RU2426764C1

RU2426764C1 - Reactor of installation for retarded coking

Info

Publication number: RU2426764C1
Application number: RU2010102928/05A
Authority: RU
Inventors: Елена Викторовна Таушева (RU); Елена Викторовна Таушева; Эльшад Гумерович Теляшев (RU); Эльшад Гумерович Теляшев; Виктор Васильевич Таушев (RU); Виктор Васильевич Таушев
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-20

Abstract

FIELD: oil and gas production. ^ SUBSTANCE: reactor of installation for retarded coking consists of case 1 with upper 2 and lower 3 bottoms and of circular support 10 with width of plate 10-30 % of reactor diameter set on foundation 16. A lower part of case 2 of the reactor has a conic shape with external angle of incline of walls to the circular support as high, as 75 degrees and is equipped with a stretching device attached to case 1 of the reactor by means of support elements. The upper part of case 1 of the reactor is of a cylinder shape. Ratio of the cylinder part of case 1 of the reactor to the conic part is 1:3. Circular support 10 is located on thrust rolling bearing 11, width of which corresponds to width of circular support 10. ^ EFFECT: release of additional thermal stretching stresses in walls of reactor at coke cooling and increased reliability of operation. ^ 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию установок замедленного коксования и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.The invention relates to equipment for delayed coking plants and can be used in the oil refining industry.

Известен реактор установки замедленного коксования, содержащий цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами и штуцерами и опору, которая приварена к нижнему днищу реактора сплошным горизонтальным швом (Бендеров Д.И. и др. Процесс замедленного коксования в необогреваемых камерах. М.: Химия, 1976, с.58).Known reactor installation delayed coking, containing a cylindrical body with upper and lower bottoms and fittings and a support that is welded to the bottom of the reactor with a continuous horizontal seam (Benderov DI and others. The process of delayed coking in unheated chambers. M .: Chemistry, 1976 , p. 58).

Недостатком известного реактора является то, что вследствие циклического характера работы, когда градиент температур между элементами конструкции, а также с окружающей средой составляет 470-500°C, температурные деформации корпуса реактора и опорной обечайки вызывают растрескивание сварных швов крепления реактора к опоре и между листами обечаек корпуса. Появление трещин в сварном шве создает аварийное положение на установке, так как реактор теряет устойчивость, герметичность и смещается относительно своего рабочего положения.A disadvantage of the known reactor is that due to the cyclical nature of the work, when the temperature gradient between the structural elements, as well as with the environment is 470-500 ° C, temperature deformations of the reactor vessel and the supporting shell cause cracking of the welds of the reactor to the support and between the shell sheets corps. The appearance of cracks in the weld creates an emergency situation at the installation, since the reactor loses stability, tightness and moves relative to its working position.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является реактор установки замедленного коксования, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижнем днищами и опору, установленную на фундаменте и выполненную в виде кольцевой пластины, расположенной внутри корпуса, при этом ширина пластины составляет 10-30% от диаметра реактора, причем на кольцевой опоре размещены укрепляющие элементы в виде трапециевидных косынок, связывающих опору с корпусом, при этом снаружи корпуса реактора установлены опорные элементы из полого квадратного профиля с отверстиями под болты конструкции фундамента, а между кольцевой опорой и конструкцией фундамента размещена теплоизолирующая прокладка, например стеклоткань (пат. РФ №2367680, оп. 20.09.2009, БИ №26).The closest in technical essence and the achieved result is a delayed coking unit reactor comprising a cylindrical body with upper and lower bottoms and a support mounted on a foundation and made in the form of an annular plate located inside the body, with the plate width being 10-30% of the diameter reactor, moreover, reinforcing elements are placed on the annular support in the form of trapezoidal scarves connecting the support with the casing, while polo supporting elements are installed on the outside of the reactor casing a square profile with holes for the bolts of the foundation structure, and between the ring support structure and the foundation is placed heat seal, e.g. fiberglass (Pat. Russian №2367680, op. 20.09.2009, BI №26).

Недостатком известного реактора является то, что в стенке корпуса, выполненного из цилиндрической стальной обечайки, после процесса формирования коксового пирога при температуре 460-520°C и последующего его охлаждения водой до 80-90°C для проведения гидровыгрузки кокса из реактора возникают дополнительные растягивающие напряжения вследствие того, что коэффициент линейного термического расширения стали (0,000012) в 2,3 раза больше, чем у кокса (0,0000054), что может привести к нарушению целостности корпуса реактора. Эти недостатки вызывают повышение капитальных и эксплуатационных затрат, а также снижение надежности конструкции реактора.A disadvantage of the known reactor is that in the wall of the casing made of a cylindrical steel shell, after the process of coke cake formation at a temperature of 460-520 ° C and its subsequent cooling with water to 80-90 ° C, additional tensile stresses arise for conducting hydraulic discharge of coke from the reactor due to the fact that the coefficient of linear thermal expansion of steel (0.000012) is 2.3 times greater than that of coke (0.0000054), which can lead to a violation of the integrity of the reactor vessel. These shortcomings cause an increase in capital and operating costs, as well as a decrease in the reliability of the design of the reactor.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности реактора.The task of the invention is to increase the reliability of the reactor.

Технический результат заключается в снятии дополнительных термических растягивающих напряжений в стенке реактора, возникающих при его охлаждении.The technical result consists in the removal of additional thermal tensile stresses in the wall of the reactor arising from its cooling.

Указанный технический результат достигается тем, что в реакторе установки замедленного коксования, включающем корпус с верхним и нижним днищами, кольцевую опору с шириной пластины 10-30% от диаметра реактора, установленную на фундаменте, опорные и укрепляющие элементы, согласно изобретению нижняя часть корпуса выполнена конической формы с внешним углом наклона стенок к кольцевой опоре не более 75 градусов и снабжена натяжным устройством, прикрепленным к корпусу реактора с помощью опорных элементов, а верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической формы, при этом соотношение цилиндрической части корпуса к конической составляет 1:3, а кольцевая опора расположена на упорном подшипнике качения, ширина которого соответствует ширине кольцевой опоры.The technical result is achieved by the fact that in the reactor of a delayed coking unit, including a housing with upper and lower bottoms, an annular support with a plate width of 10-30% of the diameter of the reactor mounted on the foundation, support and reinforcing elements, according to the invention, the lower part of the housing is made conical forms with an external angle of inclination of the walls to the annular support of not more than 75 degrees and is equipped with a tension device attached to the reactor vessel using supporting elements, and the upper part of the housing is made of cylindrical -parameter form, wherein the ratio of cylindrical to conical housing portion is 1: 3, and the annular support located at the thrust roller bearing, whose width corresponds to the width of the ring support.

Целесообразно упорный подшипник качения выполнить разъемным из секторов кольцевой формы с ограждающими элементами и элементами качения.It is advisable that the thrust roller bearing is made detachable from sectors of a ring shape with enclosing elements and rolling elements.

Высота и ширина ограждающих элементов может составить менее половины высоты элементов качения.The height and width of the enclosing elements may be less than half the height of the rolling elements.

Элементы качения могут быть выполнены в виде шариков или цилиндрических роликов диаметром 20-40 мм и занимающих 85-90% площади сектора кольцевой формы.The rolling elements can be made in the form of balls or cylindrical rollers with a diameter of 20-40 mm and occupying 85-90% of the area of the ring-shaped sector.

Целесообразно натяжное устройство выполнить в виде пружинного амортизатора, тяги и болтового соединения с фигурной шайбой с односторонней сферической плоскостью.It is advisable to make the tension device in the form of a spring shock absorber, traction and bolted connection with a figured washer with a one-sided spherical plane.

Выполнение нижней части корпуса конической формы с углом наклона не более 75 градусов позволяет устранить термические растягивающие напряжения в стальной стенке корпуса реактора при его охлаждении с температуры коксования до температуры гидровыгрузки, распределить вес коксовой массы на горизонтальную кольцевую опору и таким образом повысить устойчивость и надежность реактора.The implementation of the lower part of the conical shape with an inclination angle of not more than 75 degrees eliminates the thermal tensile stresses in the steel wall of the reactor vessel when it is cooled from the coking temperature to the hydraulic discharge temperature, distribute the weight of the coke mass on a horizontal ring support, and thus increase the stability and reliability of the reactor.

Выполнение упорного подшипника качения разъемным позволяет упростить монтаж реактора.The implementation of the thrust roller bearing split allows you to simplify the installation of the reactor.

Размещение в температурном поле реактора горизонтальной кольцевой опоры, укрепляющих элементов в виде трапециевидных косынок, ответственных узлов крепления нижнего конического днища и корпуса реактора к кольцевой опоре обеспечивает равномерный прогрев (охлаждение) элементов конструкции реактора, малую величину температурного градиента, температурного линейного расширения и дополнительных температурных напряжений в материале соединений и, следовательно, повышенную надежность предлагаемой конструкции реактора.The placement in the temperature field of the reactor of a horizontal annular support, reinforcing elements in the form of trapezoidal scarves, critical attachment points of the lower conical bottom and the reactor vessel to the annular support provides uniform heating (cooling) of the structural elements of the reactor, a small temperature gradient, temperature linear expansion and additional temperature stresses in the material of the compounds and, therefore, the increased reliability of the proposed reactor design.

На фиг.1 изображен предлагаемый реактор установки замедленного коксования, общий вид с сечением, на фиг.2 - разрез узла I, на фиг.3 - разрез фиг.2 по А-А (модификация с шариками), на фиг.4 - разрез фиг.2 по А-А (модификация с цилиндрическими роликами).Figure 1 shows the proposed reactor installation delayed coking, General view with a cross section, figure 2 is a section of a node I, figure 3 is a section of figure 2 along aa (modification with balls), figure 4 is a section figure 2 on aa (modification with cylindrical rollers).

Реактор содержит пустотелый корпус 1 в нижней своей части конической (75% высоты), а в верхней - цилиндрической (25% высоты) формы с верхним 2 и нижним 3 днищами, в которых находятся горловины 4, 5, люки 6, 7, штуцера 8, 9. Корпус 1 соединен с кольцевой опорой 10, расположенной внутри корпуса реактора 1. Кольцевая опора 10 установлена на упорном подшипнике качения 11, выполненном разъемным и состоящем из шести секторов кольцевой формы 12 с ограждающими элементами (барьерами) 13 и расположенными между ними элементами качения -шаровой 14 или цилиндрической 15 формы, причем элементы качения цилиндрической формы 15 размещены перпендикулярно радиусу реактора. Элементы качения занимают 90% площади сектора кольцевой формы 12. Упорный подшипник качения 11 установлен на конструкции фундамента 16. Между кольцевой опорой 10 и упорным подшипником качения 11 расположена теплоизолирующая прокладка 17. Нижнее коническое днище 3 реактора в верхней своей части приварено по периметру к кольцевой опоре 10. Укрепляющие элементы 18 в виде трапециевидных косынок приварены к кольцевой опоре 10 и корпусу реактора 1. Снаружи к корпусу 1 приварены опорные элементы («лапы») 19 полого квадратного профиля, на которых расположены натяжные устройства, состоящие из фигурных шайб 20 с односторонней сферической плоскостью со стороны опорных элементов 19 и конструкции фундамента 16, прижатых к опорным элементам 19 пружинными амортизаторами 21, надетыми на болты 22 и закрепленными шайбами 23 и гайками 24 до заданного усилия, а также имеющими допустимый предел перемещения для обеспечения устойчивости реактора при чрезвычайной ситуации. Позицией 25 обозначена коксовая масса в реакторе. Теплоизоляция и наружная защитная оболочка реактора не показаны на чертежах.The reactor contains a hollow body 1 in its lower part of the conical (75% of the height), and in the upper - cylindrical (25% of the height) shape with the upper 2 and lower 3 bottoms, in which there are necks 4, 5, hatches 6, 7, fitting 8 9. The housing 1 is connected to an annular support 10 located inside the reactor vessel 1. The annular support 10 is mounted on a thrust rolling bearing 11, which is separable and consisting of six sectors of the annular shape 12 with enclosing elements (barriers) 13 and rolling elements located between them - ball 14 or cylindrical 15 forms s, and the rolling elements of a cylindrical shape 15 are placed perpendicular to the radius of the reactor. The rolling elements occupy 90% of the area of the ring-shaped sector 12. The thrust bearing 11 is mounted on the foundation structure 16. A heat-insulating gasket 17 is located between the ring support 10 and the thrust rolling bearing 11. The lower conical bottom 3 of the reactor is welded around the perimeter to the ring support 10. The reinforcing elements 18 in the form of trapezoidal scarves are welded to the annular support 10 and the reactor vessel 1. Outside to the vessel 1, supporting elements (“legs”) 19 of the hollow square profile are welded on which tensioning devices, consisting of curly washers 20 with a one-sided spherical plane from the side of the support elements 19 and the construction of the foundation 16, pressed against the support elements 19 by spring shock absorbers 21, worn on bolts 22 and secured by washers 23 and nuts 24 to a predetermined force, as well as having an acceptable travel limit to ensure stability of the reactor in an emergency. Position 25 indicates the coke mass in the reactor. The thermal insulation and the outer protective shell of the reactor are not shown in the drawings.

Реактор работает следующим образом. Исходный нефтяной остаток подают через реакционно-нагревательную печь (не показана) через штуцер 9 горловины 5 нижнего конического днища 3 в корпус реактора 1, где за счет аккумулированного тепла происходит процесс коксования. Парообразные продукты коксования покидают реактор через штуцер 8 горловины 4 верхнего днища 2, а коксовая масса 25 остается в реакторе. После заполнения реактора коксом его пропаривают, охлаждают водой и при открытых верхнем 6 и нижнем 7 люках выгружают на прикамерную площадку с применением оборудования гидрорезки (не показано), работающего под давлением воды более 25 МПа. Дальнобойность струи гидрорезака составляет более 460 радиусов корпуса реактора, поэтому при проведении операции гидрорезки кокса проблем не возникает.The reactor operates as follows. The initial oil residue is fed through a reaction-heating furnace (not shown) through the nozzle 9 of the neck 5 of the lower conical bottom 3 into the reactor vessel 1, where the coking process takes place due to the accumulated heat. Vaporized coking products leave the reactor through the nozzle 8 of the neck 4 of the upper bottom 2, and the coke mass 25 remains in the reactor. After filling the reactor with coke, it is steamed, cooled with water and, when the upper 6 and lower 7 hatches are open, they are unloaded onto the near-site using hydraulic cutting equipment (not shown) operating under water pressure of more than 25 MPa. The range of the jet cutter is more than 460 radii of the reactor vessel, therefore, during the operation of the hydraulic cutting of coke there are no problems.

Заданный угол наклона не более 75 градусов обусловлен размерами реактора: диаметр нижней части корпуса - 12 м, высота стенки - 20 м, высота коксовой массы - 15 м, линейный термический коэффициент расширения (сжатия) стали - 0,000012 мм/град·м, кокса - 0,0000054 мм/град·м. Общая высота реактора, включая верхнее 2 и нижнее 3 днища с горловинами 5, 6, составляет типовую величину 30 м. При охлаждении кокса от 500°C до 100°C (в данном примере) у предлагаемого реактора стенки корпуса сжимаются (уменьшаются) по высоте на 96 мм, а по радиусу на 28,8 мм; коксовая масса, соответственно, на 32,4 мм и 12,96 мм. Угол наклона стенки реактора определяется следующим образом:The specified angle of not more than 75 degrees is determined by the dimensions of the reactor: the diameter of the lower part of the vessel is 12 m, the wall height is 20 m, the coke mass is 15 m, the linear thermal coefficient of expansion (compression) of steel is 0.000012 mm / deg · m, coke - 0.0000054 mm / city The total height of the reactor, including the upper 2 and lower 3 bottoms with necks 5, 6, is a typical value of 30 m. When coke is cooled from 500 ° C to 100 ° C (in this example), the reactor walls of the proposed reactor shrink (decrease) in height 96 mm, and a radius of 28.8 mm; coke mass, respectively, 32.4 mm and 12.96 mm. The angle of inclination of the wall of the reactor is determined as follows:

tgα_c=96/28,8=3,3333, что соответствует α_с=73°18′;tgα _c = 96 / 28.8 = 3.3333, which corresponds to α _c = 73 ° 18 ′;

Для коксовой массы аналогично:For coke mass similarly:

tgα_к=32,4/12,96=2,5, что соответствует α_к=68°6′, таким образомtgα _k = 32.4 / 12.96 = 2.5, which corresponds to α _k = 68 ° 6 ′, thus

α_с>α_к.α _c > α _k .

При этом между коксовой массой 25 и стенками корпуса 1 реактора образуется зазор, равный 4 мм, что обеспечивает их свободное (бесконтактное) перемещение, вследствие чего снимаются термические растягивающие напряжения в стенке корпуса, которые могли бы привести к нарушению целостности сварного шва, а вес коксовой массы при этом распределяется равномерно на кольцевую опору.In this case, between the coke mass 25 and the walls of the reactor vessel 1, a gap of 4 mm is formed, which ensures their free (non-contact) movement, as a result of which thermal tensile stresses in the vessel wall are removed, which could lead to a violation of the integrity of the weld, and the weight of the coke oven mass is distributed evenly on the annular support.

У известного реактора-прототипа с цилиндрическим корпусом стенки при охлаждении также сжимаются по радиусу на 28,8 мм, коксовая масса - на 12,96 мм, что приводит к растягивающим напряжениям и натягу стенки корпуса, равному 15,84 (28,8-12,96) мм, и, как следствие - к возможным нарушениям сварных швов. При сжатии по высоте наблюдаются дополнительные локальные напряжения, усугубляющие состояние стенки корпуса.In a well-known prototype reactor with a cylindrical body, the walls also compress by radius by 28.8 mm during cooling, and the coke mass by 12.96 mm, which leads to tensile stresses and an interference fit of the body wall of 15.84 (28.8-12 , 96) mm, and, as a result, to possible violations of the welds. When compressing in height, additional local stresses are observed that aggravate the state of the housing wall.

Использование опорных элементов 19 в виде «лап» полого квадратного профиля, болтов 22, фигурных шайб 20 с односторонней сферической плоскостью и пружинного амортизатора 21, затянутого до заданного усилия, обеспечивает определенную свободу перемещений в горизонтальной плоскости при циклических колебаниях температурного режима работы реактора, что исключает его опрокидывание при чрезвычайной ситуации.The use of support elements 19 in the form of "paws" of a hollow square profile, bolts 22, curly washers 20 with a one-sided spherical plane and a spring shock absorber 21, tightened to a predetermined force, provides a certain freedom of movement in the horizontal plane under cyclic fluctuations in the temperature of the reactor, which eliminates his rollover in an emergency.

Применение фигурных шайб 20 допускает колебания болтов 22 на 7-8 градусов относительно его вертикальной оси. Горизонтальное расположение кольцевой опоры 10 обеспечивает снижение касательных напряжений от горизонтальных усилий и температурных перемещений реактора при циклическом характере его работы. От кольцевой опоры 10 внутри реактора вес коксовой массы 25 передается непосредственно на упорный подшипник качения 11, а от него - на конструкцию фундамента 16 реактора. Ветровая нагрузка на реактор компенсируется площадью кольцевой опоры 10 нижней части корпуса реактора и его суммарной массы, особенно возрастающей при заполнении реактора коксом. Укрепляющие элементы 18 между корпусом и кольцевой опорой 10 повышают прочность конструкции реактора, оставляя доступным сварной шов между ними. Нижнее коническое днище 3 реактора воспринимает в основном вес коксовой массы 25, обладающей высокой пористостью и низкой прочностью в нижней своей части, и расположенной ниже кольцевой опоры 10 в реакторе, поэтому узел крепления (сварки) между коническим нижним днищем 3 и кольцевой опорой 10 не вызывает проблем.The use of curly washers 20 allows vibrations of the bolts 22 by 7-8 degrees relative to its vertical axis. The horizontal arrangement of the ring support 10 provides a reduction in shear stresses from horizontal forces and temperature displacements of the reactor during the cyclic nature of its operation. From the annular support 10 inside the reactor, the weight of the coke mass 25 is transferred directly to the thrust rolling bearing 11, and from it to the foundation structure 16 of the reactor. The wind load on the reactor is compensated by the area of the annular support 10 of the lower part of the reactor vessel and its total mass, especially increasing when the reactor is filled with coke. Reinforcing elements 18 between the body and the annular support 10 increase the structural strength of the reactor, leaving a weld between them accessible. The lower conical bottom 3 of the reactor mainly takes the weight of the coke mass 25, which has high porosity and low strength in its lower part, and is located below the annular support 10 in the reactor, therefore, the attachment (welding) between the conical lower bottom 3 and the annular support 10 does not cause problems.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет снять дополнительные термические растягивающие напряжения в стенке реактора при охлаждении кокса и повысить надежность его работы.Thus, the present invention allows to remove additional thermal tensile stresses in the wall of the reactor during coke cooling and to increase the reliability of its operation.

Кроме того, с увеличением площади свободного сечения верха реактора открывается возможность повышения производительности реактора по дистилляту на величину, пропорциональную приращению показателя соотношения площадей сечения верха и низа реактора примерно в три раза.In addition, with an increase in the free cross-sectional area of the top of the reactor, it becomes possible to increase the reactor productivity by distillate by a factor proportional to the increase in the ratio of the ratio of the cross-sectional areas of the top and bottom of the reactor by about three times.

Claims

1. The delayed coking unit reactor, including a casing with upper and lower bottoms, an annular support with a plate width of 10-30% of the reactor diameter mounted on the foundation, supporting and reinforcing elements, characterized in that the lower part of the casing is conical in shape with an external angle the walls are tilted to an annular support of not more than 75 ° and is equipped with a tension device attached to the reactor vessel with support elements, and the upper part of the vessel is made of a cylindrical shape, while the ratio of the cylindrical part of the core the conical whisker is 1: 3, and the annular support located at the thrust roller bearing, whose width corresponds to the width of the ring support.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the thrust roller bearing is made detachable from sectors of the ring shape with enclosing elements and rolling elements.

3. The reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the height and width of the enclosing elements is less than half the height of the rolling elements.

4. The reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the rolling elements are made in the form of balls or cylindrical rollers with a diameter of 20-40 mm and occupying 85-90% of the area of the ring-shaped sector.

5. The reactor according to claim 1, characterized in that the tensioning device is made in the form of a spring shock absorber, rod and bolt connection with a figured washer with a one-sided spherical plane.