JP6142317B2 - 伸縮継手 - Google Patents
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Description
本発明は、化学プラント等において、粉粒体を同伴した高温の気体が上昇する各種の立ち上がり管に介装する際に用いて好適な伸縮継手に関するものである。
流動接触分解（Fluid Catalytic Cracking）プロセス（以下、ＦＣＣプロセスと略す。）は、重油として評価される高沸点の各種の原料油に、高温雰囲気下においてゼオライト系の固体酸触媒（ＦＣＣ触媒）を接触させて分解することにより、付加価値の高いガソリンやLPG等の分解生成物を得るものであり、石油精製における最も重要なプロセスである。
このＦＣＣプロセスは、原料油にＦＣＣ触媒を接触させて分解させる分解反応工程と、この分解反応工程において生成した分解生成物をＦＣＣ触媒から分離して取り出す分離工程と、分離されたＦＣＣ触媒をスチームで洗浄し、その後ＦＣＣ触媒上の付着コークを燃焼させて触媒を再利用するための再生工程と、再生されたＦＣＣ触媒を上記分解反応工程に供給する再生触媒の移送工程によって、概略構成されたものである。
図３は、本発明における上記ＦＣＣプロセスの概略構成を示すものである。
このプロセスは、ダウンフロー反応器１の上部１ａから供給される原料油に、再生触媒保持塔２から送られてくるＦＣＣ触媒を、当該ダウンフロー反応器１を落下する過程で接触させて、瞬時に原料油を分解した後に、得られた分解生成物を下部の分離機３で分離して外部に取り出すとともに、ＦＣＣ触媒を触媒洗浄塔４で洗浄して触媒再生塔５へと送り、当該触媒再生塔５に供給される再生用空気によって再生させて、高温の気体とともに触媒上昇管６から再生触媒保持塔２へと送って再利用するものである。
このプロセスは、ダウンフロー反応器１の上部１ａから供給される原料油に、再生触媒保持塔２から送られてくるＦＣＣ触媒を、当該ダウンフロー反応器１を落下する過程で接触させて、瞬時に原料油を分解した後に、得られた分解生成物を下部の分離機３で分離して外部に取り出すとともに、ＦＣＣ触媒を触媒洗浄塔４で洗浄して触媒再生塔５へと送り、当該触媒再生塔５に供給される再生用空気によって再生させて、高温の気体とともに触媒上昇管６から再生触媒保持塔２へと送って再利用するものである。
ところで、この種のプロセスを実施するためのＦＣＣ用プラントにおいては、ダウンフロー反応器１、再生触媒保持塔２、触媒洗浄塔４あるいは触媒再生塔５などの設備が、構造体によって固定され、これら設備間に上記触媒上昇管６等の各種配管が施工されることになる。
他方、上記プラントにおいては、運転時に内部が５００℃以上の温度雰囲気下に保持されており、運転条件を変えた際や当該運転を停止した際に、当該操業温度が大きく変化する。このため、一般に、上記設備間の配管には、上記温度変化に起因する配管の膨張・収縮を吸収するための伸縮継手が介装されている。
図４は、上記触媒上昇管６に介装される従来の伸縮継手を示すもので、図中符号１０がインコネル等の耐熱性金属が蛇腹状に形成されて伸縮可能とされた伸縮管である。
この伸縮管１０は、上下端部が各々上記触媒上昇管６の上側配管６ａおよび下側配管６ｂに接合・一体化されたもので、その外周部には、セラミックファイバーからなる断熱材２９と、当該伸縮管１０の径方向の形状を保持するとともに外部から保護するための保護カバー１１が設けられている。
この伸縮管１０は、上下端部が各々上記触媒上昇管６の上側配管６ａおよび下側配管６ｂに接合・一体化されたもので、その外周部には、セラミックファイバーからなる断熱材２９と、当該伸縮管１０の径方向の形状を保持するとともに外部から保護するための保護カバー１１が設けられている。
他方、上側配管６ａおよび下側配管６ｂは、例えば炭素鋼からなるもので、その内周面には、それぞれ耐火ライニング１２、１３が施工されており、これにより当該耐火ライニング１２、１３の表面が上側配管６ａおよび下側配管６ｂにおける内壁面１２ａ、１３ａになっている。
このため、伸縮管１０の内側には、当該伸縮管１０の伸縮性を担保したうえで、その耐火性を確保するとともに、上側配管６ａおよび下側配管６ｂの内壁面１２ａ、１３ａと連続させるための耐火構造が設けられている。
この耐火構造は、上端部が上側配管６ａと一体化されるとともに上側配管６ａの内壁面１２ａよりも伸縮管１０側に配置されて下端部が開口する外側保護管１４と、この外側保護管１４の内方に隙間を介して配置され、耐摩耗ライニング１５ａが施された内周面が下側配管６ｂの内壁面１３ａと面一に位置する内側保護管１５とを備えたものである。
そして、内側保護管１５の上端部と上側配管６ａの内壁面１２ａとの間に、内外保護管１４、１５の軸線方向への相対変位を許容する開口部１６が形成され、かつ内外保護管１４、１５の隙間にシール部材１７としてワイヤーメッシュ入りのホースブレードが介装されるとともに、このシール部材１７によって封じられた内外保護管１４、１５の外周面と伸縮管１０の内壁との間に、断熱材１８が充填されることにより、上記耐火構造が構成されている。
このような構成からなる伸縮継手を介装した触媒上昇管６内には、運転時に下方の触媒再生塔５から上方の再生触媒保持塔２へと、多量のＦＣＣ触媒を同伴した約５５０℃の気体が上昇する。そして、当該ＦＣＣ触媒を含む高温気体の流れ方向を考慮して、上記ＦＣＣ触媒が極力内外保護管１４、１５間に浸入しないように、開口部１６を上記流れ方向の下流側、すなわち伸縮継手の上部側に形成したのである。
ところが、上記従来の伸縮継手を用いて試験運転を行ったところ、当該運転およびその停止を長期間繰り返した後に、上記伸縮継手が十分に伸縮できなくなり、よって伸縮継手としての機能を十分に発揮できなくなるという現象が確認された。
そこで、上記伸縮継手をオーバーホールして、内部の状況を確認したところ、断熱材１８が殆ど消失するとともに、当該空間がＦＣＣ触媒によって満たされた結果、伸縮管１０の伸縮が妨げられていることが判った。また、この原因は、開口部１６が伸縮継手の上方に形成され、かつ隙間が当該開口部１６よりも下方に延在していることから、特に運転停止時に、触媒上昇管６内を落下するＦＣＣ触媒が、上記開口部１６から上記隙間内に浸入したものと考えられた。
そして、開口部１６から浸入したＦＣＣ触媒が、次第に上記シール部材１７上に堆積して行くことに加えて、シール部材１７として、気孔率が大きなワイヤーメッシュ入りのホースブレードを用いていたのに対して、ＦＣＣ触媒は、４０〜８０μｍの微粒子状に造粒されたものであるために、当該シール部材１７が、ＦＣＣ触媒の浸入を阻止するために十分機能していなかったものと推測された。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、運転停止時においても立ち上がり管内を落下する粉粒体が伸縮管の内側に設けられた断熱材側に浸入して、当該伸縮管の伸縮機能を損なうことを防止することが可能になる伸縮継手を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、耐火ライニングによって内壁面が画成され、粉粒体を同伴した高温の気体が上昇する立ち上がり管の上側配管と下側配管との間に介装される伸縮継手であって、上下端部が各々上記上側配管および下側配管に接続された伸縮管と、下端部が上記下側配管と一体化されるとともに上記下側配管の上記内壁面と上記伸縮管との間に配置されて上端部が開口する筒状の第１の保護管と、上端部が上記上側配管と一体化されるとともに上記第１の保護管の内方に隙間を介して配置され、内周面が上記下側配管の内壁面と面一または上記第１の保護管側に位置することにより、下端部と上記下側配管の内壁面との間に上記気体の流れ方向と直交する方向に開口する開口部が形成された筒状の第２の保護管と、これら第１および第２の保護管の間の上記隙間に介装されたシール部材と、このシール部材によって封じられた上記第１および第２の保護管の外周面と上記伸縮管の内壁との間に介装された伸縮性を有する断熱材とを備えてなり、かつ、上記第１および第２の保護管の間の隙間の底部に、当該隙間側から上記開口部側に向けて漸次下方に傾斜する傾斜面が形成されていることを特徴とするものである。
なお、上記傾斜面の傾斜角度は、上記粉粒体が落下し易い角度であれば良く、具体的には、水平面に対して、２０〜７０°の範囲であることが好ましい。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記シール部材は、上記隙間に介装された第１のシール部材と、この第１のシール部材の下側に介装されるとともに、上記第１のシール部材よりも気孔率が小さい第２のシール部材とを備えてなることを特徴とするものである。
ここで、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記断熱材が、袋体の内部にセラミックファイバーを充填することにより構成されていることを特徴とするものである。
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記下側配管には、先端部が当該下側配管と上記第１の保護管の外周面との間に開口する保守用ノズルが接続されていることを特徴とするものである。
請求項１〜４のいずれかに記載の発明によれば、上側配管と一体化された第２の保護管と下側配管との間の伸縮管の伸び縮みを吸収するための開口部が、気体の流れ方向と直交する方向に開口しているために、通常の運転時においては、流速の速い気体に同伴して上昇する粉粒体が上記開口部から第１の保護管と第２の保護管との間の隙間に浸入することがない。
他方、運転の停止時に、上記粉粒体が立ち上がり管内を落下する場合にも、上記開口部が第１の保護管と第２の保護管との間の隙間の下部に形成されているために、上記粉粒体が上記隙間に浸入することが抑制される。
加えて、上記第１および第２の保護管の間の隙間の底部に、上記隙間側から開口部側に向けて漸次下方に傾斜する傾斜面を形成しているために、上記開口部から隙間内に浸入しようとする粉粒体を、重力により上記傾斜面に沿って管内に落下させることができる。
また、仮に上記粉粒体が、開口部から隙間内に浸入した場合にも、上記隙間内にシール部材を介装しているために、当該シール部材によって粉粒体の上方への混入を防ぐことができ、特に請求項２に記載の発明によれば、上記シール部材を、上方に位置する第１のシール部材と、この第１のシール部材の下側に位置する第２のシール部材とを備えた構成とし、かつ開口部側に位置する第２のシール部材として、第１のシール部材よりも気孔率が小さいものを用いているために、粒径の小さな粉粒体に対しても、浸入阻止の機能を十分に発揮させることができる。
加えて、請求項３に記載の発明においては、上記断熱材を、袋体の内部にセラミックファイバーを充填することによって構成しているために、万一粉粒体がシール部材を通過して断熱材側に浸入した場合においても、従来のように上記断熱材が散逸して粉粒体と置換することを防止することができる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、下側配管に、先端部が当該下側配管と第１の保護管の外周面との間に開口する保守用ノズルを設けているために、当該保守用ノズルから内部の断熱材の状態を確認することができる。また、上記断熱材に粉粒体が混入した場合には、上記保守ノズルを用いて断熱材を充填した第１および第２の保護管の外周面と伸縮管の内壁との間の空間のエアパージ等を行うことも可能になる。
図１および図２は、本発明に係る伸縮継手を、図３に示したＦＣＣプロセスにおける触媒上昇管（立ち上がり管）６に介装する伸縮継手に適用した一実施形態を示すもので、図４に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１に示すように、この伸縮継手においては、伸縮管１０と下側配管６ｂの耐火ライニング１３の内壁面１３ａとの間に、下端部が下側配管６ｂに接合されて上端部が開口する外側保護管（第１の保護管）２０が配置されている。そして、この外側保護管２０の内方に、隙間Ｓを介して下端部が開口する内側保護管（第２の保護管）２１が配置され、この内側保護管２１の上端部が上側配管６ａに接合されている。
これら外側保護管２０および内側保護管２１は、それぞれ内周面に耐摩耗ライニング２２、２３が施工されており、内側保護管２１の耐摩耗ライニング２３の表面が、上側および下側配管６ａ、６ｂの耐火ライニング１２、１３の内壁面１２ａ、１３ａと面一状に配置されている。そして、内側保護管２１の下端部と、下側配管６ｂの耐火ライニング１３との間に、気体の流れ方向と直交する方向に開口して、伸縮管１０の伸び縮みを担保する開口部２４が形成されている。
さらに、外側保護管２０の耐摩耗ライニング２２の下部は、上記隙間Ｓ側から開口部２４側に向けて漸次下方に傾斜する傾斜面２２ａが形成されている。ここで、傾斜面２２ａの傾斜角度は、粉粒体が落下し易い角度であれば良く、具体的には水平面に対して、２０〜７０°の範囲であることが好ましい。
そして、図１および図２に示すように、外側保護管２０および内側保護管２１の間の隙間Ｓには、上部シール部材（第１のシール部材）２５および下部シール部材（第２のシール部材）２６が介装されている。
そして、図１および図２に示すように、外側保護管２０および内側保護管２１の間の隙間Ｓには、上部シール部材（第１のシール部材）２５および下部シール部材（第２のシール部材）２６が介装されている。
ここで、上部シール部材２５は、外周が、線径０．４ｍｍφのＳＵＳ３１０Ｓのワイヤーによって編まれたホース内に、０．２５４ｍｍφＳＵＳ３１０Ｓのワイヤーが１９４Ｋｇ／ｍ3の密度で充填されたホースブレードである。また、下部シール部材２６は、外周が、同じく線径０．４ｍｍφのＳＵＳ３１０Ｓのワイヤーによって編まれたホース内に、平均繊維径が２．５μｍのＡｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2からなるセラミックスファイバーが、６０〜２５０Ｋｇ／ｍ3の密度で充填されたホースブレードである。これにより、下部シール部材２６は、上部シール部材２５よりも気孔率が小さくなっている。
そして、これら上下部シール部材２５、２６によって封じられた外側保護管２０および内側保護管２１の外周面と伸縮管１０の内壁との間に、伸縮管１０の伸縮を妨げない伸縮性を備えた断熱材２７が介装されている。この断熱材２７は、ＳｉＯ2等のセラミックスファイバーからなるクロスの袋体の内部に、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2からなるセラミックスファイバーが、１２８〜１６０Ｋｇ／ｍ3の密度で充填されたものである。
また、下側配管６ｂには、先端部が下側配管６ｂの内部に開口する保守用ノズル２８が接続されており、この保守用ノズル２８によって、下側配管６ｂと外側保護管２０との間に介装されている上記断熱材２７の状態が目視可能になっている。
以上の構成からなる伸縮継手によれば、上側配管６ａと一体化された内側保護管２１と下側配管６ｂの耐火ライニング１３との間に形成されて、伸縮管１０の伸び縮みを吸収するための開口部２４が、下方から上方へと流れる気体の流れ方向と直交する方向に開口しているために、通常の運転時においては、流速の速い気体に同伴して上昇するＦＣＣ触媒が開口部２４から外側保護管２０と内側保護管２１との間の隙間Ｓに浸入することがない。
また、運転の停止時に、上記ＦＣＣ触媒が触媒上昇管６内を落下する場合にも、開口部２４が外側保護管２０と内側保護管２１との間の隙間Ｓの下部に形成されているために、上記ＦＣＣ触媒が隙間Ｓに浸入することが抑制される。しかも、上記隙間Ｓとなる外側保護管２０の耐摩耗ライニング２２の下部に、上記隙間Ｓ側から開口部２４側に向けて漸次下方に傾斜する傾斜面２２ａを形成しているために、開口部２４から隙間Ｓに浸入しようとするＦＣＣ触媒を、重力によりこの傾斜面２２ａに沿って管内に落下させることができる。
また、仮に上記ＦＣＣ触媒が、開口部２４から隙間Ｓ内に浸入した場合にも、隙間Ｓ内に上部シール部材２５および下部シール部材２６を介装するとともに、開口部２４側に位置する下部シール部材２６として、上部シール部材２５よりも気孔率が小さいものを用いているために、粒径が１００μｍ以下といった微細なＦＣＣ触媒粉粒体に対しても、浸入阻止の機能を十分に発揮させることができる。
さらに、袋体の内部にセラミックファイバーを充填することによって断熱材２７を構成しているために、万一ＦＣＣ触媒が上下部シール部材２５、２６を通過して断熱材２７側に浸入した場合においても、従来のように断熱材２７が散逸してＦＣＣ触媒と置換することを防止することができる。
この結果、運転停止時においても、触媒上昇管６内を落下するＦＣＣ触媒が、伸縮管１０の内側に設けられた断熱材２７側に浸入して、伸縮管１０の伸縮機能を損なうことを確実に防止することができる。
加えて、下側配管６ｂに、先端部が下側配管６ｂ内に開口する保守用ノズル２８を設けているために、この保守用ノズル２８から内部の断熱材２７の状態を確認することができるとともに、万一断熱材２７の充填箇所にＦＣＣ触媒が混入した場合には、保守ノズル２８を用いて外側保護管２０および内側保護管２１の外周面と伸縮管１０の内壁との間の空間のエアパージ等を行うこともできる。
化学プラント等において、粉粒体を同伴した高温の気体が上昇する各種の立ち上がり管に介装する伸縮継手として利用可能である。
６ 触媒上昇管（立ち上がり管）
６ａ 上側配管
６ｂ 下側配管
１０ 伸縮管
１２、１３ 耐火ライニング
１２ａ、１３ａ 内壁面
２０ 外側保護管（第１の保護管）
２１ 内側保護管（第２の保護管）
２２、２３ 耐摩耗ライニング
２２ａ 傾斜面
２４ 開口部
２５ 上部シール部材（第１のシール部材）
２６ 下部シール部材（第２のシール部材）
２７ 断熱材
２８ 保守用ノズル
２９ 外部断熱材
Ｓ 隙間
６ａ 上側配管
６ｂ 下側配管
１０ 伸縮管
１２、１３ 耐火ライニング
１２ａ、１３ａ 内壁面
２０ 外側保護管（第１の保護管）
２１ 内側保護管（第２の保護管）
２２、２３ 耐摩耗ライニング
２２ａ 傾斜面
２４ 開口部
２５ 上部シール部材（第１のシール部材）
２６ 下部シール部材（第２のシール部材）
２７ 断熱材
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２９ 外部断熱材
Ｓ 隙間
Claims (4)
- 耐火ライニングによって内壁面が画成され、粉粒体を同伴した高温の気体が上昇する立ち上がり管の上側配管と下側配管との間に介装される伸縮継手であって、
上下端部が各々上記上側配管および下側配管に接続された伸縮管と、
下端部が上記下側配管と一体化されるとともに上記下側配管の上記内壁面と上記伸縮管との間に配置されて上端部が開口する筒状の第１の保護管と、
上端部が上記上側配管と一体化されるとともに上記第１の保護管の内方に隙間を介して配置され、内周面が上記下側配管の内壁面と面一または上記第１の保護管側に位置することにより、下端部と上記下側配管の内壁面との間に上記気体の流れ方向と直交する方向に開口する開口部が形成された筒状の第２の保護管と、
これら第１および第２の保護管の間の上記隙間に介装されたシール部材と、
このシール部材によって封じられた上記第１および第２の保護管の外周面と上記伸縮管の内壁との間に介装された伸縮性を有する断熱材とを備えてなり、
かつ、上記第１および第２の保護管の間の隙間の底部に、当該隙間側から上記開口部側に向けて漸次下方に傾斜する傾斜面が形成されていることを特徴とする伸縮継手。 - 上記シール部材は、上記隙間に介装された第１のシール部材と、この第１のシール部材の下側に介装されるとともに、上記第１のシール部材よりも気孔率が小さい第２のシール部材とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の伸縮継手。
- 上記断熱材は、袋体の内部にセラミックファイバーを充填することにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の伸縮継手。
- 上記下側配管には、先端部が当該下側配管と上記第１の保護管の外周面との間に開口する保守用ノズルが接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の伸縮継手。
Priority Applications (3)
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