JP2007277541A - 過激な熱サイクル用構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】コークドラムの如き容器の加熱・焼き入れサイクル操作によるひび割れおよび他の疲労に関連する劣化に対してより高い耐久性を備える構造物を提供する。
【解決手段】容器１２と支持エレメント１４の間により大きな接触面を与えることにより、溶接ではなく、主に支圧力および摩擦力により容器１２を支持する構造とする。支持エレメント１４は、容器の円筒状部分２０を傾斜下部２２から分離するナックル２６の下方に向けて内側に先細りしている支圧部４０を有している。支圧部４０は、傾斜に沿って延び、支持エレメント１４と容器１２との間に拡大された接触面を提供している。前もってストレスを与えるために、支持エレメント１４の環状部分を、容器の円筒状部分２０の外周に配置するまえに、加熱し、膨張させることができる。必要ならば、ストラップを、支持エレメントの上側縁部を覆うように、容器１２から下方に向けて延設しても良い。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般的に大量の加熱材料の工業的な処理に用いられる構造物に関するものである。詳細には、ディレイド石油コークス化（ｄｅｌａｙｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｃｏｋｉｎｇ）に用いられうる耐圧容器に関するものである。

ディレイド石油コークス化とは、石油留分が固形のコークス生成物と炭化水素蒸留生成物とに熱分解される温度まで加熱されるプロセスのことである。一般的に、液体状の石油供給原料は、まず、軽質成分（ｌｉｇｈｔｅｒ ｅｎｄｓ）が回収されて重質残留成分（ｈｅａｖｙ ｒｅｓｉｄｕｕｍ）が残るまで蒸留される。加熱されたピッチおよび触媒により分解（接触分解）された重油またはサイクルオイルからなる重質残留成分は、コークドラムと呼ばれる構造物の底部に堆積する。

コークドラムは、垂直に配置された圧力容器で、通常、直径が１２〜３２フィートであり、高さが３０〜８０フィートの円筒状部分からなっている。コークスドラムは、通常、構造物内に均一な支持ストレスを提供するために円錐状の底部を有し、円筒状部分と円錐状の底部との間のトランジションナックル（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｋｎｕｃｋｌｅ）、またはその近傍に溶接されるスカートによって支持されるようになっている。

重質残留物は、コークドラムにおいて、約１，０００°Ｆまでさらに加熱され、高圧下で、大規模で且つ制御された分解（加熱分解）およびコークス化を受ける。分解された軽質生成物は、水蒸気回収（ｓｔｅａｍ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）と呼ばれるプロセスによりコークドラムの上部に浮上させられて取り除かれる。

重質分は、残留し、分解され、固形の石炭のような物質であるコークスとなる。コークスは、通常、残存揮発性成分を取り除くため蒸気でパージングされる。分解プロセスおよびコークス化プロセスが完了したあと、焼き入れ用の水（ｑｕｅｎｃｈ ｗａｔｅｒ）が投入され、高圧水ジェットが、コークスの切り離しおよび取り除きのために用いられる。この焼き入れ用の水により、新しいサイクルが始まるまえにドラム内の温度が約２００°Ｆ（約９３°Ｃ）まで下げられる。生産速度を上げるために、焼き入れ作業はできるだけ迅速に行われることが多い。容器のサイクル時間は、４８時間以下であることが一般的である。

コークドラムの如き容器の加熱・焼き入れサイクル操作により、時間の経過とともに構造物に劣化が発生する。このような過激な熱サイクルを受ける容器は、支持スカートが容器の外郭構造に溶接される領域において劣化を受ける恐れがある。支持スカート、容器壁および／または取り付け溶接において、ひび割れおよび構造的な劣化が発生する恐れがある。

ひび割れおよび他の疲労に関連する劣化に対してより高い耐久性を備える構造物が有益であろう。

出願人は, 過激な熱サイクル中において物質を保持するための新規の構造物を開発した。物質が保持される容器は、長い円筒状部分と、ナックルの下方に延びる傾斜下部とを備える従来の形状を有することができる。従来の設計とは異なり、かかる容器は、容器に溶接しなくとも良い新規のタイプの支持エレメントにより支持されている、かかる容器と支持エレメントと間の溶接量を減らすことにより、疲労を軽減することが可能なより柔軟な結合が可能となる。また、溶接量を減らすことにより、溶接部の収縮、スチールのうちの溶接により誘発され熱により影響を受けた部分、および、局部的に高い応力から生じるストレスを減少させることができ、耐疲労性を向上させることができる。

新規の支持エレメントは、溶接を用いるのではなく、主に支圧力（ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）および摩擦力により容器を支持するようになっている。新規の支持エレメントは、容器の下部の傾斜に沿ってナックルの下方かつ内側に向かって先細になっている支圧部を備えている。この支圧部は、容器と支持エレメントとの間により大きな接触面を提供し、この大きな接触面は、容器と支持エレメントと間により均一な温度傾斜をもたらすことにより、容器および支持エレメントにおける熱により誘発されるストレスを減少しうる。また、より均一な温度傾斜により構造物の耐疲労性が向上されうる。

任意選択的に、支持エレメントは、連続スカート壁、または、構造部材のフレームワークに配置される一組の支圧板を有することができる。上側環状部分は、容器の円筒状部分に巻き付けることが可能であり、容器と支持エレメントとを一緒にするまえに加熱し、プレストレス支持部材に前もってストレスを加えておくことができる。また、高温マスチック樹脂の層を容器と支持エレメント上の支圧面との間に塗布し、これらの二つの構成部材間の熱伝導性を改良することができる。

図１および図２に示されているコークドラム１０は、本発明を用いる構造物の一例である。一般的に、コークドラムは、容器１２と、支持エレメント１４とを備えている。

容器１２は、円筒状部分２０と、傾斜下部２２とを有している。通常、コークドラムの円筒状部分は、高さが３０〜８０フィート、直径が１２〜３２フィートでありうる。コークドラムでは、円筒状部分は、公称約３／４〜２^１／_２インチ以上の厚みを有する鋼板を溶接したものからなっていることが多い。容器の下部は、円筒状部分を下部から分離するナックル２６の下方に延びていることが一般的である。本例では、下部は、コークドラムにおいて共通となっている円錐状部分から構成されている。この円錐状部分の円錐角度は変更されても良い。図示されている構成は、一般的であるものの、他の容器の構成が用いられても良い。

図示されている支持エレメント１４は、溶接せずに容器１２を支持している。本例には、容器の円筒状部分２０のうちの一部を覆っている上側環状部分３２と連接して形成されているスカート壁３０が含まれている。本例では、スカート壁は、容器のナックル２６に相当するナックル３６を有している。スカート壁の支圧部４０は、容器の下部２２の傾斜に沿って、容器のナックルから下方かつ内側に向かって先細りとなっている。図示されているスカート壁のうちのすべての部分が容器の輪郭をなぞっているが、他の例では、スカート壁の一部は容器の輪郭からズレていても良い。他の実施例では、スカートがナックルなしで形成されても良い。たとえば、スカート壁は、容器の円筒状部分を囲んでいる円筒状部分に直接溶接される下側円錐部分を有しても良い。または、図３から明らかなように、スカート壁が、容器１２’が設けられる円錐状の支圧部４０’のみから構成されても良い。

スカート壁３０は連続である必要はない。たとえば、図４および図５から明らかなように、スカート壁は、Ｈ 形鋼の如き構造部材５２のフレームワーク上に取り付けられた支圧板５０から構成されても良い。

図示されているスカート壁３０は、容器１２に対して拡大された接触面を提供している。典型的な従来の構成では、支持スカートと容器との間の主要な接触は、ナックルとスカートとの溶接ラインにおいて存在する。このことにより、直径が２５フィートの容器では、容器と支持エレメントと間の力のほとんどが、ナックルまたはナックル近傍のほんの約１３平方フィートの材料を含む狭い領域を通過することになる。図示されている実施例では、容器は、幅が１８インチを超える環状の接触面を提供する構造物により円周方向に支持されており、スカート壁３０と容器１２との間の接触面積の合計は、１０００平方フィートを容易に超えうる。この値は対応する従来技術の構成よりも一桁大きな値である。この接触面の増大により、スカート壁と容器との間の熱伝導性が向上され、スカートまたは容器が熱サイクル中に受けるピークストレスが低減される。図示されている構成では、容器と支持エレメント１４との間の接触のほとんどは、支持エレメントと容器の下部２２との間におけるものであるが、他の実施例では他の構成が望しい場合もある。

支持エレメント１４は、容器１２に接続されるまえに、加熱され、膨張されても良い。このことにより、容器と支持エレメントとが熱平衡に達したときに、これらの二つのエレメントの間の「プレスフィット（ｐｒｅｓｓ−ｆｉｔ）」による嵌合が可能となる。このしっかりとした嵌合により、組立体の構造上の負荷容量が向上し、支持エレメントの上方環状部分３２に容器の円筒状部分２０をプレスフィットによる嵌合で、容器を圧縮状態で前もってストレスをかけておくことが可能となる。容器を圧縮状態で前もってストレスをかけておくことにより、熱サイクル時の引張ストレスピークが減少され、構造物の耐疲労性がさらに向上される。

支持エレメント１４と容器１２との間の熱伝導性を向上させるために、高温マスチック樹脂の層５５が支持エレメント上の容器と支持エレメント上の支圧板５８との間に塗布されうる。

必要な場合には、一または複数のストラップ６０を、支持エレメント１４の上側縁部６２を覆うように下方に向かって延ばして、容器１２の円筒状部分２０に装着することができる。これらのストラップは、容器に対して支持エレメントの上部を保持することを補助するか、または、一方から他方への剪断もしくは持ち上げを伝達することを補助しうる。

支持エレメント１４は、さまざまな方法により適切な場所に設けられる。図示されている支持エレメントは、支持エレメントの支圧部４０の下端に位置する逆方向（容器の外側方向）に屈曲したナックル７２に溶接されている略円筒状の基部７０を有している。先の場合と同様に、状況によっては、ナックルが円錐体―円筒体溶接に変更されても良い。図示されている基部は、基盤７６に対して基部を設置するために用いられる従来型の椅子部７４を備えている。また、他の固定点支持手段が用いられても良い。

本発明のさまざまな実施形態の説明は例示を目的として提供されている。当業者にとって明らかなように、本発明から逸脱することなく変更または修正を行うことが可能である。

本発明に従う構造物の一つの実施形態を示す正面図である。 図１に見られる構造物のうちの一部を示す拡大部分断面図である。 支持構造がナックルの使用を含まない構造物のうちの対応部分を示す部分断面図である。 他の支持部品を用いた構造物のうちの一部分を示している拡大部分断面図である。 図４の一部分を示す拡大部分断面図である。

符号の説明

１０ コークドラム
１２ 容器
１４ 支持エレメント
２０ 円筒状部分
２２ 傾斜下部
４０ 支圧部

Claims (21)

1. 約５００°Ｆを超えて変化する温度間の熱サイクルを受ける物質を保持し、ナックルから下方に延びている傾斜下部を有した耐圧容器を支持する支持エレメントを有する構造物であって、
   前記支持エレメントのうちの一部分が、前記傾斜下部に沿って前記ナックルから下方に向かって内側に先細りし、前記容器を、主に支圧力および摩擦力により支持することを特徴とする構造物。
2. 前記支持エレメントが、前記容器の円筒状部分のうちの一部を囲み、前もってストレスのかけられた円筒状部分を有している請求項１記載の構造物。
3. 前記容器と前記支持エレメント上の支圧面との間に高温マスチック樹脂の層が存在している請求項１記載の構造物。
4. 前記支持エレメントが、連続的なスカート壁を有している請求項１記載の構造物。
5. 前記支持エレメントが、複数の構造部材に取り付けられた支圧板を有している請求項１記載の構造物。
6. 前記支持エレメントが、前記容器の円筒状部のうちの一部を囲む上側環状部分を有している請求項１記載の構造物。
7. 前記容器と前記支持エレメントと間の大部分の接触が、前記支持エレメントと前記容器の前記傾斜下部との間で起きる請求項１記載の構造物。
8. 前記支持エレメントが、溶接することなく前記容器を支持している請求項１記載の構造物。
9. 前記支持エレメントが、前記容器上の前記ナックルへの溶接なしに前記容器を支持している請求項１記載の構造物。
10. 一または複数のストラップが、前記支持エレメントの上側縁部上を覆うように前記容器から下方に向かって延びている請求項１記載の構造物。
11. 前記支持エレメントが、前記容器の前記傾斜下部に隣接する逆に屈曲したナックルから下方に向かって延びている基部を有している請求項１記載の構造物。
12. 前記支持エレメントが、前記容器の前記傾斜下部から下方に向かって延びている円筒状の基部を有している請求項１記載の構造物。
13. 前記支持エレメントが、前記支持エレメントの傾斜した支圧部に溶接された基部を有している請求項１記載の構造物。
14. 前記支持エレメントが、前記容器から間隔をおいて設けられた一または複数の固定点支持部まで延びている請求項１記載の構造物。
15. 前記支持エレメントは、前記容器と接触する領域が拡大されている請求項１記載の構造物。
16. 前記支持エレメントが、前記容器と接触し実質的に取り囲むとともに、その幅が少なくとも１８インチである環状の支圧部を有している請求項１記載の構造物。
17. 前記容器がコークドラムである請求項１記載の構造物。
18. 前記容器が少なくとも１２フィートの直径を有している請求項１記載の構造物。
19. ５００°Ｆを超えて変化する温度間の熱サイクルに用いられ、ナックルから下方に向かって延びた下部を有する耐圧構造物を構築する方法であって、
    前記容器の前記下部の傾斜に沿って、前記ナックルから下方に向かって内側に先細りしている支持エレメントを提供するステップと、
    主に支圧力および摩擦力により前記支持エレメントで前記容器を支持するステップと
    を含む耐圧構造物構造方法。
20. 前記容器に対して配置されるまえに、前記支持エレメントの少なくとも一部が加熱、膨張される請求項１９記載の方法。
21. 請求項１９の前記方法を使用して構築される構造物。
    

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