專利名稱：除焦期間用于遠程確定并改變切割模式的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從稱為焦炭塔的大型圓柱形容器中除去固體碳質(zhì)殘留物(以下稱之為“焦碳”)的系統(tǒng)，這種清除工藝經(jīng)常稱之為“除焦”。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使操作人員能夠遠程起動焦炭塔內(nèi)的焦碳的切割，同時通知操作人員在焦碳切割過程中、發(fā)生在該焦炭塔內(nèi)的切割模式的狀態(tài)。因此，本發(fā)明提供一種用于在焦炭塔內(nèi)切割焦碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有增加的安全性、效率和便利性。
背景技術(shù)：
將原油加工成汽油、柴油、潤滑油等的石油煉制操作經(jīng)常產(chǎn)生殘油。當在延遲焦化爐中處理時，殘油在爐內(nèi)被加熱到足以產(chǎn)生分解蒸餾作用的溫度，其中，大部分殘油被轉(zhuǎn)化，或“裂化”成有用的碳氫化合物產(chǎn)品，而剩余物產(chǎn)生石油焦碳，它是一種主要由碳組成的物質(zhì)。許多石油煉制廠從延遲焦化后留下的殘余重碳氫化合物中回收有價值的產(chǎn)品。
一般而言，延遲焦化處理包括加熱來自分餾裝置的重質(zhì)碳氫化合物的進料，然后將被加熱的重質(zhì)進料泵送到通常稱之為焦炭塔的大型鋼制容器中。該被加熱的重質(zhì)進料的未蒸發(fā)的部分沉積在焦炭塔內(nèi)，在焦炭塔內(nèi)，保持時間和溫度的綜合作用引起焦碳的生成。來自焦化容器頂部的氣化物被返回到分餾裝置的底部，用于進一步處理成所希望的輕質(zhì)碳氫化合物產(chǎn)品。延遲焦化的運行條件可以說相當嚴格。焦炭塔內(nèi)的正常運行壓力通常在從每平方英寸25到50磅之間的范圍內(nèi)。此外，重質(zhì)進料輸入溫度可以在800℉和1000℉之間變化。
焦炭塔的尺寸和形狀各不相同。但是，一般的焦炭塔是大型豎直的圓柱形金屬容器，其高度通常為90到100英尺、直徑為20到30英尺。焦炭塔具有頂蓋和裝有底蓋的漏斗形底部。焦炭塔通常成對地出現(xiàn)，以使能夠交替地運行。焦碳沉積并聚集在容器裝置內(nèi)，直到該容器被填滿。這時，將被加熱的進料轉(zhuǎn)移到另一個空的焦碳塔。在一個焦炭塔被加熱的殘油填滿時，另一個焦炭塔被冷卻和清除焦碳。
焦碳清除，也稱之為除焦，它從冷淬步驟開始，在該步驟中，將蒸汽、然后水引進充滿焦碳的容器內(nèi)，以全部回收揮發(fā)性的輕質(zhì)碳氫化合物并冷卻焦碳塊。在焦炭塔被填滿之后，剝離并且然后冷淬，使得焦碳處于固體狀態(tài)，并將溫度降低到合理的程度，冷淬水通過管道從焦炭塔排出，以便于允許安全打開焦碳塔。然后，當?shù)撞块_口被打開時，焦炭塔通風到大氣壓力，以便能夠除去焦碳。一旦完全打開之后，用高壓水射流將焦炭塔內(nèi)的焦碳切割掉。
在大多數(shù)工廠，除焦利用液壓系統(tǒng)完成，該液壓系統(tǒng)包括將高壓水射流(2600-3600p.s.i.)引進焦碳床的鉆桿和鉆頭。稱為切割工具的旋轉(zhuǎn)組合鉆頭直徑通常為約8英寸，并具有若干個噴嘴，并且被安裝在直徑為約6英寸的長空心鉆桿的下端。在鉆桿上的鉆頭通過該容器頂部的凸緣開口降到該容器內(nèi)。用噴射高壓水的噴嘴，以從水平線向下成約60度的角度鉆出一個通過焦碳的“鉆孔”。這樣形成一個直徑為約3到6英尺的引導鉆孔，用于焦碳通過落下。
在初始鉆孔完成之后，然后將鉆頭機械地轉(zhuǎn)換到至少兩個水平噴嘴，用于切割“切割”孔，該切割孔延伸焦炭塔的整個直徑。在切割模式中，噴嘴水平向外射出水射流，與鉆桿緩慢地旋轉(zhuǎn)，這些射流將焦碳切割成若干塊，下落到容器的開口底部，進入將焦碳引向接收區(qū)的斜槽。在所有采用的系統(tǒng)中，然后將鉆桿縮回退出容器頂部的凸緣開口。最后，容器的頂部和底部通過將蓋裝置、法蘭盤或容器裝置上采用的其他封閉裝置放回原處而被封閉。然后，清潔該容器，并為下一次用重質(zhì)碳氫化合物進料的填充循環(huán)做準備。
在一般的焦碳切割系統(tǒng)中，在打好鉆孔之后，必需將鉆桿從焦炭塔中移出并且重新設置切割模式。這需要花費時間，不方便并且具有潛在的危險。在不太一般的系統(tǒng)中，切割模式自動轉(zhuǎn)換。焦炭塔內(nèi)的自動轉(zhuǎn)換時常導致鉆桿堵塞，這仍然需要在進行焦碳切割之前將鉆桿移出進行清潔。經(jīng)常，在自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，由于整個變化發(fā)生在塔內(nèi)，因而很難確定鉆桿是處于切割模式或者鉆孔模式。錯誤地識別高壓水是在切割或者在鉆孔將導致嚴重的事故。因此，焦碳切割效率被打折扣，這是因為轉(zhuǎn)換操作人員不知道切割過程是否已經(jīng)完成，或者只不過是鉆桿被堵塞。
除焦是一項危險工作，在除焦工作方面每年都有嚴重的事故發(fā)生。標題為“Hazards of Delayed Coker Unit(DCU)Operations”的OSHA報告發(fā)表在http://www.osha.gov/dts/shib082903c.html(2003年8月29日)上，其詳細地描述了與除焦有關(guān)的幾起安全事故。OSHA的報告描述了一些最經(jīng)常和最嚴重的事故(同上)。該報告解釋說，如果在鉆桿升高到焦炭塔頂部開口之前不關(guān)閉液壓切割系統(tǒng)，操作人員將暴露在高壓水射流下和包括發(fā)生肢解的嚴重傷害(同上)。此外，該報告還說到，來自切割和冷淬水的暫時的霧氣和氣化物包含造成健康危害的污染物(同上)。還有，高壓下的水管的偶爾爆裂導致可能嚴重傷害附近的工作人員的抖動作用?；蛘?，支撐鉆桿和水管的金屬絲繩索可能會出現(xiàn)故障，使鉆桿、水管和金屬絲繩索落在工作區(qū)(同上)。最后，可能發(fā)生吊機架損壞，使工作人員容易受到掉落的構(gòu)件和設備傷害的危險(同上)。由于操作人員必須出現(xiàn)在被除焦的容器附近，以便手工地將切割頭從鉆孔改變成切割模式，因此操作人員容易受到來自暴露于高壓水射流、蒸汽、熱水和火的嚴重安全危害。因此，該行業(yè)已經(jīng)將其大多數(shù)技術(shù)改進集中在焦化方面，以使安全事故降到最小。
控制焦碳切割系統(tǒng)中固有的事故所采取的步驟包括為操作人員提供防護服、要求人員培訓、維護設備，以便防止故障，并且使除焦過程的某些步驟(例如，“開蓋”)能夠遠程操作。盡管努力減小與除焦有關(guān)的危險，但是仍然存在提高安全性的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于從稱為焦炭塔的大型圓柱形容器中除去稱之為“焦碳”的固態(tài)碳質(zhì)殘留物的系統(tǒng)。本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使操作人員能夠遠程起動焦炭塔內(nèi)的焦碳切割，并且在“鉆孔”和“切割”模式之間進行遠程轉(zhuǎn)換，同時在焦炭塔內(nèi)可靠地切割焦碳，而無需將鉆頭升高到焦炭塔外用于機械改變或檢查。而且，本發(fā)明使該操作人員能夠在焦碳切割過程確定在該焦炭塔內(nèi)發(fā)生的切割模式的狀態(tài)。因此，本發(fā)明提供一種用于在焦炭塔內(nèi)切割焦碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有增加的安全性、效率和便利性。
本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點將在下面的描述和權(quán)利要求中提出或變得更加充分明白。本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點通過權(quán)利要求中具體指出的裝置和組合可以實現(xiàn)和獲得。而且，本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點可以通過實踐本發(fā)明而學會，或者從下面進行的描述中將顯而易見。
本發(fā)明的一個實施例的特征體現(xiàn)在使用三通式球閥、連接器和專用鉆頭。在這個優(yōu)選實施例中，該系統(tǒng)包括充滿水或其他液體的切割液體容器。一根管子連接于該容器，并且水從該管子流進高壓泵。在該高壓泵中，水被加壓。加壓的水離開該高壓泵后，流進分成兩根管的另一根管中。從這個分開形成的兩根管的其中之一是鉆孔水輸送管，而另一根是切割水輸送管。在本發(fā)明的一個實施例中，該輸送管被三通式球閥分成兩根管。該三通式球閥防止加壓的水同時流進兩根管中。而且，操作人員確實可以看見加壓的水在哪根管中，并且因而可以看見焦炭塔內(nèi)的焦碳切割模式的狀態(tài)。
這兩根管相互平行地延伸一段距離。在這段距離之后，兩根輸送管結(jié)合，從而形成整合的鉆孔和切割水輸送管。這種整合的鉆孔和切割水輸送管顯現(xiàn)為“管中管”。具體說，該鉆孔水輸送管變成內(nèi)管，而切割水輸送管在外面同心地包圍著該鉆孔水輸送管，變成外管。兩根管并不相互流體連通。兩根管能夠使加壓的水通過該兩根管中的任何一根流到同樣的整個裝置，切割頭。由于開關(guān)閥使水只能夠流過或者該內(nèi)管——鉆孔水輸送管，或者該外輸送管——切割水輸送管，因而水只被分別供給該切割頭的鉆孔出口噴嘴或切割出口噴嘴。在另一個實施例中，兩根管平行延伸，直至到達位于鉆桿頂部的連接器。
該整合鉆孔和切割水輸送管連接于該連接器，或者是該連接器的一個一體部分。從該連接器的下部，豎直向下延伸出具有與該整合鉆孔和切割水輸送管相同的尺寸和直徑的、可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿。這個可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿的特征體現(xiàn)在，由外部開關(guān)起動的電機。該電機能夠使鉆桿旋轉(zhuǎn)。尺寸的相似性使整合鉆孔和切割水輸送管能夠與該鉆桿流體地連通。同時在兩根管之間的連接器防止整合鉆孔和切割水輸送管旋轉(zhuǎn)，此外還使可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿能夠旋轉(zhuǎn)。該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿具有內(nèi)管和外管。在鉆桿的下端處，具有帶有若干噴嘴的切割頭，這些噴嘴使加壓的水通過其中噴射，以將焦碳切割出焦炭塔內(nèi)部。該切割頭具有鉆孔和切割噴嘴。鉆孔噴嘴沿著向下的角度噴射高壓液體，以產(chǎn)生鉆孔，而切割噴嘴沿著大體上垂直于該鉆桿的方向噴射高壓流體。
可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿由遠程開關(guān)裝置起動。本發(fā)明的一個實施例的特征在于，高壓液體不能同時流進切割頭的切割噴嘴和鉆孔噴嘴。在已經(jīng)將切割頭插入焦炭塔的頂部之后，加壓的液體通過該切割頭中的多個噴嘴噴射，噴射壓力足以從容器內(nèi)切割并移動焦碳。當操作人員致動開關(guān)閥時，加壓的液體能夠流進鉆孔水輸送管，通過連接器進入該整合鉆孔和切割鉆桿的內(nèi)管，流進切割頭，并從一個或多個專用于在焦碳中切割鉆孔的噴嘴流出。當切割頭通過焦碳筒下降時，加壓的水通過內(nèi)管進入該鉆桿，通過連接于該切割頭的多個噴嘴噴射液體，其噴射壓力足以給該容器中的焦碳鉆孔，這樣，用噴嘴或多個噴嘴鉆孔鉆通該焦碳，該噴嘴沿著向下的方向從切割頭噴射高壓液體。
在初始鉆孔完成之后，高壓液體流被遠程轉(zhuǎn)換到連接于切割頭的多個噴嘴，該高壓液體流以足夠高的壓力從容器內(nèi)切割并移動剩余的焦碳。這種轉(zhuǎn)換通過致動開關(guān)閥完成，該開關(guān)閥位于遠離焦碳筒的位置。在本發(fā)明的一個實施例中，操作人員通過轉(zhuǎn)動三通式球閥的把手，遠程地將液體流從鉆孔噴嘴轉(zhuǎn)換到切割噴嘴，該三通式球閥位于遠離被除焦的容器的位置。因此，當切割頭已經(jīng)成功地完成其鉆孔行程時，開關(guān)閥被起動，使加壓的水能夠流進切割水輸送管，而不流進鉆孔水輸送管。該加壓的水流過切割水輸送管，然后進入整合鉆孔和切割鉆桿的外管，并且從切割頭的切割噴嘴噴射，開始切割焦碳離開容器內(nèi)部。隨后，在焦炭塔內(nèi)剩余的焦碳被切割并被從容器內(nèi)除去。
因此，整個鉆孔和切割過程通過外部開關(guān)起動，該開關(guān)起動開關(guān)閥，該開關(guān)閥位于管子分成鉆孔水輸送管和切割水輸送管的位置。該過程由外部開關(guān)機構(gòu)控制。因此，操作人員在整個焦碳切割過程中能夠確定該旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿處于哪種模式，鉆孔模式或者切割模式下，而不必從焦炭塔中移出切割頭。
在本發(fā)明的一些實施例中，開關(guān)閥由中央處理單元或其他裝置控制，而不是由操作人員控制。因此，本發(fā)明考慮到了開關(guān)閥可以從控制室控制，在控制室操作人員利用機械和電氣設備遙控整個除焦過程，以在除焦過程中遠程指揮流動。本發(fā)明包括若干目的，其實現(xiàn)了在現(xiàn)有技術(shù)中以前未知的效率和安全的模型。因此，本發(fā)明一些實施例的一個目的是提供一種用于切割焦碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過外部開關(guān)機構(gòu)從遠程位置控制。本發(fā)明提供一種用于焦碳切割的系統(tǒng)，其中從鉆孔模式改變?yōu)榍懈钅Ｊ讲恍枰苿鱼@桿，而是可以遠程地從鉆孔模式改變?yōu)榍懈钅Ｊ?，或從切割模式改變?yōu)殂@孔模式。本發(fā)明提供一種用于焦碳切割的系統(tǒng)，其中可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿不會發(fā)生堵塞，這是因為從鉆孔到切割的轉(zhuǎn)換由遠程開關(guān)控制，防止了兩種模式同時運行。
本發(fā)明提供一種用于焦碳切割的系統(tǒng)，其中有物理符號連接于所述開關(guān)閥，使得操作狀態(tài)，即鉆孔和切割模式外部地顯示給操作人員。本發(fā)明提供一種能夠與當前的焦碳切割技術(shù)一起使用的焦碳切割的系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點將在下面的描述和權(quán)利要求中提出或變得更加充分明白。這些特征和優(yōu)點通過權(quán)利要求中具體指出的裝置和組合可以實現(xiàn)并獲得。而且，本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點可以通過實踐本發(fā)明而學會，或者從下面進行的描述將顯而易見。


為了獲得本發(fā)明上面引用的和其他特征和優(yōu)點，本發(fā)明更加具體的描述將參考其示于附圖的具體實施例給出。應當明白，附圖僅僅示出本發(fā)明典型的實施例，因此不能被認為是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明通過利用附圖將用附加的特征和細節(jié)進行描述和說明，其中圖1示出三通式球窩接頭，該接頭是開關(guān)閥的實施例；圖2示出開關(guān)閥的實施例，該開關(guān)閥是三通閥接頭；圖3示出開關(guān)閥的實施例，該開關(guān)閥是三通閥接頭；圖4示出開關(guān)閥的實施例，該開關(guān)閥是三通閥接頭；圖5示出從頂表面看到的三通球閥；圖6示出包含用于鉆孔的液體的高壓管和包含用于切割的液體的高壓管的連接器；圖7示出包含用于鉆孔的液體的高壓管和包含用于切割的液體的高壓管的連接器；圖8示出切割頭；圖9總的示出了煉制過程，其中從一系列焦炭塔中的煉制副產(chǎn)品中生產(chǎn)出焦炭；圖10示出現(xiàn)在描述的本發(fā)明的焦碳切割系統(tǒng)和裝置。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種用于從稱為焦炭塔的大型圓柱形容器中除去固體碳質(zhì)殘留物——“焦碳”的系統(tǒng)。這種清除過程通常稱為“除焦”。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使操作人員能夠遠程起動焦炭塔內(nèi)的焦碳切割，同時通知該操作人員在焦碳切割過程中發(fā)生在該焦炭塔內(nèi)的切割模式的狀態(tài)。
通過參考附圖將能夠最好地懂得本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在整個附圖中同樣的零部件賦予同樣的附圖標記。而且本發(fā)明下面的內(nèi)容被分成兩個小標題，即“關(guān)于延遲焦化和焦碳切割的簡要說明”和“本發(fā)明的詳細說明”。采用小標題僅僅是為了方便讀者，而不是解釋為任何限制的意思。
正如這里的附圖一般地描述和示出的，將會容易明白，本發(fā)明的部件可以被設置并構(gòu)造成各種不同的結(jié)構(gòu)。因此，下面本發(fā)明的并且示于圖1至圖4的系統(tǒng)、裝置和方法的實施例的更詳細的描述不是想限制本發(fā)明的范圍，正如所宣稱的，而僅僅是本發(fā)明優(yōu)選實施例的代表。
1.關(guān)于延遲焦化和焦碳切割的簡要說明在一般的延遲焦化處理中，高沸點石油殘余物被送進一個或多個焦炭塔，在焦炭塔中，高沸點石油殘余物被熱裂變成輕質(zhì)產(chǎn)品和固態(tài)殘余物——石油焦碳。包含焦碳的焦炭塔通常是大型圓柱形容器。焦化處理是石油煉制過程的最后的工序，并且一旦稱為“開蓋”的過程已經(jīng)發(fā)生，就會用焦碳切割裝置將焦碳從這些焦炭塔中除去。
在典型的除焦處理中，新的進料和循環(huán)過的進料被結(jié)合在一起并通過管線從分餾器底部供給。組合的進料被泵送通過焦化加熱器并被加熱到約800℉到1000℉之間的溫度。該組合進料的一部分被蒸發(fā)，并且可選地充入一對焦化容器中。從焦化容器頂部排出的熱蒸氣通過管線循環(huán)到分餾器的底部。焦化加熱器流出物的未蒸發(fā)的部分沉積在作用的(active)焦化容器中，在這里，溫度和保持時間的綜合作用導致了焦碳的形成。在焦化容器內(nèi)，焦碳形成通常在20到30小時之間持續(xù)進行，直至該作用的容器被填滿。一旦作用的容器被充滿，則被加熱的重質(zhì)碳氫化合物進料被重新引導到一個空的焦化容器中，在那里，上述過程被重復。然后，通過用蒸汽和水首先冷淬熱焦碳，然后打開密封到該容器頂部的封閉單元，從容器的頂部液壓式地鉆焦碳，從該容器引導被鉆的焦碳通過開口的焦化器底部單元，通過連接的焦碳斜槽到焦碳接收區(qū)，而將焦碳從該充滿的容器中除去。通過位于遠處的控制單元，完成打開該封閉單元的操作。
在大多數(shù)工廠，除焦用液壓系統(tǒng)完成，該液壓系統(tǒng)包括將高壓水射流引進該焦碳床的鉆桿和鉆頭。稱之為切割工具的旋轉(zhuǎn)組合鉆頭的直徑通常約8英寸，它具有若干個噴嘴，并且安裝在直徑約為6英寸的細長空心鉆桿的下端。降低鉆桿上的鉆頭通過在該容器頂部的凸緣開口進入容器中。利用噴嘴鉆出“鉆孔”，貫通焦碳，該噴嘴以從水平線向下成大約60度的角度噴射高壓水(2600-3600p.s.i.)。這樣形成直徑為約3到6英尺的引導鉆孔，用于焦碳通過落下。
在初始鉆孔完成之后，然后將鉆頭機械地轉(zhuǎn)換到少兩個水平噴嘴，為切割“切割”孔做準備，該切割孔延伸焦炭塔的整個直徑。在該切割模式中，噴嘴水平地向外射出水射流，與鉆桿緩慢地旋轉(zhuǎn)，并且這些射流將焦碳切割成若干塊，這些塊下落到容器的開口底部，進入將焦碳引向接收區(qū)的斜槽。在所有采用的系統(tǒng)中，然后將鉆桿縮回退出該容器的頂部的凸緣開口。最后，通過將蓋單元、法蘭盤或該容器裝置上采用的其他裝置放回原處，該容器的頂部和底部被封閉。然后清潔該容器，為下一次用重質(zhì)碳氫化合物進料的填充循環(huán)做準備。
在一般的焦碳切割系統(tǒng)中，在打好鉆孔之后，必須將鉆桿從焦炭塔中移出并且重新設置切割模式。這需要花費時間，不方便并且具有潛在的危險。在不太一般的系統(tǒng)中，切割模式自動轉(zhuǎn)換。焦炭塔內(nèi)的自動轉(zhuǎn)換經(jīng)常導致鉆桿堵塞，這仍然需要在進行焦碳切割之前將鉆桿移出進行清潔。經(jīng)常，在自動轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)中，由于整個變化發(fā)生在塔內(nèi)，很難確定鉆桿是處于切割模式或處于鉆孔模式，錯誤地識別高壓水是在切割或在鉆孔將導致嚴重的事故。因此，焦碳切割效率被打折扣，這是因為轉(zhuǎn)換的操作人員不知道切割過程是否已經(jīng)完成，或者只不過是鉆桿被堵塞。
本發(fā)明描述了用于在焦炭塔內(nèi)生產(chǎn)焦碳后、在焦炭塔內(nèi)進行焦碳切割的方法和系統(tǒng)，由于本發(fā)明尤其適用于焦化處理，因此下面的描述將具體涉及這個生產(chǎn)領(lǐng)域。但是可以預見，本發(fā)明可以適合于生產(chǎn)焦碳之外的各種產(chǎn)品的其他生產(chǎn)過程的一體部分，并且這些過程應當被認為是在本申請的范圍內(nèi)。
2.本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明包括若干目的，其實現(xiàn)了在現(xiàn)有技術(shù)中以前未知的效率和安全的模型。因此，本發(fā)明一些實施例的一個目的是提供一種用于切割焦碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過外部轉(zhuǎn)換機構(gòu)被從遠程位置控制。本發(fā)明提供一種用于焦碳切割的系統(tǒng)，其中從鉆孔模式改變?yōu)榍懈钅Ｊ讲恍枰苿鱼@桿52，而是能夠遠程改變模式。本發(fā)明提供一種用于焦碳切割的系統(tǒng)，其中可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52不會發(fā)生堵塞，這是因為轉(zhuǎn)換由遠程開關(guān)42控制，防止了兩種模式同時運行。本發(fā)明提供一種用于焦碳切割的系統(tǒng)，其中物理符號46連接于所述開關(guān)閥，使得操作狀態(tài)，即鉆孔和切割模式被外部地顯示給操作人員。本發(fā)明提供一種能夠與現(xiàn)有的焦碳切割技術(shù)一起使用的焦碳切割的系統(tǒng)。
圖9示出具有若干元件和目前的系統(tǒng)(相同但是未討論過的)的石油生產(chǎn)和煉制過程10。除了這些元件之外，石油生產(chǎn)和煉制過程10分別包括第一和第二延遲焦炭塔12和14。通常有兩個同時運行的焦炭塔，以便能夠進行生產(chǎn)和煉制石油以及焦碳副產(chǎn)品。當?shù)谝唤固克?2在生產(chǎn)并經(jīng)由進料入口16被填滿時，第二焦炭塔14正經(jīng)歷除焦過程，以清除包含在其內(nèi)的生成的焦碳。
圖10示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在該圖中，系統(tǒng)包括充滿水或其他液體的切割液體罐18。有第一管20連接于罐18，并且水從第一管20流進高壓泵22。該第一管具有連接于切割液體容器18的第一端20a和連接于高壓泵22的第二端20b。在高壓泵22中，水被加壓。離開高壓泵22后，加壓的水然后流進具有第一端24a和第二端24b的第二管24。所述第二管24在所述第二端24b處分開成兩根管。分割形成的兩根管中之一是鉆孔水輸送管28，而另一個是切割水輸送管30。在本發(fā)明的一個實施例中，鉆孔水輸送管28和切割水輸送管30通過三通球閥60而實現(xiàn)。
三通球閥60由操作人員在遠離該除焦過程的位置機械地操作。該三通球閥由致動開關(guān)61致動。本發(fā)明的三通球閥62包括三個外部法蘭盤。第一法蘭盤68連接于第二水管24。離開高壓泵22的高壓水流動通過第二水管并通過第二水管24和第一法蘭盤68之間的連接進入三通球閥60。該三通球閥60還包括兩個出口，即第一出口69a和第二出口69b。該第一出口69a將高壓液體流連接于切割頭54的鉆孔噴嘴57，以開始焦碳筒12的除焦。該第二法蘭盤69b連接于用于焦碳筒12的除焦的切割頭54切割噴嘴58的水輸送管。因此，三通閥60使高壓水能夠通過入口法蘭盤68流進系統(tǒng)，并被分隔進入連接于鉆孔水輸送管28的出口法蘭盤69a，或進入連接于切割水輸送管30的出口法蘭盤69b，或者允許高壓液體對兩個管都關(guān)掉。該鉆孔水輸送管28具有第一端28a和第二端28b。該鉆孔水輸送管28的第一端28a連接于三通球閥的60的第一出口法蘭盤69a。該鉆孔水輸送管28的第二端28b連接于連接器40。本發(fā)明還包括切割水輸送管30，其具有第一端30a和第二端30b。第一端30a連接于三通球閥60的第二出口69b。切割水管的第二端30b連接于連接器40。
從三通球閥60延伸的兩根管28、30是鉆孔水輸送管28和切割水輸送管30。它們相互平行地延伸一段距離。在這段距離之后，在連接器40處，兩根輸送管28、30結(jié)合起來形成整合鉆孔和切割水輸送管32。該整合鉆孔和切割水輸送管32顯現(xiàn)為“管中管”。具體說，該鉆孔水輸送管28變成內(nèi)管34，而切割水輸送管30在外面同心地包圍該鉆孔水輸送管28而變成外管36。兩根管(34，36)并不相互流體連通，而是使加壓水能夠流進該兩根管(34，36)中的任何一根，而且在同樣的整個裝置中流動，該裝置是整合鉆孔和切割水輸送管32。在整合鉆孔和切割水輸送管32的第二端處，該整合鉆孔和切割水輸送管32連接于鉆孔和切割裝置52。
在第二管24分開處具有包括外部開關(guān)44的開關(guān)閥42。該開關(guān)閥42防止高壓水同時流進兩根管(28，30)。通過外部開關(guān)44起動，該開關(guān)閥42能夠使液體或者流進鉆孔水輸送管28，或者流進切割水輸送管30，但是不同時流進兩根管中。符號46出現(xiàn)，向操作人員外部地顯示高壓水處于哪根管中，管28或管30。
本發(fā)明包括系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法使操作人員能夠在除焦過程中遠程改變高壓液體在鉆孔和切割模式之間的流動。鉆孔水輸送管的第二端28b和切割水輸送管的第二端30b相交并在連接器40處結(jié)合。煉制操作人員首先通過外部開關(guān)44轉(zhuǎn)換開關(guān)閥42，以便加壓的水流進鉆孔水輸送管28。然后符號46被激活，指示水正在鉆孔水輸送管28中，并且系統(tǒng)處于鉆孔模式。當操作人員已經(jīng)完成鉆孔之后，然后他或她轉(zhuǎn)換該開關(guān)閥42，重新設置該開關(guān)閥42，以便加壓的水流進切割水輸送管30。符號46反映這種變化。
可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52從連接器40的下部50豎直向下延伸，該鉆桿具有第一端52a和第二端52b，并且具有與整合鉆孔和切割輸送管32類似的尺寸和直徑。在所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52內(nèi)設置有電機。該電機由上述的外部開關(guān)起動。尺寸上的相似性使整合鉆孔和切割水輸送管32能夠與可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52流體連通。同時，處于兩根管(32，52)之間的連接器40防止了該整合鉆孔和切割輸送管32旋轉(zhuǎn)，并且還使可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52能夠旋轉(zhuǎn)。因此，該連接器40僅僅用來使該整合鉆孔和切割輸送管32與可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52連接起來。該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52連接于連接器40的下端50，并且類似地連接于該整合鉆孔和切割輸送管32。
該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52具有內(nèi)管34a和外管36a。在可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52的下端50處具有切割頭54，該切割頭54具有使加壓的水能夠通過其中噴射的小孔57，58，并使該加壓的水能夠?qū)⒔固记懈铍x開焦炭塔12內(nèi)部。水或者通過連接于切割頭54的一個噴嘴或者多個噴嘴57，從切割頭54射出以完成鉆孔。
稱為切割工具的旋轉(zhuǎn)組合鉆頭的直徑通常為約8英寸，該組合鉆頭具有若干個噴嘴，并且被安裝在直徑為約6英寸的長空心鉆桿的下端。切割頭54包括多個噴嘴57，58。該多個噴嘴57，58分成兩組。一組噴嘴57使高壓液體能夠從切割頭54噴射以初始鉆出通過焦碳筒中的焦碳。第二組噴嘴58垂直于可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52從切割頭54噴射高壓液體。因此，從第一組噴嘴57噴射出的水產(chǎn)生初始鉆孔，而從第二組噴嘴58噴射的水切去并清除焦碳筒12中剩余的焦碳。
可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52也可以用開關(guān)閥42起動。當開關(guān)閥42使加壓的水能夠流進鉆孔水輸送管28時，可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52開始下降進入焦炭塔12。隨著鉆桿52下降，加壓的水進入該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52。通過內(nèi)管34a流進切割頭54的加壓水從噴嘴57噴射出并且鉆通焦碳。或者在焦炭塔12的底部，或者在可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52被提升到該焦炭塔12的頂部(容器，但不是容器外面)之后，開關(guān)閥42被致動，使加壓的水能夠流進切割水輸送管28。加壓的水進入可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52的外管36a，流過切割頭54并且從噴嘴58噴射出，以從焦碳塔12的內(nèi)部將焦碳連續(xù)切開。因此，在完成鉆孔之后，致動開關(guān)閥42，并且加壓的水能夠流進切割水輸送管30，流進整合鉆孔和切割水輸送管32的外管36，通過連接器40，進入可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52，通過位于該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52的底部的切割頭54，在這里加壓的水從噴嘴58垂直于鉆桿52噴射出并切割焦碳。
該系統(tǒng)62作為一個整體能夠應用于，或者經(jīng)修改以適合于，目前的焦碳切割系統(tǒng)。具體說，正如所描述的一樣，該系統(tǒng)62能夠應用于當前工作的焦碳切割架空吊機架，并用于通常的焦碳切割系統(tǒng)。因此，整個過程由位于第二管24分開成鉆孔側(cè)水輸送管28和切割側(cè)水輸送管30之處的開關(guān)閥42起動。該過程由外部開關(guān)機構(gòu)44控制，并且因此，在整個焦碳切割過程中，操作人員能夠確定可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52處于那種模式，鉆孔模式或者切割模式。
圖8示出當該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52進入焦碳塔56時的放大的視圖。該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52可以或者向下鉆孔然后向上切割，或者向下鉆孔，然后被拉上來，并再次向下切割，該圖表示了后一種方式。
實例1本發(fā)明涉及一種用于從稱為焦炭塔的大型圓柱形容器中除去焦碳——固體碳質(zhì)殘留物的系統(tǒng)。本發(fā)明涉及這樣一種用于機械改變或檢查的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使操作人員能夠遠程起動焦炭塔內(nèi)的焦碳切割，并且在“鉆孔”和“切割”模式之間進行遠程轉(zhuǎn)換，同時能夠在焦炭塔內(nèi)可靠地切割焦碳，而無需為了機械改變或檢查將切割頭54升高到焦炭塔12外。而且，本發(fā)明使該操作人員能夠在焦碳切割過程中知道在該焦炭塔12內(nèi)發(fā)生的切割模式的狀態(tài)。因此，本發(fā)明提供一種用于在焦炭塔內(nèi)切割焦碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有增加的安全性、效率和便利性。
本發(fā)明的一個實施例以使用三通球閥60、連接器40和專用切割頭54為特征。在這個優(yōu)選實施例中，該系統(tǒng)包括充滿水或其他液體的切割液體罐18。有一根管子20連接于該罐18并且水從該管子流進高壓泵22。在高壓泵中水被加壓。離開該高壓泵22后，該加壓的水流進另一根管24中，該管24在第二端24b處分開成兩根管28，30。從這個分開形成的兩根管28、30的其中之一是鉆孔水輸送管28，而另一根是切割水輸送管30。在本發(fā)明的一個實施例中，該輸送管被三通球閥60分成兩根管。該三通球閥60防止加壓的水同時流進兩根管中，即鉆孔水輸送管28和切割水輸送管30中。而且，操作人員可以明確看見加壓的水處于鉆孔水輸送管28和切割水輸送管30中的哪根管中，因而看見焦炭塔12內(nèi)的焦碳切割模式的狀態(tài)。
兩根管28和30相互平行地延伸一段距離。在這段距離之后，該兩根輸送管結(jié)合，從而形成整合鉆孔和切割水輸送管32。這個整合鉆孔和切割水輸送管32顯現(xiàn)為“管中管”。具體說，該鉆孔水輸送管28變成內(nèi)管34，而切割水輸送管30在外面同心地包圍該鉆孔水輸送管而變成外管36。兩根管并不相互流體連通，而是使加壓的水能夠流過該兩根管中的任何一根，而且流入同一個整個裝置即切割頭54內(nèi)。由于該開關(guān)閥使水只能夠流過或者內(nèi)管，即鉆孔水輸送管34，或者外管，即切割水輸送管36，因而水只分別供給到切割頭的鉆孔出口噴嘴57或切割出口噴嘴59。
該整合鉆孔和切割水輸送管32連接于該連接器40，或者該輸送管32是該連接器40的一個一體部分。具有與整合鉆孔和切割水輸送管32類似尺寸和直徑的可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52從該連接器40的下部豎直地向下延伸。這個可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52的特征是也由外部開關(guān)起動的電機。該電機使鉆桿能夠旋轉(zhuǎn)。尺寸的類似性使整合鉆孔和切割水輸送管32能夠與鉆桿52流體地連通。同時，位于兩根管之間的連接器40防止整合鉆孔和切割水輸送管32旋轉(zhuǎn)，還使可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52能夠旋轉(zhuǎn)。該可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52具有內(nèi)管和外管。在鉆桿的下端52b具有切割頭54。該切割頭包括噴嘴(57，58)，噴嘴使加壓的水能夠通過其中噴射，以從焦炭塔內(nèi)部將焦碳切割開。該鉆孔噴嘴57沿著向下的角度噴射高壓液體，以產(chǎn)生鉆孔，而切割噴嘴58沿著大體上垂直于該鉆桿的方向噴射高壓流體。
可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿52由遠程開關(guān)裝置起動。在切割頭54已經(jīng)被插入焦炭塔12的頂部之后，加壓的液體通過該切割頭54的多個噴嘴(57或58)噴射出來，其噴射壓力足以從容器12內(nèi)切割并移動焦碳。起初，當操作人員致動開關(guān)閥42時，加壓的液體能夠流進鉆孔水輸送管28。隨著切割頭下降通過該焦碳筒12，加壓的液體通過內(nèi)管34進入該鉆桿52，通過連接于該切割頭的多個噴嘴57噴射流體，其噴射壓力足以從該容器中給焦碳鉆孔，這樣，利用沿著向下的方向從切割頭54噴射高壓液體的噴嘴57或多個噴嘴57，通過該焦碳鉆孔，。在初始鉆孔完成之后，高壓液體流被遠程轉(zhuǎn)換到連接于切割頭54的多個噴嘴58，該高壓液體流的壓力足以從容器12內(nèi)切割并除去剩余的焦碳。這種轉(zhuǎn)換通過致動開關(guān)閥42、60完成，該開關(guān)閥位于遠離該焦碳筒12的位置。在本發(fā)明的一個實施例中，操作人員通過轉(zhuǎn)動三通球閥60的把手、使桿致動61，遠程地將液體流從鉆孔噴嘴57轉(zhuǎn)換到切割噴嘴58，該三通球閥位于遠離被除焦的容器12的位置。因此，當切割頭54已經(jīng)成功地完成其鉆孔行程時，該開關(guān)閥42被起動，以使加壓的液體能夠流進切割水輸送管30。該加壓液體然后流進鉆桿52的外管36，并且從切割頭54的切割噴嘴58噴射出來，從而連續(xù)地將焦碳從焦炭塔內(nèi)部切開。隨后，在焦炭塔12內(nèi)剩余的焦碳被切割并從容器12內(nèi)除去。
因此，整個鉆孔和切割過程通過外部開關(guān)61起動，該外部開關(guān)61起動開關(guān)閥42，該開關(guān)閥位于該管24分成鉆孔水輸送管28和切割水輸送管30的地方。該過程由外部開關(guān)機構(gòu)61控制，因此在整個焦碳切割過程中，操作人員能夠確定該旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿處于哪種模式，或者鉆孔模式或者切割模式，而不必從焦炭塔12中移出切割頭54。
在一些實施例中，開關(guān)閥42由中央處理單元或其他裝置控制，而不是由操作人員控制。因此，本發(fā)明還考慮到開關(guān)閥42可以從控制室控制，在控制室中，操作人員利用機械和電氣設備遙控整個除焦過程，以遠程指揮該除焦過程。
本發(fā)明可以用其他特定方式實施，而不會脫離其基本特征的精神實質(zhì)。所描述的實施例從各個方面應當被看作是說明性的，而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求指出，而不是由前面的描述指出。權(quán)利要求等同物范圍和含義內(nèi)的所有的變化均被包含在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從焦化容器中除去焦碳的系統(tǒng)，包括切割頭，該切割頭具有分成兩組的多個噴嘴，一組用于鉆孔，一組用于切割，各組均從與另一組分開的管中供應液體。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括多個切割頭。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該切割頭由中央處理單元控制。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括開關(guān)閥，其中所述開關(guān)閥分隔高壓液體進入分開的輸送管，其中所述輸送管包括至少一個用于鉆孔的輸送管和至少一個用于切割的輸送管，且其中所述輸送管向切割頭供給液體。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中該開關(guān)閥是三通式球窩接頭。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中還包括一個和多個可視的標記，該標記指示高壓液體是否在流動，并指示該高壓液體流進哪個輸送管。
7.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)閥由中央處理單元控制。
8.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)閥和切割頭從控制室遠程控制。
9.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)閥由操作人員手動致動。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括整合的鉆孔和切割水輸送管，該輸送管始于所述鉆孔水輸送管和切割水輸送管連接并結(jié)合之處。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括具有切割頭和電機的可旋轉(zhuǎn)的整合的鉆孔和切割鉆桿。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中還包括連接器，其中所述連接器將所述整合的鉆孔和切割水輸送管連接于所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述液體是水。
14.一種用于從焦化容器中除去焦碳的系統(tǒng)，包括切割頭，該切割頭具有分成兩組的多個噴嘴，一組用于鉆孔，一組用于切割，每組獨立地供應液體；開關(guān)閥，其中所述開關(guān)閥分隔高壓液體進入分開的輸送管，其中所述輸送管包括至少一個用于鉆孔的輸送管和至少一個用于切割的輸送管，且其中所述輸送管向切割頭供給液體；整合的鉆孔和切割水輸送管，該輸送管始于所述鉆孔水輸送管和切割水輸送管連接并結(jié)合之處；具有切割頭和電機的可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿；連接器，其中所述連接器將所述整合的鉆孔和切割水輸送管連接于所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿。
15.一種用于從焦化容器中除去焦碳的方法，包括從切割頭噴射高壓液體，該切割頭具有分成兩組的多個噴嘴，一組用于鉆孔，一組用于切割，每組獨立地供應液體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括多個切割頭。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該切割頭由中央處理單元控制。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括用開關(guān)閥分隔高壓液體進入分開的輸送管的步驟，其中所述輸送管包括至少一個用于鉆孔的輸送管和至少一個用于切割的輸送管，且其中所述輸送管向切割頭供給液體。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述開關(guān)閥是三通式球窩接頭。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中還包括一個或多個可視的標記，該標記指示高壓液體是否在流動，并指示該高壓液體流進哪個輸送管。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述開關(guān)閥由中央處理單元控制。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述開關(guān)閥和切割頭從控制室遠程控制。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該開關(guān)閥由操作人員手動致動。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括能夠使高壓液體流進整合的鉆孔和切割水輸送管中的步驟，該輸送管始于所述鉆孔水輸送管和切割水輸送管連接并結(jié)合之處。
25.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括能夠使高壓液體流進具有切割頭和電機的可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿中的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中還包括能夠使高壓液體流進連接器中的步驟，其中所述連接器將所述整合的鉆孔和切割水輸送管連接于所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿。
27.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述液體是水。
28.一種用于從焦化容器中除去焦碳的方法，包括如下步驟對液體加壓；經(jīng)由開關(guān)閥，使所述加壓的液體能夠交替地進入鉆孔水輸送管和切割水輸送管；使所述鉆孔水輸送管和所述切割水輸送管能夠可連接地形成具有內(nèi)管和外管的、整合鉆孔和所述切割水輸送管；將所述整合的鉆孔和切割水輸送管連接于連接器的上端，該連接器還具有下端；將具有內(nèi)管和外管的、可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿連接于所述連接器的下端；降低所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿進入包含焦碳的焦炭塔內(nèi)；切換所述開關(guān)閥，以使所述加壓液體能夠進入所述鉆孔水輸送管，然后進入所述整合鉆孔和切割水輸送管的所述內(nèi)管，通過所述連接器，并最終進入所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿的所述內(nèi)管，到達切割頭；從切割頭上專用于鉆孔的噴嘴噴射高壓液體，以開始鉆出貫通所述焦碳的鉆孔，其中所述切割頭包括分成兩組的多個噴嘴，一組用于鉆孔，一組用于切割，每組單獨地供應液體；切換所述開關(guān)閥，以使所述加壓液體能夠進入所述切割水輸送管，然后進入所述整合鉆孔和所述切割水輸送管的外管，通過所述連接器，進入所述可旋轉(zhuǎn)的整合鉆孔和切割鉆桿的所述外管，并最終通過所述切割頭；從切割頭上專用于切割焦碳的噴嘴噴射高壓液體，以開始切割所述焦化容器內(nèi)的所述焦碳，其中所述切割頭包括分成兩組的多個噴嘴，一組用于鉆孔，一組用于切割，每組單獨地供應液體；當所述加壓液體處于所述鉆孔水輸送管中和當所述加壓液體處于所述切割水輸送管中時，用符號向操作人員表示分別處于所述鉆孔模式或者切割模式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種除焦系統(tǒng)，其不僅能夠使操作人員遠程地將焦炭切割工藝從鉆孔模式轉(zhuǎn)換到切割模式而無需將鉆桿從焦炭塔內(nèi)移出，而且能夠遠程確定鉆桿的模式，使得效率、安全性和方便性均不受影響。
文檔編號C10B33/00GK1997807SQ200480042813
公開日2007年7月11日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者魯賓·F·拉 申請人:科蒂斯-賴特流體控制公司