专利名称：除焦期间用于远程确定并改变切割模式的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去固体碳质残留物(以下称之为“焦碳”)的系统，这种清除工艺经常称之为“除焦”。更具体地说，本发明涉及这样一种系统，该系统使操作人员能够远程起动焦炭塔内的焦碳的切割，同时通知操作人员在焦碳切割过程中、发生在该焦炭塔内的切割模式的状态。因此，本发明提供一种用于在焦炭塔内切割焦碳的系统，该系统具有增加的安全性、效率和便利性。
背景技术：
将原油加工成汽油、柴油、润滑油等的石油炼制操作经常产生残油。当在延迟焦化炉中处理时，残油在炉内被加热到足以产生分解蒸馏作用的温度，其中，大部分残油被转化，或“裂化”成有用的碳氢化合物产品，而剩余物产生石油焦碳，它是一种主要由碳组成的物质。许多石油炼制厂从延迟焦化后留下的残余重碳氢化合物中回收有价值的产品。
一般而言，延迟焦化处理包括加热来自分馏装置的重质碳氢化合物的进料，然后将被加热的重质进料泵送到通常称之为焦炭塔的大型钢制容器中。该被加热的重质进料的未蒸发的部分沉积在焦炭塔内，在焦炭塔内，保持时间和温度的综合作用引起焦碳的生成。来自焦化容器顶部的气化物被返回到分馏装置的底部，用于进一步处理成所希望的轻质碳氢化合物产品。延迟焦化的运行条件可以说相当严格。焦炭塔内的正常运行压力通常在从每平方英寸25到50磅之间的范围内。此外，重质进料输入温度可以在800℉和1000℉之间变化。
焦炭塔的尺寸和形状各不相同。但是，一般的焦炭塔是大型竖直的圆柱形金属容器，其高度通常为90到100英尺、直径为20到30英尺。焦炭塔具有顶盖和装有底盖的漏斗形底部。焦炭塔通常成对地出现，以使能够交替地运行。焦碳沉积并聚集在容器装置内，直到该容器被填满。这时，将被加热的进料转移到另一个空的焦碳塔。在一个焦炭塔被加热的残油填满时，另一个焦炭塔被冷却和清除焦碳。
焦碳清除，也称之为除焦，它从冷淬步骤开始，在该步骤中，将蒸汽、然后水引进充满焦碳的容器内，以全部回收挥发性的轻质碳氢化合物并冷却焦碳块。在焦炭塔被填满之后，剥离并且然后冷淬，使得焦碳处于固体状态，并将温度降低到合理的程度，冷淬水通过管道从焦炭塔排出，以便于允许安全打开焦碳塔。然后，当底部开口被打开时，焦炭塔通风到大气压力，以便能够除去焦碳。一旦完全打开之后，用高压水射流将焦炭塔内的焦碳切割掉。
在大多数工厂，除焦利用液压系统完成，该液压系统包括将高压水射流(2600-3600p.s.i.)引进焦碳床的钻杆和钻头。称为切割工具的旋转组合钻头直径通常为约8英寸，并具有若干个喷嘴，并且被安装在直径为约6英寸的长空心钻杆的下端。在钻杆上的钻头通过该容器顶部的凸缘开口降到该容器内。用喷射高压水的喷嘴，以从水平线向下成约60度的角度钻出一个通过焦碳的“钻孔”。这样形成一个直径为约3到6英尺的引导钻孔，用于焦碳通过落下。
在初始钻孔完成之后，然后将钻头机械地转换到至少两个水平喷嘴，用于切割“切割”孔，该切割孔延伸焦炭塔的整个直径。在切割模式中，喷嘴水平向外射出水射流，与钻杆缓慢地旋转，这些射流将焦碳切割成若干块，下落到容器的开口底部，进入将焦碳引向接收区的斜槽。在所有采用的系统中，然后将钻杆缩回退出容器顶部的凸缘开口。最后，容器的顶部和底部通过将盖装置、法兰盘或容器装置上采用的其他封闭装置放回原处而被封闭。然后，清洁该容器，并为下一次用重质碳氢化合物进料的填充循环做准备。
在一般的焦碳切割系统中，在打好钻孔之后，必需将钻杆从焦炭塔中移出并且重新设置切割模式。这需要花费时间，不方便并且具有潜在的危险。在不太一般的系统中，切割模式自动转换。焦炭塔内的自动转换时常导致钻杆堵塞，这仍然需要在进行焦碳切割之前将钻杆移出进行清洁。经常，在自动转换系统中，由于整个变化发生在塔内，因而很难确定钻杆是处于切割模式或者钻孔模式。错误地识别高压水是在切割或者在钻孔将导致严重的事故。因此，焦碳切割效率被打折扣，这是因为转换操作人员不知道切割过程是否已经完成，或者只不过是钻杆被堵塞。
除焦是一项危险工作，在除焦工作方面每年都有严重的事故发生。标题为“Hazards of Delayed Coker Unit(DCU)Operations”的OSHA报告发表在http://www.osha.gov/dts/shib082903c.html(2003年8月29日)上，其详细地描述了与除焦有关的几起安全事故。OSHA的报告描述了一些最经常和最严重的事故(同上)。该报告解释说，如果在钻杆升高到焦炭塔顶部开口之前不关闭液压切割系统，操作人员将暴露在高压水射流下和包括发生肢解的严重伤害(同上)。此外，该报告还说到，来自切割和冷淬水的暂时的雾气和气化物包含造成健康危害的污染物(同上)。还有，高压下的水管的偶尔爆裂导致可能严重伤害附近的工作人员的抖动作用。或者，支撑钻杆和水管的金属丝绳索可能会出现故障，使钻杆、水管和金属丝绳索落在工作区(同上)。最后，可能发生吊机架损坏，使工作人员容易受到掉落的构件和设备伤害的危险(同上)。由于操作人员必须出现在被除焦的容器附近，以便手工地将切割头从钻孔改变成切割模式，因此操作人员容易受到来自暴露于高压水射流、蒸汽、热水和火的严重安全危害。因此，该行业已经将其大多数技术改进集中在焦化方面，以使安全事故降到最小。
控制焦碳切割系统中固有的事故所采取的步骤包括为操作人员提供防护服、要求人员培训、维护设备，以便防止故障，并且使除焦过程的某些步骤(例如，“开盖”)能够远程操作。尽管努力减小与除焦有关的危险，但是仍然存在提高安全性的需要。
发明内容
本发明涉及一种用于从称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去称之为“焦碳”的固态碳质残留物的系统。本发明涉及这样一种系统，该系统使操作人员能够远程起动焦炭塔内的焦碳切割，并且在“钻孔”和“切割”模式之间进行远程转换，同时在焦炭塔内可靠地切割焦碳，而无需将钻头升高到焦炭塔外用于机械改变或检查。而且，本发明使该操作人员能够在焦碳切割过程确定在该焦炭塔内发生的切割模式的状态。因此，本发明提供一种用于在焦炭塔内切割焦碳的系统，该系统具有增加的安全性、效率和便利性。
本发明的这些和其他特征和优点将在下面的描述和权利要求中提出或变得更加充分明白。本发明的这些特征和优点通过权利要求中具体指出的装置和组合可以实现和获得。而且，本发明的这些特征和优点可以通过实践本发明而学会，或者从下面进行的描述中将显而易见。
本发明的一个实施例的特征体现在使用三通式球阀、连接器和专用钻头。在这个优选实施例中，该系统包括充满水或其他液体的切割液体容器。一根管子连接于该容器，并且水从该管子流进高压泵。在该高压泵中，水被加压。加压的水离开该高压泵后，流进分成两根管的另一根管中。从这个分开形成的两根管的其中之一是钻孔水输送管，而另一根是切割水输送管。在本发明的一个实施例中，该输送管被三通式球阀分成两根管。该三通式球阀防止加压的水同时流进两根管中。而且，操作人员确实可以看见加压的水在哪根管中，并且因而可以看见焦炭塔内的焦碳切割模式的状态。
这两根管相互平行地延伸一段距离。在这段距离之后，两根输送管结合，从而形成整合的钻孔和切割水输送管。这种整合的钻孔和切割水输送管显现为“管中管”。具体说，该钻孔水输送管变成内管，而切割水输送管在外面同心地包围着该钻孔水输送管，变成外管。两根管并不相互流体连通。两根管能够使加压的水通过该两根管中的任何一根流到同样的整个装置，切割头。由于开关阀使水只能够流过或者该内管——钻孔水输送管，或者该外输送管——切割水输送管，因而水只被分别供给该切割头的钻孔出口喷嘴或切割出口喷嘴。在另一个实施例中，两根管平行延伸，直至到达位于钻杆顶部的连接器。
该整合钻孔和切割水输送管连接于该连接器，或者是该连接器的一个一体部分。从该连接器的下部，竖直向下延伸出具有与该整合钻孔和切割水输送管相同的尺寸和直径的、可旋转的整合钻孔和切割钻杆。这个可旋转的整合钻孔和切割钻杆的特征体现在，由外部开关起动的电机。该电机能够使钻杆旋转。尺寸的相似性使整合钻孔和切割水输送管能够与该钻杆流体地连通。同时在两根管之间的连接器防止整合钻孔和切割水输送管旋转，此外还使可旋转的整合钻孔和切割钻杆能够旋转。该可旋转的整合钻孔和切割钻杆具有内管和外管。在钻杆的下端处，具有带有若干喷嘴的切割头，这些喷嘴使加压的水通过其中喷射，以将焦碳切割出焦炭塔内部。该切割头具有钻孔和切割喷嘴。钻孔喷嘴沿着向下的角度喷射高压液体，以产生钻孔，而切割喷嘴沿着大体上垂直于该钻杆的方向喷射高压流体。
可旋转的整合钻孔和切割钻杆由远程开关装置起动。本发明的一个实施例的特征在于，高压液体不能同时流进切割头的切割喷嘴和钻孔喷嘴。在已经将切割头插入焦炭塔的顶部之后，加压的液体通过该切割头中的多个喷嘴喷射，喷射压力足以从容器内切割并移动焦碳。当操作人员致动开关阀时，加压的液体能够流进钻孔水输送管，通过连接器进入该整合钻孔和切割钻杆的内管，流进切割头，并从一个或多个专用于在焦碳中切割钻孔的喷嘴流出。当切割头通过焦碳筒下降时，加压的水通过内管进入该钻杆，通过连接于该切割头的多个喷嘴喷射液体，其喷射压力足以给该容器中的焦碳钻孔，这样，用喷嘴或多个喷嘴钻孔钻通该焦碳，该喷嘴沿着向下的方向从切割头喷射高压液体。
在初始钻孔完成之后，高压液体流被远程转换到连接于切割头的多个喷嘴，该高压液体流以足够高的压力从容器内切割并移动剩余的焦碳。这种转换通过致动开关阀完成，该开关阀位于远离焦碳筒的位置。在本发明的一个实施例中，操作人员通过转动三通式球阀的把手，远程地将液体流从钻孔喷嘴转换到切割喷嘴，该三通式球阀位于远离被除焦的容器的位置。因此，当切割头已经成功地完成其钻孔行程时，开关阀被起动，使加压的水能够流进切割水输送管，而不流进钻孔水输送管。该加压的水流过切割水输送管，然后进入整合钻孔和切割钻杆的外管，并且从切割头的切割喷嘴喷射，开始切割焦碳离开容器内部。随后，在焦炭塔内剩余的焦碳被切割并被从容器内除去。
因此，整个钻孔和切割过程通过外部开关起动，该开关起动开关阀，该开关阀位于管子分成钻孔水输送管和切割水输送管的位置。该过程由外部开关机构控制。因此，操作人员在整个焦碳切割过程中能够确定该旋转的整合钻孔和切割钻杆处于哪种模式，钻孔模式或者切割模式下，而不必从焦炭塔中移出切割头。
在本发明的一些实施例中，开关阀由中央处理单元或其他装置控制，而不是由操作人员控制。因此，本发明考虑到了开关阀可以从控制室控制，在控制室操作人员利用机械和电气设备遥控整个除焦过程，以在除焦过程中远程指挥流动。本发明包括若干目的，其实现了在现有技术中以前未知的效率和安全的模型。因此，本发明一些实施例的一个目的是提供一种用于切割焦碳的系统，该系统通过外部开关机构从远程位置控制。本发明提供一种用于焦碳切割的系统，其中从钻孔模式改变为切割模式不需要移动钻杆，而是可以远程地从钻孔模式改变为切割模式，或从切割模式改变为钻孔模式。本发明提供一种用于焦碳切割的系统，其中可旋转的整合钻孔和切割钻杆不会发生堵塞，这是因为从钻孔到切割的转换由远程开关控制，防止了两种模式同时运行。
本发明提供一种用于焦碳切割的系统，其中有物理符号连接于所述开关阀，使得操作状态，即钻孔和切割模式外部地显示给操作人员。本发明提供一种能够与当前的焦碳切割技术一起使用的焦碳切割的系统。
本发明的这些和其他特征和优点将在下面的描述和权利要求中提出或变得更加充分明白。这些特征和优点通过权利要求中具体指出的装置和组合可以实现并获得。而且，本发明的这些特征和优点可以通过实践本发明而学会，或者从下面进行的描述将显而易见。
为了获得本发明上面引用的和其他特征和优点，本发明更加具体的描述将参考其示于附图的具体实施例给出。应当明白，附图仅仅示出本发明典型的实施例，因此不能被认为是限制本发明的范围，本发明通过利用附图将用附加的特征和细节进行描述和说明，其中图1示出三通式球窝接头，该接头是开关阀的实施例；图2示出开关阀的实施例，该开关阀是三通阀接头；图3示出开关阀的实施例，该开关阀是三通阀接头；图4示出开关阀的实施例，该开关阀是三通阀接头；图5示出从顶表面看到的三通球阀；图6示出包含用于钻孔的液体的高压管和包含用于切割的液体的高压管的连接器；图7示出包含用于钻孔的液体的高压管和包含用于切割的液体的高压管的连接器；图8示出切割头；图9总的示出了炼制过程，其中从一系列焦炭塔中的炼制副产品中生产出焦炭；图10示出现在描述的本发明的焦碳切割系统和装置。
具体实施例方式
本发明涉及一种用于从称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去固体碳质残留物——“焦碳”的系统。这种清除过程通常称为“除焦”。更具体地说，本发明涉及这样一种系统，该系统使操作人员能够远程起动焦炭塔内的焦碳切割，同时通知该操作人员在焦碳切割过程中发生在该焦炭塔内的切割模式的状态。
通过参考附图将能够最好地懂得本发明的优选实施例，在整个附图中同样的零部件赋予同样的附图标记。而且本发明下面的内容被分成两个小标题，即“关于延迟焦化和焦碳切割的简要说明”和“本发明的详细说明”。采用小标题仅仅是为了方便读者，而不是解释为任何限制的意思。
正如这里的附图一般地描述和示出的，将会容易明白，本发明的部件可以被设置并构造成各种不同的结构。因此，下面本发明的并且示于图1至图4的系统、装置和方法的实施例的更详细的描述不是想限制本发明的范围，正如所宣称的，而仅仅是本发明优选实施例的代表。
1.关于延迟焦化和焦碳切割的简要说明在一般的延迟焦化处理中，高沸点石油残余物被送进一个或多个焦炭塔，在焦炭塔中，高沸点石油残余物被热裂变成轻质产品和固态残余物——石油焦碳。包含焦碳的焦炭塔通常是大型圆柱形容器。焦化处理是石油炼制过程的最后的工序，并且一旦称为“开盖”的过程已经发生，就会用焦碳切割装置将焦碳从这些焦炭塔中除去。
在典型的除焦处理中，新的进料和循环过的进料被结合在一起并通过管线从分馏器底部供给。组合的进料被泵送通过焦化加热器并被加热到约800℉到1000℉之间的温度。该组合进料的一部分被蒸发，并且可选地充入一对焦化容器中。从焦化容器顶部排出的热蒸气通过管线循环到分馏器的底部。焦化加热器流出物的未蒸发的部分沉积在作用的(active)焦化容器中，在这里，温度和保持时间的综合作用导致了焦碳的形成。在焦化容器内，焦碳形成通常在20到30小时之间持续进行，直至该作用的容器被填满。一旦作用的容器被充满，则被加热的重质碳氢化合物进料被重新引导到一个空的焦化容器中，在那里，上述过程被重复。然后，通过用蒸汽和水首先冷淬热焦碳，然后打开密封到该容器顶部的封闭单元，从容器的顶部液压式地钻焦碳，从该容器引导被钻的焦碳通过开口的焦化器底部单元，通过连接的焦碳斜槽到焦碳接收区，而将焦碳从该充满的容器中除去。通过位于远处的控制单元，完成打开该封闭单元的操作。
在大多数工厂，除焦用液压系统完成，该液压系统包括将高压水射流引进该焦碳床的钻杆和钻头。称之为切割工具的旋转组合钻头的直径通常约8英寸，它具有若干个喷嘴，并且安装在直径约为6英寸的细长空心钻杆的下端。降低钻杆上的钻头通过在该容器顶部的凸缘开口进入容器中。利用喷嘴钻出“钻孔”，贯通焦碳，该喷嘴以从水平线向下成大约60度的角度喷射高压水(2600-3600p.s.i.)。这样形成直径为约3到6英尺的引导钻孔，用于焦碳通过落下。
在初始钻孔完成之后，然后将钻头机械地转换到少两个水平喷嘴，为切割“切割”孔做准备，该切割孔延伸焦炭塔的整个直径。在该切割模式中，喷嘴水平地向外射出水射流，与钻杆缓慢地旋转，并且这些射流将焦碳切割成若干块，这些块下落到容器的开口底部，进入将焦碳引向接收区的斜槽。在所有采用的系统中，然后将钻杆缩回退出该容器的顶部的凸缘开口。最后，通过将盖单元、法兰盘或该容器装置上采用的其他装置放回原处，该容器的顶部和底部被封闭。然后清洁该容器，为下一次用重质碳氢化合物进料的填充循环做准备。
在一般的焦碳切割系统中，在打好钻孔之后，必须将钻杆从焦炭塔中移出并且重新设置切割模式。这需要花费时间，不方便并且具有潜在的危险。在不太一般的系统中，切割模式自动转换。焦炭塔内的自动转换经常导致钻杆堵塞，这仍然需要在进行焦碳切割之前将钻杆移出进行清洁。经常，在自动转换的系统中，由于整个变化发生在塔内，很难确定钻杆是处于切割模式或处于钻孔模式，错误地识别高压水是在切割或在钻孔将导致严重的事故。因此，焦碳切割效率被打折扣，这是因为转换的操作人员不知道切割过程是否已经完成，或者只不过是钻杆被堵塞。
本发明描述了用于在焦炭塔内生产焦碳后、在焦炭塔内进行焦碳切割的方法和系统，由于本发明尤其适用于焦化处理，因此下面的描述将具体涉及这个生产领域。但是可以预见，本发明可以适合于生产焦碳之外的各种产品的其他生产过程的一体部分，并且这些过程应当被认为是在本申请的范围内。
2.本发明的详细描述本发明包括若干目的，其实现了在现有技术中以前未知的效率和安全的模型。因此，本发明一些实施例的一个目的是提供一种用于切割焦碳的系统，该系统通过外部转换机构被从远程位置控制。本发明提供一种用于焦碳切割的系统，其中从钻孔模式改变为切割模式不需要移动钻杆52，而是能够远程改变模式。本发明提供一种用于焦碳切割的系统，其中可旋转的整合钻孔和切割钻杆52不会发生堵塞，这是因为转换由远程开关42控制，防止了两种模式同时运行。本发明提供一种用于焦碳切割的系统，其中物理符号46连接于所述开关阀，使得操作状态，即钻孔和切割模式被外部地显示给操作人员。本发明提供一种能够与现有的焦碳切割技术一起使用的焦碳切割的系统。
图9示出具有若干元件和目前的系统(相同但是未讨论过的)的石油生产和炼制过程10。除了这些元件之外，石油生产和炼制过程10分别包括第一和第二延迟焦炭塔12和14。通常有两个同时运行的焦炭塔，以便能够进行生产和炼制石油以及焦碳副产品。当第一焦炭塔12在生产并经由进料入口16被填满时，第二焦炭塔14正经历除焦过程，以清除包含在其内的生成的焦碳。
图10示出本发明的优选实施例。在该图中，系统包括充满水或其他液体的切割液体罐18。有第一管20连接于罐18，并且水从第一管20流进高压泵22。该第一管具有连接于切割液体容器18的第一端20a和连接于高压泵22的第二端20b。在高压泵22中，水被加压。离开高压泵22后，加压的水然后流进具有第一端24a和第二端24b的第二管24。所述第二管24在所述第二端24b处分开成两根管。分割形成的两根管中之一是钻孔水输送管28，而另一个是切割水输送管30。在本发明的一个实施例中，钻孔水输送管28和切割水输送管30通过三通球阀60而实现。
三通球阀60由操作人员在远离该除焦过程的位置机械地操作。该三通球阀由致动开关61致动。本发明的三通球阀62包括三个外部法兰盘。第一法兰盘68连接于第二水管24。离开高压泵22的高压水流动通过第二水管并通过第二水管24和第一法兰盘68之间的连接进入三通球阀60。该三通球阀60还包括两个出口，即第一出口69a和第二出口69b。该第一出口69a将高压液体流连接于切割头54的钻孔喷嘴57，以开始焦碳筒12的除焦。该第二法兰盘69b连接于用于焦碳筒12的除焦的切割头54切割喷嘴58的水输送管。因此，三通阀60使高压水能够通过入口法兰盘68流进系统，并被分隔进入连接于钻孔水输送管28的出口法兰盘69a，或进入连接于切割水输送管30的出口法兰盘69b，或者允许高压液体对两个管都关掉。该钻孔水输送管28具有第一端28a和第二端28b。该钻孔水输送管28的第一端28a连接于三通球阀的60的第一出口法兰盘69a。该钻孔水输送管28的第二端28b连接于连接器40。本发明还包括切割水输送管30，其具有第一端30a和第二端30b。第一端30a连接于三通球阀60的第二出口69b。切割水管的第二端30b连接于连接器40。
从三通球阀60延伸的两根管28、30是钻孔水输送管28和切割水输送管30。它们相互平行地延伸一段距离。在这段距离之后，在连接器40处，两根输送管28、30结合起来形成整合钻孔和切割水输送管32。该整合钻孔和切割水输送管32显现为“管中管”。具体说，该钻孔水输送管28变成内管34，而切割水输送管30在外面同心地包围该钻孔水输送管28而变成外管36。两根管(34，36)并不相互流体连通，而是使加压水能够流进该两根管(34，36)中的任何一根，而且在同样的整个装置中流动，该装置是整合钻孔和切割水输送管32。在整合钻孔和切割水输送管32的第二端处，该整合钻孔和切割水输送管32连接于钻孔和切割装置52。
在第二管24分开处具有包括外部开关44的开关阀42。该开关阀42防止高压水同时流进两根管(28，30)。通过外部开关44起动，该开关阀42能够使液体或者流进钻孔水输送管28，或者流进切割水输送管30，但是不同时流进两根管中。符号46出现，向操作人员外部地显示高压水处于哪根管中，管28或管30。
本发明包括系统和方法，该系统和方法使操作人员能够在除焦过程中远程改变高压液体在钻孔和切割模式之间的流动。钻孔水输送管的第二端28b和切割水输送管的第二端30b相交并在连接器40处结合。炼制操作人员首先通过外部开关44转换开关阀42，以便加压的水流进钻孔水输送管28。然后符号46被激活，指示水正在钻孔水输送管28中，并且系统处于钻孔模式。当操作人员已经完成钻孔之后，然后他或她转换该开关阀42，重新设置该开关阀42，以便加压的水流进切割水输送管30。符号46反映这种变化。
可旋转的整合钻孔和切割钻杆52从连接器40的下部50竖直向下延伸，该钻杆具有第一端52a和第二端52b，并且具有与整合钻孔和切割输送管32类似的尺寸和直径。在所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆52内设置有电机。该电机由上述的外部开关起动。尺寸上的相似性使整合钻孔和切割水输送管32能够与可旋转的整合钻孔和切割钻杆52流体连通。同时，处于两根管(32，52)之间的连接器40防止了该整合钻孔和切割输送管32旋转，并且还使可旋转的整合钻孔和切割钻杆52能够旋转。因此，该连接器40仅仅用来使该整合钻孔和切割输送管32与可旋转的整合钻孔和切割钻杆52连接起来。该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52连接于连接器40的下端50，并且类似地连接于该整合钻孔和切割输送管32。
该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52具有内管34a和外管36a。在可旋转的整合钻孔和切割钻杆52的下端50处具有切割头54，该切割头54具有使加压的水能够通过其中喷射的小孔57，58，并使该加压的水能够将焦碳切割离开焦炭塔12内部。水或者通过连接于切割头54的一个喷嘴或者多个喷嘴57，从切割头54射出以完成钻孔。
称为切割工具的旋转组合钻头的直径通常为约8英寸，该组合钻头具有若干个喷嘴，并且被安装在直径为约6英寸的长空心钻杆的下端。切割头54包括多个喷嘴57，58。该多个喷嘴57，58分成两组。一组喷嘴57使高压液体能够从切割头54喷射以初始钻出通过焦碳筒中的焦碳。第二组喷嘴58垂直于可旋转的整合钻孔和切割钻杆52从切割头54喷射高压液体。因此，从第一组喷嘴57喷射出的水产生初始钻孔，而从第二组喷嘴58喷射的水切去并清除焦碳筒12中剩余的焦碳。
可旋转的整合钻孔和切割钻杆52也可以用开关阀42起动。当开关阀42使加压的水能够流进钻孔水输送管28时，可旋转的整合钻孔和切割钻杆52开始下降进入焦炭塔12。随着钻杆52下降，加压的水进入该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52。通过内管34a流进切割头54的加压水从喷嘴57喷射出并且钻通焦碳。或者在焦炭塔12的底部，或者在可旋转的整合钻孔和切割钻杆52被提升到该焦炭塔12的顶部(容器，但不是容器外面)之后，开关阀42被致动，使加压的水能够流进切割水输送管28。加压的水进入可旋转的整合钻孔和切割钻杆52的外管36a，流过切割头54并且从喷嘴58喷射出，以从焦碳塔12的内部将焦碳连续切开。因此，在完成钻孔之后，致动开关阀42，并且加压的水能够流进切割水输送管30，流进整合钻孔和切割水输送管32的外管36，通过连接器40，进入可旋转的整合钻孔和切割钻杆52，通过位于该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52的底部的切割头54，在这里加压的水从喷嘴58垂直于钻杆52喷射出并切割焦碳。
该系统62作为一个整体能够应用于，或者经修改以适合于，目前的焦碳切割系统。具体说，正如所描述的一样，该系统62能够应用于当前工作的焦碳切割架空吊机架，并用于通常的焦碳切割系统。因此，整个过程由位于第二管24分开成钻孔侧水输送管28和切割侧水输送管30之处的开关阀42起动。该过程由外部开关机构44控制，并且因此，在整个焦碳切割过程中，操作人员能够确定可旋转的整合钻孔和切割钻杆52处于那种模式，钻孔模式或者切割模式。
图8示出当该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52进入焦碳塔56时的放大的视图。该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52可以或者向下钻孔然后向上切割，或者向下钻孔，然后被拉上来，并再次向下切割，该图表示了后一种方式。
实例1本发明涉及一种用于从称为焦炭塔的大型圆柱形容器中除去焦碳——固体碳质残留物的系统。本发明涉及这样一种用于机械改变或检查的系统，该系统使操作人员能够远程起动焦炭塔内的焦碳切割，并且在“钻孔”和“切割”模式之间进行远程转换，同时能够在焦炭塔内可靠地切割焦碳，而无需为了机械改变或检查将切割头54升高到焦炭塔12外。而且，本发明使该操作人员能够在焦碳切割过程中知道在该焦炭塔12内发生的切割模式的状态。因此，本发明提供一种用于在焦炭塔内切割焦碳的系统，该系统具有增加的安全性、效率和便利性。
本发明的一个实施例以使用三通球阀60、连接器40和专用切割头54为特征。在这个优选实施例中，该系统包括充满水或其他液体的切割液体罐18。有一根管子20连接于该罐18并且水从该管子流进高压泵22。在高压泵中水被加压。离开该高压泵22后，该加压的水流进另一根管24中，该管24在第二端24b处分开成两根管28，30。从这个分开形成的两根管28、30的其中之一是钻孔水输送管28，而另一根是切割水输送管30。在本发明的一个实施例中，该输送管被三通球阀60分成两根管。该三通球阀60防止加压的水同时流进两根管中，即钻孔水输送管28和切割水输送管30中。而且，操作人员可以明确看见加压的水处于钻孔水输送管28和切割水输送管30中的哪根管中，因而看见焦炭塔12内的焦碳切割模式的状态。
两根管28和30相互平行地延伸一段距离。在这段距离之后，该两根输送管结合，从而形成整合钻孔和切割水输送管32。这个整合钻孔和切割水输送管32显现为“管中管”。具体说，该钻孔水输送管28变成内管34，而切割水输送管30在外面同心地包围该钻孔水输送管而变成外管36。两根管并不相互流体连通，而是使加压的水能够流过该两根管中的任何一根，而且流入同一个整个装置即切割头54内。由于该开关阀使水只能够流过或者内管，即钻孔水输送管34，或者外管，即切割水输送管36，因而水只分别供给到切割头的钻孔出口喷嘴57或切割出口喷嘴59。
该整合钻孔和切割水输送管32连接于该连接器40，或者该输送管32是该连接器40的一个一体部分。具有与整合钻孔和切割水输送管32类似尺寸和直径的可旋转的整合钻孔和切割钻杆52从该连接器40的下部竖直地向下延伸。这个可旋转的整合钻孔和切割钻杆52的特征是也由外部开关起动的电机。该电机使钻杆能够旋转。尺寸的类似性使整合钻孔和切割水输送管32能够与钻杆52流体地连通。同时，位于两根管之间的连接器40防止整合钻孔和切割水输送管32旋转，还使可旋转的整合钻孔和切割钻杆52能够旋转。该可旋转的整合钻孔和切割钻杆52具有内管和外管。在钻杆的下端52b具有切割头54。该切割头包括喷嘴(57，58)，喷嘴使加压的水能够通过其中喷射，以从焦炭塔内部将焦碳切割开。该钻孔喷嘴57沿着向下的角度喷射高压液体，以产生钻孔，而切割喷嘴58沿着大体上垂直于该钻杆的方向喷射高压流体。
可旋转的整合钻孔和切割钻杆52由远程开关装置起动。在切割头54已经被插入焦炭塔12的顶部之后，加压的液体通过该切割头54的多个喷嘴(57或58)喷射出来，其喷射压力足以从容器12内切割并移动焦碳。起初，当操作人员致动开关阀42时，加压的液体能够流进钻孔水输送管28。随着切割头下降通过该焦碳筒12，加压的液体通过内管34进入该钻杆52，通过连接于该切割头的多个喷嘴57喷射流体，其喷射压力足以从该容器中给焦碳钻孔，这样，利用沿着向下的方向从切割头54喷射高压液体的喷嘴57或多个喷嘴57，通过该焦碳钻孔，。在初始钻孔完成之后，高压液体流被远程转换到连接于切割头54的多个喷嘴58，该高压液体流的压力足以从容器12内切割并除去剩余的焦碳。这种转换通过致动开关阀42、60完成，该开关阀位于远离该焦碳筒12的位置。在本发明的一个实施例中，操作人员通过转动三通球阀60的把手、使杆致动61，远程地将液体流从钻孔喷嘴57转换到切割喷嘴58，该三通球阀位于远离被除焦的容器12的位置。因此，当切割头54已经成功地完成其钻孔行程时，该开关阀42被起动，以使加压的液体能够流进切割水输送管30。该加压液体然后流进钻杆52的外管36，并且从切割头54的切割喷嘴58喷射出来，从而连续地将焦碳从焦炭塔内部切开。随后，在焦炭塔12内剩余的焦碳被切割并从容器12内除去。
因此，整个钻孔和切割过程通过外部开关61起动，该外部开关61起动开关阀42，该开关阀位于该管24分成钻孔水输送管28和切割水输送管30的地方。该过程由外部开关机构61控制，因此在整个焦碳切割过程中，操作人员能够确定该旋转的整合钻孔和切割钻杆处于哪种模式，或者钻孔模式或者切割模式，而不必从焦炭塔12中移出切割头54。
在一些实施例中，开关阀42由中央处理单元或其他装置控制，而不是由操作人员控制。因此，本发明还考虑到开关阀42可以从控制室控制，在控制室中，操作人员利用机械和电气设备遥控整个除焦过程，以远程指挥该除焦过程。
本发明可以用其他特定方式实施，而不会脱离其基本特征的精神实质。所描述的实施例从各个方面应当被看作是说明性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围由权利要求指出，而不是由前面的描述指出。权利要求等同物范围和含义内的所有的变化均被包含在其范围内。
权利要求
1.一种用于从焦化容器中除去焦碳的系统，包括切割头，该切割头具有分成两组的多个喷嘴，一组用于钻孔，一组用于切割，各组均从与另一组分开的管中供应液体。
2.如权利要求1所述的系统，其中还包括多个切割头。
3.如权利要求1所述的系统，其中该切割头由中央处理单元控制。
4.如权利要求1所述的系统，其中还包括开关阀，其中所述开关阀分隔高压液体进入分开的输送管，其中所述输送管包括至少一个用于钻孔的输送管和至少一个用于切割的输送管，且其中所述输送管向切割头供给液体。
5.如权利要求4所述的系统，其中该开关阀是三通式球窝接头。
6.如权利要求4所述的系统，其中还包括一个和多个可视的标记，该标记指示高压液体是否在流动，并指示该高压液体流进哪个输送管。
7.如权利要求4所述的系统，其中所述开关阀由中央处理单元控制。
8.如权利要求4所述的系统，其中所述开关阀和切割头从控制室远程控制。
9.如权利要求4所述的系统，其中所述开关阀由操作人员手动致动。
10.如权利要求1所述的系统，其中还包括整合的钻孔和切割水输送管，该输送管始于所述钻孔水输送管和切割水输送管连接并结合之处。
11.如权利要求1所述的系统，其中还包括具有切割头和电机的可旋转的整合的钻孔和切割钻杆。
12.如权利要求11所述的系统，其中还包括连接器，其中所述连接器将所述整合的钻孔和切割水输送管连接于所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述液体是水。
14.一种用于从焦化容器中除去焦碳的系统，包括切割头，该切割头具有分成两组的多个喷嘴，一组用于钻孔，一组用于切割，每组独立地供应液体；开关阀，其中所述开关阀分隔高压液体进入分开的输送管，其中所述输送管包括至少一个用于钻孔的输送管和至少一个用于切割的输送管，且其中所述输送管向切割头供给液体；整合的钻孔和切割水输送管，该输送管始于所述钻孔水输送管和切割水输送管连接并结合之处；具有切割头和电机的可旋转的整合钻孔和切割钻杆；连接器，其中所述连接器将所述整合的钻孔和切割水输送管连接于所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆。
15.一种用于从焦化容器中除去焦碳的方法，包括从切割头喷射高压液体，该切割头具有分成两组的多个喷嘴，一组用于钻孔，一组用于切割，每组独立地供应液体。
16.如权利要求15所述的方法，还包括多个切割头。
17.如权利要求15所述的方法，其中该切割头由中央处理单元控制。
18.如权利要求15所述的方法，其中还包括用开关阀分隔高压液体进入分开的输送管的步骤，其中所述输送管包括至少一个用于钻孔的输送管和至少一个用于切割的输送管，且其中所述输送管向切割头供给液体。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述开关阀是三通式球窝接头。
20.如权利要求18所述的方法，其中还包括一个或多个可视的标记，该标记指示高压液体是否在流动，并指示该高压液体流进哪个输送管。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述开关阀由中央处理单元控制。
22.如权利要求18所述的方法，其中所述开关阀和切割头从控制室远程控制。
23.如权利要求18所述的方法，其中该开关阀由操作人员手动致动。
24.如权利要求15所述的方法，其中还包括能够使高压液体流进整合的钻孔和切割水输送管中的步骤，该输送管始于所述钻孔水输送管和切割水输送管连接并结合之处。
25.如权利要求15所述的方法，其中还包括能够使高压液体流进具有切割头和电机的可旋转的整合钻孔和切割钻杆中的步骤。
26.如权利要求25所述的方法，其中还包括能够使高压液体流进连接器中的步骤，其中所述连接器将所述整合的钻孔和切割水输送管连接于所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆。
27.如权利要求15所述的方法，其中所述液体是水。
28.一种用于从焦化容器中除去焦碳的方法，包括如下步骤对液体加压；经由开关阀，使所述加压的液体能够交替地进入钻孔水输送管和切割水输送管；使所述钻孔水输送管和所述切割水输送管能够可连接地形成具有内管和外管的、整合钻孔和所述切割水输送管；将所述整合的钻孔和切割水输送管连接于连接器的上端，该连接器还具有下端；将具有内管和外管的、可旋转的整合钻孔和切割钻杆连接于所述连接器的下端；降低所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆进入包含焦碳的焦炭塔内；切换所述开关阀，以使所述加压液体能够进入所述钻孔水输送管，然后进入所述整合钻孔和切割水输送管的所述内管，通过所述连接器，并最终进入所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆的所述内管，到达切割头；从切割头上专用于钻孔的喷嘴喷射高压液体，以开始钻出贯通所述焦碳的钻孔，其中所述切割头包括分成两组的多个喷嘴，一组用于钻孔，一组用于切割，每组单独地供应液体；切换所述开关阀，以使所述加压液体能够进入所述切割水输送管，然后进入所述整合钻孔和所述切割水输送管的外管，通过所述连接器，进入所述可旋转的整合钻孔和切割钻杆的所述外管，并最终通过所述切割头；从切割头上专用于切割焦碳的喷嘴喷射高压液体，以开始切割所述焦化容器内的所述焦碳，其中所述切割头包括分成两组的多个喷嘴，一组用于钻孔，一组用于切割，每组单独地供应液体；当所述加压液体处于所述钻孔水输送管中和当所述加压液体处于所述切割水输送管中时，用符号向操作人员表示分别处于所述钻孔模式或者切割模式。
全文摘要
本发明提供一种除焦系统，其不仅能够使操作人员远程地将焦炭切割工艺从钻孔模式转换到切割模式而无需将钻杆从焦炭塔内移出，而且能够远程确定钻杆的模式，使得效率、安全性和方便性均不受影响。
文档编号C10B33/00GK1997807SQ200480042813
公开日2007年7月11日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年4月22日
发明者鲁宾·F·拉 申请人:科蒂斯-赖特流体控制公司