JP4270586B2 - ディレードコーキングドラムにおける金属応力の減少 - Google Patents

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ディレードコーキングに係り、より具体的には、コーキングサイクールの冷却および急冷部分の間のディレードコーキングドラムにおける金属応力を低減する方法に関する。
典型的なディレードコーカーユニットにおいて、一対のコークドラムは、交互に充填され空にされ、コーカー原料はドラムの一方に吹き込まれつつ、他方のドラムはコークが取り出されて次の充填サイクルのために準備される。
２．従来の背景
従来のコーキング操作は、充填されたドラムを空にするプロセスにおいて、充填されたドラムをスチームアウト（ｓｔｅａｍｉｎｇ ｏｕｔ）して残留揮発成分をドラムから除去する工程、スチームアウトされたコーク床を水で急冷する工程、急冷水をドラムから排出する工程、コークドラムの頂部および底部を開口する（ドラムのヘッドを除去する）工程、頂部からコーク床内に案内孔をあける工程、半径方向に向けられた水のジェットドリルで残りのコークをドリルアウトする工程、ドリルアウトされたコークをドラムの底部から除去する工程、コークドラムの頂部および底部の開口を閉じる工程、および熱いコーカー原料で充填されている他方のドラムからの熱い蒸気を通過させることによって、空のコークドラムを予備加熱する工程を含む。予備加熱工程は、新たに空にされたドラムに熱いコーカー原料を切り替える前に、空のコークドラムの温度を上昇させるために必要である。そうしなければ、比較的冷たいドラム内へ熱い原料を供給することからの熱応力が、深刻なダメージをもたらすおそれがあるためである。１９９７年６月２０日に出願された本出願人の係属中の米国特許出願Ｕ．Ｓ．シリアルＮｏ．０８／８７９，５７３には、予備加熱工程のために必要とされる時間を減少させる方法が記載されている。この方法は、コーキングサイクルの予備加熱工程の間に、コークドラムの臨界領域への外部加熱の適用を含む。
典型的なコークドラムは、ドラム外板とドラムの下方円錐状部分との接合部近傍でドラムに溶接されたスカート状部材により支持される。本出願人の前述した米国特許出願に記載されているように最大熱応力は、熱いオイル原料が、約９００°Ｆで、予備加熱されたドラムに切り替えられる際に生じる。これらの熱応力は、予備加熱されたドラムの内面がドラムの外側より熱いという事実に部分的に起因し、ドラムの外部は支持スカート状部材がドラム外板に溶接された領域を含む。外板の内側の膨張速度は、熱いオイル原料が接触した際、より冷たい外側部分の膨張速度より初期的に大きい。充分な時間が利用できるならば、予備加熱工程は、ドラム内部の温度に近い温度までドラム外部を加熱するのに充分な時間にわたって行うことができる。しかしながら、全体のサイクル時間を減少させるために予備加熱時間が最少にされるべきである場合には、これは問題である。
もう１つの段階がコーキングサイクル中に存在し、その間に、高い金属応力が、コークドラムとその支持スカート状部材との間の接合部の領域において生じる。これは、スチームアウトされたコークを急冷するためにドラム内に急冷水が導入される際に生じる。急冷水が導入される際、ドラム外部は急冷水より熱く、ドラム内部とドラム外部との間の温度差は、高い金属応力を引き起こす大きな温度勾配を生じさせる。これは、支持スカート状部材が取り付けられているドラムの領域において、特に重大である。支持スカート状部材の頂部は、冷却円錐状部材および外板より高い温度のままとどまる。構成要素中に生じる温度差は、円錐状部材および外板が、スカート状部材より速い速度で収縮することを引き起こす。膨張速度の差は、収縮する円錐状部材および外板が、より熱いスカート状部材から離れて引っ張る際に高い金属応力を生じさせる。
発明の概要
本発明によれば、ドラムとその支持スカートとが接続される領域に近接したコークドラムの外側部分に冷却流体を適用することによって、コーキングサイクルの急冷工程中におけるコークドラム内の金属応力が低減される。この外部の冷却流体は、ドラム内部と支持スカート状部材の接合部との間の温度差を減少させ、それによって急冷工程の間の金属応力を低減する。
【図面の簡単な説明】
図１は、一対のコークドラムおよび関連する装置を示すディレードコーカーユニットの概略図である。
図２は、コーキングサイクルについてのコークドラムスケジュールを示すチャートである。
図３は、コークドラムおよびその支持構造の詳細を示す、部分的に断面の側面立面図である。
図４は、コークドラムとその支持スカート状部材との接合部の詳細を示す、部分的に切り取られた側面立面図である。
図５は、ドラムの円錐状部材のナックル部分に溶接されたスカート状部材により支持されたコークドラムを示す断面図である。
図６は、ドラムの外板に溶接されたスカート状部材により支持されたコークドラムを示す断面図である。
好ましい態様の説明
本発明の主な目的は、コークサイクルの急冷工程中におけるコークドラム内の金属ストレスを低減することにある。
図１は、一対のコークドラム１０および１２で構成される典型的なコーカーユニットを示す。供給ライン１４からのコーカー原料は、コーカー分留器１６に入り、炉５４に送り込まれ、次いで、コークドラムの一方に供給される。充填されているドラムからのオーバーヘッド蒸気は、分留器１６に戻って、ここで生成物流に分離される。
図２には、典型的なサイクルスケジュールが示される。示された例は１８時間のサイクルについてのものであるが、より長いまたはより短いサイクルも一般的である。
外部の冷却流体をドラムに適用するための手段は、図３に最もよく示されている。冷却流体ジャケット４８は、スカート状部材−ドラム接合部の領域の回りでドラム１０を取り囲む。冷却流体入口５０および出口５２は、冷却流体、好ましくは水または低圧蒸気を、冷却ジャケット４８を通して通過させるために設けられる。
図３に示されるように、コークドラム１０は底部円錐状部分３４と除去可能な底部プレート３６とを含む。ドラム外板と底部円錐状部分３４との間には、変わり目またはナックル部分４４が存在する。図３および６に示されるように、ドラム外板とナックル部分４４との接合部近傍には、支持スカート状部材３８がドラムに溶接され、それに関して、接線接続（ｔａｎｇｅｎｔ ｌｉｎｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）としばしば称される。
図５に示されるように、ナックル部分４４は、ドラム外板と底部円錐状部分３４との間で溶接される。支持スカート状部材３８は、溶接点２２でナックル部分４４に溶接され、これに関して、ナックル接続（ｋｎｕｃｋｌｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）としばしば称される。
図４に示されるような一つの一般的な変更において、スカート状部材は、スカート状部材の頂部から延びる細長いくぼみにより形成される一連の指状部分４０を含み、各指状部分は、湾曲した頂部４６を有して波状形状を与え、湾曲した指状部分の頂部はドラム外板に溶接される。スカート状部材内でくぼみの中に丸みを帯びた下方端部を含むことは、応力がくぼみ端部に発生するのを防ぐために通常行われる。図４に示されるようにスカート状部材の頂部から延びるくぼみの部分にわたって冷却ジャケット４８が広がる場合には、冷却流体の漏れを防止するためにくぼみ内にパッキング材を適用することが望ましい。
いかなるタイプのスカート状部材−ドラムシステムが用いられても、ドラム外板とスカート状部材との間の接合部は、急冷工程が開始されるときに非常に熱い。ドラムの外面、特にドラム外板と支持スカート状部材との溶接された接合部は、ドラムの内部と同じ速度で冷却されない。急冷水がドラムの底部に導入される際に生じる熱衝撃のために、その後、高い金属応力が発生する。この熱衝撃は、スカート状部材−ドラム接続に潜在的な損傷を与える。
ここで、本発明のプロセスの例示のために、図１および３を参照して、外部ドラム冷却の使用を含むコーキングサイクルを説明する。
炉５４からの熱いコーカー原料は、コークドラム１０の底部に供給される。ドラム１０への供給が開始される際、コークで満たされているコークドラム１２は、低圧蒸気を当てられ、残留している揮発性の炭化水素をドラム内のコーク床から取り除く。蒸気はまた、コークからある程度の熱を除去する。スチームアウト工程の後、急冷水でドラムを満たすことによってコークは急冷される。急冷水によって引き起こされる温度勾配がドラム−スカート状部材の接続部のレベルに達する前に、水、空気または他のガス、あるいは低圧蒸気のような冷却流体は、入口５０から冷却ジャケット４８内に注入される。冷却流体は出口５０を出て、ドラム−スカート状部材の接続部の領域においてドラムに外部からの冷却を与え、ドラム内の金属応力を低減する。いったんコーク床が水で覆われると、ドラムの排水口が開かれて水が排出される。頂部および底部のドラムヘッドカバーは、その後、取り外される。案内孔は、頂部からコーク床を通して開けられ、次いで、回転している高圧水のジェットドリルが案内孔を下方に通過しつつ、切削流をコーク床に対して水平方向に向ける。ドリルアウトされたコークは、ドラムから下方に落下する。コーク切削が終了してコークがドラムから取り除かれた後、ヘッドカバーが再度装着され、ドラムは蒸気でパージされて漏れについて試験される。オンラインドラムの頂部からの熱い蒸気の一部は、空にされたドラム内に向きを変えられて、所定の温度までドラムを暖める。炉５４からの熱い原料は、その後、空にされたドラム内に切り替えられる。
本発明の本質は、ドラム内に急冷水を導入する間および／または前に、コークドラムとその支持スカート状部材との接合部に冷却流体を外部から適用することにある。外部冷却流体の適用は、ドラム−スカート状部材接合部の領域が、急冷工程の間にドラム内側の温度により近く達するのを可能にし、ドラムの外側、特にドラム−スカート状部材溶接部の回りが、急冷水より高い温度の場合に生じる損傷を与える金属応力なしに急冷水の導入を可能にする。
上述した本発明の好ましい態様の説明は、本発明の範囲を限定することよりも、むしろ例示のために意図され、本発明の範囲は添付した請求の範囲によって画定されるべきである。

Claims (7)

1. ドラムに溶接されたスカート状部分によりそれぞれ支持される一対のコークドラムが、交互に充填され空にされるディレードコーキング方法において、サイクルの空にする部分は、
   （ａ）充填されたコークドラムをスチームアウトして、残留揮発成分をドラムから除去する工程
   （ｂ）熱いコーク床を水で急冷する工程：
   （ｃ）急冷水をコークドラムから排出する工程；（ｄ）コークドラムの頂部を開口して、その中のコーク床を通る案内孔をあける工程：
   （ｅ）半径方向に向けられたドリル水によって、案内孔とコークドラム壁との間のコーク床からコークをドリルアウトし、コークドラムの底部の開口を通してコークを除去する工程；
   （ｆ）コークドラムの頂部および底部の開口を閉じる工程；および
   （ｇ）空にされたドラム内に原料を導入する前に、熱いコークドラム蒸気をドラム内に通過させることによって空のドラムを予備加熱する工程を具備し；
   改良は、前記ドラム内に急冷水を導入する間に、ドラム外板と前記ドラムのスカート状部材との接合部に近接する前記コークドラムの外側部分に冷却流体を適用することにより、コークドラムとスカート状部材との接合部における金属応力が低減され、それによって、過剰な熱応力を防止することであるディレードコーキング方法。
2. 冷却流体は、外板とその支持スカート状部材との接合部近傍で前記ドラムを包囲する冷却ジャケットを用いることによって、急冷水の導入の間に前記ドラムの外側に適用される請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却流体はガスである請求項２の方法。
4. 前記冷却流体は空気である請求項３の方法。
5. 前記冷却流体は低圧蒸気である請求項３の方法。
6. 前記冷却流体は液体である請求項２の方法。
7. 前記急冷流体は水である請求項６の方法。

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