РЕАКТОР УСТАНОВКИ ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ
REACTOR OF INSTALLATION FOR RETARDED COKING

Изобретение относится к оборудованию установок замедленного коксования и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен реактор установки замедленного коксования, содержащий цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами и штуцерами и опору, которая приварена к нижнему днищу реактора сплошным горизонтальным швом (Бендеров Д.И. и др. Процесс замедленного коксования в необогреваемых камерах. М.: Химия, 1976, с.58).
Недостатком известного реактора является то, что вследствие циклического характера работы, когда градиент температур между элементами конструкции, а также с окружающей средой составляет 470-500°C, температурные деформации корпуса реактора и опорной обечайки вызывают растрескивание сварных швов крепления реактора к опоре и между листами обечаек корпуса. Появление трещин в сварном шве создает аварийное положение на установке, так как реактор теряет устойчивость, герметичность и смещается относительно своего рабочего положения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является реактор установки замедленного коксования, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижнем днищами и опору, установленную на фундаменте и выполненную в виде кольцевой пластины, расположенной внутри корпуса, при этом ширина пластины составляет 10-30% от диаметра реактора, причем на кольцевой опоре размещены укрепляющие элементы в виде трапециевидных косынок, связывающих опору с корпусом, при этом снаружи корпуса реактора установлены опорные элементы из полого квадратного профиля с отверстиями под болты конструкции фундамента, а между кольцевой опорой и конструкцией фундамента размещена теплоизолирующая прокладка, например стеклоткань (пат. РФ №2367680, оп. 20.09.2009, БИ №26).
Недостатком известного реактора является то, что в стенке корпуса, выполненного из цилиндрической стальной обечайки, после процесса формирования коксового пирога при температуре 460-520°C и последующего его охлаждения водой до 80-90°C для проведения гидровыгрузки кокса из реактора возникают дополнительные растягивающие напряжения вследствие того, что коэффициент линейного термического расширения стали (0,000012) в 2,3 раза больше, чем у кокса (0,0000054), что может привести к нарушению целостности корпуса реактора. Эти недостатки вызывают повышение капитальных и эксплуатационных затрат, а также снижение надежности конструкции реактора.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности реактора.
Технический результат заключается в снятии дополнительных термических растягивающих напряжений в стенке реактора, возникающих при его охлаждении.
Указанный технический результат достигается тем, что в реакторе установки замедленного коксования, включающем корпус с верхним и нижним днищами, кольцевую опору с шириной пластины 10-30% от диаметра реактора, установленную на фундаменте, опорные и укрепляющие элементы, согласно изобретению нижняя часть корпуса выполнена конической формы с внешним углом наклона стенок к кольцевой опоре не более 75 градусов и снабжена натяжным устройством, прикрепленным к корпусу реактора с помощью опорных элементов, а верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической формы, при этом соотношение цилиндрической части корпуса к конической составляет 1:3, а кольцевая опора расположена на упорном подшипнике качения, ширина которого соответствует ширине кольцевой опоры.
Целесообразно упорный подшипник качения выполнить разъемным из секторов кольцевой формы с ограждающими элементами и элементами качения.
Высота и ширина ограждающих элементов может составить менее половины высоты элементов качения.
Элементы качения могут быть выполнены в виде шариков или цилиндрических роликов диаметром 20-40 мм и занимающих 85-90% площади сектора кольцевой формы.
Целесообразно натяжное устройство выполнить в виде пружинного амортизатора, тяги и болтового соединения с фигурной шайбой с односторонней сферической плоскостью.
Выполнение нижней части корпуса конической формы с углом наклона не более 75 градусов позволяет устранить термические растягивающие напряжения в стальной стенке корпуса реактора при его охлаждении с температуры коксования до температуры гидровыгрузки, распределить вес коксовой массы на горизонтальную кольцевую опору и таким образом повысить устойчивость и надежность реактора.
Выполнение упорного подшипника качения разъемным позволяет упростить монтаж реактора.
Размещение в температурном поле реактора горизонтальной кольцевой опоры, укрепляющих элементов в виде трапециевидных косынок, ответственных узлов крепления нижнего конического днища и корпуса реактора к кольцевой опоре обеспечивает равномерный прогрев (охлаждение) элементов конструкции реактора, малую величину температурного градиента, температурного линейного расширения и дополнительных температурных напряжений в материале соединений и, следовательно, повышенную надежность предлагаемой конструкции реактора.
На фиг.1 изображен предлагаемый реактор установки замедленного коксования, общий вид с сечением, на фиг.2 - разрез узла I, на фиг.3 - разрез фиг.2 по А-А (модификация с шариками), на фиг.4 - разрез фиг.2 по А-А (модификация с цилиндрическими роликами).
Реактор содержит пустотелый корпус 1 в нижней своей части конической (75% высоты), а в верхней - цилиндрической (25% высоты) формы с верхним 2 и нижним 3 днищами, в которых находятся горловины 4, 5, люки 6, 7, штуцера 8, 9. Корпус 1 соединен с кольцевой опорой 10, расположенной внутри корпуса реактора 1. Кольцевая опора 10 установлена на упорном подшипнике качения 11, выполненном разъемным и состоящем из шести секторов кольцевой формы 12 с ограждающими элементами (барьерами) 13 и расположенными между ними элементами качения -шаровой 14 или цилиндрической 15 формы, причем элементы качения цилиндрической формы 15 размещены перпендикулярно радиусу реактора. Элементы качения занимают 90% площади сектора кольцевой формы 12. Упорный подшипник качения 11 установлен на конструкции фундамента 16. Между кольцевой опорой 10 и упорным подшипником качения 11 расположена теплоизолирующая прокладка 17. Нижнее коническое днище 3 реактора в верхней своей части приварено по периметру к кольцевой опоре 10. Укрепляющие элементы 18 в виде трапециевидных косынок приварены к кольцевой опоре 10 и корпусу реактора 1. Снаружи к корпусу 1 приварены опорные элементы («лапы») 19 полого квадратного профиля, на которых расположены натяжные устройства, состоящие из фигурных шайб 20 с односторонней сферической плоскостью со стороны опорных элементов 19 и конструкции фундамента 16, прижатых к опорным элементам 19 пружинными амортизаторами 21, надетыми на болты 22 и закрепленными шайбами 23 и гайками 24 до заданного усилия, а также имеющими допустимый предел перемещения для обеспечения устойчивости реактора при чрезвычайной ситуации. Позицией 25 обозначена коксовая масса в реакторе. Теплоизоляция и наружная защитная оболочка реактора не показаны на чертежах.
Реактор работает следующим образом. Исходный нефтяной остаток подают через реакционно-нагревательную печь (не показана) через штуцер 9 горловины 5 нижнего конического днища 3 в корпус реактора 1, где за счет аккумулированного тепла происходит процесс коксования. Парообразные продукты коксования покидают реактор через штуцер 8 горловины 4 верхнего днища 2, а коксовая масса 25 остается в реакторе. После заполнения реактора коксом его пропаривают, охлаждают водой и при открытых верхнем 6 и нижнем 7 люках выгружают на прикамерную площадку с применением оборудования гидрорезки (не показано), работающего под давлением воды более 25 МПа. Дальнобойность струи гидрорезака составляет более 460 радиусов корпуса реактора, поэтому при проведении операции гидрорезки кокса проблем не возникает.
Заданный угол наклона не более 75 градусов обусловлен размерами реактора: диаметр нижней части корпуса - 12 м, высота стенки - 20 м, высота коксовой массы - 15 м, линейный термический коэффициент расширения (сжатия) стали - 0,000012 мм/град·м, кокса - 0,0000054 мм/град·м. Общая высота реактора, включая верхнее 2 и нижнее 3 днища с горловинами 5, 6, составляет типовую величину 30 м. При охлаждении кокса от 500°C до 100°C (в данном примере) у предлагаемого реактора стенки корпуса сжимаются (уменьшаются) по высоте на 96 мм, а по радиусу на 28,8 мм; коксовая масса, соответственно, на 32,4 мм и 12,96 мм. Угол наклона стенки реактора определяется следующим образом:
c
с
tgα=96/28,8=3,3333, что соответствует α=73°18′;
Для коксовой массы аналогично:
к
к
tgα=32,4/12,96=2,5, что соответствует α=68°6′, таким образом
с
к
α>α.
При этом между коксовой массой 25 и стенками корпуса 1 реактора образуется зазор, равный 4 мм, что обеспечивает их свободное (бесконтактное) перемещение, вследствие чего снимаются термические растягивающие напряжения в стенке корпуса, которые могли бы привести к нарушению целостности сварного шва, а вес коксовой массы при этом распределяется равномерно на кольцевую опору.
У известного реактора-прототипа с цилиндрическим корпусом стенки при охлаждении также сжимаются по радиусу на 28,8 мм, коксовая масса - на 12,96 мм, что приводит к растягивающим напряжениям и натягу стенки корпуса, равному 15,84 (28,8-12,96) мм, и, как следствие - к возможным нарушениям сварных швов. При сжатии по высоте наблюдаются дополнительные локальные напряжения, усугубляющие состояние стенки корпуса.
Использование опорных элементов 19 в виде «лап» полого квадратного профиля, болтов 22, фигурных шайб 20 с односторонней сферической плоскостью и пружинного амортизатора 21, затянутого до заданного усилия, обеспечивает определенную свободу перемещений в горизонтальной плоскости при циклических колебаниях температурного режима работы реактора, что исключает его опрокидывание при чрезвычайной ситуации.
Применение фигурных шайб 20 допускает колебания болтов 22 на 7-8 градусов относительно его вертикальной оси. Горизонтальное расположение кольцевой опоры 10 обеспечивает снижение касательных напряжений от горизонтальных усилий и температурных перемещений реактора при циклическом характере его работы. От кольцевой опоры 10 внутри реактора вес коксовой массы 25 передается непосредственно на упорный подшипник качения 11, а от него - на конструкцию фундамента 16 реактора. Ветровая нагрузка на реактор компенсируется площадью кольцевой опоры 10 нижней части корпуса реактора и его суммарной массы, особенно возрастающей при заполнении реактора коксом. Укрепляющие элементы 18 между корпусом и кольцевой опорой 10 повышают прочность конструкции реактора, оставляя доступным сварной шов между ними. Нижнее коническое днище 3 реактора воспринимает в основном вес коксовой массы 25, обладающей высокой пористостью и низкой прочностью в нижней своей части, и расположенной ниже кольцевой опоры 10 в реакторе, поэтому узел крепления (сварки) между коническим нижним днищем 3 и кольцевой опорой 10 не вызывает проблем.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет снять дополнительные термические растягивающие напряжения в стенке реактора при охлаждении кокса и повысить надежность его работы.
Кроме того, с увеличением площади свободного сечения верха реактора открывается возможность повышения производительности реактора по дистилляту на величину, пропорциональную приращению показателя соотношения площадей сечения верха и низа реактора примерно в три раза.