УСТАНОВКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПЕЧНЫХ ТРУБ РАЗЛИЧНОГО ДИАМЕТРА ОТ КОКСООТЛОЖЕНИЙ
INSTALLATION AND DEVICE FOR CLEANING FURNACE TUBES OF DIFFERENT DIAMETER FROM COKE DEPOSITS

Изобретение относится к установкам и устройствам для очистки змеевиков печных труб от отложений кокса и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известна установка для механической очистки труб змеевика печи от отложений кокса (журнал «Химия и технология топлив и масел» №2, 2007 г., с.16-17), включающая печь, устройство для подачи скреперов (пусковое устройство), устройство приема скреперов (выводное устройство), насосную установку. Собственно скрепер представляет собой сердечник из пластичного материала, на котором размещены скребки в виде шипов. Ввод и транспортирование скреперов осуществляют с помощью носителя - потока воды высокого давления. При прохождении скрепера по змеевику печи происходит разрушение отложений кокса с внутренней поверхности трубы и дальнейшее их удаление потоками воды.
Недостатком известной установки и устройства является трудоемкость и неэффективность, система трудно управляема, процесс очистки занимает длительное время, что приводит к повышенным капитальным и эксплуатационным затратам.
Наиболее близкой по существенным признакам является группа изобретений, включающая способ очистки змеевика печи от коксоотложений, устройство для очистки (варианты) и установку для осуществления способа, в котором в качестве потока-носителя используется нефтепродукт (пат. РФ №2358003, МПК C10G 9/16, опубл. 10.06.2009 г., БИ №16).
Известная установка включает печь с трубами конвективного и радиационного змеевиков, при этом радиационный змеевик состоит из нагревательной части и сокинг-секции (выходная часть змеевика с трубами бóльшего диаметра, чем в нагревательной части), пусковое устройство для скрепера, выводное устройство для скрепера, загрузочное устройство для скрепера и сепаратор-ловушку для отделения, очистки и подачи скрепера в пусковое устройство, а также систему подачи потока-носителя скрепера, связанную с установкой переработки нефтепродукта.
Известное устройство-скрепер (первый вариант) представляет собой округлый элемент с головной и хвостовой частями и скребками, причем округлый элемент выполнен полым и образован гибкой оболочкой, состоящей из закрытой головной части и открытой хвостовой, а скребки выполнены в виде штырей и размещены на хвостовой части.
Недостатком известной установки и устройства является то, что очистке подвергаются только печные трубы нагревательной части змеевика, имеющие со скрепером близкие по величине диаметры, а трубы сокинг-секции с трубами бóльшего диаметра недоступны для головной и хвостовой частей скрепера и остаются закоксованными, что приводит к дополнительным остановкам на ремонт, повышению эксплуатационных и капитальных затрат.
Технический результат изобретения заключается в совместной очистке печных труб различного диаметра от отложений кокса.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей печь с трубами конвективного и радиационного змеевика, состоящего из нагревательной части и сокинг-секции, загрузочное устройство для скрепера, пусковое устройство для скрепера, выводное устройство для скрепера, сепаратор-ловушку для скрепера и систему подачи потока-носителя скрепера, связанную с установкой переработки нефтепродукта, согласно изобретению, вышеуказанные устройства имеют внутренний диаметр труб, равный диаметру труб сокинг-секции, при этом пусковое устройство снабжено коническим переходником-конфузором от трубы пускового устройства к нагревательной части радиационного змеевика печи.
Целесообразно конфузор выполнить с углом раскрытия (сжатия) 30÷60° и снабдить четырьмя внутренними радиальными ребрами толщиной 2÷5 мм, приваренными к внутренней поверхности конуса с профилем ребер, повторяющим наружний профиль поверхности конфузора, и высотой, равной половине величины разности между внутренними диаметрами труб сокинг-секции и нагревательной части радиационного змеевика печи.
Также указанный технический результат достигается известным скрепером, содержащим головную и хвостовую части со скребками, связанные между собой соединительным элементом, в котором, согласно изобретению, в головной части размещены, по меньшей мере, два зонтообразных модуля, образованные гибким каркасом и куполом, причем диаметр первого из них соответствует диаметру нагревательной части радиационного змеевика печи, а диаметр второго - диаметру змеевика сокинг-секции, при этом вышеупомянутый каркас состоит из радиальных спиц, скрепленных с одного конца головкой, а с другого - гибким кольцевым обручем, причем головка содержит втулку с бортиком и дисковый элемент, которые скреплены со спицами и куполом, а в хвостовой части размещен, по меньшей мере, один зонтообразный модуль, образованный только гибким каркасом, причем каркас зонтообразного модуля хвостовой части состоит из радиальных спиц, скрепленных только с одного конца головкой, а на другом конце радиальных спиц размещены наконечники со скребками, при этом головка содержит втулку с бортиком и дисковый элемент, которые скреплены со спицами, а соединительный элемент оснащен разделительными звеньями.
В головной и хвостовой частях скрепера может быть установлено по три зонтообразных модуля.
Купол зонтообразного модуля целесообразно разместить внутри каркаса.
В каркасе зонтообразного модуля головной части может быть восемь спиц, а в каркасе хвостовой части - двадцать четыре.
Спицы зонтообразных модулей могут быть выполнены штамповкой из листовой упругой стали или из проволоки толщиной 1,5÷2,0 мм и длиной 1,7÷1,8 радиуса трубы соответственно нагревательной части радиационного змеевика и сокинг-секции.
Купол зонтообразного модуля головной части может быть выполнен тканым из стального или углеродного волокна.
Гибкий кольцевой обруч может быть выполнен в виде зигзагообразной пружины.
Соединительный элемент между головной и хвостовой частями может быть выполнен в виде стального тросика.
Разделительные звенья могут быть выполнены в виде пружин или шаровых или эллипсовидных шайб, размещенных между зонтообразными модулями и сжатых гайкой и шпилькой, установленными на конце стального тросика.
Наконечники со скребками зонтообразного модуля хвостовой части могут иметь шаровую или овальную форму с поперечным диаметром 5÷7 мм, поверхность которых покрыта насечкой драчевого типа или снабжены известными типовыми скребками.
Втулка головки головной части зонтообразного модуля может быть установлена таким образом, что бортик размещен снаружи головки каркаса, а втулка головки хвостовой части может быть установлена таким образом, что бортик размещен внутри головки каркаса.
Выполнение скреперов в виде зонтообразных модулей позволяет изменять размеры и форму головной и хвостовой частей в зависимости от диаметра трубы, в которой они находятся, обеспечивая тем самым тяговое усилие, эрозионные свойства скрепера и свободное прохождение скрепера через криволинейные участки змеевика печи.
На фиг.1, 2 показан конический переходник-конфузор с углом раскрытия (сжатия) 60°, продольное и поперечное сечение, где 1 - узкая труба нагревательной части радиационного змеевика печи, 2 - конфузор, 3 - радиальные ребра толщиной 2 мм и высотой, равной половине величины разности между внутренними диаметрами труб сокинг-секции и нагревательной части змеевика печи, 4 - широкая труба, имеющая диаметр трубы, равный диаметру сокинг-секции, и расстояние (диаметр) между противоположными ребрами, равное внутреннему диаметру трубы нагревательной части змеевика печи.
На фиг.3 показан общий вид скрепера, где 5 - первый зонтообразный модуль головной части скрепера, 6 - второй зонтообразный модуль головной части скрепера, 7 - соединительный элемент - стальной тросик диаметром 7 мм, 8 - зонтообразный модуль хвостовой части скрепера, 9 - разделительное звено-секция пружины, 10 - винтовая шпилька с шайбой и гайкой, 11 - разделительная объемная шаровая шайба, 12 - головка каркаса.
На фиг.4 показано сечение по Б-Б фиг.3, где 13 - купол зонтообразного модуля головной части, 14 - спицы, а на фиг.5 - сечение по В-В фиг.4, где изображен каркас со спицами 14, гибким кольцевым обручем 15 в виде плоской зигзагообразной пружины и головкой, содержащей втулку 16 с бортиком 17 в виде шайбы-диска, приваренного к втулке 16 и размещенного снаружи головки каркаса, и дисковый элемент 18 внутри каркаса. Дисковый элемент 18 скреплен с куполом 13, со спицами 14 каркаса и бортиком 17 втулки 16 заклепками (или болтиками) 20. Спицы 14 изготовлены штамповкой из листовой упругой стали или из проволоки толщиной 1,5 мм и длиной 1,7 радиуса трубы змеевика нагревательной части печи и сокинг-секции. На концах спиц 14 выполнены отверстия 19 для крепления их к кольцевому обручу 15. На фиг.6 показано сечение по Г-Г фиг.3, а на фиг.7 - сечение по Д-Д фиг.6, где 21 - упругие спицы диаметром 1,5 мм, длиной 1,7 радиуса трубы сокинг-секции, входящие в конструкцию каркаса зонтообразного модуля 8 хвостовой части, 22 - наконечники спиц 21 диаметром 5 мм с насечкой на поверхности драчевого типа или типовые скребки, 23 - втулка с бортиком 24 в виде шайбы-диска, приваренного к втулке 23 и расположенного внутри головки каркаса, 25 - дисковый элемент снаружи каркаса (шайба-диск).
Скрепер в трубах различного диаметра работает следующим образом. В широкой трубе от пускового устройства к нагревательной части радиационного змеевика печи поток нефтепродукта динамическим давлением воздействует на гибкую боковую часть купола 13 трех зонтообразных модулей 6 головной части, в некоторой мере увеличивает их диаметр и, обеспечивая герметичность с поверхностью трубы 4, создает силу, которая тянет за тросик 7 хвостовую часть скрепера, состоящего из трех зонтообразных модулей 8, снабженных эрозионными элементами-наконечниками 22, а также толкает элементами 7, 11 зонтообразный модуль 5, который проходит по конфузору 2, центрируясь четырьмя радиальными ребрами 3, в трубу 1 нагревательной части радиационного змеевика печи и перекрывает ее. Поток нефтепродукта аналогичным образом воздействует на зонтообразный модуль 5, создает дополнительную силу, которая тянет за стальной тросик 7 головную и хвостовую части скрепера. Под действием суммарной силы скрепер продвигается по конфузору 2 вперед, при этом в контакт с ребрами 3 конфузора 2 вступает следующий зонтообразный модуль 6 головной части, купол 13 которого деформируется с образованием четырех продольных складок, уменьшает свой периметр и диаметр и входит в трубу 1 (диаметром dн) нагревательной части радиационного змеевика печи. По мере продвижения скрепера по трубе 1 соответственно меняется форма остальных модулей головной части. Модули 8 хвостовой части скрепера после прохождения конфузора 2 и входа в трубу 1 изменяют свою форму незначительно и сохраняют функциональные качества.
c
Скрепер, движущийся относительно неподвижных стенок трубы змеевика печи, своей насечкой драчевого типа, нанесенной на поверхность наконечников 22 спиц 21 каркаса модулей 8 хвостовой части, направленными режущими кромками навстречу движению, скребет и разрушает следы, островки, слои коксоотложений, переводит их в виде порошка, крошки, пасты в объем жидкой фазы и выносит их из труб змеевика печи. При выходе скрепера из узкой трубы (dн) нагревательной части радиационного змеевика в более широкую трубу (d) сокинг-секции сжатый в пределах упругой деформации зонтообразный модуль 6 (конструкция из радиальных стальных спиц вместе с куполом из стальной ткани, прикрепленным по периферии к гибкому кольцевому обручу из плоской зигзагообразной пружины) принимает свою первоначальную форму и восстанавливает свои функциональные свойства, обеспечивая тяговые и эрозионные свойства и свободное прохождение скрепера через криволинейные участки змеевика печи.
Совместную очистку радиационных труб змеевика печи различного диаметра от коксоотложений проводят до восстановления градиента давления на змеевике до рабочей нормы.
В таблице приведены показатели процесса очистки радиационных труб змеевика печи с применением предлагаемого и известного устройств. Из данных, приведенных в таблице, видно, что предлагаемое изобретение, благодаря модернизации известного устройства очистки змеевиков печи путем введения оригинальных элементов материального оформления процесса очистки, позволяет проводить совместную очистку радиационных труб змеевика печи различного диаметра от коксоотложений «на ходу», не останавливая технологический процесс переработки нефтяных остатков.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет провести совместную очистку труб змеевика печи различного диаметра и тем самым повысить эффективность процесса очистки радиационных труб, сократить продолжительность очистки и простоя оборудования на ремонте и значительно снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
Таблица.
Показатели процесса очистки радиационных труб змеевика печи
Наименование показателей
Единица измерения
Способы
прототип
предлагаемый
Продолжитель-ность очистки радиационных труб нагревательной части змеевика печи (⌀127×10 мм)
час
1) без остановки («на ходу»);
1) без остановки («на ходу»);
2) 3÷14 - очистка на горячей циркуляции установки на газойле
2) 2÷12 - очистка на горячей циркуляции установки на газойле
Продолжитель-ность очистки радиационных труб сокинг-секции змеевика печи (⌀152×10 мм)
час
7÷10 операции: остановка, продувка, пропарка, очистка, продувка азотом, опрессовка, пуск
1) без остановки («на ходу»);
2) 2÷12 - очистка на горячей циркуляции установки на газойле
Продолжитель-ность простоясокинг-секциии установки
час
40÷50
1) нет простоя;
2) 3÷14 - совместная очистка труб различного диаметра за один проход