EA005338B1 - Инструмент для измельчения кокса - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к инструменту для измельчения кокса, содержащему корпус, который в рабочем состоянии закреплен на буровой штанге и на котором или в котором расположены по меньшей мере по одной форсунке для резания и для бурения кокса и по меньшей мере один клапан для закрывания и открывания форсунок, причем инструмент рассчитан на два разных режима, и по меньшей мере один клапан в режиме бурения закрывает режущие форсунки, тогда как в режиме резания бурильные форсунки закрыты по меньшей мере одним клапаном, и у которого корпус, клапан и форсунки рассчитаны с возможностью обеспечения беспрепятственного прохождения воды от буровой штанги через корпус и клапан, а также не закрытые клапаном форсунки, отличающемуся тем, что закрываемые в зависимости от соответственно выбранного режима форсунки закрыты шариками шарового клапана. Изобретение относится далее к инструменту, у которого устройство для приведения в действие клапана расположено над форсунками.

Description

Изобретение относится к инструменту для измельчения кокса.

На нефтеперерабатывающих заводах последнюю, не используемую в иных целях фракцию сырой нефти превращают в кокс. Превращение происходит путем ввода этой фракции в барабаны, наполняющиеся по мере увеличения продолжительности производства коксом. Когда максимальный уровень заполнения барабанов будет достигнут, кокс вырезают из барабанов.

Это так называемое «декоксование» осуществляют обычно водяными струями высокого давления, которые измельчают кокс и вымывают его из барабанов. Инструмент для создания этих водяных струй высокого давления вводят сверху в барабан через буровые штанги. Декоксование осуществляют в два этапа. Сначала инструментом просверливают в барабане сверху вниз отверстие, затем инструмент направляют снова к верхнему концу барабана и кокс измельчают посредством водяных струй высокого давления, образуемых режущими форсунками приблизительно под прямым углом к оси отверстия.

Инструмент рассчитан, следовательно, на два режима: во-первых, для просверливания отверстия, необходимого для перемещения инструмента и последующего удаления измельченного кокса, а, вовторых, для резания кокса по сечению барабана. Соответственно бурильные форсунки испускают водяные струи высокого давления, по существу, параллельно или под острым углом к оси, образованной буровой штангой и возникающим при бурении отверстием. Режущие форсунки создают, напротив, водяные струи высокого давления, ориентированные, по существу, под прямым или под плоским углом к оси, образованной буровой штангой и отверстием в барабане.

Переключение между режимами «бурение» и «резание» должно происходить быстро и просто. Форсунки, используемые в инструменте, подвержены, что обусловлено высоким давлением воды, износу и должны регулярно заменяться. Соответственно инструмент должен быть выполнен с возможностью быстрой и надежной замены форсунок.

Задачей изобретения является создание инструмента для измельчения кокса, особенно простого и надежного в использовании и обслуживании.

Поставленная задача решается посредством инструмента с отличительными признаками п.1 формулы. Инструменты для измельчения кокса с корпусом, который закреплен в рабочем состоянии на буровой штанге и на котором или в котором расположены, по меньшей мере, по одной форсунке для резания и бурения кокса и, по меньшей мере, один клапан для закрывания и открывания форсунок, известны из уровня техники. Эти инструменты рассчитаны на два разных режима. По меньшей мере один клапан закрывает в режиме «бурение» режущие форсунки, тогда как в режиме «резание» бурильные форсунки закрыты по меньшей мере одним клапаном. Корпус, клапан и форсунки рассчитаны у этих инструментов с возможностью обеспечения беспрепятственного прохождения воды от буровой штанги через корпус и клапан, а также не закрытые клапаном форсунки.

Конструкция такого инструмента существенно упрощается за счет того, что форсунки, подлежащие закрытию в зависимости от соответственно выбранного режима, закрыты шариками шарового клапана. Комбинации из шарового клапана для открывания и закрывания бурильных форсунок и других средств для открывания и закрывания режущих форсунок известны, требуют, однако, применения множества деталей и приводят к инструменту сложной конструкции.

Настоящее изобретение дает то преимущество, что число деталей уменьшено и полностью гарантировано то, что при соответствующем режиме каждый раз только одна форсунка или группа форсунок закрыта, а соответственно другая форсунка или группа форсунок открыта.

Составной частью инструмента является клапан с держателем, находящийся в контакте с шариками для закрывания форсунок. Далее клапану приданы средства для направления шариков и, при необходимости, позиционирующие приспособления, с помощью которых шарики удерживаются в заданных положениях. Клапану придано также устройство для приведения его в действие. Клапан расположен в корпусе инструмента и при работе омывается используемой для удаления кокса водой.

Шарики шарового клапана направлены в держателе клапана соответствующими средствами для направления шариков, либо средства для направления предусмотрены на держателе клапана. Это могут быть, например, полусферы, или направляющие канавки, или желобки, или направляющие носики, которые находятся в контакте с шариками. В качестве альтернативы, однако, возможна также конструкция, при которой приданные держателю клапана шарики расположены посредством пружин в соответствующем данному режиму положении. Средства для направления могут быть, следовательно, отформованы на держателе клапана, либо выполнены независимо от него. Последняя форма выполнения взаимодействует тогда с шариками и держателем клапана для направления шариков. Средства для направления могут быть также выполнены из нескольких частей, например, выемка или желобок в держателе клапана, взаимодействующие с пружинным устройством, с тем, чтобы направлять шарики.

Шарики могут быть выполнены в виде полностью сферических тел. Однако вполне возможно выполнение шариков сферическими на отдельных участках, только там, где они в рабочем состоянии закрывают доступ к форсунке. Сферическое выполнение этого участка поверхности обеспечивает то, что доступ к соответственно закрываемой форсунке надежно герметизируется от проникновения жидкости. Кругообразная шайба, одна сторона которой сферически выпуклая, полностью отвечала бы, например,

-1005338 требованиям закрывания форсунки. Соответственно неполностью сферические тела называются в смысле изобретения также «шарики».

Предпочтительно шарики выполнены в виде симметричных тел, имеющих, по меньшей мере, два сферических участка поверхности. Как правило, эти сферические участки поверхности противоположны друг другу, например в форме шаровых сегментов, которые своей максимальной окружностью граничат между собой. Эти симметричные шарики имеют то преимущество, что их, во-первых, благодаря симметрии легко направлять средствами для направления шариков в держателе клапана. Во-вторых, они имеют то преимущество, что в случае наличия, например, следов износа на первом сферическом участке поверхности симметричные шарики могут быть просто перевернуты. Тогда для герметизации форсунки может быть использован соответственно другой шаровой сегмент со вторым сферическим участком поверхности. Полностью сферическим шарикам в большинстве случаев следует предпочесть симметричные шарики, поскольку, в частности, тогда, когда инструменты должны быть рассчитаны с малым диаметром, симметричные шарики имеют по отношению к диаметру инструмента меньшую толщину, чем полностью сферические шарики.

Согласно первой форме выполнения, держатель клапана встроен в корпус таким образом, что он является частью наружной стенки инструмента. Согласно второй форме выполнения, держатель клапана размещен внутри корпуса. Средства для направления шариков, а также, при необходимости, держатель клапана расположены в корпусе инструмента, однако, как правило, полностью не заполняют его. Соответственно между средствами для направления шариков и держателем клапана, а также корпусом имеются свободные пространства. Согласно одному предпочтительному усовершенствованию изобретения, эти свободные пространства сообщены с внутренним пространством инструмента, так что протекающая в рабочем состоянии через инструмент жидкость может протекать также через эти свободные пространства. Преимущество этого расположения в том, что в инструменте отсутствует перепад давлений между внутренним пространством и свободными пространствами между корпусом и держателем клапана. Соответственно держатель клапана может быть рассчитан с экономией материала, поскольку не приходится улавливать разности давлений с соответствующими сжимающими и растягивающими усилиями. Кроме того, исключение разностей давлений обеспечивает лишенное трения функционирование шаровых клапанов.

В одной особенно предпочтительной форме выполнения инструмент согласно изобретению имеет держатель клапана, у которого форсунки для резания расположены друг над другом в два или более рядов. За счет этого существенно повышается производительность инструмента. Форсунки расположены при этом предпочтительно со смещением в разных рядах.

Переключение с рабочего режима «бурение» в другой рабочий режим «резание» происходит у большинства известных инструментов вручную. Инструмент после первой операции извлекают из барабана и приводят в действие расположенное внутри инструмента устройство, которое по завершении бурения закрывает направленные вниз бурильные форсунки и открывает режущие форсунки.

Это устройство для закрывания одной или нескольких форсунок приводится в действие средствами, которые, с одной стороны, находятся в контакте с устройством для закрывания, а, с другой стороны, содержат элемент управления, приводимый в действие извне. Этот элемент управления у известных инструментов для декоксования размещен всегда под инструментом. Устройства для переключения инструмента для декоксования этой конструкции являются, правда, стабильными и опробованными в эксплуатации. Однако они имеют тот особенно серьезный недостаток, что инструмент приходится полностью извлекать из барабана, и при переключении с «бурения» на «резание» режущие форсунки расположены на высоте роста оператора. Это может вызвать повышенную опасность для оператора, что может произойти в случае отказа контрольного механизма.

В качестве первого пути устранения этого недостатка была предпринята попытка разработать автоматические устройства для переключения инструментов для декоксования. Этому, однако, мешает то, что относительно чувствительные управляющие механизмы трудно разместить на инструменте, который используется в очень сложных условиях с сильными механическими и тепловыми нагрузками.

Согласно изобретению, расположение средств для приведения в действие встроенного в инструмент для декоксования устройства для закрывания одной или нескольких форсунок так, что элемент управления размещен между форсунками и верхним концом инструмента, уже обеспечивает то, что можно избежать несчастных случаев при приводимом в действие вручную устройстве для переключения. Это устройство следует рассматривать как самостоятельное, новое и обладающее изобретательским уровнем решение по созданию простого и надежного инструмента для измельчения кокса.

С этим предпочтительным устройством инструмент при переключении с первого режима на второй или наоборот может оставаться в опорожняемом барабане до тех пор, пока режущие форсунки, испускающие водяные струи высокого давления, остаются закрытыми барабаном. Даже в том случае, если контрольные устройства установки для декоксования выйдут из строя и (неправильно) просигнализируют, что инструмент может быть переключен, хотя он в действительности все еще находится под высоким давлением, оператор может приблизиться к инструменту, не подвергая себя опасности получить травму водяными струями высокого давления.

-2005338

Устройства для закрывания одной или нескольких форсунок выполнены по-разному. Некоторые инструменты оснащены шаровыми клапанами, в другие инструменты помещены полые цилиндры, снабженные вырезами для открывания форсунок. В зависимости от положения полого цилиндра, который, при необходимости, соединен со снабженной вырезами опорной плитой, водяная струя высокого давления выходит или соответствующая форсунка закрыта полым цилиндром или соответственно опорной плитой. При этом полый цилиндр закрывает режущие форсунки или открывает их, тогда как опорная плита открывает бурильные форсунки или закрывает их.

Почти для любого из известных устройств можно предусмотреть устройство для переключения инструмента для декоксования, у которого элемент управления размещен над форсунками и под верхним концом инструмента.

В качестве особенно предпочтительного варианта следует рассматривать то, что даже существующая и, поскольку речь идет об устройстве для закрывания одной или нескольких форсунок, зарекомендовавшая себя техника может быть оснащена устройством согласно изобретению.

Предпочтительная форма выполнения изобретения более подробно поясняется ниже со ссылкой на чертеж, на котором изображают:

фиг. 1 - продольный разрез формы выполнения инструмента, согласно изобретению в режиме «бурение»;

фиг. 2 - второй продольный разрез идентичной формы выполнения инструмента согласно изобретению в режиме «бурение», сделанный под углом к разрезу на фиг. 1;

фиг. 3 - продольный разрез формы выполнения инструмента согласно изобретению в режиме «резание»;

фиг. 4 - второй продольный разрез идентичной формы выполнения инструмента согласно изобретению в режиме «резание», сделанный под углом к разрезу по фиг. 3;

фиг. 5 - разрез инструмента во второй форме выполнения.

На фиг.1 изображен инструмент 2 с корпусом 4, двумя форсунками 6 для резания кокса и двумя другими, лишь обозначенными здесь форсунками 8 для бурения кокса, а также клапаном 10 для открывания и закрывания форсунок 6, 8.

Инструмент 2 висит в рабочем состоянии на буровой штанге (подробно не показана), и его помещают в заполненный коксом барабан. Термины «вверху» и «внизу» относятся у изображенного на фиг. 1-4 инструмента к оси А, которая соосна с буровой штангой (вверху) и выполненным инструментом отверстием (внизу, не показано).

Корпус 4 выполнен из двух частей. Между расположенной на буровой штанге (не показана) верхней половиной 4а и нижней половиной 4Ь корпуса расположен клапан 10. Верхняя половина 4а корпуса закреплена на буровой штанге фланцем 12. Она проходит оттуда в виде, по существу, цилиндрического полого тела к нижней половине 4Ь корпуса. На конце верхней половины 4а корпуса, которой придан клапан 10, отформована кольцеобразная опора 14. На этой опоре 14 снизу закреплен держатель 16 клапана.

Для более простой и более точной ориентации держателя 16 клапана на опоре 14 на ней и на держателе 16 клапана предусмотрены взаимодействующие между собой упорные поверхности 18а, 18Ь, 20а, 20Ь. В зоне упорных поверхностей 20а, 20Ь предусмотрено кольцеобразное уплотнение 22.

Держатель 16 клапана свинчен с опорой 14 винтами 24, которые входят в резьбовые отверстия (не показаны) в опоре 14 и держателе 16 клапана.

Держатель 16 клапана представляет собой цилиндрическое полое тело, в котором выполнено промежуточное дно 26, проходящее, по существу, под прямым углом к оси А. По промежуточному дну 26 катаются два шарика 28 шарового клапана 10. Шарики 28 позиционируются по внешней периферии промежуточного дна 26 или соответственно держателя 16 клапана. В этом положении они удерживаются позиционирующими приспособлениями как в каждом из режимов «бурение» и «резание», так и во время переключения с одного режима на другой. В данном примере выполнения позиционирующее приспособление выполнено в виде пружины 30, натянутой между обоими шариками 28.

Положение шариков 28 на промежуточном дне 26 определяется средствами для ведения шариков. Эти средства для ведения шариков 28 выполнены в данном примере в виде полусфер 32, которые охватывают верхнюю половину шариков 28 и пружину 30. От полусфер 32 вверх проходит направляющая 34.

Промежуточное дно 26 держателя 16 клапана, как показано на фиг. 2, имеет отверстия 36, число которых равно числу шариков 28. Держатель 16 клапана имеет в своей наружной стенке 38 отверстия 40, в которые вставлены режущие форсунки 6.

Под промежуточным дном 26 или на его нижней стороне предусмотрены упорные поверхности 42а, 42Ь, 44а, 44Ь. Упорные поверхности 42а, 42Ь проходят параллельно оси А, а упорные поверхности 44а, 44Ь - перпендикулярно оси А.

Нижняя половина 4Ь корпуса прилегает к этим упорным поверхностям 42а, 42Ь, 44а, 44Ь и закреплена на держателе 16 клапана винтами 46, которые входят в его резьбовые отверстия (не показаны). В зоне упорных поверхностей 44а, 44Ь предусмотрено кольцеобразное уплотнение 48.

-3005338

Полость 50 в нижней половине 4Ь корпуса обеспечивает беспрепятственный поток жидкости через отверстия 36 к бурильным форсункам 8, расположенным в нижней половине 4Ь корпуса.

Бурильные форсунки 8 обозначены здесь схематично.

Изображенный на фиг.1 и 2 инструмент 2 находится в режиме «бурение». В этом режиме шарики 28 шарового клапана 10 закрывают отверстия 40 в наружной стенке 38 держателя 16 клапана. Диаметр шариков 28 рассчитан так, что отверстия 40 закрываются надежно и полностью.

Одновременно, как показано на фиг. 2, отверстия 36 в промежуточном дне 26 держателя 16 клапана открыты. Вода, поступающая под высоким давлением из буровой штанги в инструмент 2, течет через внутреннее пространство 52 инструмента над промежуточным дном 26, через отверстия 36, проходит затем через полость 50 в нижней половине 4Ь корпуса и выходит наконец через форсунки 8 в заполненный коксом барабан (не показан).

Для переключения с режима «бурение» в режим «резание» на инструменте 2 предусмотрено устройство 54 для приведения в действие клапана 10. Устройство 54 содержит цилиндрическое полое тело 56, вставленное в верхнюю половину 4а корпуса. Нижний конец полого тела 56 имеет выемки 58, находящиеся в зацеплении с направляющей 34 шарового клапана 10. Верхний конец 60 полого тела 56 выполнен по типу зубчатого венца. С этим верхним, выполненным по типу зубчатого венца концом 60 полого тела 56 в зацеплении находится зубчатое колесо 62. На зубчатом колесе 62 закреплена ось 64, пропущенная через верхнюю половину 4а корпуса. Ось 64 перемещают ключом от руки.

Для переключения с режима «бурение» в режим «резание» путем вращения оси 64 приводят в действие зубчатое колесо 62. Находящееся в зацеплении с зубчатым колесом 62 полое тело 56 вращается зубчатым колесом 62 в верхней половине 4а корпуса. Вместе с полым телом 56 вращаются направляющая 34 и, тем самым, также шарики 28 шарового клапана 10. За счет вращения шариков 28 по держателю 16 клапана открываются отверстия 40, в которых форсунки 6 (фиг. 3) были закрыты. Шарики 28 движутся путем вращения рукоятки 64 по дуге окружности, пока отверстия 36 не будут полностью закрыты (фиг. 4).

На фиг. 3 и 4 инструмент 2 изображен в режиме резания. Из буровой штанги вода под высоким давлением течет во внутреннее пространство 2 верхней половины 4а корпуса и выходит из режущих форсунок 6 в качестве единственно возможных выпусков примерно под прямым углом к оси А. Отверстия 36 надежно и полностью закрыты расположенными над ними шариками 28. Запорному действию шариков 28 в этом положении, как и при закрывании отверстий 40, дополнительно способствует то, что чрезвычайно высокое давление воды, составляющее гораздо выше 100 бар, прижимает шарики к держателю клапана.

Изображенный на фиг.1-4 пример выполнения касается конструктивной формы выполнения изобретения, содержащей две форсунки 6 для резания и две форсунки 8 для бурения. К объекту изобретения относятся, конечно, и формы выполнения, содержащие по три и более форсунок 6, 8. Точно так же не требуется, чтобы число форсунок 6, 8 было одинаковым. В частности, для форм выполнения изобретения с тремя и более форсунками, требующими более двух шариков 28, в качестве позиционирующего приспособления может служить отдельная направляющая для каждого шарика. Пружины 30 тогда не требуется.

Такая форма выполнения инструмента 2 с несколькими форсунками изображена по фиг. 5 (одинаковые детали обозначены теми же ссылочными позициями). Инструмент 2 содержит корпус 4 и клапан

10. Держатель 16 клапана вставлен в корпус. Режущие форсунки 6 у формы выполнения на фиг. 5 расположены двумя рядами друг над другом. Форсунки 6А, 6В изображены на чертеже непосредственно вертикально друг над другом, а в действительности - со смещением по отношению друг к другу под углом около 60°. Это обозначено соответствующей штриховкой.

Шарики 28, которые в зависимости от режима открывают или закрывают форсунки 6 и отверстия 36, снабжающие бурильные форсунки 8, размещены в средствах для направления, которые в виде опоры 33 с отформованными направляющими носиками 35 фиксируют шарики 28 в заданном положении. Опора 33 размещена на цилиндрическом полом теле 56, которое относится к устройству 54 для приведения в действие клапана 10. Направляющие носики 35 вызывают надежное позиционирование шариков 28, так что пружин не требуется. Устройство 54 для приведения в действие клапана соответствует в остальном изображенным на фиг.1-4 выполнениям.

Между корпусом 4, держателем 16 клапана и средствами 33 для ведения шариков 28 имеются свободные пространства 66, гидравлически сообщенные с внутренним пространством 52. Вода, протекающая через инструмент 2 в рабочем состоянии, течет, следовательно, как сквозь внутреннее пространство 52, так и сквозь свободные пространства 66, что предотвращает любую разность давлений.

Claims (13)

1. Инструмент для измельчения кокса, содержащий корпус, который в рабочем состоянии закреплен на буровой штанге и на котором или в котором расположены по меньшей мере по одной форсунке как для резания, так и для бурения кокса и по меньшей мере один клапан для закрывания и открывания фор

-4005338 сунок, причем инструмент рассчитан на два разных режима и по меньшей мере один клапан в режиме бурения закрывает режущие форсунки, тогда как в режиме резания бурильные форсунки закрыты по меньшей мере одним клапаном, и у которого корпус, клапан и форсунки рассчитаны с возможностью обеспечения беспрепятственного прохождения воды от буровой штанги через корпус и клапан, а также не закрытые клапаном форсунки, отличающийся тем, что закрываемые в зависимости от соответственно выбранного режима форсунки закрыты шариками шарового клапана.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что шарики (28), по меньшей мере, на отдельных участках выполнены сферическими.

3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что шарики (28) имеют по меньшей мере два сферических участка поверхности.

4. Инструмент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что шарики (28) выполнены симметричными.

5. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что шарики (28) удерживаются в своем положении пружиной (30).

6. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что шарики (28) шарового клапана (10) находятся в контакте со средствами (32) для направления.

7. Инструмент по п.6, отличающийся тем, что средства для направления шариков (28) шарового клапана (10) выполнены в форме полусфер (32), охватывающих шарики (28).

8. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что клапан (10) находится в контакте со средствами (54) для приведения в действие клапана, в частности для переключения с первого режима во второй режим.

9. Инструмент по п.8, отличающийся тем, что средства (32) для направления шариков (28) содержат направляющую (34), которая находится в контакте со средствами (54) для приведения в действие клапана (10).

10. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что держатель (16) клапана расположен в корпусе (4), при этом между корпусом (4) и держателем (16) клапана имеется свободное пространство (66), причем свободное пространство (66) гидравлически сообщено с внутренним пространством (52) инструмента.

11. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере две форсунки (6) для резания вставлены в отверстия (40) и по меньшей мере два отверстия (36) выполнены в промежуточном дне (26) держателя (16) клапана (10), при этом отверстия (36) закрыты шариками (28), когда инструмент (2) находится в режиме резания, а отверстия (40) закрыты шариками (28), когда инструмент (2) находится в режиме бурения.

12. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что по меньшей мере две форсунки (6А, 6В) расположены друг над другом.

13. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что он содержит средства (54) для приведения в действие клапана (10), причем эти средства (54) расположены между форсунками (6, 8) и верхним концом инструмента (2).