ES2328200B1 - Estructura para ciclos termicos extremos. - Google Patents
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Abstract
Estructura para ciclos térmicos extremos que
tiene un elemento de soporte que sostiene un recipiente en
principio por fuerzas de apoyo y de fricción en vez de soldaduras.
El elemento de soporte tiene una porción de soporte con una
conicidad hacia adentro debajo de una zona de transición que separa
una sección cilíndrica del recipiente de una sección inferior
inclinada. La porción de soporte del elemento de soporte sigue
dicha inclinación; proporcionando un área de contacto extendida
entre el elemento de soporte y el recipiente. Una sección anular
del elemento de soporte se puede calentar y expandir antes de
ponerla alrededor de la sección cilíndrica del recipiente para
proporcionar un pretensado. De ser necesario, puede haber un fleje
que se extiende hacia abajo desde el recipiente sobre un borde
superior del elemento de apoyo.
Description
Estructura para ciclos térmicos extremos.
La presente invención se refiere en general a
estructuras que se utilizan en el tratamiento industrial de grandes
volúmenes de material caliente. En particular, la invención se re
fiere a recipientes herméticos a prueba de presión que se pueden
utilizar para la coquización diferida de petróleo.
La coquización diferida de petróleo es un
proceso donde se calienta una fracción del petróleo hasta una
temperatura a la cual este se descompone térmicamente para dar
coque sólido como producto y un producto de hidrocarburo destilado.
En general, primero se destila una alimentación de petróleo líquido
hasta que se recuperan los extremos más livianos y queda un residuo
pesado. Este residuo pesado de brea caliente y pesados de craqueo
catalítico o aceite de reciclaje se carga por el fondo de una
estructura denominada un tambor de coquización.
Los tambores de coquización son recipientes a
prueba de presión con una disposición vertical que miden comúnmente
entre 3.65 m y 9,75 m de diámetro con una sección cilíndrica de
entre 9,14 m y más de 24,38 m de altura. Un tambor de coquización
típicamente tiene una sección de fondo cónico para dar uniformidad
de soporte ante los esfuerzos a los que se somete a la estructura,
y está reforzada por un faldón soldado a una zona de transición (o
cerca de la misma) que está entre la sección cilíndrica y la
sección de fondo cónico.
En el tambor de coquización, el residuo pesado
se sigue calentando hasta aproximadamente 537,8ºC y sufre craqueo y
coquización extensivos y controlados en condiciones de alta
presión. A producto de craqueo más liviano se eleva hacia la parte
superior del tambor de coquización en un proceso denominado
destilación por arrastre de vapor y se extrae.
Queda un producto más pesado que se somete a
craqueo para dar coque, una sustancia sólida, similar al carbón.
Usualmente el coque se purga con vapor para eliminar cualquier
componente volátil remanente. Una vez completo el proceso de
craqueo y coquización, se introduce agua de enfriamiento y se
utilizan chorros de agua a alta presión para cortar, desprender y
extraer el coque. El agua reduce la temperatura en el tambor hasta
aproximadamente 93,3ºC o menos antes de comenzar un nuevo ciclo.
Para aumentar la velocidad de producción, la operación de
enfriamiento frecuentemente se realiza lo más rápidamente posible.
El tiempo del ciclo para un recipiente típicamente es de 48 horas o
menos.
Las operaciones cíclicas de calentamiento y
enfriamiento de recipientes tales como los tambores de coquización
causan el deterioro de la estructura con el transcurso del tiempo.
Los recipientes sometidos a dichos ciclos térmicos extremos pueden
experimentar una falla en el área donde el faldón de soporte está
soldado al forro del recipiente. Puede ocurrir agrietamiento y la
falla estructural del faldón de soporte, de la pared del
recipiente, y/o en la soldadura de la unión.
Sería ventajosa una estructura más resistente al
agrietamiento y otras fallas relacionadas con la fatiga.
Los inventores han desarrollado una nueva
estructura para contener sustancias durante ciclos térmicos
extremos. El recipiente donde se mantienen las sustancias- puede
tener una forma convencional, con una sección cilíndrica alta y una
sección inferior inclinada que se extiende debajo de una zona de
transición. A diferencia de diseños anteriores, el recipiente está
reforzado con una nueva clase de elemento de soporte que puede no
ser necesario que esté soldado al recipiente. Al reducir la cantidad
de soldaduras entre el recipiente y el elemento de soporte se
obtiene una conexión más flexible que puede reducir la fatiga. Esta
también puede reducir los esfuerzos que son resultado de la
contracción de la soldadura, zonas en el acero afectadas por el
calor inducido por la soldadura, y altos esfuerzos locales, todo lo
cual contribuye a mejorar resistencia a la fatiga.
En vez de usar soldaduras, el nuevo elemento de
soporte sostiene el recipiente en principio por fuerzas de apoyo y
de fricción. Este incluye una sección de apoyo con una conicidad
hacia adentro por debajo de la zona de transición, siguiendo la
inclinación de la sección inferior del recipiente. Esta sección de
apoyo proporciona una mayor área de contacto entre el recipiente y
el elemento de apoyo, que también puede reducir los esfuerzos
térmicamente inducidos tanto en el recipiente como en el elemento de
soporte proporcionando un gradiente de temperatura más uniforme
entre el recipiente y el elemento de apoyo. Un gradiente de
temperatura más uniforme puede también mejorar la resistencia a la
fatiga de la estructura.
Opcionalmente, el elemento de soporte puede
incluir ya sea una pared del faldón continua o un conjunto de placas
de soporte que están montadas en un armazón de miembros
estructurales. Una sección superior anular puede rodear el contorno
de la sección cilíndrica del recipiente, y se puede calentar antes
de unir el recipiente y el elemento de soporte para dar un soporte
pretensado. También, se puede aplicar una capa de masilla para alta
temperatura entre el recipiente y las superficies de soporte en el
elemento de soporte para mejorar adicionalmente la conductividad
térmica entre los dos componentes.
La invención se puede comprender mejor haciendo
referencia a las figuras adjuntas, donde:
La Fig. 1 es una vista en elevación de una forma
de realización de una estructura que incorpora la invención.
La Fig. 2 es una vista ampliada, en sección
transversal de una parte a través de una porción de la estructura
que se ve en la Fig. 1.
La Fig. 3 es una vista en sección transversal de
una parte a través de una correspondiente porción de una estructura
donde la estructura de soporte no incluye el uso de zonas de
transición.
Las Figs. 4 y 5 son vistas ampliadas en sección
transversal de una parte y del extremo de la misma porción
correspondiente de una estructura que usa detalles alternativos del
soporte.
El tambor de coquización 10 que se ve en las
Figs. 1 y 2 es un ejemplo de una estructura que utiliza la presente
invención. En general, este incluye un recipiente 12 y un elemento
de soporte 14.
El recipiente 12 tiene una sección cilíndrica 20
y una sección inferior inclinada 22. Una sección cilíndrica típica
en un tambor de coquización puede tener una altura de entre 9,14 m
y más de 24,38 m y un diámetro de entre 3.65 m y 9,75 m. En los
tambores de coquización, la sección cilíndrica frecuentemente se
hace de placas de acero soldadas que tienen un espesor nominal de
aproximadamente 1,90 - 6,35 cm o mayor. La sección inferior del
recipiente se extiende en general debajo de una zona de transición
26 que separa a la sección cilíndrica de la sección inferior. En
este ejemplo, la sección inferior es una sección cónica que es
común en los tambores de coquización. El ángulo del cono en la
sección cónica puede variar. Aunque la disposición que se ilustra es
típica, se pueden usar recipientes con otras disposiciones.
El elemento de soporte 14 que se ilustra
sostiene el recipiente 12 sin soldaduras. Este ejemplo incluye una
pared del faldón continua 30 con una sección superior anular 32 que
rodea la circunferencia de una porción de la sección cilíndrica 20
del recipiente. En este ejemplo, la pared del faldón incluye una
zona de transición 36 que se corresponde con la zona de transición
26 del recipiente. Una porción de soporte 40 de la pared del faldón
presenta una conicidad hacia adentro debajo de la zona de transición
del recipiente, siguiendo la inclinación de la sección inferior 22
del recipiente. Aunque todas las porciones de la pared del faldón
que se ilustra siguen los contornos del recipiente, en otros
ejemplos, algunas porciones de la pared del faldón pueden desviarse
del contorno del recipiente. Como alternativa, el faldón se puede
construir sin una zona de transición. Este puede tener, por
ejemplo, una porción cónica inferior que está soldada directamente
a una sección cilíndrica que rodea a la sección cilíndrica del
recipiente. O, según se ve en la Fig. 3, este podría consistir solo
en una porción cónica de soporte 40' donde reposa el recipiente
12'.
No es necesario que la pared del faldón 30 sea
continua. Según se ve en las Figs. 4 y 5, por ejemplo, esta se
puede construir de placas de soporte 50 montadas sobre un armazón
de miembros estructurales 52, como por ejemplo vigas en H.
La pared 30 del faldón que se ilustra
proporciona un área de contacto extendida con el recipiente 12. En
una disposición típica del arte anterior, el contacto primario
entre el faldón de soporte y recipiente es en la línea de la
soldadura entre la zona de transición y el faldón. En un recipiente
de 7,62 m de diámetro, esto da como resultado que la mayor parte de
las fuerzas entre el recipiente y el elemento de soporte pasan a
través de un área estrecha que incluye tan poco como aproximadamente
1,21 m^{2} de material en la zona de transición o cerca de la
misma. En el ejemplo que se ilustra, donde el recipiente está
reforzado periféricamente por una estructura que proporciona una
superficie de contacto anular que supera las 45,72 cm de ancho, el
área de contacto total entre la pared del faldón 30 y el recipiente
12 puede exceder fácilmente los 92.94 m^{2}, más de un orden de
magnitud mayor que en la correspondiente disposición del arte
anterior. Esta mayor área de contacto puede mejorar la conductividad
térmica entre la pared del faldón y el recipiente, reduciendo los
esfuerzos pico que experimentarán ya sea el faldón o el recipiente
durante los ciclos térmicos. En el conjunto que se ilustra, la
mayor parte del contacto entre el recipiente y el elemento de
soporte 14 sucede entre el elemento de soporte y la sección inferior
22 del recipiente, aunque en otras instalaciones se pueden preferir
otras disposiciones.
El elemento de soporte 14 se puede calentar y
expandir antes de unirlo al recipiente 12. Esto puede proveer un
"encastre a presión" entre el recipiente y el elemento de
soporte cuando los dos elementos alcanzan el equilibrio térmico. El
ajuste apretado puede mejorar la capacidad de carga de estructural
del conjunto, y el ajuste a presión de la sección cilíndrica 20 del
recipiente en la sección superior anular 32 del elemento de soporte
puede pretensar el recipiente en un estado de compresión. El
pretensado del recipiente en un estado de compresión puede reducir a
su vez los esfuerzos pico de tensión durante los ciclos térmicos, y
por lo tanto puede mejorar adicionalmente la resistencia a la
fatiga de la estructura.
Para mejorar la conductividad térmica entre el
elemento de soporte 14 y el recipiente 12, se puede aplicar una
capa de masilla para alta temperatura 55 entre el recipiente y una
superficie de soporte 58 en el elemento de apoyo.
De ser necesario, se pueden montar uno o más
flejes 60 en la sección cilíndrica 20 del recipiente 12, que se
extienden hacia abajo sobre un borde superior 62 del elemento de
soporte 14. Dichos flejes pueden contribuir a mantener la parte
superior del elemento de soporte contra el recipiente, o a
transferir entre sí los esfuerzos transversales o hacia arriba.
El elemento de soporte 14 se puede montar en su
lugar de varias maneras. La sección de la base 70 del elemento de
soporte que se muestra en las figuras es relativamente cilíndrica,
y está soldada a una zona de transición de curvatura inversa 72 en
el extremo inferior de la porción de soporte 40 del elemento de
apoyo. Nuevamente, en algunas circunstancias la zona de transición
se podría reemplazar por una soldadura de cono a cilindro. La
sección de base que se ilustra incluye un banco 74 convencional que
se utiliza para montar la sección de base en un cimiento 76. También
se pueden utilizar otros soportes para puntos de anclaje.
La presente descripción de diversos formas de
realización de la invención se ha provisto para propósitos de
ilustración. Se pueden realizar revisiones o modificaciones
evidentes para aquellos con una experiencia normal en el arte sin
apartarse de la invención.
Claims (21)
1. Una estructura para contener sustancias que
están sometidas a ciclos térmicos entre temperaturas que varían en
más de aproximadamente 500ºF (260ºC), la estructura
caracterizada por un recipiente hermético a prueba de presión
que tiene una sección inferior inclinada que se extiende debajo de
una zona de transición, y un elemento de soporte que presenta una
conicidad hacia adentro debajo de la zona de transición del
recipiente, donde dicho elemento de soporte contacta y soporta la
sección inferior inclinada del recipiente, sosteniendo el recipiente
en principio por fuerzas de apoyo y de fricción, y se extiende hacia
abajo hasta un cimiento transmitiendo el peso del recipiente al
cimiento.
2. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene una sección cilíndrica pretensada que rodea una porción de una
sección cilíndrica del recipiente.
3. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque hay una capa de
masilla para alta temperatura entre el recipiente y una superficie
de soporte del elemento de apoyo.
4. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
incluye una pared del faldón continua.
5. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
incluye placas de soporte que están montados sobre varios miembros
estructurales.
6. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene una sección superior anular que rodea la circunferencia de una
porción de una sección cilíndrica del recipiente.
7. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque la mayor parte del
contacto entre el recipiente y el elemento de soporte sucede entre
el elemento de soporte y la sección inferior inclinada del
reci-
piente.
piente.
8. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
sostiene al recipiente sin soldaduras.
9. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
sostiene al recipiente sin soldaduras en la zona de transición en el
recipiente.
10. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque hay uno o más flejes
que se extienden hacia abajo desde el recipiente sobre un borde
superior del elemento de apoyo.
11. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene una sección de la base que se extiende hacia abajo desde una
zona de transición de curvatura inversa adyacente a la sección
inferior inclinada del recipiente.
12. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene una sección de base cilíndrica que se extiende hacia abajo
desde la sección inferior inclinada del recipiente.
13. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene una sección de base que está soldada a una porción de soporte
inclinada del elemento de apoyo.
14. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
se extiende hacia uno o más soportes para puntos de anclaje
separados del recipiente.
15. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene un área de contacto con el recipiente extendida.
16. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de soporte
tiene una porción anular de soporte que entra en contacto y rodea
sustancialmente el recipiente y mide por lo menos 18'' de ancho.
17. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el recipiente es un
tambor de coquización.
18. Una estructura según se establece en la
reivindicación 1, caracterizada porque el recipiente tiene un
diámetro de por lo menos 12 pies.
19. Una estructura para contener sustancias que
están sometidas a ciclos térmicos entre temperaturas que varían en
más de aproximadamente 500ºF (260ºC), caracterizada por un
recipiente hermético a prueba de presión que tiene una sección
inferior inclinada que se extiende debajo de una zona de transición,
y un elemento de soporte que presenta una conicidad hacia adentro
debajo de la zona de transición del recipiente, donde dicho elemento
de soporte soporta la sección inferior inclinada del recipiente sin
estar físicamente unido a él, sosteniendo el recipiente en principio
por fuerzas de apoyo y de fricción, y se extiende hacia abajo hasta
un cimiento transmitiendo el peso del recipiente al cimiento.
20. Una estructura para contener sustancias que
están sometidas a ciclos térmicos entre temperaturas que varían en
más de aproximadamente 500ºF (260ºC), caracterizada por un
recipiente hermético a prueba de presión que tiene una sección
inferior inclinada que se extiende debajo de una zona de transición,
y un elemento de soporte que presenta una conicidad hacia adentro
debajo de la zona de transición del recipiente, donde dicho elemento
de soporte contacta y soporta la sección inferior inclinada del
recipiente, sosteniendo el recipiente en principio por fuerzas de
apoyo y de fricción en una situación no a prueba de presión y no a
prueba de fuga de líquido, y se extiende hacia abajo hasta un
cimiento transmitiendo el peso del recipiente al cimiento.
21. Una estructura para contener sustancias que
están sometidas a ciclos térmicos entre temperaturas que varían en
más de aproximadamente 500ºF (260ºC), caracterizada por un
recipiente que tiene una sección inferior inclinada que se extiende
debajo de una zona de transición, y un elemento de soporte que
presenta una conicidad hacia adentro debajo de la zona de transición
del recipiente, donde dicho elemento de soporte contacta y soporta
la sección inferior inclinada del recipiente, sosteniendo el
recipiente en principio por fuerzas de apoyo y de fricción, y se
extiende hacia abajo hasta un cimiento transmitiendo el peso del
recipiente al cimiento.
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