JP2011021198A - 複合式の流体ジェットデコーキングツール用の遠隔操作式細断モードシフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔操作式の細断モードのシフト機構を有する商業的に成功したデコーキングツールを提供する。
【解決手段】分岐弁板２０の回転により細断モードが変更される型式のデコーキングツール１０と共に使用される遠隔操作式の細断モードシフト装置１００は、デコーキングツール１０に取り付け得るようにされたシフター本体１１０と、分岐弁板２０と係合する制御ロッド１１５とを有している。該装置は、細断流体圧力がツールから解放されたとき、制御ロッド１１５を回転させ、分岐弁板２０を駆動してデコーキングツール１０の細断モードをシフトさせる、シフター本体１１０内の機構を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、全体として、ディレード石油コークス容器のデコーキング（ｄｅｃｏｋｉｎｇ）に関し、より具体的には、遠隔操作式の細断モードシフト能力を有する複合式デコーキングツールに関する。

製油所のディレードコーカ作動のとき、重質の炭化水素（石油）は、大型の燃焼ヒータ内にて４８２．２２２℃（９００°Ｆ）ないし５３７．７７８℃（１０００°Ｆ）に加熱され且つ、直径９．１４４メートル（３０フィート）及び高さ４２．６７２メートル（１４０フィート）というように大型のコークスドラムとして知られる円筒状の容器に運ばれる。加熱された油は、有用な製品に処理されるようその炭化水素蒸気を解放し、固体の石油コークスを残し、この石油コークスは、コーカ作動のデコーキング作動サイクル中、容器から除去され、更なる炭化水素の処理をし得るようコークスドラムを準備しなければならない。

デコーキングは、２相の高圧の水ジェットを使用して行われる。最初に、デコーキングツールの下向きのノズルを使用してコークス床を通じて容器の頂部から下方に直径０．９１４４ないし１．２１９２メートル（３ないし４フィート）のパイロット穴を細断し又は穿孔する。次に、デコーキングツールを容器の頂部まで持ち上げ、ここで、側方向を向いたノズルを使用するようツールの全体を交換し又は複合式デコーキングツールの細断モードを変更し、ツールをパイロット穴内にて回転させ且つ、垂直方向下方に動かし残りのコークスを細断し、コークスを容器の開放した底部から洗い流す。ツールを交換するか又はその細断モードを変更するためツールを容器から除去することは、面倒で且つ、時間のかかる作業であり、この作業は、コークス容器のコスト及びその制限された数を考慮するならば、製油所の生産能力に著しい大きい影響を与える可能性がある。このため、遠隔操作式の細断モードをシフトすることのできる複合式デコーキングツールは不断に関心が持たれている。従来、かかるツールを提供しようとする全ての試みは、細断流体中に懸濁したコークス塵埃に起因してモードシフト機構が物理的に詰まる結果、失敗していた。塵埃は、細断流体が再循環する結果である。従来の設計のもの全ては、貫通して流れる細断流体によって駆動される幾つかの形態のシャトル弁を含むから、それらの全ては、沈澱し又は流体からろ過され且つ、弁部材の摺動面の間に集まった、細断流体中に含まれる塵埃が詰まり易い。このため、シフト機構を作用させるために必要とされる流体そのものが機構の最終的な故障の原因であった。更に、これらの設計のものは、細断流体の全圧力を加えることにより、細断モードのシフトを達成するので、これにより摩擦力を増し且つ、塵埃が混入したシャトル装置が詰まる傾向を悪化させている。

比較的無故障にて手でシフト可能な複合式デコーキングツールが開発され、本出願人により共有された米国特許明細書５，８１６，５０５号に記載されており、その内容を参考として引用することにより本出願に含められる。このツールの無故障の性質は、細断流体をパイロット穴穿孔ノズル又は全幅コークス細断ノズルの何れかに選択的に向けるべく回転可能な分岐板のみを有するそのモードシフト弁の設計に起因するものである。これは、シフト機構におけるその他の可動部品の殆どを不要にし、また、平坦な分岐弁本体に作用する簡単な回転可能な平坦な分岐板のため、初期の遠隔操作式のシフト装置の設計において故障の原因となっていた詰まり箇所を生じさせる部品間の多数のインターフェースも解消した。これらの改良にも拘らず、細断モードを交換するには、ツールは依然としてコークスドラムから除去する必要があった。このため、遠隔操作式の細断モードのシフト機構を有する商業的に成功したデコーキングツールは未だ存在しない。

上述したことは、現在、利用可能なデコーキングツールに存在することが知られる限界を示すものである。このため、上述した限界の１つ又はより多くを解消することに向けられた代替物を提供することが有益であろう。従って、本明細書にて以下により詳細に説明する特徴を含む適切な代替物が提供される。

本発明の１つの面において、分岐弁板を回転させることにより細断モードが変化せしめられる型式のデコーキングツールと共に使用される遠隔操作式の細断モードシフト装置であって、上記デコーキングツールに取り付け得るようにされ、分岐弁板と係合する制御ロッドを有するシフター本体と、シフター本体内にあり、細断流体圧力がツールから解放されたとき、制御ロッドを回転させ、分岐弁板を駆動してデコーキングツールの細断モードをシフトする手段とを備える細断モードシフト装置を提供することにより、この目的は、実現される。

上記及びその他の面は、添付図面と共に検討したとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１には、その底部に取り付けられた細断モードシフト装置１００を有するデコーキングツール１０が示されている。シフト装置の下側制御ロッド１１５は、上側制御ロッド１５にキー止めされてシフト装置の減圧及び再加圧によって励起されるシフティング動作に応答して回転可能な分岐板／切換え板２０を作動させる。デコーキング装置本体の非加圧ポートにおける分岐板２０を亙る細断流体の圧力差が極めて高圧であるため（典型的に、２７．５７９ＭＰａ（４，０００ｐｓｉ）以上）、分岐板と本体は、少なくとも９０７１．８５ｋｇ（２０，０００ポンド）の力にて互いに押し付けられる。このため、本発明のシフト装置は、シフターが作動する減圧段階の間にシフティング作用を実現し得るような設計とされている。この特徴は、単独にて、加圧段階により作動される遠隔的にシフトされるその他の複合式デコーキングツールのシフティングと比較したとき、シフティグ性能を飛躍的に改良することになる。摩擦力は、加圧作動段階の間に最大となるため、全てのシフティングは、無圧力の作動段階の間、最も良く達成されることは明らかである。本発明は、デコーキングツール及びその新規な作動方法の個別の詳細を示す、図２ないし図７を参照することで理解することができる。

図２には、デコーキングツール１０の底部に取り付けられたシフター本体１１０を有するシフティング装置１００の拡大断面図が示されている。線形スリーブ１２５が下側制御ロッド１１５を取り巻き且つ、デコーキングツールの底部と当接する。線形スリーブ１２５とこれを取り巻くシフター本体１１０との間には空隙があり、該空隙は、液圧シリンダ１３５が細断流体にて加圧されるとき、環状ピストン１３７を下方に駆動する環状液圧シリンダ１３５を形成する。加圧は、線形スリーブ１２５の頂部の流体ポート１３３を通じて実現される。環状ピストン１３７は、少なくとも１つの半径方向内方に突き出す作動ピン１０７を担持するアクチュエータピンキャリア１０５を駆動する。

また、アクチュエータピンキャリア１０５により取り巻かれ、また、図３、図４及び図５に示すように、アクチュエータピンキャリア１０５の作動ピン１０７を受け入れる少なくとも１つの作動スロット１２２を有するアクチュエータスリーブ１２０が線形スリーブ１２５の下方にあり且つ、該線形スリーブ１２５と当接している。シフトを実現するためには、少なくとも１つの作動ピン１０７及び少なくとも１つの作動スロット１２２が必要とされることが分かる。しかし、機械的釣合い及び円滑な作動のため、２つ及び多分より多数の作動ピン及びスロットがあることが好ましいこともある。アクチュエータスリーブ１２０のスロット１２２は、ら旋状経路に位置しており、また、これらは、スリーブの円周に沿って９０°を僅かに上廻る程度だけ伸びており、このため、アクチュエータピンキャリア１０５が下方に動く毎に、又上方に動く毎に、アクチュエータスリーブ１２０は、９０°を僅かに上廻る程度だけ回転する。分岐弁板は細断モードをシフトするため９０°回転すればよいが、アクチュエータスリーブは、制御ロッドスリーブ１４０に取り付けられた爪状部１４２（図６及び図７）がラチェット歯車１３０の次の歯１３２と係合するのを許容するために９０°よりも僅かにより大きく回転しなければならない。ツールのモードシフティングの間、アクチュエータスリーブが９０°以上往復動するのを容易にし得るよう、アクチュエータスリーブ１２０とシフター本体１１０との間に軸受部材１３５が介在されている。

下側制御ロッド１１５は、図６及び図７に示すように、その円周の周りで９０°隔てられた４つの歯１３２を有するラチェット歯車１３０を備えている。これらの歯は、そのそれ以前の位置から９０°以上回転したとき、ばね負荷式爪状部１４２を受け入れ得るようにされている。爪状部は、下側制御ロッド１１５が一方向にのみ回転するのを許容するラチェット効果を提供する。したがって、圧力がツールから除去され、アクチュエータスリーブ１２０が作動ピン１０７の動作に応答して回転するとき、制御ロッドスリーブ１４０に取り付けられた爪状部により駆動される下側制御ロッド１１５は、上側制御ロッド１５及び分岐弁板２０を９０°だけ回転させ且つ、方向変更してデコーキングツール１０の細断モードをシフトさせる。圧力がツールに再度加えられたとき、アクチュエータスリーブは、９０°以上回転して戻り、爪状部１４２を後退して次の歯１３２と整列させ且つ、装置を次の細断モードのシフトに備えさせる。

少なくとも１つのばね１５０、好ましくは、図２及び図３に示すように３つ又はより多くのばねは、アクチュエータピンキャリア１０５に対して強力な偏倚力を与え、細断流体圧力が除去されたとき、環状液圧シリンダ１３５内の環状ピストン１３７に抗して該アクチュエータピンキャリアをその最上方位置に維持する。この強力な偏倚力は、細断圧力がデコーキングツールから除去されたとき、分岐弁板２０を回転させるシフティング力を提供する。３つ又はより多くのばねの設計であることが好ましく、それは、かかるばねは、作動ピンキャリア１０５に対し余裕をもって且つ安定的に釣合った偏倚力を提供するからである。本発明の好ましい２つのピン−２つのスロットの釣合った実施の形態にて作動ピン１０７が作動スロット１２２内に係合した状態も図３に見ることができる。上述したように、本発明は、１つの作動ピン１０７のみ、１つの作動スロット１２２のみ、及び１つの偏倚ばね１５０のみだけで作用することが可能である。しかし、信頼性、余裕性及び力の釣合いのため、各部品は２つ又はより多数であることが好ましい。このことは、１つ以上の部材の間にて荷重を分割することにより信頼性を向上させ、また、このことは、各部材の磨耗及び引裂けを軽減することになる。任意の１つの部材が故障したとき、依然として作用可能な相手方部品があり、このため、１つの部材の損失は、装置を完全に不作動にすることなく、装置の作動速度及び効率を低下させるということで余裕が提供される。荷重を複数の部材間にて分割することにより提供される力の釣合い状態の改良は明らかである。

全ての細断流体を流体が入るポートと同一のポート１３３を通じてシリンダから押出す環状シリンダ１３５の「行き止まり端部」の設計は、コークス微細物がツールの内部に蓄積するのを防止する清浄化動作を提供する。このように、ツールを減圧する毎に、全ての細断流体は、それ以前の加圧中に環状シリンダ内に導入された懸濁したコークス微細物と共に、何らの貫流なくして、その入口ポートを通じてシリンダから押し出される。このことは、細断流体が少なくとも多少貫流し、その結果、コークス微細物をろ過し、また、コークス微細物が蓄積してシフティング機構を急速に詰まらせ且つ、ツールの故障の原因となる、従来技術のツールに勝る顕著な改良点である。

典型的なデコーキング工程の場合、穿孔モードに設定されたデコーキングツールは、コークスドラムの上方に配置され、該ドラムの上側及び底部カバーは除去されている。ツールは、固体のコークス本体の上方の位置までドラム内に下降させ、高圧の細断流体をツールを通じて供給し、コークス床を通してパイロット穴を穿孔し始める。パイロット穴が完成した後、細断流体の圧力を遮断する。これにより、ばね１５０はアクチュエータピンキャリア１０５をシフター本体１１０の頂部に押し付けて環状ピストン１３７を環状液圧シリンダ１３５の頂部に駆動し且つ、全ての細断流体を該細断流体が導入されるときに通ったポートと同一のポート１３３を通じてシリンダから押し出し、これにより細断流体にて運ばれた全てのコークス微細物を洗い流す。アクチュエータピンキャリア１０５がシフターハウジング１１０の頂部まで上昇すると、作動ピン１０７は、アクチュエータピンキャリアと共に上昇し、また、ピンが環状作動スリーブ１２０の作動スロット１２２内で係合するため、スリーブは回転して戻り、このことは、制御ロッドスリーブ１４０及びラチェット歯車１３０に作用する制御ロッドスリーブに取り付けた爪状部１４２を回転させ、下側制御ロッド１１５を回転させて、上側制御ロッド１５を駆動し且つ、分岐板２０を９０°方向変更し、ツール１０を最終的な細断モードにシフトする。ツールは、ドラムの頂部まで持ち上げられ、細断流体の圧力が再度、環状シリンダ１３５に導入されて環状ピストン１３７を下方に駆動し且つ、減圧による動作と逆にするが、アクチュエータスリーブ１２０が加圧の間に回転するとき、制御ロッドスリーブ１４０における爪状部１４２は、ラチェット歯車１３０の歯１３２から引き出され且つ、９０°離れた次の歯と係合し、次の細断モードのシフトに備える。ツールは、全てのコークスが除去される迄、ドラムを通じて回転し且つ下降し、その時点にて、ツールは減圧され、ツールは、細断モードに戻るようシフトされドラムから引き戻される。

本発明による遠隔操作式の細断モードシフト装置を有する、回転可能に作動する細断モードシフト弁部材を備える、デコーキングツールの概略部分断面図である。 構造の更に詳細を示す、遠隔操作式細断モードシフト装置の概略断面図である。 図２の線３―３に沿った概略断面図である。 本発明のアクチュエータスリーブの概略図である。 本発明のアクチュエータスリーブのもう一方の概略図である。 その係合した位置にある、制御ロッドスリーブ内のラチェット爪状造作構造部を示す概略断面図である。 そのシフティング位置にある、制御ロッドスリーブ内のラチェット爪状造作構造部を示す概略断面図である。

Claims (2)

1. 分岐弁板を回転させることにより細断流体の流れをシフトし細断モードが変化される型式のデコーキングツールと共に使用される遠隔操作式の細断モードシフト装置において、
   前記デコーキングツールに取り付け得るようにされて、分岐弁板と係合する制御ロッドを有するシフター本体と、
   該シフター本体内にあり、細断流体圧力がツールから解放されたとき、前記制御ロッドを回転させ、前記分岐弁板を駆動してデコーキングツールの細断モードをシフトさせる手段とを備え、
   該シフトさせる手段は、
   前記シフター本体内に形成された環状ピストンであって、前記細断流体からの圧力に応答して移動可能な環状ピストンと、
   該環状ピストンと前記制御ロッドと協働するアクチュエータピンキャリアと、
   該アクチュエータピンキャリアを前記制御ロッドに解放可能に結合するように形状づけられたラチェト組立体と、
   前記アクチュエータピンキャリアの移動に対抗するように形状づけられたばね部材とを備え、
   前記アクチュエータピンキャリアは、少なくとも前記環状ピストンの押圧移動の際に、該アクチュエータピンキャリア内に設けられたピンを前記制御ロッドが回転しないようにして該制御ロッドに相対的に螺旋通路内を走行させ、
   前記ばね部材は、前記細断流体からの圧力が除去された際の前記環状ピストンの除圧移動において、前記アクチュエータピンキャリアにその中に設けられた前記ピンを前記制御ロッドに相対的に線通路内を走行させて前記制御ロッドと前記分岐弁板とを回転させるようにした、遠隔操作式の細断モードシフト装置。
   
2. 分岐弁板の回転により細断モードが変化される型式のデコーキングツールと共に使用される遠隔操作式の細断モードシフト装置において、
   前記デコーキングツールの下端に取り付け得るようにされて、前記デコーキングツール内で上側制御ロッドと前記分岐弁板とに係合する下側制御ロッドを有するシフター本体と、
   前記デコーキングツールの下端と当接してシフター本体内に空隙を提供する線形スリーブとを備え、該空隙が、前記シフター本体により取り巻かれ且つ前記線形スリーブを取り巻く環状の液圧シリンダを画成し、該液圧シリンダには、細断工程の間、細断流体が充填され、
   前記シフターハウジング内に配置され且つ、半径方向内方に伸びる少なくとも１つの作動ピンを担持するアクチュエータピンキャリアと、
   前記アクチュエータピンキャリア組立体内に装着されて、前記少なくとも１つの作動ピンと係合する少なくとも１つの作動スロットを有する環状のアクチュエータスリーブと、
   細断流体の圧力が前記デコーキングツールから解放されたとき、前記アクチュエータピンキャリア組立体を前記シフター本体内の最上方の位置に押圧する少なくとも１つのばね部材と、
   前記下側制御ロッド上設けられたラチェット歯車であって、該ラチェット歯車の円周まわりに９０°隔てられた４つの歯を備え、該歯が少なくとも一つのばね負荷式爪状部を受け入れ、これにより前記デコーキングツールから圧力が解放されたとき前記下方制御ロッドと前記上方制御ロッドと前記分岐弁板の回転を可能とし、さらに、前記デコーキングツールに再び圧力が作用すると、前記４つの歯の中の少なくとも一つが前記ラチェット歯車を前記少なくとも一つのばね負荷式爪状部から係合を外し、これにより前記下方制御ロッドと前記上方制御ロッドと前記分岐弁板とが回転しないようにする前記ラチェット歯車とを備える、遠隔操作式の細断モードシフト装置。