ITMI992548A1

ITMI992548A1 - Contenitore a tenuta di pressione per trattamenti termici ciclici

Info

Publication number: ITMI992548A1
Application number: IT1999MI002548A
Authority: IT
Inventors: Lestle R Shockley; Coby W Stewart
Original assignee: Chicago Bridge & Iron Co
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-06-03
Also published as: ITMI992548A0; JP2000170916A; US6193848B1; AR021603A1; KR100592054B1; ES2190294B1; ES2190294A1; BR9906160A; KR20000047943A; CA2290926A1; CA2290926C; IT1314110B1

Description

Descrizione

Sfondo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale a contenitori a tenuta di pressione per la manipolazione di grandi volumi di un prodotto durante il trattamento del prodotto con un ciclo termico con una temperatura superiore a circa 700 gradi Fahrenheit. In particolare, l'invenzione si riferisce a contenitori a tenuta di pressione che possono essere usati per la cokefazione ritardata di petrolio.

La cokefazione ritardata di petrolio è un processo in cui una frazione di petrolio viene riscaldata fino a una temperatura alla quale esso si decompone termicamente in modo da ottenere un prodotto di coke solido e un prodotto distillato di idrocarburi. In generale, un quantitativo di petrolio liquido alimentato viene inizialmente distillato fino a che non sono state recuperate le estremità' piu' leggere lasciando un residuo pesante. Questo residuo pesante viene in generale preriscaldato a una temperatura di almeno circa 700°F prima di venire alimentato in un contenitore a tenuta di pressione.

Nel contenitore, esso può' essere ulteriormente riscaldato fino a temperature di 1000°F in condizioni di elevata pressione, che impediscono alla frazione di petrolio di evaporare fino a che essa non si è parzialmente decomposta.

Il processo di decomposizione produce vapori di idrocarburi e un catrame pesante che continua a decomporsi fino a che nel contenitore non rimane coke poroso. La evaporazione forma pori e canali nel residuo che possono essere riempiti da residuo aggiuntivo.

Una volta che il contenitore è riempito, il residuo viene fatto raffreddare, formando coke. Il coke può ' quindi essere lavato con vapore per rimuovere ogni componente volatile rimanente.

Per completare il processo, si aggiunge acqua nel contenitore per temprare il coke. Quando il livello dell'acqua progressivamente sale nel contenitore, essa tempra il coke fino a una temperatura inferiore a 200°F.

Per aumentare la velocita' del processo, l'operazione di tempra rapida viene eseguita alla massima velocita' possibile. Sfortunatamente, quanto maggiore è la velocita' di tempra del coke, tanto maggiore è l'usura e lo stress del contenitore.Una

delle principali cause di questa usura e stress consiste nel fatto che la piastra di acciaio e il materiale di saldatura che unisce gli anelli della piastra che forma il contenitore presentano differenti resistenze di snervamento e deformazione permanente. In corrispondenza dei punti di saldatura circonferenziali, i cicli termici provocano un progressivo aumento delle tensioni permanenti, che conducono alla fine alla distorsione e alla fessurazione in corrispondenza o in prossimità1 delle saldature e spesso alla fine della vite utile del contenitore .

Come descritto nel brevetto US n. 3,936,358, sono stati fatti dei tentativi per ridurre l'usura e lo stressa nei contenitori, mediante controllo della velocita' di tempra. Sfortunatamente, ciò' può' ridurre la velocita' di produzione.

Piu' di recente, sono stati fatti degli sforzi per regolare la composizione del materiale di saldatura in modo che la sua resistenza di snervamento corrispondesse meglio a quella delle piastre di acciaio adiacenti. Si spera che una maggiore corrispondenza riduca gli sforzi in corrispondenza dei punti di saldatura, allungando la vita utile del contenitore. Sfortunatamente, i contenitori che usano i nuovi materiali di saldatura non sono in servizio da un tempo sufficiente per sapere se questa soluzione avrà successo.

Rimane quindi l'esigenza di un contenitore a tenuta di pressione che possa resistere meglio a cicli termici estremi.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

L'invenzione si riferisce a un contenitore a tenuta di pressione che presenta una resistenza migliorata rispetto a cicli di temperatura estremi, e quindi con una vita utile prolungata nel caso di operazioni quali la cokefazione ritardata di petrolio.

Come molti contenitori previsti per prodotti soggetti a severi cicli termici, il contenitore presenta una sezione cilindrica disposta verticalmente che contiene la maggior parte del volume di lavoro del contenitore. La sezione cilindrica è composta da grandi piastre metalliche, in generale si tratta di piastre di dimensioni 10' per 40'.

A differenza dei contenitori precedenti usati per questi scopi, le piastre metalliche sono disposte verticalmente piuttosto che orizzontalmente. Disponendo le piastre in questo modo, cosi che i bordi verticali di ciascuna piastra metallica siano piu' lunghi di sedici o venti piedi, si ottiene una sezione critica con una altezza estesa in cui non sono presenti giunzioni orizzontali. Le attrezzature di piegatura di piastre convenzionali non sono in grado di piegare una piastra oltre una larghezza di venti piedi. Di conseguenza, anche se è relativamente semplice piegare una piastra di IO1 per 40' cosi che i bordi di 10' rimangano diritti e i bordi di 40' siano curvati, risulta piu' difficile piegare piastre come richiesto per la presente invenzione; ovvero in modo che le stesse presentino un bordo diritto di lunghezza superiore a sedici o venti piedi.

È stato riscontrato che la distorsione e le fessurazioni nelle saldature che terminano la vita utile dei contenitore a tenuta di pressione usati per la cokefazione ritardata di petrolio si verificano di solito in corrispondenza di una giunzione orizzontale (o circonferenziale) entro o in prossimità' dei sedici piedi inferiori al di sopra della base del contenitore. Quindi eliminando le giunzioni orizzontali in questa posizione è possibile eliminare il punto di rottura piu' probabile, aumentando significativamente la vita del contenitore.

In alternativa, se la sezione critica del contenitore viene riscontrata in una posizione piu' alta, è possibile posizionare li le piastre disposte verticalmente .

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La fig. 1 mostra una vista di una forma di un contenitore a tenuta di pressione secondo la presente invenzione, con il mantello mostrato solo in un dettaglio frammentario,

la fig. 2 mostra una vista simile di una forma alternativa di un contenitore a tenuta di pressione secondo la presente invenzione,

la fig. 3 mostra una vista simile di un'altra forma alternativa di un contenitore ,a tenuta di pressione secondo la presente invenzione,

la fig. 4 mostra una vista simile di un contenitore pressurizzato di costruzione convenzionale usato per la cokefazione del petrolio,

e

la fig. 5 mostra una vista in pianta ingrandita del contenitore di fig. 1 presa lungo le linee 5-5 di fig. 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

La fig. 1 mostra un esempio di un contenitore a tenuta di pressione che offre una vita utile superiore in condizioni di cicli termici severi. Il contenitore illustrato (10) è previsto per la cokefazione del petrolio, e comprende una base (12), una sezione cilindrica (14), una testa (16) e un mantello (18). Il contenitore può' avere una altezza da 30 fino a 130 piedi o piu', e ha un diametro tra circa venti piedi e cinquanta piedi o piu'. Esso presenta un volume interno di almeno circa 10.000 piedi cubici. Il contenitore può' resistere a trattamenti termici di un prodotto in un campo di temperature da circa 700 fino a 1000 gradi Fahrenheit, fino a meno di circa 200 gradi Fahrenheit. Come illustrato, il contenitore può' resistere a pressioni interni fino nel campo tra 50 e 150 psig.

Come illustrato, la base (12) presenta dei lati angolari (2) che permettono al coke lavorato di essere facilmente asportato dal contenitore attraverso una apertura (22) nella base. La base mostrata presenta anche un ingresso vapore (23) per aggiungere energia al prodotto per rimuovere qualsiasi componente volatile residua prima della tempra del coke, e un ingresso di alimentazione (24) per alimentare distillato di petrolio e acqua di tempra nel contenitore. Come illustrato, la base comprende una sezione di transizione sotto forma di un perno (26) che conduce alla sezione cilindrica (14) del contenitore. La precisa configurazione della base non è essenziale per l'invenzione, per altri tipi di contenitore a tenuta di pressione in cui la sezione cilindrica è chiusa in altro modo sul fondo, può1 non risultare necessaria una base separata come quella illustrata.

La sezione cilindrica (14) del contenitore (10) è la piu' importante. Come mostrato in fig. 4, un contenitore a tenuta di pressione (IO1) di costruzione convenzionale, usato per la cokefazione del petrolio è formato usando piastre di acciaio disposte orizzontalmente, con una serie di giunzioni circonferenziali (30) tra file di piastre adiacenti. Una distorsione e una fessurazione finale in corrispondenza o prossimità' delle giunzioni circonferenziali entro o in prossimità' dei primi sedici piedi della sezione cilindrica termina di solito la vita utile del contenitore.

Tali giunzioni circonferenziali sono state eliminate dall'area critica del contenitore a tenuta di pressione (10) illustrato in fig. 1, realizzando un contenitore con una maggiore vita utile. Come illustrato, la sezione cilindrica (14) è formata da una serie di piastre erette (40) di 10 piedi di larghezza e con una lunghezza superiore a 20 piedi. Per resistere alle pressioni interne tra 50 e 150 psig previste nel contenitore, le piastre presentano uno spessore di circa 1,5 pollici. È pure possibile usare piastre con altre larghezze ed altri spessori. Come meglio mostrato in fig. 5, le piastre (40) sono unite tra loro mediante saldature verticali (42).

Come mostrato nelle fig. 1 e 2, la sezione cilindrica (14) è unita direttamente alla base (12) per mezzo del perno (26). In alternativa, come mostrato in fig. 3, se la sezione critica (48) del contenitore è a una altezza superiore, le piastre (40) possono poggiare al di sopra dell'anello inferiore delle piastre (44).

Convenzionalmente, per costruire contenitori a tenuta di pressione del tipo in oggetto si usano piastre metalliche da cinque a sedici piedi di larghezza. Le piastre da dieci piedi di larghezza sono quelle piu' comunemente usate. Quando tali piastre sono disposte orizzontalmente, vi sono tre giunzioni circonferenziali entro un tratto di venti piedi della sezione cilindrica. Di conseguenza, usando piastre con bordi verticali superiori a venti piedi si ottiene il vantaggio di eliminare almeno due giunzioni circonferenziali.

Per ottenere una resistenza ottimale alla pressione interna, la sezione cilindrica (14) presenta una sezione trasversale arrotondata, preferibilmente circolare. Per formare la desiderata sezione trasversale circolare, le piastre in acciaio erette (40) sono state curvate nel senso della loro lunghezza (come mostrato in fig. 5) invece che della loro larghezza (come nei contenitori convenzionali). Anche se ciò' è potenzialmente piu1 difficile e costoso, lo si può' ottenere mediante formatura alla pressa delle piastre o eventualmente in altri modi. Usando piastre erette (40) piuttosto che piastre disposte convenzionalmente, le uniche saldature entro la sezione critica (48) della sezione cilindrica sono le saldature verticali (42) tra piastre erette adiacenti. A differenza delle saldature su giunzioni circonferenziali, queste saldature verticali risultano relativamente resistenti anche in condizioni estreme di cokefazione del petrolio.

Come illustrato in fig. 2 e 3, un anello superiore (46) formato da piastre di acciaio disposte convenzionalmente è disposto al di sopra delle piastre metalliche erette (40). Può' essere preferibile, dal punto di vista della resistenza, usare piastre metalliche che si estendono per tutta l'altezza della sezione cilindrica (14), come in fig.

1 eliminando cosi tutte le giunzioni circonferenziali nella sezione. Dal punto di vista economico ciò può non essere pratico per contenitori particolarmente alti. Dato che i problemi di tensione sono meno significativi in altre parti del contenitore, si possono ottenere dei vantaggi fintanto che non vi sono giunzioni circonferenziali nella sezione critica (48) soggetta a severi cicli termici .

In alcuni casi, può' essere utile rastremare le piastre (40) per ottenere uno spessore ridotto al di sopra del bordo inferiore della sezione cilindrica (14). Ciò' può' essere utile quando le parti superiori della sezione cilindrica non devono essere cosi resistenti come le parti inferiori. In alternativa, con piastre di spessore costante, lo spessore della saldatura verticale (42) tra piastre adiacenti può essere ridotto nelle parti superiori del contenitore, dove è richiesta una resistenza inferiore. In una ulteriore alternativa, le sezioni di transizione quali i perni possono essere formate tra una o entrambe le estremità' delle piastre erette e altre piastre o parti della base o testa, come richiesto.

Come illustrato, la sezione cilindrica (14) del contenitore (10) è coperta da una testa (16). La testa ha una forma a cupola convenzionale, e forma un volume per il vapore prodotto durante i cicli termici estremi. Possono essere utili anche altre configurazioni. Come illustrato, la testa presenta una uscita di recupero (60) per asportare i vapori di idrocarburi dal contenitore durante la cokefazione del petrolio, e una apertura separata (62) che permette l'accesso di una coclea da utilizzare per l'asportazione di coke dal contenitore. L'uscita di recupero e l'apertura possono non essere necessari se il contenitore viene usato per altri scopi.

Il mantello (18) si avvolge attorno al contenitore, estendendosi tra il perno (26) sopra alla base (12) e il pavimento (80) e viene usato per supportare il contenitore (10) nella sua posizione eretta.

La precedente descrizione dettagliata è stata fornita solo per motivi di chiarezza e comprensione. Da essa non deve essere derivata alcuna inutile limitazione, risultando le eventuali modifiche ovvie per l'esperto del ramo della tecnica.

Claims

Rivendicazioni 1. Contenitore a tenuta di pressione con una capacità di almeno circa 10.000 piedi cubici per il trattamento ciclico di un prodotto in un campo di temperature fino a oltre circa 700 gradi Fahrenheit, in cui il contenitore in pressione comprende: una base; una sezione cilindrica disposta verticalmente unita alla base, in cui la sezione comprende una serie di piastre metalliche con bordi verticali, in cui i bordi verticali di ciascuna piastra metallica uniti alla base presentano una lunghezza superiore a sedici piedi, per cui la sezione non presenta alcuna giunzione orizzontale entro i primi sedici piedi al di sopra della base. 2. contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui la base comprende mezzi per raffreddare il prodotto. 3. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione l, in cui il contenitore in pressione comprende inoltre un ingresso vapore per aggiungere energia al prodotto nel contenitore. 4. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui il contenitore comprende inoltre una testa a cupola. 5 . Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui la sezione cilindrica presenta una sezione trasversale circolare. 6. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui le piastre metalliche sono piastre metalliche di 5-20 piedi di larghezza che sono state formate alla pressa nel senso della loro lunghezza a formare un raggio da 8 a 50 piedi. 7. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui una sezione di transizione è formata in corrispondenza di una estremità1 delle piastre cilindriche disposte verticalmente. 8. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui piastre sono rastremate, con uno spessore maggiore alla base e uno spessore inferiore al di sopra della base. 9. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui i bordi verticali di ciascuna piastra metallica unita al bordo inferiore della sezione cilindrica hanno una lunghezza di almeno circa venti piedi, per cui la sezione cilindrica non presenta alcuna giunzione orizzontale entro i primi venti piedi al di sopra della base. 10. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, in cui giunzioni di saldatura verticali tra le piastre presentano uno spessore relativamente alto alla base e uno spessore inferiore al di sopra della base. 11. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre: mezzi per alimentare distillato di petrolio nel contenitore in pressione; e mezzi per asportare vapori di idrocarburi dal contenitore in pressione. 12. Contenitore a tenuta di pressione con una capacità di almeno circa 10.000 piedi cubici per il trattamento ciclico di un prodotto in un campo di temperature fino a oltre circa 700 gradi Fahrenheit, in cui il contenitore comprende una sezione cilindrica disposta verticalmente, in cui la sezione comprende una serie di piastre metalliche con bordi verticali, in cui i bordi verticali di ciascuna piastra metallica hanno una lunghezza superiore a circa venti piedi, per cui la sezione non presenta alcuna giunzione orizzontale entro una sezione critica di venti piedi. 13 . Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, in cui il contenitore comprende inoltre una base al di sotto della sezione cilindrica con mezzi per raffreddare il prodotto. 14. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, e comprendente inoltre mezzi per aggiungere vapore nel contenitore. 15. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, e comprendente inoltre mezzi per asportare vapori di idrocarburi dal contenitore. 16. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, e comprendente inoltre una testa a cupola. 17. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, in cui la sezione cilindrica ha una sezione trasversale circolare. 18. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, in cui le piastre metalliche sono piastre metalliche di 5-20 piedi di larghezza che sono state formate alla pressa nel senso della loro lunghezza per formare un raggio di 8-50 piedi. 19. Contenitore a tenuta di pressione secondo la rivendicazione 12, in cui una sezione di transizione è formata in corrispondenza di una estremità delle piastre cilindriche disposte verticalmente.