Опускные трубы и клапаны

В каждом из двух сосудов расщепления катализатора в псевдоожиженном слое, опускные трубы являются средством, используемым для возврата частиц катализатора, собранных в циклонах, обратно в псевдоожиженный слой.В каждом из двух сосудов расщепления катализатора в псевдоожиженном слое, опускные трубы являются средством, используемым для возврата частиц катализатора, собранных в циклонах, обратно в псевдоожиженный слой. Это можно увидеть на рис. 1, который показывает схему крекинга катализатора в псевдоожиженном слое сырой нефти. В сосуде регенератора имеется две ступени циклонов, а в реакторном сосуде имеется одна ступень колонных циклонов и одна ступень циклонов высшей части. Ни на одной из опускных труб не имеется никакого устройства для разгрузки собранного катализатора, однако в эксплуатационной установке каждая опускная труба разгружается в дефлектор или через клапан.

Основная работа циклона
Перед продолжением нашей дискуссии об опускных трубах и клапанах кажется правильным посмотреть и объяснить, как его работа сопрягается с опускными трубами. Рис.2 показывает вид участка циклона по вертикали и трехмерный рисунок циклона с удаленной частью кожуха. На этом виде показаны три типа потоков газа в циклоне. Входящий газ продвигается по спирали вниз по стенке циклона. Существующие газы поднимаются вверх к центру циклона и выходят через выход чистого газа. Третий тип газового потока – это передача газов из нижнего потока газа к верхнему потоку газа по всей линии сопряжения этих двух потоков. Завершение возврата потока газа происходит под выходом конуса.

Поток собранного катализатора в нижней части циклона показан на рис. 3. После осаждения катализатора при помощи центростремительных сил на верхней стенке циклона, газы, спиралевидно двигающиеся вниз, продвигают частицы вниз по стенке циклона и через выход конуса. Обратите внимание на то, что и газы, и катализатор должны пройти через выход конуса циклона. Если величина потока собранного катализатора слишком высока, образуется недостаточное пространство для прохода двух потоков газа. Когда это происходит, некоторые собранные частицы захватываются вторично в поднимающемся газовом потоке и выносятся из циклона. Было обнаружено, что, когда вес частиц катализатора, входящих в циклон, разделенный на площадь поперечного сечения выхода конуса превосходит 80 фунтов/квадратных футосекунд (390 кгс/м² - сек.) начинается вторичный захват частиц. Эта величина потока составляет около половины максимальной величины потока 150 фунтов/квадратных футосекунд(735 кгс/м² - сек), которая была рекомендована дляопускной трубы. Причина этого в том, что в запроектированном надлежащим образом циклоне, потоки газа не входят в опускные трубы. Возможно вы читали статьи, в которых автор говорит, что им были рассчитаны и испытаны в лабораторных условиях потоки массы газа более, чем 975 кгс/м² - сек, проходящие через опускные трубы большого диаметра. Можно согласиться, что такие величины потока возможны при управляемых условиях. Однако, во время процесса крекинга катализатора в рабочих условиях, подача катализатора, входящего в циклон не постоянна. На основании данных из многих эксплуатационных установок, было обнаружено, что наша рекомендуемая максимальная величина массы потока компенсирует такие колебания. Когда, ввиду увеличенного количества пропускаемого материала или из-за ошибки в первоначальной конструкции системы, масса потока катализатора, требуемая для прохода через конус циклона первой ступени или колонну циклона, превышает 390 кгс/м² - сек., эта проблема может быть относительно разрешена путем усечения конуса на подъеме его высоты, как это показано на рис.4 Эффективность такого действия была замечена в некоторых эксплуатационных установках.

Причины для установки циклонах опускных труб
Ранее было отмечено, что опускные трубы циклонов являются средством, используемым для возврата собранного катализатора в псевдоожиженный слой на дне сосуда. Опускные трубы также являются средством для обеспечения герметизации барометрического типа, которая предохраняет или снижает до минимума утечку газа через выпуск циклона для твердых частиц. Утечка через выпуск для твердых частиц приведет к вторичному захвату собранных частиц катализатора и выносу их из циклона вместе с существующими газами. Три основные формулы, используемые для расчета среднего перепада давления через циклонную систему, показаны на рис. 5. Эти формулы используются для расчета:

• перепада давления в виду ускорения газа на вводе циклона первой ступени
• перепада давления от ввода циклона к выводу газа циклона
• перепада давления от ввода циклона к верху опускной трубы циклона

Здесь необходимо отметить два обстоятельства. Первое, невозможно рассчитать потери при ускорении в циклонах, принимающих газ и катализатор непосредственно из колонны. Второе, перепады давления от ввода циклона к выходу жидкого газа, и от вывода циклона к верху опускной трубы редко бывают одинаковыми. Кроме того изменение любой характеристики циклона, как например, диаметра выходной трубки газа циклона, будут иметь не одно и то же воздействие на эти два перепада давления.

Расчеты, используемые для определения уровня катализатора в опускной трубе, показаны на рис. 6. Как только будет рассчитан прием бункера, другими данными, необходимыми для определения уровня катализатора в опускной трубе будут - длина оускной трубы, погруженной в слой, плотность псевдоожиженного катализатора в слое и плотность псевдоожиженного катализатора в опускной трубе. Большинство псевдоожиженных слоев имеют плотности от 400 до 560 кг/м³. В виду высокой массы потока в опускной трубе первой ступени, можно пользоваться плотностью в опускной трубе равной 480 кг/м³ или максимальной плотностью вслоя в самом неподвижном псевдоожиженном слое. Если опускная труба первой ступени не погружена в слой, предлагаемая для использования плотность будет 400 кг/м³. В случае опускной трубы первой ступени, обычно используется плотность от 320 до 350 кг/м³ при проектировании новой циклонной системы, а при расчете способности существующей системы работать с более высокой пропускной способностью, плотность составит 400 кг/м³. В экстремальных случаях обнаружено, что для конструкции заменяющей циклонной системы необходимо использовать в опускной трубе циклона второй ступени плотность 400 кг/м³.

Уровень катализатора над слоем в опускной трубе, погруженной в слой состоит из суммы:

• Любой разницы в уровнях между плотностями другого слоя и слоя опускной трубы
• Перепад давления от сосуда к верху опускной трубы скорректорован с учетом разницы между плотностью воды и слоя в опускной трубе.

Уровень катализатора над выпуском клапана в опускной трубе, которая не погружена в слой катализатора, будет равен только величине перепада давления из сосуда к верху опускной трубы, скоректированной с учетом разницы между плотностью воды и плотностью слоя внутри опускной трубы.

Циклонная система реактора
Сосуд типичного реактора (разгрузчика катализатора) с колонной, разгружающей вниз и двухступенчатым комплектом циклонов, где опускная труба каждого из них разгружается через клапан с противовесом, расположенный над слоем, показан на рис. 7. От 75 до 85 процентов катализатора отделяется из газов при разгрузке отпарной зоны. Циклон первой ступени собирает 99,9 +% от количества входящего катализатора. Таким образом остается очень небольшое количество катализатора в газах, идущих к циклону второй ступени. Однако, перепад давления от сосуда к верху опускной трубы второй ступени составит около 1,4 м по водяному манометру, прежде всего из-за высокой плотности углеводородных испарений.

Циклонные системы реактора этого типа обычно не дают ожидаемого КПД. Главной причиной этого можно предположить утечку газа через клапаны опускной трубы второй ступени. Такая утечка не только вторично не захватывает часть собранного катализатора, но даже приносит катализатор из сосуда еще. Когда вместо клапанов с противовесом были использованы запорные (с регулированием расхода) вентили, утечка газа увеличивалась. Когда опускные трубы с запорными (с регулированием расхода) вентилями были удлинены с тем, чтобы они были погружены в псевдоожиженный слой над ректификатором, утечка газа уменьшалась до уровня, подобного утечке через непогруженные клапаны с противовесом.

Клапаны с противовесом для опускных труб
На чертеже L-2043 показаны подробные узлы и габариты клапанов с противовесом для опускных труб. Клапаны с противовесом – это единственные клапаны, в которых по установившейся практике полагается усиливать запорные тарелки сеткой с 6-угольными ячейками и футеровкой. Эти клапаны рекомендуются в случаях, когда опускные трубы редко или никогда не бывают погружены в слой катализатора. Они были использованы в опускных трубах, которые были обычно погружены в слой катализатора, но не всегда успешно. Основная причина для использования клапанов с противовесом, это, когда опускные трубы не погружены в слой катализатора в горизонтальном уплотнении клапана. Катализатор стремится полностью закрыть запорную тарелку и в некоторой степени разгрузиться по всему периметру седла клапана. Этот выходящий поток катализатора имеет тенденцию сопротивляться внутренней утечке газов.

На рис. 7 показаны козырьки из защитных листов над противовесом клапана. Кждый раз, когда катализатор входит в сосуд над клапанами с противовесом, рычаги противовеса должны быть защищены этими козырьками с целью предотвращения падения катализатора и помех работы клапанов.

Незащищенные козырьками запорные клапаны опускных труб
Если отдается предпочтение опускным трубам реактора циклона, погруженным в слой катализатора над ректификатором, тогда на опускных трубах должны использоваться не защищенные козырьками запорные (с регулированием расхода) клапаны. Эти клапаны показаны на чертеже 3L-3823. Поскольку скорости газа в псевдоожиженном слое над ректификатором низки, обычно ниже 0,3 м/сек., нет необходимости в козырьках для защиты клапанов от турбулентного течения в слое. Главной задачей, когда опускные трубы циклона реактора погружены в слой над ректификатором, является то, чтобы слой был достаточно псевдоожижен, с тем, чтобы клапаны работали и поток катализатора выходил бы из опускных труб.

Если циклонная система реактора подобна показанной на рис. 7, в таком случае верхняя половина уплотнения клапана каждой второй ступени должна быть загерметизирована тарелкой, которая установлена заподлицо или слегка вдвинута под край уплотнения.

Другие опускные трубы, на которых иногда используются клапаны без защитных козырьков являются опускными трубами циклона регенератора первой ступени. Использование клапанов на этих опускных трубах помогает снизить потери катализатора во время запуска и остановки, когда опускные трубы не погружены в слой. Во время обычной эксплуатации, не целесообразно использование клапана опускной трубы в месте установки более обычного устройства для разгрузки собранного катализатора опускной трубы первой ступени, как дефлектор.

Дефлекторы
Один тип дефлектора показан на чертеже L-2394. Два других, часто используемых типа дефлекторов, плоские горизонтальные тарелки и конические тарелки (иногда называемые «широкополыми шляпами»). Каждая из таких тарелок поддерживается из опускной трубы 3-мя или 4-мя полосами. Наклонные дефлекторы позволяют поддержтвать горизонтальную циркуляцию в слое. Иными словами, любая из конструкций дефлекторов выше выполняет основную цель дефлектора, отклонение любых больших пузырей газа от выхода опускной трубы. Наклонные дефлекторы также используются на некоторых опускных трубах колонных циклоннов для направления катализатора для разгрузки в ректификатор.

Частично защищенные козырьками запорные клапаны опускных труб
циклона второй ступени регенератора. Это обычно частично защищенные козырьками запорные (с регулированием расхода) клапаны. Имеется две конструкции частично защищенных козырьками запорных с регулированием расхода) клапанов, одна, когда нижний защитный лист с одним заделанным концом, и другая, когда нижний защитный лист поддерживается с двух концов. В конструкции с заделанным концом нижний защитный лист может быть плоским или угольным листом, как это показано на рис.8 Конструкции с защитным листом, поддерживаемым с обоих концов показана на череже 3L-3822. Эта конструкция была разработана, когда было обнаружено, что защитные козырьки с заделанным концом закручивались вокруг запорных тарелок, таким образом, мешая работе клапанов. Затем было обнаружено, что на изрядном количестве клапанов с защитными козырьками с заделанным концом, клетки над запорными тарелками выпадают во время эксплуатации. После проверки было обнаружено, что эти падения происходили в зонах воздействия усиленного тепла в сварных соединениях, которые проходили как раз возле прутков поддерживающих клетки.

В виду этого, во избежание каких-либо кольцевых сварочных швов, были сконструированы клапаны с защитными козырьками, поддерживаемые с двух концов. За исключением этих двух проблем, запорные (с регулируемым расходом) клапаны с частичной защитой листами, доказали свою эффективность в предотвращении подъема газовых пузырей и создавания помех в циркуляции нормального горизонтального слоя для разгрузки катализатора из опускных труб второй ступени. Запорные клапаны с частичной защитой листами, часто были использованы на некоторых опускных трубах второй ступени в регенераторах и на некторых опускных трубах циклонов реактора вместо запорных клапанов без защитных козырьков.

Полностью защищенные козырьками запорные клапаны опускных труб
Последний тип клапана опускной трубы, предлагаемый большинством поставщиков циклонов – это полностью защищенный козырьками запорный (с регулируемым расходом) клапан, представленный на чертеже 3L-4388. Защитные листы круглой или квадратной формы полностью опоясывают клапан, за исключением нижней части запорной тарелки. Такой тип используется редко, но он является единственным полезным решением проблемы, когда катализатор из линии возврата использованного катализатора или катализатор из отпарной зоны непосредственно ударяется о клапан опускной трубы.

Загрузите для распечатки файл
Опускные трубы и клапаны < PDF - 552 KБ >