirkenden Kraft beaufschlagen. Die Federelemente bzw. Aktoren stellen sicher, dass das Übermaß und damit die Vorspannung der Kompensatoreinheit unabhängig von etwaiger Materialermüdung und nachlassender Elastizität der Kompensatoreinheit im Betrieb aufrechterhalten wird. Bei kleineren Nenngrößen kann auf die Federelemente gegebenenfalls verzichtet werden. Bei größeren Nenngrößen empfiehlt sich der Einsatz von Federelementen.
  • Der Vorspannweg pro Federelement kann in einem Bereich von 1 mm bis 4 mm liegen. Es hat sich gezeigt, dass im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Übermaß von 0,5 mm bis 1,6 mm die vorstehend genannten Vorspannwege und die damit einhergehende Vorspannung der Federelemente zu optimalen Ergebnissen führt, was die Streckung der Kompensatoreinheit angeht.
  • Vorzugsweise sind 3 bis 6 Federelemente auf dem Außenumfang der Kompensatoreinheit verteilt angeordnet. Damit wird erreicht, dass eine gleichmäßige Krafteinleitung in die Kompensatoreinheit erfolgt und, in Abhängigkeit von der Nennweite, eine ausreichende Anzahl an Federelementen vorgesehen ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Federelemente jeweils als Tellerfedersäulen ausgebildet. Im Unterschied zu Tellerfederpaketen wird bei Tellerfedersäulen der Vorspannweg bei konstanter Vorspannkraft beeinflusst, sodass auf einfache Weise die erfindungsgemäß beanspruchte Vorspannung in Form eines Vorspannweges erreicht wird.
  • Dabei kann vorzugsweise jede Tellerfedersäule 8 bis 12 Tellerfedern aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Anzahl von Tellerfedern zu einer ausreichenden Dichtigkeit selbst nach langem Betrieb der Anlage führt.
  • Besonders wirkungsvoll und wartungsarm ist die Ausführung, bei der die Kompensatoreinheit und die Gehäusedichtsitze jeweils eine Metalldichtung bilden. Diese Art von Dichtungen hat sich im Betrieb von Ethylenanlagen bewährt.
  • Die Kompensatoreinheit kann gehärtete Dichtflächen aufweisen, die mit den Leitplatten in Anlage sind. Dadurch wird der Verschleiß der Rohrbrücke beim Öffnen und Schließen des Schiebers verringert.
  • Die Kompensatoreinheit kann eine einwellige oder mehrwellige Kompensatorwelle aufweisen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Nennweite des Schiebers wird eine einwellige oder mehrwellige Kompensationswelle eingesetzt, um die Elastizität der Rohrbrücke einzustellen, die für die Aufbringung der Dichtwirkung erforderlich ist.
  • Die Erfindung beruht ferner auf dem Gedanken, eine Ethylenanlage mit einem Spaltofen anzugeben, der in einem Produktionsmodus und einem Entkokungsmodus betreibbar ist. Ein erstes Absperrorgan ist in einer Transferleitung und ein zweites Absperrorgan ist in einer Entkokungsleitung angeordnet. Das erste und das zweite Absperrorgan sind wechselseitig in eine Offen- und Schließstellung bewegbar. Das erste und/oder zweite Absperrorgan ist jeweils ein Doppelplattenschieber nach der Erfindung.
  • Im Rahmen der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Ethylenanlage offenbart und beansprucht, bei dem zum Entkoken ein erstes Absperrorgan in einer Transferleitung für Spaltgas, die mit einem Spaltofen verbunden ist, geschlossen und zeitgleich ein zweites Absperrorgan in einer Entkokungsleitung geöffnet wird, die mit der Transferleitung verbunden ist. Das erste und/oder zweite Absperrorgan ist jeweils ein erfindungsgemäßer Doppelplattenschieber.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügte einzige schematischen Figur mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt einen Schnitt eines Doppelplattenrohrbrückenschiebers nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Ein solcher Schieber kommt in Ethylenanlagen zum Einsatz und wird auch als Spaltgasschieber oder Entkokungsschieber bezeichnet.
  • In der Schieber weist ein Gehäuse 23 auf, das die im Gehäuse 23 befindlichen Einbauten fluiddicht umgibt. Mit dem Gehäuse 23 verbunden, insbesondere verschweißt sind zwei Rohrstutzen 29, die in Strömungsrichtung vorne bzw. hinten am Schieber angeordnet sind. Die Rohrstutzen 29 sind im montierten Zustand an entsprechende Leitungen (nicht dargestellt), beispielsweise eine Transferleitung oder eine Entkokungsleitung angeflanscht.
  • Der Schieber verweist ferner einen Plattenkorb 10 auf, in den Schieberplatten 11 eingelegt sind. Die Schieberplatten 11 sind konzentrisch und parallel zueinander angeordnet und schließen in der dargestellten Schließstellung die beiden Rohrstutzen 29 ab. Die Schieberplatten 11 sind lose in den Plattenkorb 10 eingelegt, sodass diese in axialer Richtung, d.h. senkrecht zur Fläche der Schieberplatten 11 bewegbar sind. Dies wird dazu genutzt, die Schieberplatten 11 in der Schließstellung an die am Gehäuse 23 vorgesehenen Gehäusedichtsitze 18, 19 zu pressen. Dazu ist ein Spreizorgan 15 zwischen den beiden Schieberplatten 11 angeordnet, das mit einer Schieberstange 14 verbunden ist. Schieberstange 14 ist fluiddicht im Gehäuse 23 gelagert und durch einen (nicht dargestellten) Antrieb in Längsrichtung bewegbar. Das Spreizorgan 15 weist einen Innenkeil 20 auf, der in einem Außenkeil 21 an der Innenseite der Schieberplatten 11 angeordnet ist. Zur Zentrierung des Spreizorgans 15 ist zwischen den Backen des Innenkeils 20 eine Zentrierkugel 22 angeordnet.
  • Bei Betätigung der Schieberstange 14 wird Innenkeil 20 in den Außenkeil 21 hinein bewegt, wodurch die beiden Schieberplatten 11 auseinandergespreizt werden. Durch die Spreizbewegung werden die beiden Schieberplatten gegen die Gehäusedichtsitze 18,19 gepresst, wodurch eine gute Dichtwirkung in der Schließstellung des Schiebers erreicht wird.
  • Unterhalb bzw. neben dem Plattenkorb 10 ist eine Rohrbrücke 12 angeordnet, die in der Offenstellung (nicht dargestellt) mit den beiden Rohrstutzen 29 fluchtet. Die Rohrbrücke 12 ist mit dem Plattenkorb 10 verbunden, sodass diese zusammen mit dem Plattenkorb 10 durch Betätigung der Schieberstange 14 in die Offen- oder Schließstellung bewegt werden kann. Dazu werden der Plattenkorb 10 und die Rohrbrücke 12 zwischen zwei parallel angeordneten Leitplatten 13 bewegt.
  • Die Rohrbrücke 12 weist eine Kompensatoreinheit 16 auf, deren Höhe die Gesamthöhe der Rohrbrücke 12 bestimmt. Die Kompensatoreinheit 16 weist zwei Dichtringe 24, 25 auf, die konzentrisch und in axialer Richtung voneinander beanstandet angeordnet sind. Zwischen den beiden Dichtringen 24, 25 ist eine Kompensatorwelle 28 angeordnet. Diese ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrwellig ausgebildet. Einwellige Kompensatorwellen sind ebenfalls möglich, insbesondere bei kleineren Nennweiten.
  • Die Kompensatorwelle 28 umfasst einen inneren Rohrabschnitt 26 und einen äußeren Rohrabschnitt 27, die koaxial angeordnet sind. Der innere Rohrabschnitt 26 fluchtet mit den Innenflächen der Dichtringe 24, 25, sodass ein im Wesentlichen glatter Strömungsdurchgang der Rohrbrücke gebildet wird.
  • Die Höhe der Kompensatoreinheit 16 bzw. der Rohrbrücke 12 wird von der Dichtfläche des einen Dichtrings 24 zur Dichtfläche des anderen Dichtrings 25 gemessen. Die Höhe der Kompensatoreinheit 16 weist bezogen auf den lichten Abstand zwischen den Gehäusedichtsitzen 18, 19 ein Übermaß auf, das in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,60 mm liegt. Durch dieses Übermaß wird erreicht, dass die Kompensatoreinheit 16 bzw. die Rohrbrücke 12 mit einer ausreichend großen Dichtkraft gegen die Gehäusedichtsitze 18, 19 in der Offenstellung des Schiebers gepresst wird.
  • Für den Fall, dass die Dichtkraft mit zunehmender Betriebsdauer abnimmt, sind an der Außenseite der Kompensatoreinheit 16 mehrere Tellerfedersäulen 17 vorgesehen. Beispielsweise können 3, 4, 5 oder 6 Tellerfedersäule 17 auf dem Außenumfang der Kompensatoreinheit 16 verteilt angeordnet sein. Die Vorspannung der Tellerfedersäule, konkret der Vorspannweg beträgt pro Säule 1 mm bis 4 mm. Jede Tellerfedersäule kann 8 bis 12 Tellerfedern enthalten.
  • Die Anzahl der Tellerfedersäule in bzw. die Anzahl der Tellerfedern pro Säule hängt von der Nennweite des Schiebers ab.

Claims (12)

  1. Doppelplattenschieber für eine Ethylenanlage, aufweisend konzentrisch in einem Plattenkorb (10) angeordnete Schieberplatten (11) und eine Rohrbrücke (12), die jeweils zwischen Leitplatten (13) zum Absperren und Öffnen einer Leitung durch Betätigung einer Schieberstange (14) bewegbar sind, wobei ein Spreizorgan (15) zwischen den Schieberplatten (11) angeordnet und mit der Schieberstange (14) verbunden ist, und wobei die Schieberplatten (11) in der Schließstellung an Gehäusedichtsitzen (18, 19) anliegen und die Rohrbrücke (12) in der Offenstellung an Gehäusedichtsitzen (18, 19) anliegt, wobei die Rohrbrücke eine Kompensatoreinheit (16) aufweist und in der Offenstellung die Kompensatoreinheit (16) und die Gehäusedichtsitze (18, 19) jeweils eine Dichtung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedichtsitze (18, 19) nicht angefedert sind und die Höhe der Kompensatoreinheit (16) bezogen auf den lichten Abstand zwischen den Gehäusedichtsitzen (18, 19) ein Übermaß in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,60 mm aufweist.
  2. Doppelplattenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermaß in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,30 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,10 mm liegt.
  3. Doppelplattenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der Kompensatoreinheit (16) vorgespannte Federelemente (17) oder Aktoren aus einem Formgedächtniswerkstoff mit Memory Effekt angeordnet sind, die die Kompensatoreinheit (16) mit einer in axialer Richtung der Kompensatoreinheit (16) wirkenden Kraft beaufschlagen.
  4. Doppelplattenschieber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannungweg pro Federelement (17) in einem Bereich von 1 mm bis 4 mm liegt.
  5. Doppelplattenschieber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 6 Federelemente (17) auf dem Außenumfang der Kompensatoreinheit (16) verteilt angeordnet sind.
  6. Doppelplattenschieber nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (17) jeweils als Tellerfedersäule ausgebildet sind.
  7. Doppelplattenschieber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfedersäule 8 bis 12 Tellerfedern aufweist.
  8. Doppelplattenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatoreinheit (16) und die Gehäusedichtsitze (18, 19) eine Metalldichtung bilden.
  9. Doppelplattenschieber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatoreinheit (16) gehärtete Dichtflächen aufweist.
  10. Doppelplattenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatoreinheit (16) eine einwellige oder mehrwellige Kompensatorwelle 28 aufweist.
  11. Ethylenanlage mit einem Spaltofen, der in einem Produktionsmodus und einem Entkokungsmodus betreibbar ist, wobei ein erstes Absperrorgan in einer Transferleitung und ein zweites Absperrorgan in einer Entkokungsleitung angeordnet sind, die wechselseitig in eine Offen- und Schließstellung bewegbar sind, wobei das erste und/oder das zweite Absperrorgan ein Doppelplattenschieber nach Anspruch 1 ist.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Ethylenanlage, bei dem zum Entkoken ein erstes Absperrorgan in einer Transferleitung für Spaltgas, die mit einem Spaltofen verbunden ist, geschlossen und zeitgleich ein zweites Absperrorgan in einer Entkokungsleitung geöffnet wird, die mit der Transferleitung verbunden ist, wobei das erste und/oder das zweite Absperrorgan ein Doppelplattenschieber nach Anspruch 1 ist.
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