ES2342049T3 - Sistema mejorado para retirar los cabezales del fondo de un tambor de coque. - Google Patents
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Abstract
Sistema de retirada de cabezales (10) de un tambor de coque que comprende: un tambor de coque (18) que tiene un orificio (42) provisto de una brida; una válvula de retirada de cabezales (12) acoplada de forma separable a dicho orificio (42) provisto de brida de dicho tambor de coque (18), caracterizado porque comprende: un conjunto (132) de asiento de carga vivo, dinámico que tiene al menos un asiento de carga vivo, dinámico (34) y un mecanismo de ajuste (134) de asiento de carga vivo, dinámico correspondiente para controlar la fuerza que puede ejercer dicho asiento de carga vivo, dinámico (34); un asiento estático (38) alineado en oposición con dicho asiento de carga vivo, dinámico (34); y un obturador (106) accionado por un accionador (62), siendo dicho obturador (106) capaz de moverse de un modo bidireccional dentro de dicha válvula de retirada de cabezales (12) entre dicho asiento de carga vivo, dinámico (34) y dicho asiento estático (38) para controlar la apertura y cierre de dicha válvula de retirada de cabezales (12) y para cortar dicho coque de dicho obturador (106) cuando dicho obturador (106) está cubierto de coque, recibiendo dicho obturador (106) la fuerza ejercida por dicho asiento de carga vivo, dinámico (34).
Description
Sistema mejorado para retirar los cabezales del
fondo de un tambor de coque.
La presente invención se refiere a un sistema la
retirada de cabezales de una vasija que contiene un fluido,
destilados, o un subproducto de desechos no consolidados, tal como
los diversos tipos de coque. Específicamente, la presente invención
se refiere a un sistema, concretamente una válvula de retirada de
cabezales que está acoplada a un tambor de coque, en particular en
los orificios superiores o inferiores y que sirve para retirar los
cabezales del tambor de coque de forma segura y efectiva después de
la fabricación del coque, u otros subproductos y para facilitar la
retirada del coque durante el proceso de decoquificación.
En la industria de procesamiento de
hidrocarburos, muchas refinerías recuperan productos valiosos a
partir del aceite residual pesado que queda después de que han sido
completadas las operaciones de refinado. Este proceso de
recuperación es conocido como coquificación retardada y produce
destilados valiosos y coque en grandes vasijas o tambores de coque.
Los tambores de coque están usualmente en operación a pares, de
manera que cuando un tambor de coque está lleno con el subproducto
o material residual, la alimentación puede ser dirigida a un tambor
vacío, de manera que el tambor lleno pueda ser enfriado y el
subproducto purgado del tambor de coque, un proceso conocido como
decoquificación. Esto permite que el proceso de refinado opere de
forma continua, sin interrupción injustificada.
Cuando un tambor de coque está lleno, debe ser
purgado del subproducto con el que ha sido alimentado. El tambor es
purgado de vapor y enfriado con agua de refrigeración. Después es
drenada el agua del tambor y el tambor es ventilado a presión
atmosférica, después de lo cual son retirados los cabezales superior
e inferior (es decir el tambor de coque es destapado) para permitir
que el coque sea cortado del tambor y caiga dentro de una vasija de
recogida, típicamente una vagoneta. Este proceso de retirada de
cabezales del tambor de coque puede ser extremadamente peligroso
por diversas razones. Por mencionar sólo algunas, el agua de
refrigeración introducida dentro de los tambores calientes antes de
la retirada del cabezal inferior se calienta extremadamente y
podría escaparse del cabezal suelto y escaldar a los operarios que
están por el entorno, la carga de agua no drenada y el coque suelto
dentro del tambor pueden exceder los límites del sistema de soporte
y hacer que caiga equipo pesado, el posicionamiento del canal y la
retirada necesaria de las bridas o cabezales se hace con operarios
que están en la proximidad inmediata de los tambores, el coque que
potencialmente caiga puede lesionar a los trabajadores cuando son
retirados los cabezales y el personal operario puede verse expuesto
a partículas de coque finamente divididas, vapor, agua caliente y
gases nocivos cuando es abierto el tambor. En un hecho que cada año
se producen varias fatalidades como resultado de este proceso de
fabricación. Una
vez que es retirado el coque, los cabezales son reemplazados y el tambor de coque es preparado para repetir el ciclo.
vez que es retirado el coque, los cabezales son reemplazados y el tambor de coque es preparado para repetir el ciclo.
Los sistemas y métodos de la técnica anterior se
han esforzado por destapar los tambores de coque de forma más
eficiente y efectiva, así como en minimizar muchos de los peligros
inherentes al proceso de retirada de cabezales. Uno de tales
métodos implica la colocación de una vagoneta de retirada de
cabezales por debajo del tambor, elevar un pistón de soporte de
brida con tirantes instalados y soltar algunos (hasta la mitad) de
los pernos de brida por operación manual con una llave de impacto.
Después del enfriamiento con agua y drenaje, los pernos restantes
son retirados manualmente, los tirantes son retirados del pistón, la
brida de aproximadamente 4 toneladas es descendida, y la vagoneta
con una brida descansando sobre ella es alejada. Esto es
extremadamente peligroso debido a los requisitos de trabajo manual.
Han sido descritos otros sistemas que de algún modo reducen la
implicación humana o manual. Por ejemplo, las patentes
norteamericanas n.º 4,726,109 de Malsbury et al. y n.º
4,960,358 de DiGiacomo et al. describen un dispositivo de
retirada de cabezales remoto para tambores de coquificación. El
dispositivo incluye una unidad de cabezal para su fijación a una
brida inferior de un tambor de coquificación y una pluralidad de
pernos de charnela que son desconectados por un equipo de
distensión operado remotamente. Un dispositivo de plataforma
desciende la unidad de cabezal, la mueve lateralmente a un lado y
la inclina para limpieza. Una rampa fijada al marco puede ser
elevada en aplicación con la brida inferior del tambor de
coquificación para la retirada del coque del tambor.
La patente norteamericana n.º 5,098,524 de
Antalfy et al. presentada el 10 de diciembre de 1990 describe
un dispositivo de retirada de cabezales de tambor de coque que
tiene un sistema de accionador pivotante operable desde una
localización remota de una salida de tambor. El accionador está
adaptado para mover un cabezal de tambor entre las posiciones
cerrada y abierta y para retener el cabezal de tambor en una
posición cerrada bajo carga.
La patente norteamericana n.º 5,500,094 de
Fruchtbaum proporciona un dispositivo de retirada de cabezales de
tambor de coque que se retrae e inclina el cabezal inferior de forma
incremental, de manera que los desechos que caen, tales como
perdigones de coque (shot) pueden ser captados por una rampa. A
continuación de la eliminación de los desechos sueltos, el cabezal
puede ser retirado de la zona del tambor para mantenimiento.
Específicamente, la invención proporciona un dispositivo de
retirada de cabezales para retirar un cabezal inferior de una brida
sobre un extremo inferior de un tambor de coque. Una vagoneta de
retirada de cabezales es movible horizontalmente en y desde una
posición por debajo del cabezal inferior. Un miembro de soporte de
cabezal inferior ajustable verticalmente está montado sobre la
vagoneta. Una placa de cojinete está montada pivotante en un extremo
superior del miembro de soporte para aplicarse a una superficie
inferior del cabezal inferior. Un brazo retráctil tiene primeras y
segundas secciones conectadas articuladamente en un extremo y que
tienen extremos opuestos respectivos asegurados a la placa de
soporte y al miembro de soporte para pivotar la placa de soporte y
el cabezal inferior soportado sobre ella con respecto a la
horizontal, preferiblemente para inclinar el cabezal hacia una rampa
adyacente.
La patente norteamericana n.º 5,581,864 de Rabet
describe un aparato y un método que permiten la retirada del
cabezal de un tambor de coque que comprende un aparato que dispone
remotamente una vagoneta debajo del cabezal del tambor y la
vagoneta está adaptada para aplicarse remotamente al cabezal del
tambor, soportar apretadamente el cabezal contra el tambor mientras
que los trabajadores están en la zona y descender el cabezal y
llevarlo lejos. Una característica de seguridad está también
incluida y descrita, la vagoneta es soportada normalmente por
resortes que en caso de cargas excesivas transfiere automáticamente
la vagoneta de carga a un travesaño suspendido diseñado para llevar
cualesquiera cargas excesivas.
Cada uno de estos dispositivos de la técnica
anterior comparten deficiencias comunes, ya que son incapaces de
proporcionar soluciones simples, efectivas, y seguras para la
retirada de cabezales de un tambor coque. Específicamente, cada uno
de los conjuntos o dispositivos requiere que la unidad de cabezal
sea completamente retirada de la porción dotada de brida del tambor
de coque después de cada ciclo de coquificación y antes del purgado
del coque del tambor de coque. Esto genera una incertidumbre extrema
a los trabajadores y proporciona un procedimiento ineficaz y que
consume tiempo. La retirada de la unidad de cabezal incrementa la
posibilidad de accidente, mientras que al mismo tiempo incrementa
la participación humana ya que la unidad de cabezal debe ser
colocada correctamente en el tambor de coque cada vez a pesar de la
automatización implicada. Además, se requiere una gran cantidad de
espacio de suelo para alojar aquellos conjuntos y dispositivos que
automatizan la retirada y elevación de la unidad de cabezal del
tambor de coque. Finalmente, tales dispositivos y sistemas pueden
no ser operables en un entorno en el que el espacio para el cabezal
inferior es menor que el diámetro del cabezal inferior.
La patente alemana n.º DE4446946 y la
norteamericana n.º US5116022 describen conjuntos de válvula que
pueden ser usados para colocar y retirar un sello en un orificio de
una vasija.
El documento US5116022 describe una válvula de
cuña en la que las placas pueden ser expandidas e impulsadas contra
superficies de sellado por la acción de un accionador con forma de
cuña. El documento DE4446946 describe una válvula corrediza para
ser ajustada a un orificio en un recipiente. La válvula corrediza
incluye un disco de válvula que presiona contra un asiento de
válvula cuando la válvula está cerrada. Un pistón es usado para
mover el disco de válvula fuera de los asientos de válvula para
abrir la válvula y permitir que la materia pase a través del
orificio.
Como en cada una de las industrias del mundo
moderno, los avances en tecnología se hacen por varias razones,
algunas de las cuales incluyen seguridad, fiabilidad, economía,
facilidad de operación y mantenimiento, utilidad y otros ámbitos
beneficiosos. Si el avance de una tecnología proporciona mejoras en
cualquiera de las categorías anteriores tiene valor real.
Generalmente hablando, los avances en la tecnología de las unidades
de coquificación han aparecido gradualmente cuando las compañías en
competencia han fortalecido las tecnologías o métodos operacionales
existentes, haciendo mejoras y modificaciones a diseños o conceptos
base. A través de este proceso, algunas tecnologías utilizadas en
la industria de coquificación retardada han sido optimizadas,
implicando que se han maximizado los beneficios que se pueden
derivar de ellos.
Las tendencias generales en la industria de
coquificación retardada están dirigidas a incrementar la seguridad
y fiabilidad. No es necesario decir que mejorar la economía,
utilidad y facilidad de mantenimiento serían beneficios añadidos y
bien recibidos de cualquier innovación que satisfaga eficazmente los
dos primeros requisitos. Es por la seguridad que muchos dueños u
operarios de plantas de coquificación están deseando que llegue el
momento en que la automatización total de una planta de
coquificación sean una posibilidad y una realidad. Obviamente, hay
muchos retos técnicos asociados al logro de este objetivo.
Actualmente, uno de los mayores retos para la idea de
automatización total son los métodos de retirada de cabezales del
tambor de coque usados.
Si la retirada de cabezales del tambor se hace
manualmente, o por uno cualquiera de los sistemas y dispositivos de
la técnica anterior tratados antes que están disponibles actualmente
hay un número significativo de componentes que implican
participación activa. Como es bien conocido en la industria, el
componente que implica participación activa siempre fue y aún es
hoy muy peligroso para el personal operario.
A la vista de los problemas y deficiencias
inherentes a los sistemas y dispositivos de retirada de cabezales
de tambores de coque de la técnica anterior, la presente invención
pretende proporcionar un sistema de retirada de cabezales de tambor
de coque más eficaz, económico y seguro. La presente invención
pretende proporcionar un nuevo enfoque revolucionario para destapar
o retirar los cabezales de un tambor de coque que está enteramente
fuera del alcance y la tecnología de cualquier sistema, dispositivo
o método de la técnica anterior.
Por tanto, algunas realizaciones de la presente
invención proporcionan un sistema de retirada de cabezales de
tambor de coque simplificado y fiable que no requiere la retirada
física de los cabezales de tambor de coque después de cada ciclo de
coquificación, sino que comprende una válvula de retirada de
cabezales mecánica que realiza una función de retirada de cabezales
equivalente a la de los diseños y métodos de la técnica
anterior.
También algunas realizaciones de la presente
invención proporcionan un sistema de retirada de cabezales de
tambor de coque en el que la válvula de retirada de cabezales es
acoplada de forma separable a la porción con brida de un tambor de
coque y está adaptada para retirar los cabezales del tambor de coque
sin tener que se quitada después de cada ciclo de
coquificación.
Algunas realizaciones de la presente invención
proporcionan un sistema de retirada de cabezales de un tambor de
coque que tiene un dispositivo de doble asiento, de movimiento
lineal, 100% metálico y sellado, o específicamente, un obturador
lineal de doble sello, totalmente encerrado, activado
hidráulicamente y linealmente presurizado.
Algunas realizaciones de la presente invención
proporcionan un sistema de retirada de cabezales de un tambor de
coque capaz de retirar y volver a colocar los cabezales de un tambor
de coque de forma repetida y automática sin ningún tipo de
actividad humana o manual en o cerca del tambor de coque.
Además, algunas realizaciones de la presente
invención proporcionan un sistema de retirada de cabezales de un
tambor de coque que tiene un obturador de movimiento lineal como
única parte móvil importante.
Todavía algunas realizaciones de la presente
invención proporcionan un sistema de retirada de cabezales de un
tambor de coque que se conecta al tambor de coque vía una conexión
de bridas con pernos.
Algunas realizaciones de la presente invención
proporcionan un sistema de retirada de cabezales de tambor de coque
que tiene asientos dobles e independientes que proporcionan
capacidades de doble bloqueo y sangrado y doble bloqueo y
purga.
Algunas realizaciones de la presente invención
proporcionan un sistema de retirada de cabezales de un tambor de
coque que tiene asentamiento metal con metal.
Además, algunas realizaciones de la presente
invención proporcionan uno o más asientos de carga viva o dinámica
activados desde fuera de la corriente de proceso.
Algunas realizaciones de la presente invención
proporcionan un diseño de sistema que tiene verificación remota del
aislamiento positivo.
También, algunas realizaciones de la presente
invención proporcionan un sistema que tiene conmutación instantánea
y remota a modo doble bloqueo y ventilación desde modo de doble
bloqueo y purga con pérdida de vapor de purga.
Para conseguir lo precedente y de acuerdo con la
invención según está realizada y ampliamente descrita en la
presente memoria, la presente invención muestra un sistema de
retirada de cabezales de un tambor de coque que proporciona
ventajas únicas respecto a los sistemas de retirada de cabezales de
la técnica anterior, concretamente la retirada de cabezales de un
tambor de coque sin tener que sacar físicamente las unidades de
cabezal. Esto es realizado en particular usando una válvula de
retirada de cabezales diseñada especialmente para ser usada en un
sistema de retirada de cabezales.
Específicamente, el sistema de retirada de
cabezales comprende una válvula de puerta u obturador de movimiento
lineal, de doble asiento, o válvula de retirada de cabezales que
está acoplada de forma separable a la porción con brida de un
tambor de coque y sellada contra ella de la misma forma que estaría
fijada una unidad de cabezal convencional. La válvula de retirada
de cabezales está equipada con un obturador deslizante que tiene un
orificio en su interior, una superficie plana adyacente al
orificio, una carrera ligeramente mayor que el diámetro del
orificio en la válvula de retirada de cabezales, y asientos superior
e inferior, siendo uno de tales asientos un asiento de carga vivo,
dinámico que tiene capacidad de ajuste automático para sellar el
obturador entre los asientos superior e inferior. Como tal, el
obturador deslizante puede ser movido de un modo sustancialmente
lineal bidireccional entre los asientos superior e inferior, o
asientos dobles, haciendo así que el orificio localizado sobre
ellos se mueva entre una posición abierta, cerrada y parcialmente
abierta respecto al orificio en el tambor de coque. En una posición
cerrada, la válvula de retirada de cabezales y el tambor de coque
están preparados para recibir la alimentación de subproducto desde
el proceso de refinado usado para fabricar el coque. Una vez que el
tambor está lleno, la válvula puede ser accionada haciendo que se
abra el obturador deslizante. Al hacer eso, el coque que se ha
acumulado sobre el obturador es cortado por los asientos superior e
inferior, retirando de esta forma los cabezales del tambor de coque
y facilitando la retirada del coque utilizando los métodos
comúnmente conocidos en la técnica. Una ventaja de la presente
invención es su capacidad de proporcionar un sistema de retirada de
cabezales simple pero efectivo que comprende una válvula de retirada
de cabezales que tiene un obturador deslizante que se mueve hacia
atrás y hacia delante entre asientos dobles independientes para
retirar los cabezales de un tambor de coque y simplificar el proceso
de coquificación. Otra ventaja de la presente invención es la
capacidad de retirar los cabezales del tambor de coque sin tener
que sacar la unidad de cabezal, y hacerlo desde una localización
remota con pocos o ningún requisito manual.
En una realización preferida, la presente
invención muestra un sistema de retirada de cabezales de un tambor
de coque que comprende: (a) al menos un tambor de coque que contiene
coque manufacturado en su interior, teniendo el tambor de coque un
orificio superior y un orificio inferior; (b) una válvula de
retirada de cabezales acoplada de forma separable al tambor de
coque y diseñada para facilitar la retirada del coque del tambor de
coque retirando los cabezales del tambor de coque y permitiendo que
el coque pase a través; y (c) un sistema de intercambio que incluye
tapas superior e inferior y otros elementos y miembros adaptados
para integrar el sistema de retirada de cabezales, y
particularmente la válvula de retirada de cabezales dentro del
sistema de fabricación. La válvula de retirada de cabezales ella
misma comprende: (1) un cuerpo principal que tiene un orificio
dimensionado para alinearse, en relación concéntrica, con el
orificio superior o inferior, del tambor de coque cuando la válvula
de retirada de cabezales está acoplada a él; (2) un conjunto de
asiento de carga vivo acoplado al cuerpo principal y que comprende
un asiento de caga vivo, dinámico flotante, un mecanismo de ajuste
de asiento vivo acoplado al cuerpo principal y diseñado para
controlar y ajustar la fuerza y carga de asiento resultante del
asiento de carga vivo, dinámico y un módulo de transferencia de
fuerza yuxtapuesto al asiento de carga vivo, dinámico para
transferir la fuerza desde el mecanismo de ajuste de asiento de
carga vivo al asiento de carga vivo, dinámico; (3) un asiento
estático posicionado opuesto y que contrarresta o compensa el
asiento de carga vivo, dinámico y (4) un obturador u obturador
deslizante capaz de moverse de un modo lineal bidireccional dentro
de la válvula de retirada de cabezales y entre el asiento de carga
vivo, dinámico y el asiento estático, el obturador es físicamente
controlado por un accionador y tiene una fuerza ejercida sobre él
por los asientos dobles, concretamente el asiento con caga vivo y el
asiento estático, de manera que se crea un sello entre el asiento
de carga vivo, dinámico, el obturador, y el asiento estático. En
esencia, la válvula de retirada de cabezales retira los cabezales
del tambor de coque y facilita la retirada del coque del tambor de
coque accionando sobre el obturador desde una posición cerrada a una
posición abierta en la que es cortado el coque.
La presente invención comprende además un
sistema de sellado punto a punto que comprende asientos dobles
independientes que sellan directamente contra la puerta. El sello
consiste o es resultado del asentamiento metal con metal entre los
asientos superior e inferior y el obturador. Debido al asiento
superior de carga dinámico, la magnitud de la fuerza necesaria para
sellar correctamente los asientos a la puerta se realiza usando un
mecanismo de ajuste de asiento de carga vivo diseñado para
controlar la magnitud de la fuerza ejercida sobre el obturador.
La presente invención proporciona ventajosamente
un concepto de asiento flotante a la válvula de retirada de
cabezales usando un asiento de carga vivo, dinámico. El asiento de
carga vivo, dinámico flotante es cargado continuamente contra el
obturador para proporcionar una relación de precarga entre el
asiento y el obturador. El concepto de asiento flotante es
realizado usando un miembro de precarga o una combinación de ellos,
tales como resortes pesados de serpentín dispuestos en los centros
próximos en torno al perímetro del anillo de asiento; externamente
los aplicadores de fuerza de asiento de carga vivo y sellado están
dispuestos en cuadrantes en torno a los asientos flotantes; y/o un
resorte de sello de fuelle de inconel flexible en todo el perímetro
está dispuesto entre el asiento flotante y el anillo de retención de
asiento.
Como resultado, la presente invención
proporciona un nuevo sistema de retirada de cabezales de tambor de
coque nuevo y mejorado. El sistema utiliza también válvulas de
presión y válvulas de entrada de purga de vapor, así como válvulas
de ventilación de emergencia para monitorizar y controlar la presión
dentro del sistema y prevenir la ventilación inadvertida del vapor
a la atmósfera.
Las características anteriores de la presente
invención serán completamente evidentes a partir de la siguiente
descripción y reivindicaciones adjuntas, tomadas junto con los
dibujos que se acompañan. Se entiende que estos dibujos representan
sólo realizaciones típicas de la invención y, por tanto, no deben
ser considerados como que limitan su alcance; la invención se
describirá y explicará con especificidad y detalles adicionales
utilizando los dibujos que se acompañan en los que:
Fig. 1, ilustra, en general, el proceso de
refinado en el que el coque es fabricado a partir de subproductos
de refinado en una serie de tambores de coque;
Fig. 2, ilustra el sistema de retirada de
cabezales de la presente invención acoplado a un tambor de coque y
a una tapa superior e inferior;
Fig. 3, ilustra una vista frontal del sistema de
retirada de cabezales del tambor de coque según la presente
invención, y una tapa superior e inferior fijada a él;
Fig. 4, ilustra una vista desde arriba del
sistema de retirada de cabezales del tambor de coque que muestra el
orificio y el obturador deslizante contenido en su interior con el
obturador deslizante en una porción parcialmente abierta;
Fig. 5, ilustra una vista en perspectiva de la
válvula de retirada de cabezales del sistema de retirada de
cabezales del tambor de coque que muestra el orificio en su
interior, con el obturador deslizante en una posición abierta;
Fig. 6, ilustra una vista recortada en
perspectiva de la válvula de retirada de cabezales del sistema de
retirada de cabezales del tambor de coque que muestra la relación
del obturador deslizante respecto a la válvula de retirada de
cabezales cuando el obturador deslizante está en una posición
abierta;
Fig. 7, ilustra una vista recortada de la
válvula de retirada de cabezales fijada a un tambor de coque que
contiene coque, y específicamente, el obturador deslizante en una
posición parcialmente abierta y su relación e interacción con la
válvula de retirada de cabezales cuando está siendo usada para
retirar los cabezales del tambor de coque;
Fig. 8, ilustra una vista recortada en
perspectiva de la válvula de retirada de cabezales del sistema de
retirada de cabezales de un tambor de coque que muestra la relación
del obturador deslizante respecto a la válvula de retirada de
cabezales cuando el obturador deslizante está en una posición
cerrada;
Fig. 9, ilustra una vista recortada en sección a
escala ampliada de la válvula de retirada de cabezales cuando está
fijada a un tambor de coque que contiene coque manufacturado y, en
particular, la válvula de retirada de cabezales con el obturador
deslizante en una posición sustancialmente cerrada en la que se
acumula coque sobre la superficie del obturador deslizante durante
el proceso de coquificación;
Fig. 10, ilustra una vista recortada en sección
a escala ampliada de la válvula de retirada de cabezales cuando
está fijada a un tambor de coque que contiene coque manufacturado, y
en particular la válvula de retirada de cabezales con el obturador
deslizante en una posición parcialmente abierta cuando está siendo
usada para retirar los cabezales del tambor de coque;
Fig. 11, ilustra los trabajos del concepto de
asiento de caga vivo, dinámico y su relación con el obturador
deslizante según la presente invención;
Fig. 12, ilustra una vista detallada del asiento
de carga vivo, dinámico y el mecanismo de ajuste de asiento
vivo;
Fig. 13, ilustra una realización del asiento de
carga vivo, dinámico y el mecanismo de ajuste de asiento vivo;
Fig. 14, ilustra una realización alternativa del
asiento de carga vivo, dinámico y el mecanismo de ajuste de asiento
vivo; y
Fig. 15, ilustra una realización alternativa del
asiento de carga vivo, dinámico y el mecanismo de ajuste de asiento
vivo, y específicamente el concepto de asiento flotante en el que el
propio asiento está precargado.
\vskip1.000000\baselineskip
Se entenderá fácilmente que los componentes de
la presente invención, como están descritos e ilustrados en general
en las figuras incluidas aquí, podrían estar dispuestos y ser
diseñados con una amplia variedad de configuraciones diferentes.
Por tanto, la siguiente descripción más detallada de las
realizaciones del sistema, dispositivo y método de la presente
invención que siguen y están representadas en las figuras 1 a 11, no
está destinada a limitar el alcance de la invención, según se
reivindica, sino que es meramente representativa de las
realizaciones actualmente preferidas de la invención.
Las realizaciones actualmente preferidas de la
invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos en los
que las partes similares están designadas por numerales similares.
Aunque a continuación sigue una referencia a los dibujos y una
discusión correspondiente, es conveniente indicar en primer lugar
unos antecedentes generales del proceso de coquificación,
incluyendo el proceso de retirada de cabezales de los tambores de
coque al final de un ciclo de fabricación.
\vskip1.000000\baselineskip
En el proceso de coquificación retardada típico,
los residuos del petróleo de alto punto de ebullición son
alimentados a uno o más tambores de coque donde son craqueados
térmicamente en producto ligeros y un residuo sólido, coque de
petróleo. Los tambores de coque son típicamente grandes vasijas
cilíndricas que tienen un cabezal superior y una porción inferior
cónica ajustada con un cabezal inferior. El objetivo fundamental de
la coquificación es el craqueo térmico de residuos de petróleo de
punto de ebullición muy alto en fracciones de combustible más
ligeras. El coque es un subproducto del proceso. La coquificación
retardada es una reacción endotérmica en la que un horno suministra
el calor necesario para completar la reacción de coquificación en
un tambor. El mecanismo exacto es muy complejo, y aparte de todas
las reacciones que se producen, sólo han sido aisladas tres etapas
diferenciadas: 1) vaporización parcial y coquificación suave de la
alimentación cuando pasa a través del horno; 2) craqueo del vapor
cuando pasa a través del tambor de coque; y 3) craqueo y
polimerización del liquido pesado atrapado dentro del tambor hasta
que se convierte en vapor y coque. El proceso es extremadamente
sensible a la temperatura, produciéndose diferentes tipos de coque
al variar las temperaturas. Por ejemplo, si la temperatura es
demasiado baja, la reacción de coquificación no avanza
suficientemente y se para o se produce la formación de coque
blando. Si la temperatura es demasiado alta, el coque formado es
generalmente muy duro y difícil de retirar del tambor con un equipo
de decoquificación hidráulico. Las altas temperaturas también
incrementan el riesgo de coquificación en los tubos de horno o la
línea de transferencia. Como se indicó, la coquificación retardada
es un proceso de craqueo térmico usado en las refinerías de petróleo
para mejorar y convertir el residuo de petróleo ("resid") en
líquido y corrientes de producto gaseoso que dejan atrás un
material de carbón concentrado sólido, o coque. Un calentador
encendido es usado en el proceso para alcanzar las temperaturas de
craqueo térmico que se sitúan por encima de 538ºC (1000ºF). Con un
tiempo de permanencia corto en el horno, la coquificación del
material de alimentación es así "retardada" hasta que alcanza
los grandes tambores de coquificación aguas abajo del calentador. En
operaciones normales, hay dos tambores de coque, de manera que
cuando uno está siendo llenado, el otro puede ser purgado del coque
manufacturado. Estos tambores de coque son grandes estructuras que
tienen una altura de aproximadamente 25-30 metros y
un diámetro de 4 a 9 metros. Estas equipados con un cierre de brida
de obturación superior u orificio que típicamente tiene un diámetro
de aproximadamente 1,5 metros y un orificio de brida de obturador
inferior que típicamente tiene un diámetro de aproximadamente 2
metros.
En un proceso de refinado de petróleo típico
pueden ser producidas varias estructuras físicas diferentes de
coque de petróleo. Estas son concretamente, perdigón de coque
(shot), coque de esponja y coque de aguja y cada una se distingue
por sus estructuras físicas y sus propiedades químicas. Estas
estructuras físicas y propiedades químicas también sirven para
determinar el uso final del material. Existen varias posibilidades
de uso para el coque manufacturado, algunas de los cuales incluyen
combustible para quemar, la capacidad de ser calcinado para su uso
en las industrias de aluminio, químicas o del acero y la capacidad
de ser gasificado para producir vapor, electricidad o materia prima
gaseosa para la industria petroquímica.
Para producir el coque, una alimentación de
unidad de coquificación retardada se origina desde el petróleo
crudo suministrado a la refinería y viaja a través de una serie de
miembros de proceso y finalmente se vacía dentro de uno de los
tambores de coque usados para fabricar coque. Un diagrama de flujo
de refinería básico se presenta como Fig. 1, en la que se muestran
dos tambores de coque. El proceso de coquificación retardada es un
proceso por lotes-continuo, lo que significa que el
proceso está en curso o es continuo cuando la corriente de
alimentación que viene del horno alterna el llenado entre los dos o
más tambores de coque. Como se mencionó, aunque un tambor está en
línea llenándose de coque, el otro está siendo despojado, enfriado,
decoquificado y preparado para recibir otro lote. Este es un
proceso sin demora en el que cada lote en el proceso por
lotes-continuo tarda en completarse aproximadamente
de 12 a 20 horas. En esencia, el petróleo caliente, o residuo como
se le denomina comúnmente, desde el horno tubular es alimentado
dentro de uno de los tambores de coque en el sistema. El petróleo
está extremadamente caliente y produce vapores calientes que se
condensan en las paredes del refrigerador del tambor de coque.
Cuando el tambor está siendo llenado, una gran cantidad de líquido
corre hacia abajo a los laterales del tambor dentro de una piscina
turbulenta hirviendo en la base. Cuando este proceso continúa, el
residuo caliente y los vapores de condensación hacen que las paredes
del tambor de coque se calienten. Esto, naturalmente, a su vez hace
que el residuo produzca cada vez menos vapores de condensación, lo
que finalmente hace que el líquido en la base del tambor de coque
empiece a calentarse a las temperaturas de coquificación. Después
de algún tiempo, se forma un canal principal en el tambor de coque y
a medida que transcurre el tiempo el líquido por encima del coque
acumulado disminuye y el líquido se vuelve un alquitrán de un tipo
más viscoso. Este alquitrán sigue intentando volver al canal
principal, haciendo que el canal se ramifique. Este proceso avanza
a través del tambor de coque hasta que el tambor está lleno, con lo
que las piscinas de líquido se convierten lentamente en coque
sólido. Cuando el primer tambor de coque está lleno, la
alimentación de petróleo caliente es conmutada al segundo tambor de
coque, y el primer tambor de coque es aislado, vaporizado para
eliminar los hidrocarburos residuales, enfriado llenándolo con agua,
abierto y después decoquificado. Este proceso cíclico es repetido
una y otra vez en la fabricación de coque.
El proceso de decoquificación es el proceso
usado para retirar el coque del tambor al completarse el proceso de
coquificación. Debido a la forma del tambor de coque, el coque se
acumula en la zona próxima y se fija a los cabezales durante el
proceso de fabricación. Para decoquificar el tambor, en primer lugar
deben ser retirados los cabezales. Típicamente, una vez lleno, el
tambor es ventilado a la presión atmosférica y el cabezal superior
(típicamente una brida de diámetro de 1-2 metros (4
pies)) es liberada y retirada para permitir el emplazamiento de un
aparato de corte de coque hidráulico. Después de que el agua de
enfriamiento es drenada de la vasija, el cabezal inferior
(típicamente una brida de 2-1 m (7 pies) de
diámetro) es liberada y retirada. Este proceso se conoce
normalmente como "retirada de cabezales" y puede ser un
procedimiento muy peligroso debido al tamaño de las bridas, las
altas temperaturas dentro del tambor, el coque que potencialmente
cae y otras razones, como se mencionó antes. Una vez que los
cabezales son retirados, el coque es retirado del tambor taladrando
un agujero piloto de arriba abajo en el lecho de coque usando
chorros de agua a alta presión. Después de esto, el cuerpo
principal del coque que queda en el tambor de coque es cortado en
fragmentos que caen fuera de la base y dentro de un cubo de
recogida, como por ejemplo un cubo o una vagoneta, etc. El coque es
después desaguado, aglomerado y enviado a un almacén de coque o
instalaciones de carga.
\vskip1.000000\baselineskip
Aunque la presente invención está pensada para
cubrir ambos sistemas de retirada de cabezales, superiores e
inferiores, o preferiblemente el sistema de retirada de cabezales de
la presente invención puede ser aplicable y utilizado en ambas
aberturas superior e inferior de un tambor de coque, la siguiente
descripción detallada y las realizaciones preferidas serán tratadas
sólo con referencia a un sistema de retirada de cabezales
inferiores. Un experto cualquiera en la técnica reconocerá que la
invención según se explica y describe en esta memoria para un
sistema de retirada de cabezales inferiores de un tambor de coque
puede también ser diseñada y usada como sistema de retirada de
cabezales superiores de un tambor de coque y la siguiente discusión
concerniente al sistema de retirada de cabezales inferiores no debe
ser entendida como que se limita a dicho caso.
La presente invención describe un método y un
sistema para el retirada de cabezales de un tambor de coque después
de la fabricación de coque en su interior. Como la presente
invención está adaptada especialmente para ser usada en el proceso
de coquificación, la siguiente discusión se referirá específicamente
a este ámbito de fabricación. Es previsible, sin embargo, que la
presente invención pueda ser adaptada para ser una parte integral
de otros procesos de fabricación que produzcan varios elementos o
subproductos distintos del coque, y tales procesos deberían, por
tanto, considerarse dentro del alcance de esta solicitud.
Antes de enumerar los detalles de la presente
invención, debería advertirse que el sistema y el método de la
presente invención están diseñados para tener o poseer ventajas de
funcionalidad, utilidad y seguridad significativas. En primer
lugar, el sistema es capaz de retirar y volver a colocar los
cabezales de un tambor de coque de forma repetida y automática sin
ninguna actividad por parte de personas en el tambor de coque o
cerca de él. Por tanto, la seguridad y la eficacia se incrementan de
forma drástica. En segundo lugar, el sistema reduce el tiempo total
de retirada y nueva colocación de los cabezales a menos de 10
minutos. Tal tiempo es una mejora drástica respecto a los tiempos
de los sistemas de retirada de cabezales de la técnica anterior. En
tercer lugar, el sistema puede de forma permanente ser fijado
directamente a la brida del tambor de coque o a una piscina de
transición por encima del dispositivo y a una rampa de tambor
estacionaria por debajo del dispositivo, descargando dicha rampa
directamente dentro de una fosa o dentro de vagonetas. En cuarto
lugar, el sistema tiene la flexibilidad para permitir el drenaje
seguro de coque y agua del tambor a través de su puerto de salida y
dentro de la fosa sin ningún derrame sobre la cubierta de retirada
de cabezales. En quinto lugar, el sistema está diseñado y
construido de forma que asegure la operación a largo plazo sin
atascarse o verse obstruido en su operación por partículas de coque,
trozos, residuo o cualquier otra materia extraña. En sexto lugar,
el sistema está diseñado para poder demostrar, con certeza absoluta,
siempre y en todas las localizaciones locales y remotas que está
aislando positivamente. En séptimo lugar, el sistema está
virtualmente libre de mantenimiento, excepto la sustitución de
piezas a largo plazo durante los cierres programados. En octavo
lugar, el sistema es capaz de incorporar capacidades de diagnóstico
que permiten la evaluación y ver la tendencia del estado de los
componentes de sellado durante las operaciones normales, para
facilitar el mantenimiento planeado. En noveno lugar, el sistema es
fácil de instalar en comparación con otros sistemas y puede ser
puesto en servicio en campo. En décimo lugar, el sistema es
competitivo en cuanto a coste con la tecnología existente, sin
embargo supera esta tecnología en virtualmente todos los
aspectos.
Específicamente en consideración a los temas de
seguridad, no hay exposición a los contenidos del tambor de coque
ni sobre la cubierta de retirada de cabezales ni para el personal,
en cualquier lugar y en cualquier momento durante el proceso de
retirada de cabezales del tambor de coque, o durante cualquier
operación automática, manual o inadvertida del dispositivo en
cualquier momento durante un ciclo de conmutación. También el
sistema comprende un diseño simplemente hidráulico con una unidad
de energía hidráulica y un cilindro, y una línea hidráulica de
suministro y una de retorno, por lo que hay menor exposición a
posibles fugas durante el servicio y arranque, así como menor
ocasión de operación normal inapropiada o accidental. Además, el
sistema comprende un dispositivo de bloqueo mecánico en forma de un
pasador de bloqueo que es incorporado para las posiciones abierta y
cerrada. Además, un sistema un dispositivo de marcha atrás
hidráulico compacto para las funciones de apertura y cierre es
suministrado con el sistema o es fácilmente instalado en el lugar
sin personal que se exponga. Asimismo, no se requieren dispositivos
de acoplamiento y alineación de línea de alimentación de entrada al
tambor de coque, por lo que no hay juntas de estanqueidad de
acoplamiento de línea de entrada que sustituir o limpiar después de
cada ciclo de tambor o exposición al personal debido a perdida de
alineación de acoplamiento o fuga.
Específicamente en cuanto a fiabilidad, el
sistema comprende un diseño hidráulico simple como se describió
antes. El sistema comprende también una parte móvil principal en
lugar de múltiples partes móviles como se encuentran en los
dispositivos y sistemas existentes.
Específicamente en cuanto a economía, no hay
juntas de estanqueidad de cabezales que sustituir después de cada
ciclo de tambor o después de que ha fallado un test de presión de
tambor de coque. Además, se requiere muy poco mantenimiento de
rutina durante la operación normal. Además, el sistema comprende una
consola de control de operación compacta y básica que puede ser
localizada estratégicamente e instalada con mínimo esfuerzo y con
todos los interbloqueos de seguridad deseados. Todavía más, el
sistema comprende capacidades de diagnóstico internas que permiten
al operario planificar el mantenimiento para coincidir con tiempos
de parada planeados. Además, no se requiere que fluya agua por las
partes móviles. Además no se requieren dispositivos de acoplamiento
y alineación de la línea de alimentación de entrada al tambor de
coque, por lo que no hay que sustituir o limpiar juntas de
estanqueidad de acoplamiento de línea de entrada después de cada
ciclo. Asimismo se requiere tener a mano un mínimo de piezas de
repuesto, con lo que pueden reducirse los costes de piezas y de
almacenamiento. Finalmente, el sistema puede ser configurado para
permitir el drenaje del agua del tambor directamente a través del
puerto.
Específicamente en consideración a la facilidad
de operación y mantenimiento, sólo se requiere una función de
apertura y cierre, no es necesario que fluya agua a través de las
partes móviles, no es necesario limpiar la superficie de las juntas
de estanqueidad de los cabezales, lo que en la mayoría de los casos
es difícil de realizar y requiere herramientas especiales, se
requiere el mínimo de piezas de repuesto y el sistema operativo
está localizado estratégicamente y es compacto y fácil de usar.
Específicamente en consideración a la utilidad,
el sistema está diseñado para ser usado en cualquiera de los
puertos superior o inferior del tambor de coque.
La presente invención muestra un sistema que
comprende un dispositivo de aislamiento de doble asiento totalmente
de metal de movimiento lineal, o específicamente una válvula de
obturador o válvula de retirada de cabezales totalmente encerrada,
accionada hidráulicamente, de doble asiento y linealmente
presurizada. La válvula de retirada de cabezales tiene sólo una
parte principal móvil, el obturador, lo que asegura simplicidad,
fiabilidad y facilidad de mantenimiento. Las superficies de asiento
metálicas dobles, el interior del cuerpo y todas las partes
internas están totalmente protegidas y aisladas de cualquier medio
de proceso en las posiciones completamente abierta o completamente
cerrada. Los materiales usados en la construcción de todas las
partes sellantes son resistentes a la corrosión y están diseñadas
para el servicio de un ciclo de metal a metal excepcionalmente
alto. Los sellos de la válvula de retirada de cabezales están
diseñados para romper limpiamente la unión entre el coque y la
superficie superior del obturador en cada carrera. El empuje total
requerido para esta acción, combinado con el empuje requerido para
salvar la fricción de asiento e inercia es realizado accionando el
obturador.
Durante las etapas iniciales de la
coquificación, las superficies del obturador se deformarán debido a
la distribución no uniforme del calor a través del espesor de la
placa. Por tanto, para compensar la expansión térmica y la
deformación térmica del obturador durante el calentamiento, los
asientos de metal de carga vivos externos del dispositivo de
retirada de cabezales están diseñados para articularse axialmente y
transversalmente, así como conformarse a la curvatura del obturador
deslizante a una temperatura diferencial máxima. Esta capacidad
única, combinada con un cuerpo continuamente presurizado, asegura la
integridad del sello a través de la válvula de retirada de
cabezales en todo momento durante el ciclo de conmutación.
Volviendo a las figuras de la presente invención
y a un análisis más detallado, la Fig. 1 representa, en general, un
proceso 14 de fabricación y refinado de petróleo que tiene varios
elementos y sistemas (identificados, pero no tratados). Además de
estos elementos, el proceso 14 de fabricación y refinado de petróleo
incluye un primer y un segundo tambores de coque 18 y 22
retardados, respectivamente. Como se mencionó hay típicamente dos
tambores de coque en operación simultánea para permitir el curso de
la fabricación y refinado del petróleo, así como su subproducto, el
coque. Mientras que el primer tambor de coque 18 está en línea y
siendo llenado vía una entrada de alimentación 26, el segundo
tambor 22 está siendo sometido a un proceso de decoquificación para
purgar el coque manufacturado contenido en su interior.
Posteriormente, cuando el primer tambor de coque 18 ha alcanzado
capacidad, la entrada de alimentación 26 es conmutada al segundo
tambor 22 que acaba de ser purgado de sus contenidos, con lo que el
primer tambor de coque 18 está preparado para el proceso de
decoquificación en el que sus contenidos serán purgados. Este
proceso, al que se hace referencia normalmente como por
lotes-continuo, permite a la refinería mantener la
operación continuamente sin interrupción. Desde luego puede haber
sólo un tambor de coque o una pluralidad de tambores de coque
presentes. La Fig. 1 muestra también la adición del sistema de
retirada de cabezales 10 de tambor de coque, incluyendo la válvula
de retirada de cabezales 12 y su lugar dentro del proceso de
refinado. Aunque la Fig. 1 es ilustrativa de un proceso de
fabricación y refinado de petróleo que tiene dos tambores de coque
en serie, y aunque la discusión y las realizaciones preferidas
ilustradas, descritas y tratadas aquí centran su atención en un
sistema de retirada de cabezales de un tambor de coque, cualquier
experto en la técnica reconocerá que la presente invención puede ser
aplicable o adaptada a varios procesos diferentes en los que esté
presente una función similar al proceso de coquificación.
Con referencia a las Figuras 2 y 3, se muestra
una vista frontal general del sistema de retirada de cabezales 10
del tambor de coque, mostrando la Fig. 2 el sistema 10 fijado o
acoplado al primer tambor de coque 18. A la vista de la naturaleza
idéntica y organización de los sistemas de retirada de cabezales 10
de tambor de coque en primer y segundo tambores de coque 18 y 22,
respectivamente, sólo el primer tambor de coque 18 será tratado a
través de la solicitud. Específicamente, el sistema de retirada de
cabezales 10 de tambor de coque está acoplado de forma separable al
tambor de coque 18 para permitir que el sistema sea retirado si es
necesario. Como se muestra, el sistema de retirada de cabezales 10
de tambor de coque comprende una válvula de retirada de cabezales
12 que tiene un cuerpo 46 y asientos superior e inferior 34 y 38,
respectivamente, fijados a él. El cuerpo 46 comprende una porción
de brida 42 que tiene sustancialmente las mismas dimensiones que la
abertura correspondiente, ya sea con brida o de otra forma, del
tambor de coque 18. Como se muestra, la porción de brida 42 está
acoplada a la porción de brida 30 en el tambor de coque 18 usando
los medios conocidos en la técnica, que son típicamente una
conexión de brida con pernos. La porción de brida 30 es parte del
"cabezal" del tambor de coque 18, dependiendo del diseño del
tambor de coque 18, la válvula de retirada de cabezales 12 puede
ser acoplada a la porción de brida 30, o directamente al cuerpo del
tambor de coque 18. La importancia de la presente invención,
respecto a los sistemas y dispositivos de retirada de cabezales de
la técnica anterior es que el sistema de retirada de cabezales 10
de tambor de coque de la presente invención no requiere que el
"cabezal" del tambor de coque sea sacado cada vez que el tambor
va a ser decoquificado. Esta relevancia es tratada con mayor
extensión más adelante. Varios miembros de sellado y agentes son
usados para sellar la válvula de retirada de cabezales 12 al tambor
de coque 18 para prevenir la pérdida inadvertida.
El asiento superior 34 y el asiento inferior 38
están comprendidos por un asiento de carga vivo, dinámico y un
asiento estático, comprendiendo la configuración preferida un
asiento superior de carga vivo, dinámico 34 y un asiento inferior
estático 38. Una realización alternativa puede comprender un asiento
inferior de carga vivo, dinámico y un asiento superior estático. En
la realización preferida, el asiento estático es un asiento de una
pieza que está sujeto de forma segura a la válvula de retirada de
cabezales 12 y es preferiblemente no ajustable. Sin embargo, no
está fuera del alcance de esta invención que ambos asientos,
superior e inferior puedan ser dinámicos y/o ajustables. A
diferencia del asiento estático, el asiento de carga vivo, dinámico
es un asiento movible y ajustable que es activado sin la corriente
del proceso vía un mecanismo de ajuste de asiento vivo. La función
del asiento de carga vivo, dinámico es proporcionar un ajuste fino
punto a punto del sistema, y en particular del obturador cuando es
sellado entre los asientos superior e inferior 34 y 38. Varios
miembros de sellado, tales como anillos tóricos, pueden ser usados
para sellar los asientos y sus retenedores de asiento adyacentes a
la válvula de retirada de cabezales 12.
Las figuras 2 y 3 muestran también una tapa
superior 54 y una tapa inferior 58 acopladas al cuerpo 46 de la
válvula de retirada de cabezales. La tapa superior 54 y la tapa
inferior 58 están acopladas de forma separable al cuerpo 46 usando
medios conocidos, tales como los pernos 50 mostrados. La tapa
superior 54 y la tapa inferior 58 que se muestran tienen varios
elementos sobre ellas para operar dentro del proceso de refinado. La
tapa superior 54 se muestra equipada con un puerto 66 de salida de
purga de vapor y un conjunto 70 de trampa de vapor de salida y
orificio. La tapa superior se muestra también con un emisor de
presión 74 y un indicador de presión 78. La tapa inferior 58 que se
muestra tiene un puerto 82 de entrada de purga de vapor y un
conjunto 86 de placa de trampa de vapor de entrada y un orificio
acoplado a él. La tapa inferior 58 que se muestra tiene también un
conjunto 90 de válvula de ventilación y una tubería de salida 94. El
conjunto de válvula de ventilación está localizado en un extremo
distal de la tapa inferior 58 y sirve como una liberación de
emergencia. Al introducir presión en el sistema que está por encima
del límite superior, la válvula de ventilación de emergencia es
activada, lo que libera presión desde el sistema y drena cualquier
exceso de fluido y gas a través de la tubería 94. Cada una de estas
adiciones son usadas para controlar y monitorizar el entorno
presurizado existente dentro del sistema. Cualquier experto en la
técnica reconocerá las aplicaciones y dispositivos necesarios para
mantener un entorno adecuado durante el proceso de
coquificación.
Además de las características mencionadas antes,
las tapas superior e inferior 54 y 58, respectivamente, son
independientes entre sí, pero pueden estar en comunicación una con
otra. Por ejemplo, dependiendo de los requisitos y especificaciones
del sistema, la tapa superior 54 puede ser presurizada y la tapa
inferior 58 puede ser purgada para mantener los requisitos de
equilibrio del sistema.
Las figuras 2-3, y
6-8 ilustran también el accionador 62 y el pistón
114. El accionador 62 es usado para conducir el pistón 114, lo que
proporciona el control físico real del obturador (no mostrado) de la
válvula de retirada de cabezales 12. El accionador 62 y el pistón
114 proporcionan el movimiento de deslizamiento bidireccional
posterior al obturador, que es usado para abrir y cerrar la válvula
de retirada de cabezales 12 cuando es necesario. Una ventaja
significativa de la presente invención es la capacidad de eliminar
virtualmente la implicación humana o manual durante el proceso de
fabricación. Por ejemplo, debido al diseño y funcionalidad de la
válvula de retirada de cabezales 12, el accionador 62 puede ser
controlado o accionado desde una localización remota del lugar real
de los tambores de coque. Como accionador 62 se emplea una bomba
hidráulica en una realización preferida, no es necesario activar
realmente el accionador 62 en el sitio. En su lugar, cualesquiera
medios conocidos en la técnica pueden ser usados para controlar el
accionador 62 a una distancia segura lejos de los tambores de
coque. Como resultado, la seguridad y la facilidad de operación
proporcionan una ventaja no encontrada en diseños de la técnica
anterior. El accionador 62 y el pistón 114 son cada uno de ellos
tratados con mayor detalle más delante de acuerdo con su(s)
correspondiente(s) figura(s).
Las figuras 4 y 5 ilustran una vista superior y
una vista en perspectiva, respectivamente, de un sistema de
retirada de cabezales 10 de tambor de coque. Específicamente, la
válvula de retirada de cabezales 12 comprende un cuerpo 46 que
tiene un orificio 98 rodeado por una porción de brida 42 usada para
acoplar la válvula de retirada de cabezales 12 al tambor de coque
18. También se muestra el asiento superior 34, que es un asiento de
carga vivo, dinámico contenido dentro de la porción de brida 42.
Aunque no se muestra, en la Fig. 4, la válvula de retirada de
cabezales 12 comprende un asiento inferior estático 38. El asiento
superior 34 y el asiento inferior 38 sirven para equilibrar o
soportar el obturador 106 cuando se mueve o desliza de un modo
bidireccional a través de la válvula de retirada de cabezales 12. El
obturador 106 que se muestra en la Fig. 4 comprende una superficie
plana 108 y un orificio 110 adyacente a la superficie plana 108.
Esencialmente, el obturador 106 se mueve lateralmente dentro del
sistema de retirada de cabezales 10 del tambor de coque para abrir
y cerrar la válvula de retirada de cabezales 12. En una posición
cerrada, el obturador 106 es accionado y deslizado entre el asiento
superior 34 y el asiento inferior 38, de manera que la superficie
plana 108 bloquea completamente la abertura en el tambor de coque
18. En esta posición cerrada, el tambor de coque 18 está preparado
para recibir la alimentación de entrada 26, siendo el tambor de
coque 18 llenado de subproducto de petróleo, o residuo, usado para
la fabricación del coque. El obturador 106 es un obturador de doble
asiento, lo que implica que está soportado a cualquier lado por
asientos superior e inferior 34 y 38 opuestos o que se
contrarrestan, respectivamente. Además, puesto que el asiento
superior 34 (o el asiento inferior 38 en una realización
alternativa) es un asiento de carga vivo, dinámico que tiene
propiedades de ajuste, el obturador 106 es un obturador
"flotante" en el sentido de que es precargado como resultado
de la naturaleza precargada del asiento superior de carga vivo,
dinámico 34.
Al accionar el accionador 62 y el pistón 114
acoplado a él y al obturador 106, el obturador 106 es forzado a
deslizarse substancialmente de forma lateral de modo bidireccional
entre el asiento superior 34 y el asiento inferior 38 a una
posición abierta o parcialmente abierta, de manera que dicho
orificio 110 es llevado a alinearse con el orificio 98 de la
válvula de retirada de cabezales 12, que a su vez provoca la
alineación con el orificio en el tambor de coque 18. En esta
posición, el tambor de coque 18 puede ser decoquificado, o purgado
de su contenido usando métodos tradicionales o comúnmente
conocidos. Como tal, la superficie plana 108 del obturador 106 es
retraída fuera del camino cuando el obturador 106 es deslizado de un
modo sustancialmente lateral para llevar el orificio 110 a una
alineación correcta. Por tanto, al deslizar el obturador 108 hacia
atrás y hacia delante, la válvula de retirada de cabezales 12 es
abierta y cerrada según sea necesario. Del obturador 106 puede
decirse que comprende una carrera que tiene una distancia
suficientemente larga para que el obturador 106 pueda cerrarse y
sellar la válvula de retirada de cabezales 12 usando la superficie
plana 108, y abrir la válvula de retirada de cabezales cuando el
orificio 110 esté correctamente alineado con el orificio 98 y la
abertura en el tambor de coque 18. La etapas intermedias cuando el
obturador 106 está moviéndose desde una posición cerrada a una
posición abierta representan un aspecto crítico de la presente
invención, ya que es durante estas etapas que el sistema de
retirada de cabezales del tambor de coque realiza el proceso de
"destapado" o "retirada de cabezales" del tambor de coque
18 de un modo significativamente más efectivo y seguro que en los
diseños de la técnica anterior.
Las figuras 6 y 7 ilustran la válvula de
retirada de cabezales de la presente invención en una posición
abierta y parcialmente abierta, respectivamente. El accionador 62
controla el pistón 114 que se acopla al obturador 106 vía medios de
fijación 116. El accionador 62 es preferiblemente una bomba
hidráulica capaz de producir las fuerzas requeridas para deslizar
el obturador 106 de un modo sustancialmente lateral dentro del
sistema de retirada de cabezales 10. Como se trató, el obturador
106 es soportado a cada lado por el asiento superior 34 y el
asiento inferior 38, uno de los cuales es un asiento de carga vivo,
dinámico flotante. Como resultado, y debido a la naturaleza del
proceso de fabricación de coque en el que el sistema está sometido a
temperatura y presión extremas, debe ser aplicada una gran fuerza
al obturador 106 desde los asientos superior e inferior 34 y 38, de
manera que el sistema sea sustancialmente sellado y mantenida la
presión dentro del sistema. Debido a la existencia de un asiento de
carga vivo, dinámico, la válvula de retirada de cabezales 12, y
particularmente el asiento de carga vivo, dinámico, es capaz de
modular cualquier arqueo en el obturador 106 que pueda existir
durante el proceso de coquificación. En un proceso de coquificación
normal están presentes temperaturas y presiones extremas. Cualquier
variación de temperatura entre las superficies superior e inferior
del obturador puede hacer que el obturador se arquee. Si se permite
que el arqueo avance o continúe, hay peligro de que se rompa el
sello creado entre los asientos superior e inferior 34 y 38 y el
obturador 106, lo que podría dañar el sistema y perturbar el
proceso de fabricación. Sin embargo, la capacidad de la presente
invención para ajustar la carga ejercida sobre el obturador 106,
utilizando el asiento de carga vivo, dinámico y su mecanismo de
ajuste, proporciona una forma de compensar o modular cualquier
arqueo existente que pudiera ocurrir. Incrementando la carga
aplicada del asiento de carga vivo, dinámico sobre el obturador
106, el arqueo se elimina sustancialmente, volviendo así el
obturador 106 a una forma más natural.
Para mover el obturador 106, el accionador 62
debe estar comprendido por suficiente fuerza para poder salvar este
sello inicial y proporcionar la fuerza necesaria para deslizar el
obturador 106 hacia atrás y hacia delante entre una posición
abierta y una posición cerrada. Cualquier experto en la técnica
reconocerá que pueden ser usados otros tipos de dispositivos o
sistemas que no sean una bomba hidráulica para accionar el obturador
106 y salvar las fuerzas ejercidas sobre el obturador 106 por el
asiento superior 34 y el asiento inferior 38, con lo que esto no
debería ser limitativo en modo alguno.
La Fig. 7 ilustra un tambor de coque 18 que está
acoplado y sellado a la válvula de retirada de cabezales 12.
Específicamente, las porciones de brida de cada uno están acopladas
entre sí usando medios comúnmente conocidos, tales como una
conexión por pernos. La Fig. 7 es usada primariamente para ilustrar
el obturador 106 que tiene un orificio 110 y una superficie plana
108, y su propósito en la retirada de cabezales del tambor de coque
18. La válvula de retirada de cabezales 12 se muestra en una
posición parcialmente abierta. En una posición cerrada, la
superficie plana 108 se alinearía con el orificio 98 y la abertura
del tambor de coque 18, de manera que el sistema, y particularmente
el tambor de coque 18, estaría listo para recibir el subproducto de
residuo a través de la entrada de alimentación 26. El obturador 106
tiene una porción final que se fija dentro de la cubierta 122 de
obturador cuando la válvula de retirada de cabezales está
cerrada.
El tambor de coque 18 está también recortado
para mostrar la presencia de coque 4 en su interior, y
particularmente el cabezal 6 del coque y su posición relativa
dentro del sistema 10. Durante el proceso de fabricación, el
residuo es bombeado dentro del tambor de coque 18, produciendo así
finalmente el coque 4 que está contenido dentro del tambor de coque
18. En las etapas iniciales, cuando el tambor de coque 18 está
siendo llenado con residuo, naturalmente una gran porción se
acumulará en la base del tambor y sobre la superficie plana 108,
formando así un "cabezal" cerca de la abertura de la válvula de
retirada de cabezales 12. Esta acumulación hace que la superficie
108 del obturador 106 quede cubierta de coque. Cuando el residuo se
establece y se forma el coque, este "cabezal" debe ser
eliminado para decoquificar todo el tambor y purgar el tambor del
lecho de coque contenido en su interior. Esto se hace esencialmente
por la presente invención deslizando el obturador 106 desde una
posición cerrada a una posición abierta. Como puede verse en la Fig.
7, el obturador 106 es soportado por los asientos superior e
inferior 34 y 38. No sólo es soportado el obturador 106, sino que
además son aplicadas grandes fuerzas al obturador 106 a través de
estos asientos para permitir un entorno presurizado adecuado. Como
tal, las tolerancias entre los asientos superior e inferior 34 y 38
y el obturador 106 son extremadamente estrechas. Debido a estas
tolerancias estrechas, y la acumulación de coque 4 sobre la
superficie plana 108, cuando el obturador 106 es desplazado desde su
posición cerrada, el coque 4, y en particular el cabezal 6 de
coque, es cortado por el asiento superior 34 de la superficie plana
108. Este efecto de corte rompe el coque que se ha acumulado en el
obturador 106, retirando así esencialmente los cabezales del tambor
de coque 18, con lo que el tambor de coque 18 está preparado para el
proceso de decoquificación.
Como resultado de la carga ejercida sobre el
obturador 106 y la estrechas tolerancias resultantes entre el
obturador 106 y los asientos superior e inferior 34 y 38, el
movimiento sustancialmente lateral bidireccional del obturador 106
entre los asientos superior e inferior 34 y 38 hace que se produzca
un efecto de molido y pulido. En una realización preferida, los
asientos superior e inferior 34 y 38, así como el obturador 106,
están hechos de metal, proporcionando así un contacto metal con
metal o sello de metal con metal, o un asentamiento metal con metal
del obturador 106 al que se haga referencia de cualquier otra forma.
Este asentamiento metal con metal es un aspecto único de la
presente invención en relación a la retirada de cabezales del
tambor coque. El asentamiento metal con metal incrementa la
duración del sistema, ya que no hay partes que no sean metálicas,
tales como vinilo o caucho, usadas para sellar los asientos al
obturador 106. El asentamiento metal con metal permite que el
sistema consiga una mayor consistencia de sellado, mientras que al
mismo tiempo tarda más en desgastarse y dura más. Además, el
sellado metal con metal permite que el sistema y específicamente el
sellando dentro del sistema, sea finamente ajustado como se discutió
antes.
El asiento superior 34 y el asiento inferior 38
son independientes entre sí y proporcionan capacidades de doble
bloqueo y sangrado/doble bloqueo y purga definitivas.
Otra característica de la presente invención es
el cierre del asentamiento usado para sellar el sistema. El asiento
superior 34 y el asiento inferior 38 están completamente protegidos
del flujo de material que pasa a través del orificio 98, de manera
que no están en la línea directa de flujo. Por tanto, hay menor
probabilidad de erosión para el acabado de los asientos superior e
inferior 34 y 38, así como un potencial de erosión menor. Esto es
crítico porque la presente invención permite el ajuste fino de los
asientos superior e inferior 34 y 38 para controlar más
directamente y de forma más precisa el sellado en una base punto a
punto contra el obturador 106.
Como resultado de este tipo de asentamiento, el
contacto metal con metal acoplado con el movimiento bidireccional
lateral del obturador 106 y las estrechas tolerancias existentes en
su interior efectúa este pulido. Este efecto de pulido a lo largo
del tiempo proporciona transiciones mucho más suaves del obturador
106 entre una posición abierta y una posición cerrada. En otras
palabras, la fuerza requerida para desplazar el obturador 106 se
hace cada vez menor a lo largo del tiempo debido al contacto suave,
pulido metal con metal entre los asientos superior e inferior 34 y
38 y el obturador 106. Además del contacto metal con metal, los
asientos superior e inferior 34 y 38 pueden ser acabados por
ejemplo con un cromo endurecido. El obturador 106 puede también ser
acabado por ejemplo con un recubrimiento de nitruro que esté
integrado dentro de la estructura molecular del obturador 106.
Proporcionar un acabado a estos elementos crea ventajas
significativas, tales como menor desgaste, lo que hace que se
prolongue la necesidad de su sustitución, e incrementa el
rendimiento mientras que está en operación.
Las figuras 8-10 muestran la
válvula de retirada de cabezales 12, y particularmente el obturador
106, a medida que avanza desde una posición cerrada (Fig. 8) a una
posición sustancialmente cerrada o desde una posición parcialmente
abierta (Fig. 9) a una posición sustancialmente abierta (Fig. 10),
representando así las etapas intermedias cuando el obturador 106
está siendo deslizado lateralmente, haciendo que del tambor de coque
18 sean esencialmente "retirados los cabezales ". Cuando el
obturador 106 está cerrado, el coque 4 se acumula sobre la
superficie plana 108 del obturador 106, de manera que el obturador
106 es cubierto de coque. Una vez que el tambor de coque 18 está
lleno, la entrada de alimentación 26 es conmutada o dirigida a un
segundo tambor de coque. Después de que han sido realizadas las
etapas de coquificación previa, deben ser retirados los cabezales
del tambor de coque para permitir que el resto del lecho de coque
contenido dentro del tambor sea retirado usando procedimientos
estándar. Para retirar los cabezales del tambor de coque 18, un
operario simplemente actúa sobre el accionador 62 desde alguna
localización remota del lugar de coquificación, haciendo así que el
obturador 106 empiece a moverse lateralmente de un modo
bidireccional dentro de la válvula de retirada de cabezales 12.
Cuando el accionador 62 es activado inicialmente, se requiere una
gran fuerza para mover el obturador 106 debido al sello entre el
obturador 106 y los asientos superior e inferior 34 y 38 que deben
ser rotos y el cortado inicial del coque 4 que se ha acumulado sobre
la superficie plana 108 del obturador 106. La Fig. 9 muestra cómo
el coque 4 empieza a romperse libremente y acumularse a lo largo del
borde interior del asiento superior 34 cuando el obturador 106 es
desplazado. Cuando el obturador 106 es desplazado otra vez, más
coque 4 es liberado y acumulado. Además, cuando el orificio 110 es
llevado a alinearse, aquella porción de coque 4 que se ha liberado
puede caer a través del orificio 98 de la válvula de retirada de
cabezales 12 dentro de la vasija de recogida 166. La vasija de
recogida 166 puede ser cualquier dispositivo o sistema conocido en
la técnica, tal como una vagoneta etc.
La Fig. 10 muestra el obturador 106 en una
posición más parcialmente abierta. Como puede verse, el coque 4 , y
en particular el cabezal 6 de coque es cortado de la superficie
plana 108 del obturador 106 cuanto más se abre el obturador 106. El
desplazamiento lateral del obturador 106 desde una posición cerrada
a una posición abierta sirve para retirar los cabezales del tambor
de coque 18. La tolerancia estrecha entre los asientos superior e
inferior 34 y 38 y el obturador 106 son tales que el coque 4 no
puede pasar por debajo del asiento superior 34, pero es cortado y
contenido dentro de las fronteras del asiento. El coque 4 no debería
pasar por debajo del asiento superior 34 cuando el obturador 106
está siendo abierto, ya que esto dañaría las superficies pulidas
conseguidas por el movimiento bidireccional del obturador 106 entre
los asientos superior e inferior 34 y 38. Una vez abierta, la
válvula de retirada de cabezales 12 no tiene que ser quitada del
tambor de coque 18 antes de decoquificar el tambor entero.
Esencialmente, los trabajadores pueden decoquificar el tambor de
coque 18 usando procedimientos estándar. Una vez terminado, el
operario simplemente desactiva el accionador 62, de manera que el
obturador 106 vuelve a una posición cerrada, con lo que el tambor de
coque 18 puede de nuevo ser llenado con residuo y sometido a un
proceso idéntico. Una gran ventaja de la presente invención, entre
otras, es que sólo hay una parte móvil principal (obturador 106)
usada para retirar los cabezales del tambor de coque y que esta
parte está enteramente encerrada dentro de una válvula que puede ser
fijada al tambor de coque sin tener que ser sacada después de cada
ciclo consecutivo.
Durante las etapas iniciales de la
coquificación, cuando el obturador (o puerta) está en su posición
cerrada y la válvula de retirada de cabezales está preparada para
recibir residuo o coque manufacturado, la superficies del obturador
se deformarán debido a la distribución no uniforme del calor a
través del espesor del obturador es causada por el calor y presión
intensos dentro del tambor de coque y el sistema. Durante el proceso
de coquificación, el asiento de carga vivo, dinámico, flotante,
todo de metal está diseñado para articularse axialmente mientras
que se conforma elásticamente a la superficie del obturador,
manteniendo así una carga uniforme y contacto entre todo el
perímetro del asiento y la puerta. Esto se lleva a cabo de varias
formas.
En primer lugar, el módulo de sección y momento
de inercia del asiento flotante es calculado para permitir que el
asiento se deforme elásticamente de forma amplia a través de su
perímetro, mientras que permanezca efectivamente rígido entre los
centros de los puntos de carga que se activan contra el obturador.
En segundo lugar, el asiento de carga vivo, dinámico representa el
concepto de asiento flotante, en el que el asiento de carga vivo,
dinámico es cargado continuamente contra el obturador, implicando
que el asiento debe fluctuar y ajustarse según sea necesario para
mantener un sello correcto dentro del sistema y proporcionar las
fuerzas necesarias precisas para mantener la integridad del
obturador y una carga uniforme sobre el obturador. Este concepto de
asiento flotante puede ser realizado usando varias configuraciones y
materiales. Los siguientes párrafos tratan este concepto en
detalle. Sin embargo, cualquier experto en la técnica reconocerá las
posibles alternativas a los conjuntos específicos descritos más
adelante y mostrados en las figuras.
Las figuras 11-15 representan el
concepto de asiento de carga vivo según se aplica al sistema de
retirada de cabezales 10 de tambor de coque, y específicamente a la
válvula de retirada de cabezales 12, de la presente invención. La
Fig. 11 ilustra la válvula de retirada de cabezales 132 y un
conjunto de asiento estático 136. Otras realizaciones pueden
comprender una válvula de retirada de cabezales que tenga múltiples
conjuntos de asientos de carga vivos, como por ejemplo un conjunto
de asientos de carga vivos superior e inferior.
El conjunto de asiento de carga vivo 132 está
formado por un asiento de carga vivo, dinámico, flotante mostrado
como asiento superior 34 y al menos un mecanismo de ajuste 134 de
asiento vivo, y preferiblemente cuatro, usados para ajustar y
controlar la carga ejercida por el asiento de carga vivo, dinámico
sobre la superficie plana 108 del obturador 106. Cualquier experto
en la técnica reconocerá que el asiento de carga vivo, dinámico
puede ser posicionado como asiento superior 34 o asiento inferior
38. El conjunto de asiento de carga vivo, dinámico 132 comprende
además un módulo de transferencia de fuerza 162, mostrado en la Fig.
11 como un miembro de cuña, cuyo propósito primario es transferir
la carga ejercida por el mecanismo de ajuste 134 de asiento
dinámico al asiento de carga vivo, dinámico que a su vez ejerce una
fuerza resultante sobre la superficie plana 108 del obturador 106.
El módulo de transferencia de fuerza 162, o miembro de cuña, está
construido con una sección angular que se corresponde directamente
con una porción angular coincidente en el asiento de carga vivo,
dinámico.
La Fig. 11 muestra también los anillos 126 de
retención de asiento cuya función es asegurar y retener el asiento
superior 34 en su lugar dentro de la válvula de retirada de
cabezales 12. Los anillos 126 de retención de asiento 126 son
acoplados con seguridad a la válvula de retirada de cabezales 12
usando cualquier número y orientación que sean necesarios. Los
anillos 126 de retención de asiento deben ser fijados con seguridad
para permanecer en una posición fija todo el tiempo. Como se
muestra, el asiento superior 34 existe como el asiento de carga
vivo, dinámico descrito en la presente memoria. El asiento inferior
38, que se muestra como un asiento estático, también esta asegurado
y mantenido en su lugar por un anillo de retención de asiento
inferior, similar al anillo de retención de asiento superior. Cada
uno de los anillos de retención de asiento usado en la válvula de
retirada de cabezales 12 están acoplados a la válvula de retirada de
cabezales 12 usando medios de sujeción 130 que son comúnmente
conocidos en la técnica.
La Fig. 11 proporciona también una vista
ilustrativa del obturador 106 y su relación con el asiento superior
34 y el asiento inferior 38. En esencia, el obturador 106 comprende
un obturador de movimiento lineal de doble asiento que tiene
tolerancias casi nulas existentes entre cada uno de los asientos
superior e inferir y las superficies superior e inferior del
obturador 106. Tales tolerancias son necesarias para mantener un
entorno presurizado adecuado durante el proceso de fabricación.
Como se mencionó antes los asientos superior e inferior 34 y 38
proporcionan un contacto metal con metal con el obturador 106, de
manera que se crea un sello dentro de la válvula de retirada de
cabezales 12. Este sello es importante pues existe una carga mayor
entre el asiento y la puerta que la fuerza total o carga en el
tambor de coque 18. Este sello permite a la válvula de retirada de
cabezales 12 mantener un entorno presurizado adecuado durante el
proceso de fabricación del coque y se obtiene por la carga ejercida
sobre el obturador 106 a través del asiento de carga vivo, dinámico
34.
La Fig. 12 ilustra una vista a escala ampliada
del conjunto 132 de asiento de carga vivo, dinámico mostrado en la
Fig. 11. El conjunto 132 de asiento de carga vivo, dinámico
comprende un mecanismo de ajuste 134 de asiento vivo, un módulo de
transferencia de fuerza 162 que trabaja para interactuar con el
asiento de carga vivo, dinámico que se muestra en la Fig. 12 como
asiento superior 34. Cada uno de estos elementos trabaja junto con
los otros para aplicar y transferir fuerza al obturador 106, creando
así el sello necesario y las funciones de retirada de cabezales
como se describió antes. El mecanismo de ajuste 134 de asiento de
carga vivo, dinámico comprende el mismo una carcasa 138 que aloja y
retiene los elementos del mecanismo de ajuste 134 de asiento vivo.
Específicamente, la carcasa 138 tiene incluido en su interior un
aplicador de fuerza 142 que puede ser ajustado mecánica o
manualmente dependiendo de la magnitud y el grado de fuerza
necesaria. En una realización preferida como se muestra en la Fig.
13, el aplicador de fuerza 142 es simplemente un miembro roscado
que puede ser girado para incrementar o disminuir la carga sobre el
obturador 106. El aplicador de fuerza 142 es adyacente al pistón
precargado 146 y está en contacto con él. El pistón precargado 146
tiene extremos proximales y distales, estando el extremo distal en
contacto directo con el módulo de transferencia de fuerza 162.
Cuando el aplicador de fuerza 142 es activado para incrementar o
disminuir la carga ejercida sobre el obturador 106, el pistón
precargado 147 es conducido dentro de un módulo de transferencia de
fuerza 162 que a su vez ejerce una fuerza resultante sobre el
asiento de carga vivo, dinámico, o asiento superior 34, como se
muestra en la Fig. 10, que a su vez hace que una fuerza resultante
sea ejercida sobre el obturador 106 en el contacto 36. Como se
mencionó, los anillos 126 de retención de asiento están fijados con
seguridad y no se moverán, permitiendo así que la porción en cuña
(módulo de transferencia de fuerza 162) que linda con el anillo de
retención de asiento 126 transfiera directamente la fuerza al
obturador 106 a través del asiento de carga vivo, dinámico. La
fuerza aplicada por el asiento de carga vivo, dinámico al obturador
106 es directamente proporcional a la fuerza aplicada por el
aplicador de fuerza 142. Por tanto, para incrementar la carga sobre
el obturador 106, el operario simplemente activa el aplicador de
fuerza 142. Para disminuir la carga sobre el obturador 106, el
operario simplemente desactiva el aplicador de fuerza 142. El
aplicador de fuerza 142 es acoplado a la válvula de retirada de
cabezales 12, de manera que puede ser establecido un ciclo dentro y
fuera para ajustar la presión o fuerza ejercida sobre el obturador
106.
El aplicador de fuerza 142 puede ser ajustable
vía medios manuales, tales como pernos roscados como se muestra, o
vía medios hidráulicos o neumáticos. Un experto ordinario en la
técnica reconocerá las posibles formas de aplicar presión para
forzar el módulo de transferencia de fuerza 162, mientras que se
mantiene un sello. Además, los miembros de cojinete de carga pueden
también estar comprendidos por cualesquiera medios adecuados capaces
de soportar una carga precargada y crear una fuerza de tensión
cargada sobre el módulo de transferencia de carga 162 y el asiento
de carga vivo, dinámico.
El asiento de carga vivo, dinámico de la
presente invención es un asiento precargado o flotante, permitiendo
así un grado de fluctuación longitudinal del obturador 106, tanto
durante el proceso de fabricación cuando el tambor de coque 18 está
llenándose, como cuando el accionador 62 es activado o desactivado
para hacer que el obturador 106 se mueva desde una posición cerrada
a una posición abierta. Además, el asiento de carga vivo, dinámico
34 compensa la expansión térmica y la deformación térmica del
obturador 106 durante el ciclo de coquificación. Esto es debido a
que durante las etapas iniciales de la coquificación, las
superficies del obturador 106 se deformarán debido a la
distribución no uniforme del calor a través del espesor del
obturador 106. Por tanto, el asiento de carga vivo, dinámico 34
puede articularse axialmente y transversalmente, así como
conformarse a la cámara del obturador 106 a una temperatura
diferencial máxima. Esta característica asegura un sello
ininterrumpido a través de la válvula de retirada de cabezales en
todo momento.
El efecto de precarga del asiento de carga vivo,
dinámico resulta de la configuración del mecanismo de ajuste 134 de
asiento vivo. Específicamente, en una realización, el mecanismo de
ajuste 134 de asiento vivo comprende una serie de elementos de
precarga o miembros de cojinete de carga 150, tales como arandelas
Belleveu y resortes 154 que actúan junto con el pistón 146. Al
precargar el asiento de carga vivo, dinámico, cualesquiera
variaciones físicas o desviaciones en el obturador 106 durante el
proceso de fabricación o el proceso de decoquificación serán
absorbidas a través del conjunto 132 de asiento de carga vivo,
dinámico. Esto proporciona una ventaja significativa como es poco
común para obturadores 106 que atraviesen varias etapas de
desviación como resultado de diferenciales de presión y/o
temperatura. La naturaleza precargada del asiento de carga vivo,
dinámico permitirá a la válvula de retirada de cabezales 12
mantener un entorno de trabajo presurizado, así como tener en
cuenta cualesquiera cambios físicos o estructurales
en la válvula de retirada de cabezales 12 como resultado del entorno intenso existente en el proceso de fabricación.
en la válvula de retirada de cabezales 12 como resultado del entorno intenso existente en el proceso de fabricación.
Aunque no se muestra específicamente, la
presente invención utiliza zonas de carga puntual independientes
para ajustar y controlar el movimiento del asiento de carga vivo,
dinámico, flotante. Preferiblemente, hay cuatro zonas de carga,
cada una con su propio mecanismo de ajuste de asiento vivo
independiente y ajuste de transferencia de fuerza. Estos mecanismos
de ajuste de asiento vivo están preferiblemente dispuestos, en
cuadrantes equidistantes en torno al asiento de carga vivo,
dinámico flotante y cada uno comprende varios medios de ajuste y
aplicación de fuerza (tales como las diversas realizaciones
descritas en la presente memoria). Las zonas de carga
independientes son ventajosas porque proporcionan y permiten un
ajuste punto a punto preciso al asiento de carga vivo, dinámico o
flotante dentro de cada una de las zonas de carga. Específicamente,
estas cuatro zonas de carga incrementan significativamente la
capacidad de ajuste eficaz y la manipulación del sistema de
retirada de cabezales y en particular el asiento de carga vivo,
dinámico, flotante, según la presión y otras condiciones extrañas
experimentadas dentro del sistema, así como tener en cuenta y
retirar zonas potenciales de ruptura donde pueden producirse fugas.
Estas zonas de carga y puntos independientes de ajuste permiten
también el uso de componentes que son tan exactos o suaves como es
necesario en sellos estáticos convencionales. Cada una de las
cuatro zonas de carga proporciona un control tan preciso que incluso
podrían ser ajustadas hasta el punto de que se aplique una magnitud
extrema de fuerza al obturador, de manera que el obturador ya no
pueda ser movido por el accionador. Permitiendo el ajuste punto a
punto por ajustes independientes, el sistema de retirada de
cabezales de la presente invención puede ser ajustado fino para que
disminuyan las posibilidades de rupturas potenciales no deseadas
dentro del sistema. Por ejemplo, si el sistema tuviera una fuga en
una localización, uno cualquiera o múltiples mecanismos de ajuste de
asiento vivo podrían ser ajustados para compensar y sellar la
fuga.
La Fig. 13 es ilustrativa de otra realización
del conjunto 132 de asiento de carga vivo, dinámico. El conjunto
132 de asiento de carga vivo, dinámico comprende un mecanismo 134 de
ajuste de asiento vivo, un módulo de transferencia de fuerza 162, y
un asiento de carga vivo, dinámico 34. Como en la primera
realización, cada uno de estos elementos trabaja junto con los
otros para aplicar y transferir fuerza a la superficie 108 del
obturador 106, creando así el sello necesario y la función de
retirada de cabezales, como se describió antes. Esta realización
comprende elementos similares y funciones similares a las mostradas
y descritas en la Fig. 12. Sin embargo, esta realización comprende
además un resorte de sello de fuelle de inconel 180 en todo el
perímetro colocado entre el asiento de carga vivo, dinámico 34
flotante y el anillo 126 de retención de asiento. Este resorte
sirve para proporcionar carga asistida por presión de proceso que se
produce cuando la presión del proceso dentro del sistema infla el
resorte de sello de fuelle por debajo y se añade a las fuerzas de
carga del asiento de carga vivo, dinámico y aplica fuerza al
obturador. Estos resortes sirven también como una barrera de
presión para evitar que cualquier fluido de proceso entre en el
conjunto 132 de asiento de carga vivo, dinámico en las cuatro zonas
de carga, ya que esto podría provocar daño a la operación del
conjunto 132 y romper la integridad del sistema.
La Fig. 14 es ilustrativa de una realización
alternativa del conjunto 132 de asiento de carga vivo, dinámico.
Específicamente, esta realización comprende una serie de anillos
tóricos 158 que están en su lugar y son utilizados para ayudar a
sellar el sistema frente a fugas. De nuevo, esta realización
comprende características similares y funciones como las descritas
en la Fig. 12, incluyendo el aplicador de fuerza 142 que puede ser
usado para incrementar la presión sobre el módulo de transferencia
de fuerza 162 que a su vez ejerce una presión correcta o fuerza
sobre el asiento de carga vivo, dinámico mostrado en la Fig. 14 como
sello superior 34.
Finalmente, la Fig. 15 ilustra todavía otra
realización del concepto de asiento de carga vivo, dinámico.
Específicamente, en esta realización el conjunto 132 de asiento de
carga vivo, dinámico comprende resortes de serpentín 200 pesados
dispuestos en centros próximos en torno al perímetro del anillo 126
de retención de asiento. Los resortes de serpentín 200 están
diseñados específicamente para dotar de un aspecto flotante al
asiento de carga vivo, dinámico 34. Las ventajas de la presente
invención están realizadas en el concepto de asiento flotante
mostrado aquí. Esta ventaja es llevada a cabo en esta realización
por el asiento de carga vivo, dinámico 34 precargado con resortes
de serpentín 200. Específicamente, el asiento de carga vivo,
dinámico 34 es cargado continuamente aplicando una carga inicial al
asiento de carga vivo, dinámico 34 a través de resortes de serpentín
200 que permiten al asiento de carga vivo, dinámico 34
esencialmente "flotar" entre los resortes de serpentín 200 y
el obturador 106. Debería advertirse que los resortes de serpentín
200 sirven para operar junto con los otros elementos y funciones
del conjunto 132 de asiento de carga vivo, dinámico que son
similares en concepto y operación a aquellos descritos en la Fig.
12, proporcionando dichos elementos también características de
precarga para permitir que el asiento de carga vivo, dinámico 34
"flote".
Desde luego, un experto ordinario en la técnica
reconocerá que pueden ser usados muchos tipos de conjuntos y/o
dispositivos de precarga en lugar de resortes de serpentín 200. Por
ejemplo, los resortes de serpentín 200 podrían ser sustituidos por
una vejiga flexible que pueda ser controlada específicamente para
precargar el asiento de carga vivo, dinámico 34.
Además de las características descritas antes e
ilustradas, el sistema de la presente invención funciona para
controlar la presión dentro del sistema y prevenir su fuga a zonas
no deseadas del sistema, proporcionando así aislamiento positivo.
Este aislamiento es conseguido mediante el uso de tolerancias
estrechas en el asentamiento metal con metal. Pueden ser usados
anillos tóricos para mejorar el sellado. Además, puede ser
introducida una presión positiva desde el exterior de la válvula
para prevenir la ventilación de la corriente de alimentación a la
atmósfera o dentro de partes de la válvula. El sistema proporciona
verificación remota del aislamiento positivo. Esto significa que el
vapor puede ser añadido a la entrada de purga de vapor para
presurizar el sistema de válvula fuera de la zona sellada. Esta
presión puede ser usada para aislar la corriente de alimentación
que está a una presión inferior o puede ser usada para comprobar la
eficacia de los sellos. El sistema está diseñado para permitir la
monitorización remota de esta presión de aislamiento para verificar
que el sistema no está derramando contaminantes a la atmósfera.
El sistema, y específicamente, los asientos
dobles independientes, proporcionan también capacidades de doble
bloqueo y sangrado/purga, así como una conmutación instantánea y
remota al modo de doble bloqueo y ventilación desde el modo de
doble bloqueo y purga con pérdida de vapor de purga. El sello metal
con metal entre la puerta y los asientos superior e inferior
proporciona un método de pérdida de bloqueo, junto con la presión
desde fuera de los sellos que aísla la corriente de alimentación si
la presión es mayor fuera del sello. Si se está perdiendo presión,
el sistema puede ser ajustado de una de las muchas formas descritas
antes para compensar y detener la fuga. Además, los anillos tóricos
pueden ser sustituidos para incrementar la integridad del
sistema.
Claims (13)
1. Sistema de retirada de cabezales (10) de un
tambor de coque que comprende: un tambor de coque (18) que tiene un
orificio (42) provisto de una brida; una válvula de retirada de
cabezales (12) acoplada de forma separable a dicho orificio (42)
provisto de brida de dicho tambor de coque (18),
caracterizado porque comprende: un conjunto (132) de asiento
de carga vivo, dinámico que tiene al menos un asiento de carga vivo,
dinámico (34) y un mecanismo de ajuste (134) de asiento de carga
vivo, dinámico correspondiente para controlar la fuerza que puede
ejercer dicho asiento de carga vivo, dinámico (34); un asiento
estático (38) alineado en oposición con dicho asiento de carga
vivo, dinámico (34); y un obturador (106) accionado por un
accionador (62), siendo dicho obturador (106) capaz de moverse de
un modo bidireccional dentro de dicha válvula de retirada de
cabezales (12) entre dicho asiento de carga vivo, dinámico (34) y
dicho asiento estático (38) para controlar la apertura y cierre de
dicha válvula de retirada de cabezales (12) y para cortar dicho
coque de dicho obturador (106) cuando dicho obturador (106) está
cubierto de coque, recibiendo dicho obturador (106) la fuerza
ejercida por dicho asiento de carga vivo, dinámico (34).
2. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, que comprende además
medios para monitorizar y controlar la presión existente dentro de
dicho sistema de retirada de cabezales (10).
3. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, que comprende además un
asentamiento metal con metal, de manera que hay un sello de contacto
metal a metal entre dicho asiento de carga vivo dinámico (34),
dicho asiento (38) estático y dicho obturador (106).
4. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho obturador
(106) es un obturador de doble asiento precargado.
5. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho sistema
es un sistema de retirada de cabezales inferiores.
6. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho sistema
es un sistema de retirada de cabezales superiores.
7. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicha válvula
de retirada de cabezales (12) comprende además un cuerpo principal
(46) que tiene un orificio (98) dimensionado para alinearse en una
relación concéntrica con un orificio en dicho tambor de coque
(18).
8. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, que comprende además una
tapa superior y una tapa inferior (54, 58) acopladas a extremos
opuestos de dicha válvula de retirada de cabezales (12).
9. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho conjunto
(132) de asiento de carga vivo, dinámico comprende además un módulo
de transferencia de fuerza (162) yuxtapuesto a dicho asiento de
carga vivo, dinámico (34) para transferir una fuerza desde dicho
mecanismo de ajuste (134) de asiento de carga vivo, dinámico a
dicho asiento de carga vivo, dinámico (34).
10. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 9, en el que dicho mecanismo
de ajuste (134) de asiento de carga vivo, dinámico está formado
por: un aplicador de fuerza (142) que tiene una porción del mismo
fuera de dicha válvula de retirada de cabezales (12), de manera que
un individuo puede ajustar la fuerza ejercida sobre dicho obturador
(106) por dicho asiento de carga vivo, dinámico (34); un pistón
(146) precargado acoplado a dicho aplicador de fuerza (142) y que
aplica una fuerza desde dicho aplicador de fuerza (142) a dicho
módulo de transferencia de fuerza (162); y un conjunto cargado por
resorte acoplado a dicho aplicador de presión (142) y que carga
previamente dicho pistón precargado (148); y una pluralidad de
miembros de sellado (158) contenidos dentro de dicho mecanismo de
ajuste (134) de asiento de carga vivo, dinámico, en el que dicho
aplicador de fuerza (142) aplica una fuerza a dicho módulo de
transferencia de fuerza (162) vía dicho pistón (146), que fuerza
posteriormente dicho asiento de carga vivo, dinámico (34) contra
dicho obturador (106), creando así un sello entre dicho obturador
(106) y dichos asientos (34, 38).
11. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho
accionador (62) de dicho obturador (106) es controlado desde una
localización remota para incrementar la seguridad.
12. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho
accionador (62) de dicho obturador (106) es controlado
hidráulicamente.
13. Sistema de retirada de cabezales (10) de
tambor de coque según la reivindicación 1, en el que dicho conjunto
(132) de asientos de carga vivos, dinámicos comprende una pluralidad
de asientos de carga vivos, dinámicos (34) con mecanismos de ajuste
(134) de asiento de carga vivo, dinámico correspondientes y asientos
estáticos (38) opuestos, de manera que se consigue la posibilidad
de ajuste punto a punto y el ajuste fino de dicho conjunto (132) de
asientos de carga vivos, dinámicos, actuando sobre dicho obturador
(106).
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