SISTEMAS Y METODOS PARA DETERMINAR Y CAMBIAR LOS MODOS DE CORTE DE FORMA REMOTA DURANTE LA DESCOQUIZACION.

Un aparato para eliminar el coque de un recipiente (56) de coquización que comprende un cabezal de corte (54) con una pluralidad de boquillas separadas en dos grupos,

un grupo (57) para perforar y uno (58) para cortar; un tubo (28) conectado hidráulicamente a las boquillas de perfora- ción; un tubo (30) conectado hidráulicamente a las boquillas de corte (57) y una válvula de conmutación (42), caracteri- zado porque la válvula de conmutación (42) comprende una junta de bola (60) de tres vías e impide el flujo simultáneo de fluido a alta presión tanto al tubo (28) conectado hidráulicamente a las boquillas de perforación (57) como al tubo (30) conectado hidráulicamente a las boquillas de corte (58), y permite el fluido a alta presión bien al tubo (28) conectado hidráulicamente a las boquillas de perforación (57), o bien al tubo (30) conectado hidráulicamente a las boquillas de corte (58), o termina el flujo de fluido a am- bos tubos (28, 30), de tal modo que el fluido a alta presión puede ser eyectado bien desde las boquillas de perforación (57) o bien desde las boquillas de corte (58), pero no desde ambas boquillas de corte y perforación (57, 58) al mismo tiempo, y en el que el aparato comprende, un tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados, un vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados que puede girar y una unión (40), comprendiendo dicha vásta- go de taladrado (52) de perforación y corte integrados dicho cabezal de corte (54) y un motor y en el que dicha unión (40) conecta dicho tubo (32) de perforación y suministro de agua integrados a dicha vástago de taladrado giratoria (52) de perforación y corte integrados en el que dicha unión (40) impide que el tubo (32) de perforación y suministro de agua integrados gire y permite aún que el vástago de taladrado giratorio (52) de perforación y corte integrados gire, y en el que: el tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados comienza donde dicho tubo (28) de suministro de agua de perforación y dicho tubo (30) de suministro de agua de corte se conectan e integran y en el que los tubos (28, 30) son concéntricos durante al menos parte del re- corrido del tubo integrado a la unión (40) estando un tubo alojado en el otro, y el vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados comprende dicho tubo (28) de suministro de agua de perforación y dicho tubo (30) de suministro de agua de corte que son concéntricos y se extienden desde la unión (40) al cabezal de corte (54), y en el que dicha válvula de conmutación (42) está situada distante del cabezal de corte (54)

1. Campo del Invento

El presente invento se refiere a un sistema para eliminar o retirar el residuo sólido carbonáceo (en lo que sigue denominado “coque”) de grandes recipientes cilíndricos llamados tambores de coque. Este proceso de eliminación es a menudo denominado como “descoquización”. Más particularmente, el presente invento se refiere a un sistema que permite que un operario active a distancia o de modo remoto el corte de coque dentro de un tambor de coque y al mismo tiempo, indica al operario el estado de los modos de corte que tienen lugar dentro del tambor de coque durante el proceso del corte de coque. Por tanto, el presente invento proporciona un sistema para cortar coque dentro de un tambor de coque con seguridad, eficiencia y conveniencia incrementadas.

2. Antecedentes

Las operaciones de refino del petróleo en las que el crudo es tratado para producir gasolina, combustible diesel, lubricantes y así sucesivamente, produce frecuentemente aceites residuales. El aceite residual, cuando es tratado en una unidad de coquización retardada es calentado en un horno a una temperatura suficiente para causar la destilación destructiva en la que una parte sustancial del aceite residual es convertida, o “craqueada” en productos de hidrocarburo utilizables y el resto produce coque de petróleo, un material compuesto en su mayor parte de carbón. Muchas refinerías de petróleo recuperan productos válidos de los hidrocarburos residuales pesados, que permanecen después del coquificado retrasado.

Generalmente, el proceso de coquización retardada implica calentar la alimentación de hidrocarburo pesado desde una unidad de fraccionamiento, bombear a continuación el producto pesado calentado alimentado a un gran recipiente de acero comúnmente conocido como un tambor de coque. La parte no vaporizada del producto pesado calentado alimentado se sedimenta en el tambor de coque, donde el efecto combinado de tiempo de retención y temperatura provoca la formación de coque. Los vapores de la parte superior del recipiente de

coque son devueltos a la base de la unidad de fraccionamiento para tratamiento adicional a productos de hidrocarburos ligeros deseados. Las condiciones operativas de la coquización retardada pueden ser muy severas. Las presiones operativas normales en los tambores de coque oscilan típicamente desde 1,75 a 3,5 bares. Adicionalmente, la temperatura de entrada de la alimentación de pesados puede variar entre 450º C – 550º C.

El tamaño y forma estructural del tambor de coque varían considerablemente de una instalación a otra. Sin embargo, el tambor de coque típico es un recipiente metálico grande, erecto, cilíndrico comúnmente de 27 – 30 metros de altura, y de 6 – 9 metros de diámetro. Los tambores de coque tienen un cabezal superior y una parte inferior en forma de embudo provista con un cabezal inferior. Los tambores de coque están usualmente presentes a pares de modo que pueden ser hechos funcionar alternativamente. El coque se sedimenta y se acumula en un recipiente hasta que es llenado, en cuyo instante el suministro calentado es cambiado al tambor de coque vacío alternativo. Mientras un tambor de coque está siendo llenado con aceite residual calentado, el otro recipiente está siendo enfriado y purgado de coque.

La eliminación del coque, también conocida como descoquización, comienza con una operación de enfriamiento rápido en la que el vapor y luego el agua son introducidos en el recipiente llenado con coque para completar la recuperación de hidrocarburos ligeros, volátiles y enfriar la masa de coque. Después de que se haya llenado un tambor de coque, vaciado y luego enfriado rápidamente de modo que el coque esté en un estado sólido y la temperatura ha sido reducida a un nivel razonable, el agua enfriada rápidamente es drenada del tambor a través de tubos para permitir el descabezado seguro del tambor. El tambor es a continuación ventilado a presión atmosférica cuando la abertura inferior es descabezada, para permitir la eliminación del coque. Una vez que se ha completado el descabezado, el coque del tambor es cortado del tambor por chorros de agua a alta presión.

La descoquización es conseguida en la mayor parte de las fábricas o instalaciones utilizando un sistema hidráulico comprendido de un vástago de taladrado y una broca que dirige chorros de agua a presión elevada (180 – 250 bares) al lecho de coque. Una combinación de broca giratoria, denominada como la herramienta de corte, es típicamente de aproximadamente 50 cm de diámetro con varias boquillas, y está montada sobre el extremo inferior de un largo vástago de taladrado hueco de aproximadamente 15 cm de diámetro. La broca es bajada al recipiente, sobre el vástago de taladrado a través de una abertura con pestaña en la parte superior del recipiente. Una “perforación” es taladrada a través del coque usando las boquillas, que expulsan agua a alta presión en un ángulo descendente de aproximadamente sesenta grados desde la horizontal. Esto crea una perforación piloto, de aproximadamente 1 a 3 metros de diámetro, para que el coque caiga a su través.

Después de que se haya completado la perforación, la broca es a continuación cambiada mecánicamente al menos a dos boquillas horizontales en preparación para cortar el agujero “cortado”, que se extiende al diámetro del tambor completo. Una broca de este tipo está descrita en el documento US 4.611.613. En el modo de corte las boquillas disparan chorros de agua horizontalmente hacia fuera, girando lentamente con el vástago de taladrado, y estos chorros cortan el coque en piezas, que caerán de la parte inferior abierta del recipiente, a una tolva que dirige el coque a un área de recepción. En todos los sistemas empleados el vástago de taladrado es a continuación retirado de la abertura con pestaña en la parte superior del recipiente. Finalmente, la parte superior e inferior del recipiente son cerradas reemplazando las unidades de cabezal, pestañas u otros dispositivos de cierre empleados en la unidad del recipiente. El recipiente es a continuación limpiado y queda listo para el siguiente ciclo de llenado con la alimentación de hidrocarburos pesados.

En el sistema típico de corte del coque, después de

haber hecho la perforación, el vástago de taladrado debe ser retirado del tambor de coque y repuesto al modo de corte. Esto requiere tiempo, es inconveniente y potencialmente peligroso. En sistemas menos típicos los modos son conmutados automáticamente. La conmutación automática dentro del tambor de coque a menudo da como resultado el atascamiento del vástago de taladrado, que requiere aún que el vástago de taladrado sea retirado para su limpieza antes de completar el proceso de corte del coque. A menudo, en sistemas de conmutación automática, es difícil determinar si el vástago de taladrado está o no en el modo de corte o de perforación, debido a que toda la conmutación tiene lugar dentro del tambor. Errores en la identificación sobre si el agua a alta presión está cortando o perforando conducen a serios accidentes. Así, la eficiencia de corte del coque es comprometida debido a que el operario que cambia no sabe si el proceso de corte ha sido completado o solamente se ha atascado.

La descoquización es un trabajo peligroso. Ocurren accidentes serios cada año en relación con operaciones de corte del coque. El Informe de la OSHA titulado Peligros de Operaciones de la Unidad de Descoquización Retardada (DCU), encontrado en http://www.osha.gov/dts/shib/shib082903c.html (29 de Agosto de 2003) detalla varios riesgos de seguridad asociados con la descoquización. El informe de la OSHA describe algunos de los riesgos más frecuentes y severos. El informe de la OSHA describe que si el sistema de corte del coque no es interrumpido antes de que el vástago de taladrado sea levantado de la abertura del tambor superior, los operarios están expuestos al chorro de agua a alta presión y ocurren serios daños, incluyendo la pérdida de miembros. Id. Adicionalmente, el informe añade que neblinas y vapores fugitivos del corte y el agua de enfriamiento rápido contiene contaminantes que plantean un riesgo para la salud. Id. Además, la manguera de agua ocasionalmente produce ráfagas mientras está bajo presión elevada, dando como resultado una acción de flagelación que puede dañar seriamente a los trabajadores próximos. Alternativamente, el cable que soporta el vástago

de taladrado y la manguera de agua podría fallar, permitiendo que el vástago de taladrado, la manguera de agua, y el cable caigan sobre...

1. Un aparato para eliminar el coque de un recipiente

(56) de coquización que comprende un cabezal de corte (54) con una pluralidad de boquillas separadas en dos grupos, un grupo (57) para perforar y uno (58) para cortar; un tubo

(28) conectado hidráulicamente a las boquillas de perforación; un tubo (30) conectado hidráulicamente a las boquillas de corte (57) y una válvula de conmutación (42), caracterizado porque la válvula de conmutación (42) comprende una junta de bola (60) de tres vías e impide el flujo simultáneo de fluido a alta presión tanto al tubo (28) conectado hidráulicamente a las boquillas de perforación (57) como al tubo (30) conectado hidráulicamente a las boquillas de corte (58), y permite el fluido a alta presión bien al tubo (28) conectado hidráulicamente a las boquillas de perforación (57), o bien al tubo (30) conectado hidráulicamente a las boquillas de corte (58), o termina el flujo de fluido a ambos tubos (28, 30), de tal modo que el fluido a alta presión puede ser eyectado bien desde las boquillas de perforación

(57) o bien desde las boquillas de corte (58), pero no desde ambas boquillas de corte y perforación (57, 58) al mismo tiempo, y en el que el aparato comprende, un tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados, un vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados que puede girar y una unión (40), comprendiendo dicha vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados dicho cabezal de corte (54) y un motor y en el que dicha unión

(40) conecta dicho tubo (32) de perforación y suministro de agua integrados a dicha vástago de taladrado giratoria (52) de perforación y corte integrados en el que dicha unión (40) impide que el tubo (32) de perforación y suministro de agua integrados gire y permite aún que el vástago de taladrado giratorio (52) de perforación y corte integrados gire, y en el que: el tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados comienza donde dicho tubo (28) de suministro de agua de perforación y dicho tubo (30) de suministro de agua de corte se conectan e integran y en el que los tu

bos (28, 30) son concéntricos durante al menos parte del recorrido del tubo integrado a la unión (40) estando un tubo alojado en el otro, y el vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados comprende dicho tubo (28) de suministro de agua de perforación y dicho tubo (30) de suministro de agua de corte que son concéntricos y se extienden desde la unión (40) al cabezal de corte (54), y en el que dicha válvula de conmutación (42) está situada distante del cabezal de corte (54).

2. Un aparato según la reivindicación 1, en el que las dimensiones y diámetros del tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados son los mismos que las dimensiones y diámetros del vástago de taladrado (52) de perforación y corte con agua.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o 2, en el que el motor está situado dentro de dicha vástago de taladrado giratorio (52) de perforación y corte integrados.

4. Un aparato según la reivindicación 1, que comprenden múltiples cabezales de corte (54).

5. Un aparato según la reivindicación 1, que incluye una unidad de tratamiento central para controlar el cabezal de corte.

6. Un aparato según cualquier reivindicación precedente, que comprende además uno o más marcadores visuales (46) que indican si el fluido a alta presión está fluyendo, y a qué tubo (28, 30) está fluyendo el fluido.

7. Un aparato según cualquier reivindicación precedente, que incluye una unidad de tratamiento central para controlar la válvula de conmutación.

8. Un aparato según cualquier reivindicación precedente, en el que dicha válvula de conmutación (42) y el cabezal de corte (54) están controlados a distancia desde una sala de control.

9. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la válvula de conmutación (42) está adaptada para ser accionada manualmente por un operario.

10. Un aparato según cualquier reivindicación preceden

te, que incluye un depósito (18) de fluido a alta presión, y tubos que conectan el depósito (18) al cabezal de corte, en el que la válvula de conmutación (42) tiene una única entrada (68) que comunica con el depósito (18), y dos salidas, una (69a) que comunica con las boquillas de perforación del cabezal de corte y la otra (69b) que comunica con las boquillas de corte.

11. Un método para eliminar coque de un recipiente de coquización eyectando fluidos a alta presión desde un cabezal de corte (54) con una pluralidad de boquillas (57, 58) separadas en dos grupos, un grupo para perforar y uno para cortar, alimentando de forma independiente cada grupo de boquillas (57, 58) con fluido a través de al menos un tubo

(28) de suministro para perforar y al menos un tubo (30) de suministro separado para cortar con una válvula de conmutación (42) que comprende una junta de bola (60) de tres vías situada distante del cabezal de corte (54) para conmutar entre los tubos de suministro (28, 30), en el que el fluido a alta presión es alimentado en primer lugar a las boquillas de perforación (57), la alimentación a las boquillas de perforación (57) es detenida y a continuación el fluido a alta presión es alimentado a las boquillas de corte (58) y en el que un tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados comienza donde dicho tubo (28) de suministro de agua de perforación y dicho tubo (30) de suministro de agua de corte se conectan e integran y en el que los tubos (28, 30) son concéntricos durante al menos parte del recorrido del tubo integrado a una unión (40) estando alojado un tubo en el otro, y en el que un vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados comprende dicho cabezal de corte (54) y un motor y en el que dicho vástago de taladrado

(52) de perforación y corte integrados puede girar mediante dicho motor y en el que el vástago de taladrado (52) de perforación y corte integrados comprende dicho tubo (28) de suministro de agua de perforación y dicho tubo (30) de suministro de agua de corte que son concéntricos y se extienden desde la unión (40) al cabezal de corte (54), y en el que la

unión (40) conecta dicho tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte integrados a dicha vástago de taladrado giratorio (52) de perforación y corte integrados en el que dicha unión (40) impide que el tubo (32) de suministro de agua de perforación y corte gire y aún permita que el vástago de taladrado giratorio (52) de perforación y corte integrados gire.

12. Un método según la reivindicación 11, en el que el

cabezal de corte está controlado por una unidad de trata10 miento central.

13. Un método según la reivindicación 11 o 12, en el que dicha válvula de conmutación es controlada por una unidad de tratamiento central.

14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que dicha válvula de conmutación y cabezal de corte son controlados a distancia desde una sala de control.

15. Un método según la reivindicación 11, en el que la válvula de conmutación es accionada manualmente por un operario.