MX2007003234A

MX2007003234A - Estructura para ciclos termicos extremos.

Info

Publication number: MX2007003234A
Application number: MX2007003234A
Authority: MX
Inventors: Steve M Cihlar; Dale A Swanson; Randy L Eberly
Original assignee: Chicago Bridge & Iron Co
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-11-26
Also published as: CA2581842C; CA2581842A1; AR059919A1; JP5368678B2; US7666279B2; KR101447287B1; BRPI0705056A; ES2328200A1; ITTO20070200A1; JP2007277541A; JP2013224437A; KR20070094557A; US20070215452A1; ES2328200B1; BRPI0705056B1

Abstract

[0026] Estructura para ciclos térmicos extremos que tiene un elemento de soporte que sostiene un recipiente en principio por fuerzas de apoyo y de fricción en vez de soldaduras. El elemento de soporte tiene una porción de soporte con una c4onicidad hacia adentro debajo de una zona de transmisión que separa una sección cilíndrica del recipiente de una sección inferior inclinada. La porción de soporte del elemento de soporte sigue dicha inclinación; proporcionando un área de contacto extendida entre el elemento de soporte y el recipiente. Una sección anular del elemento de soporte se puede calentar y expandir antes de ponerla alrededor de la sección cilíndrica del recipiente para proporcionar un pretensado. De ser necesario, puede haber un fleje que se extiende hacia abajo desde el recipiente sobre un borde superior del elemnto de apoyo.

Description

ESTRUCTURA PARA CICLOS TÉRMICOS EXTREMOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0001] La presente invención se refiere en general a estructuras que se utilizan en el tratamiento industrial de grandes volúmenes de material caliente. En particular, la invención se refiere a recipientes herméticos a prueba de presión que se pueden utilizar para la coquización diferida de petróleo.

[0002] La coquización diferida de petróleo es un proceso donde se calienta una fracción del petróleo hasta una temperatura a la cual este se descompone térmicamente para dar coque sólido como producto y un producto de hidrocarburo destilado. En general, primero se destila una alimentación de petróleo líquido hasta que se recuperan los extremos más livianos y queda un residuo pesado. Este residuo pesado de brea caliente y pesados de craqueo catalítico o aceite de reciclaje se carga por el fondo de una estructura denominada un tambor de coquización.

[0003] Los tambores de coquización son recipientes a prueba de presión con una disposición vertical que miden comúnmente entre 12 y 32 pies de diámetro con una sección cilindrica de entre 30 y más de 80 pies de altura. Un tambor de coquización típicamente tiene una sección de fondo cónico para dar uniformidad de soporte ante los esfuerzos a los que se somete a la estructura, y está reforzada por un faldón soldado a una zona de transición (o cerca de la misma) que está entre la sección cilindrica y la sección de fondo cónico.

[0004] En el tambor de coquización, el residuo pesado se sigue calentando hasta aproximadamente 1000 °F y sufre craqueo y coquización extensivos y controlados en condiciones de alta presión. A producto de craqueo más liviano se eleva hacia la parte superior del tambor de coquización en un proceso denominado destilación por arrastre de vapor y se extrae.

[0005] Queda un producto más pesado que se somete a craqueo para dar coque, una sustancia sólida, similar al carbón. Usualmente el coque se purga con vapor para eliminar cualquier componente volátil remanente. Una vez completo el proceso de craqueo y coquización, se introduce agua de enfriamiento y se utilizan chorros de agua a alta presión para cortar, desprender y extraer el coque. El agua reduce la temperatura en el tambor hasta aproximadamente 200 °F o menos antes de comenzar un nuevo ciclo. Para aumentar la velocidad de producción, la operación de enfriamiento frecuentemente se realiza lo más rápidamente posible. El tiempo del ciclo para un recipiente típicamente es de 48 horas o menos .

[0006] Las operaciones cíclicas de calentamiento y enfriamiento de recipientes tales como los tambores de coguización causan el deterioro de la estructura con el transcurso del tiempo. Los recipientes sometidos a dichos ciclos térmicos extremos pueden experimentar una falla en el área donde el faldón de soporte está soldado al forro del recipiente. Puede ocurrir agrietamiento y la falla estructural del faldón de soporte, de la pared del recipiente, y/o en la soldadura de la unión.

[0007] Sería ventajosa una estructura más resistente al agrietamiento y otras fallas relacionadas con la fatiga.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0008] Los inventores han desarrollado una nueva estructura para contener sustancias durante ciclos térmicos extremos. El recipiente donde se mantienen las sustancias puede tener una forma convencional, con una sección cilindrica alta y una sección inferior inclinada que se extiende debajo de una zona de transición. A diferencia de diseños anteriores, el recipiente está reforzado con una nueva clase de elemento de soporte que puede no ser necesario que esté soldado al recipiente. Al reducir la cantidad de soldaduras entre el recipiente y el elemento de soporte se obtiene una conexión más flexible que puede reducir la fatiga. Esta también puede reducir los esfuerzos que son resultado de la contracción de la soldadura, zonas en el acero afectadas por el calor inducido por la soldadura, y altos esfuerzos locales, todo lo cual contribuye a mejorar resistencia a la fatiga .

[0009] En vez de usar soldaduras, el nuevo elemento de soporte sostiene el recipiente en principio por fuerzas de apoyo y de fricción. Este incluye una sección de apoyo con una conicidad hacia adentro por debajo de la zona de transición, siguiendo la inclinación de la sección inferior del recipiente. Esta sección de apoyo proporciona una mayor área de contacto entre el recipiente y el elemento de apoyo, que también puede reducir los esfuerzos térmicamente inducidos tanto en el recipiente como en el elemento de soporte proporcionando un gradiente de temperatura más uniforme entre el recipiente y el elemento de apoyo. Un gradiente de temperatura más uniforme puede también mejorar la resistencia a la fatiga de la estructura.

[0010] Opcionalmente, el elemento de soporte puede incluir ya sea una pared del faldón continua o un conjunto de placas de soporte que están montadas en un armazón de miembros estructurales. Una sección superior anular puede rodear el contorno de la sección cilindrica del recipiente, y se puede calentar antes de unir el recipiente y el elemento de soporte para dar un soporte pretensado. También, se puede aplicar una capa de masilla para alta temperatura entre el recipiente y las superficies de soporte en el elemento de soporte para mejorar adicionalmente la conductividad térmica entre los dos componentes .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0011] La invención se puede comprender mejor haciendo referencia a las figuras adjuntas, donde:

[0012] La FIG. 1 es una vista en elevación de una forma de realización de una estructura que incorpora la invención.

[0013] La FIG. 2 es una vista ampliada, en sección transversal de una parte a través de una porción de la estructura que se ve en la Fig. 1.

[0014] La FIG. 3 es una vista en sección transversal de una parte a través de una correspondiente porción de una estructura donde la estructura de soporte no incluye el uso de zonas de transición.

[0015] Las FIGS . 4 y 5 son vistas ampliadas en sección transversal de una parte y del extremo de la misma porción correspondiente de una estructura que usa detalles alternativos del soporte.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0016] El tambor de coquización 10 que se ve en las FIGS. 1 y 2 es un ejemplo de una estructura que utiliza la presente invención. En general, este incluye un recipiente 12 y un elemento de soporte 14.

[0017] El recipiente 12 tiene una sección cilindrica 20 y una sección inferior inclinada 22. Una sección cilindrica típica en un tambor de coquización puede tener una altura de entre 30 y más de 80 pies y un diámetro de entre 12 y 32 pies. En los tambores de coquización, la sección cilindrica frecuentemente se hace de placas de acero soldadas que tienen un espesor nominal de aproximadamente 3/4 - 2 1/2 pulgadas o mayor. La sección inferior del recipiente se extiende en general debajo de una zona de transición 26 que separa a la sección cilindrica de la sección inferior. En este ejemplo, la sección inferior es una sección cónica que es común en los tambores de coquización. El ángulo del cono en la sección cónica puede variar. Aunque la disposición que se ilustra es típica, se pueden usar recipientes con otras disposiciones.

[0018] El elemento de soporte 14 que se ilustra sostiene el recipiente 12 sin soldaduras. Este ejemplo incluye una pared del faldón continua 30 con una sección superior anular 32 que rodea la circunferencia de una porción de la sección cilindrica 20 del recipiente. En este ejemplo, la pared del faldón incluye una zona de transición 36 que se corresponde con la zona de transición 26 del recipiente. Una porción de soporte 40 de la pared del faldón presenta una conicidad hacia adentro debajo de la zona de transición del recipiente, siguiendo la inclinación de la sección inferior 22 del recipiente. Aunque todas las porciones de la pared del faldón que se ilustra siguen los contornos del recipiente, en otros ejemplos, algunas porciones de la pared del faldón pueden desviarse del contorno del recipiente. Como alternativa, el faldón se puede construir sin una zona de transición. Este puede tener, por ejemplo, una porción cónica inferior que está soldada directamente a una sección cilindrica que rodea a la sección cilindrica del recipiente. O, según se ve en la Fig. 3, este podría consistir solo en una porción cónica de soporte 40' donde reposa el recipiente 121.

[0019] No es necesario que la pared del faldón 30 sea continua. Según se ve en las FIGS. 4 y 5, por ejemplo, esta se puede construir de placas de soporte 50 montadas sobre un armazón de miembros estructurales 52, como por ejemplo vigas en H.

[0020] La pared 30 del faldón que se ilustra proporciona un área de contacto extendida con el recipiente 12. En una disposición típica del arte anterior, el contacto primario entre el faldón de soporte y recipiente es en la línea de la soldadura entre la zona de transición y el faldón. En un recipiente de 25 pies de diámetro, esto da como resultado que la mayor parte de las fuerzas entre el recipiente y el elemento de soporte pasan a través de un área estrecha que incluye tan poco como aproximadamente 13 pies cuadrados de material en la zona de transición o cerca de la misma. En el ejemplo que se ilustra, donde el recipiente está reforzado periféricamente por una estructura que proporciona una superficie de contacto anular que supera las 18" de ancho, el área de contacto total entre la pared del faldón 30 y el recipiente 12 puede exceder fácilmente los 1000 pies cuadrados, más de un orden de magnitud mayor que en la correspondiente disposición del arte anterior. Esta mayor área de contacto puede mejorar la conductividad térmica entre la pared del faldón y el recipiente, reduciendo los esfuerzos pico que experimentarán ya sea el faldón o el recipiente durante los ciclos térmicos. En el conjunto que se ilustra, la mayor parte del contacto entre el recipiente y el elemento de soporte 14 sucede entre el elemento de soporte y la sección inferior 22 del recipiente, aunque en otras instalaciones se pueden preferir otras disposiciones.

[0021] El elemento de soporte 14 se puede calentar y expandir antes de unirlo al recipiente 12. Esto puede proveer un "encastre a presión" entre el recipiente y el elemento de soporte cuando los dos elementos alcanzan el equilibrio térmico. El ajuste apretado puede mejorar la capacidad de carga de estructural del conjunto, y el ajuste a presión de la sección cilindrica 20 del recipiente en la sección superior anular 32 del elemento de soporte puede pretensar el recipiente en un estado de compresión. El pretensado del recipiente en un estado de compresión puede reducir a su vez los esfuerzos pico de tensión durante los ciclos térmicos, y por lo tanto puede mejorar adicionalmente la resistencia a la fatiga de la estructura.

[0022] Para mejorar la conductividad térmica entre el elemento de soporte 14 y el recipiente 12, se puede aplicar una capa de masilla para alta temperatura 55 entre el recipiente y una superficie de soporte 58 en el elemento de apoyo .

[0023] De ser necesario, se pueden montar uno o más flejes 60 en la sección cilindrica 20 del recipiente 12, que se extienden hacia abajo sobre un borde superior 62 del elemento de soporte 14. Dichos flejes pueden contribuir a mantener la parte superior del elemento de soporte contra el recipiente, o a transferir entre si los esfuerzos transversales o hacia arriba.

[0024] El elemento de soporte 14 se puede montar en su lugar de varias maneras. La sección de la base 70 del elemento de soporte que se muestra en las figuras es relativamente cilindrica, y está soldada a una zona de transición de curvatura inversa 72 en el extremo inferior de la porción de soporte 40 del elemento de apoyo. Nuevamente, en algunas circunstancias la zona de transición se podría reemplazar por una soldadura de cono a cilindro. La sección de base que se ilustra incluye un banco 74 convencional que se utiliza para montar la sección de base en un cimiento 76. También se pueden utilizar otros soportes para puntos de anclaje.

[0025] La presente descripción de diversos formas de realización de la invención se ha provisto para propósitos de ilustración. Se pueden realizar revisiones o modificaciones evidentes para aquellos con una experiencia normal en el arte sin apartarse de la invención. El alcance completo de la invención se establece en las siguientes reivindicaciones .

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la presente se considera como novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Una estructura para contener sustancias que están sometidas a ciclos térmicos entre temperaturas que varían en más de aproximadamente 500 °F, que tienen un elemento de soporte que sostiene un recipiente hermético a prueba de presión que tiene una sección inferior inclinada que se extiende debajo de una zona de transición, donde la estructura está CARACTERIZADA PORQUE: una porción del elemento de soporte presenta una conicidad hacia adentro debajo de la zona de transición del recipiente, siguiendo la inclinación de la sección inferior y sostiene el recipiente en principio por fuerzas de apoyo y de fricción.

2. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene una sección cilindrica pretensada que rodea una porción de una sección cilindrica del recipiente.

3. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE hay una capa de masilla para alta temperatura entre el recipiente y una superficie de soporte del elemento de apoyo.

4. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte incluye una pared del faldón continua.

5. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte incluye placas de soporte que están montados sobre varios miembros estructurales.

6. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene una sección superior anular que rodea la circunferencia de una porción de una sección cilindrica del recipiente.

7. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE la mayor parte del contacto entre el recipiente y el elemento de soporte sucede entre el elemento de soporte y la sección inferior inclinada del recipiente .

8. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte sostiene al recipiente sin soldaduras.

9. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte sostiene al recipiente sin soldaduras en la zona de transición en el recipiente .

10. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE hay uno o más flejes que se extienden hacia abajo desde el recipiente sobre un borde superior del elemento de apoyo.

11. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene una sección de la base que se extiende hacia abajo desde una zona de transición de curvatura inversa adyacente a la sección inferior inclinada del recipiente.

12. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene una sección de base cilindrica que se extiende hacia abajo desde la sección inferior inclinada del recipiente.

13. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene una sección de base que está soldada a una porción de soporte inclinada del elemento de apoyo.

14. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte se extiende hacia uno o más soportes para puntos de anclaje separados del recipiente,

15. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene un área de contacto con el recipiente extendida.

16. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el elemento de soporte tiene una porción anular de soporte que entra en contacto y rodea sustancialmente el recipiente y mide por lo menos 18" de ancho .

17. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el recipiente es un tambor de coquización .

18. Una estructura según se establece en la reivindicación 1, CARACTERIZADA PORQUE el recipiente tiene un diámetro de por lo menos 12 pies.

19. Un método para construir una estructura hermética a prueba de presión que tiene una sección inferior que se extiende debajo de una zona de transición y se utiliza para ciclos térmicos entre temperaturas que varían en más de 500°F, CARACTERIZADO PORQUE método incluye los pasos de: proveer un elemento de soporte con una conicidad hacia adentro debajo de la zona de transición, que sigue la inclinación de la sección inferior del recipiente; y sostener el recipiente con el elemento de soporte en principio por fuerzas de apoyo y de fricción.

20. El método de la reivindicación 19, CARACTERIZADO PORQUE por lo menos una porción del elemento de soporte se calienta y expande con respecto al recipiente antes de instalarla.

21. Una estructura CARACTERIZADO PORQUE se construye usando el método de la reivindicación 19.