專利名稱：煉油或石化工藝過程中用機械方法降低工藝塔中內壓的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及煉油或石化工藝過程中用機械方法降低工藝塔中內壓的裝置和方法。 具體來說，本發明涉及煉油或石化工藝過程中用機械方法降低工藝塔中內壓的裝置和方 法，其中，當工藝塔中內壓增加或超過預定水平時，熱源的供應就被阻塞，由此，工藝塔中內 壓保持在預定水平或低于預定水平，因此降低了廢氣煙囪(flare stack)的容量。
背景技術：
一般來說，在煉油和石化工廠中，基本上必須安裝廢氣煙囪。廢氣煙囪是這樣一種 裝置，其自動地將來自工藝塔中的氣體釋放到大氣中，并在工藝塔中內壓由于電力中斷或 火災造成冷卻水中斷引起異常地增高時，將氣體燒掉以防止工藝塔爆炸。在傳統系統中，使用安全閥將氣體從工藝塔中排放到大氣。具體來說，當工藝塔中 內壓超過安全閥設定壓力時，安全閥就打開，讓氣體排放到大氣中，因此，降低工藝塔中內 壓，由此防止塔發生爆炸。通過安全閥的操作從工藝塔中釋放出來的氣體被收集到集管內，并通過密封箱和 分離箱，以分離和除去液體薄霧，由此，將燒過的氣體排放到大氣中。然而，在某種情形下，由于建造更多生產設備或更換設備以提高傳統裝備的產量， 使得排出氣體量繼續增加，氣體量可能超過僅使用上述安全閥而不使用附加裝置的廢氣煙 囪的設計容量。為了解決這個問題，就要附加地設置另一個廢氣煙囪。還有，在新建廠的情形中， 就要設法將排放本身降到低的水平，因此，減少廢氣煙囪的投資成本。因此，作為其替代方案提出的是一安全儀表系統(SIS)。SIS在國內和國外是典型 的，并可在市場上購得。該SIS使用諸如計算機那樣的電氣系統來控制過程的狀態。美國 專利No. 7，289，861揭示了使用SIS來控制工藝裝置的系統。SIS已經被用來降低工藝塔中的內壓，使運行壓力設定在等于或小于安全閥設定 壓力的水平，因此，工藝塔中內壓在安全閥運行之前預先已經降低，于是，降低了排放到廢 氣煙囪的氣體量，由此，達到降低廢氣煙囪處理容量的目的。SIS包括壓力探測系統、TMR(三重模式冗余)控制器以及緊急關閉閥系統。圖1 示意地示出使用SIS的過程。參照圖1，SIS適用于這樣的過程，其中，工藝塔中加熱材料的輕的氣體通過工藝 塔上部排出，在冷凝器中液化，然后傳送到容器內，而其重的組分通過工藝塔下部排出。在正常運行狀態中，因為壓力維持在風險水平或低于該水平，因此，不需要運行安全閥或SIS。然而，在發生異常情況的某些情形中，例如，電力或冷卻水的供應中斷，由于諸如 蒸汽那樣的熱源連續不斷地供應到工藝塔內，而且停止了冷凝器的運行，熱量就可能積聚 在裝置內，這樣就不理想地增大了工藝塔的內壓。在此情形中，SIS從位于工藝塔上部的壓力探測系統將模擬信號發送到TMR控制 器。當工藝塔中內壓達到預設壓力時，TMR控制器將信號發送到緊急關閉閥，因此關閉該關 閉閥。因此，裝置的壓力被預設到等于或低于安全閥運行壓力的水平，由此，減少不必要 的廢氣燃燒。由于減少了如此不必要的廢氣燃燒，就可避免增加廢氣煙囪容量的額外需求， 因此達到成本節約效果和簡化裝置的設計。盡管SIS需要的投資比傳統方法要低，但由于要購買裝置，就需要設備投資。此 外，為了證明該系統的合適性獲得權力部門的認可，應給出相當于安全閥的可靠性。然而， SIS由于使用了電信號其不具有高的可靠性。還有，因為使用SIS十個裝置中有一個存在失 效的幾率，所以，這些排放氣體量中的最大量被看作是排放掉了。考慮到如此的排放量，應 設定廢氣煙囪的容量。于是，使用Sis的減少排放效果降低了。這是因為關閉閥是使用電 信號進行控制的，所以，不理想地造成諸多問題，其中，SIS的可靠性不能達到使用機械信號 的安全閥的可靠性。
發明內容
轉到本發明，本發明人為了解決現有技術中遇到的各種問題，進行了深入和徹底 的研究，結果發現，當煉油或石化過程中的工藝塔中內壓增大或超過預定水平時，這樣的壓 力升高可被檢測到，因此可用機械方法阻塞輸往再沸騰器的熱源供應，由此，大大地降低廢 氣煙囪處理容量，并達到可靠性相當于或高于安全閥的可靠性。因此，本發明旨在提供一種用機械方法降低壓力的裝置，其包括用來操作緊急關 閉閥的安全中繼閥，該閥能用機械方法阻塞煉油或石化過程中的熱源供應。本發明還旨在提供一種方法，該方法使用上述裝置有效地降低煉油或石化過程中 工藝塔的內壓。本發明的一個方面提供一種用機械方法來降低煉油或石化過程中的工藝塔中內 壓的裝置，其包括用來阻塞向工藝塔提供熱源的緊急關閉閥、以及使用工藝塔的內壓以機 械方式操作緊急關閉閥的安全中繼閥。在該一方面，安全中繼閥可包括中空閥體，該中空閥體在側壁具有多個透氣端 口，用來操作緊急關閉閥的壓縮空氣流過這些透氣端口 ；柱塞，該柱塞用來在中空閥體內移 動時打開或關閉透氣端口 ；彈簧部分，該彈簧部分連接到中空閥體的一端以便向柱塞施加 壓力；以及壓力傳送部分，該壓力傳送部分連接到中空閥體另一端以便將工藝塔中內壓傳 輸到柱塞。在該該一方面，中空閥體可具有用來固定地保持已上移的柱塞的固定銷，而柱塞 可具有接納該固定銷的銷凹陷。在該一方面，柱塞可具有大直徑部分和小直徑部分，大直徑部分的直徑與中空閥 體的內直徑相等，而小直徑部分的直徑小于中空閥體的內直徑，從而能夠控制安全中繼閥內空氣流動方向，以使緊急關閉閥在柱塞向上移動之前保持在打開狀態中，這樣，當柱塞已 上移時緊急關閉閥保持在關閉狀態中。在該一方面，壓力傳送部分可具有圓盤，該圓盤用于使用工藝塔的內壓上推該柱 塞；以及排放管，該排放管用于排放引入到壓力傳送部分內的工藝塔內的流體，并在柱塞固 定地被保持住時關閉以阻塞流體的排放。本發明的另一個方面提供一種用機械方法通過阻塞通向工藝塔的熱源供應來降 低煉油或石化過程中的工藝塔中內壓的方法，所述方法包括a)將工藝塔內一部分流體引 入到安全中繼閥內，b)用引入流體的壓力來操作安全中繼閥，因此改變安全中繼閥內壓縮 空氣的流動方向，以及c)使用改變方向的壓縮空氣流動來關閉緊急關閉閥。在該一方面，安全中繼閥可包括中空閥體，該中空閥體在側壁具有多個透氣端 口，用來操作緊急關閉閥的壓縮空氣流過這些透氣端口 ；柱塞，該柱塞用來在中空閥體內移 動時打開或關閉透氣端口 ；彈簧部分，該彈簧部分連接到中空閥體的一端以便向柱塞施加 壓力；以及壓力傳送部分，該壓力傳送部分連接到中空閥體另一端以便將工藝塔中內壓傳 輸到柱塞。在該一方面，所述方法可包括在所述柱塞已上移時，使用分別形成在中空閥體和 所述柱塞的大直徑部分內的固定銷和銷凹陷來固定地保持住所述柱塞。在該一方面，所述方法可包括當柱塞在中空閥體內移動時，控制所述透氣端口的 打開或關閉，所述柱塞具有大直徑部分和小直徑部分，大直徑部分的直徑與中空閥體的內 直徑相等，而小直徑部分的直徑小于中空閥體的內直徑。在該一方面，所述方法可包括將大直徑部分和小直徑部分設置成在柱塞上移之 前使壓縮空氣通過透氣端口引入到緊急關閉閥內，并將大直徑部分和小直徑部分設置成在 柱塞已上移時將引入到緊急關閉閥內的壓縮空氣排放到外面。在該一方面，所述方法可包括通過壓力傳送部分的排放管排放工藝塔內的流體， 以及在已上移的柱塞被固定地保持住時通過關閉所述排放管來阻塞流體的排放。
從以下結合附圖的詳細描述中，將會更清楚地理解本發明的特征和優點，附圖 中圖1示意地示出使用SIS的傳統工藝過程；圖2A示意地示出根據本發明的處于正常壓力狀態中的安全中繼閥；圖2B示意地示出根據本發明的處于壓力增高狀態中的安全中繼閥；以及圖3示意地示出根據本發明的工藝過程。
具體實施例方式下面參照附圖，將給出本發明實施例的詳細描述。此外，本說明書和權利要求書中所用術語和詞匯不應被解釋為限制到典型的意義 或詞典的定義，但應被解釋為具有與本發明技術范圍相關的含義和概念，其基于這樣的規 律，使得發明人能夠根據這樣的規律來合適地定義術語所暗示的概念，以便最好地描述技 術人員實施本發明所了解的方法。
本發明提供一種裝置，其在工藝塔中內壓達到預定水平時，關閉緊急關閉閥以便 阻塞通向再沸騰器的熱源供應，其使用結構簡單和高可靠性的安全中繼閥來代替傳統的 SIS。圖2A和2B分別示出使用對空氣敞開的緊急關閉閥時，工藝塔中內壓處于正常狀 態和異常狀態條件下的本發明的安全中繼閥。圖2A的安全中繼閥101包括具有多個透氣端口的中空閥體105，透氣端口包括壓 縮空氣的入口端口 102、壓縮空氣的出口端口 103和壓縮空氣透氣口 104，它們能使流體流 動并能確定緊急關閉閥的打開或關閉。還有，安全中繼閥包括柱塞106，該柱塞106用于 在中空閥體105內移動時控制透氣端口打開或關閉；以及彈簧部分111，該彈簧部分111具 有彈簧109并連接到中空閥體105的上部以便對柱塞106施加壓力。此外還提供一連接到 中空閥體105下部的壓力傳送部分112，以將工藝塔的內壓傳送到柱塞106。彈簧109具有的設定壓力值低于設置在工藝裝置內的安全閥的壓力。這是用來防 止壓力由于操作安全閥之前運行卸壓裝置引起的額外增加，由此阻塞氣體從工藝塔到安全 閥的流動。彈簧部分111還可具有透氣孔110，其用來排放空氣以使彈簧109設定的壓力不由 于彈簧部分111的壓縮而增加。柱塞106具有大直徑的部分107以及小直徑的部分108，大直徑部分107與中空閥 體105內壁緊密接觸而因此關閉透氣端口，小直徑部分108的直徑小于大直徑部分107的 直徑，以能使流體通過，于是排出為控制緊急關閉閥的打開或關閉而引入的壓縮空氣或阻 塞對壓縮空氣的排放。由于柱塞106具有大直徑部分107和小直徑部分108，引入到安全中繼閥內的壓縮 空氣的流動方向可響應于工藝裝置內壓的增大而改變。在工藝塔的壓力正常的情形中，柱塞106的小直徑部分108位于壓縮空氣入口端 口 102和壓縮空氣出口端口 103的位置處，于是，壓縮空氣被引入到緊急關閉閥(未示出)， 以及由此打開提供熱源的管子。在工藝塔的內壓力正常的情形中，壓縮空氣透氣孔104可被柱塞106的大直徑部 分107關閉，如圖所示。當工藝裝置的壓力以此方式為正常時，壓縮空氣通過安全中繼閥101引入到緊急 關閉閥內，因此閥保持處于打開狀態中。因此，工藝裝置的正常操作不受影響。在此情形中，緊急關閉閥可以是氣開式的。設置在中空閥體105內的還有固定銷113和銷凹陷114，該固定銷113固定地保持 上移到預定高度的柱塞106，該銷凹陷114接納該固定銷且可形成在柱塞106的大直徑部分 107 內。壓力傳送部分112連接到柱塞106下端。壓力傳送部分112包括用來上推柱塞 106的圓盤115。當工藝塔內的流體被引入到位于圓盤115下方的流體引入管116內并因此承受等 于或超過彈簧109設定的壓力的壓力時，流體上推該圓盤115，由此柱塞106向上移動。還有，可設置排放管117，將流體從壓力傳送部分112排放到外面。圖2B示出工藝塔的內壓增大到等于或超過安全中繼閥101的設定壓力時的安全中繼閥101。如圖2B所示，當工藝塔內流體壓力增大時，圓盤被上推，由此柱塞106向上移動。 因此，柱塞106的大直徑部分107和小直徑部分108的位置改變。在此情形中，大直徑部分107位于柱塞106的小直徑部分108在正常狀態中所位 于的、壓縮空氣入口端口 102的位置處，因此，阻塞壓縮空氣的引入。此外，小直徑部分108仍位于壓縮空氣出口端口 103的位置處，壓縮空氣通過該出 口端口 103被引入到緊急關閉閥內，但小直徑部分108位于壓縮空氣透氣孔104的位置處。在此情形中，引入到緊急關閉閥內由此使緊急關閉閥打開的壓縮空氣，通過壓縮 空氣出口端口 103排放到壓縮空氣透氣孔104外面。由此，壓力由于壓縮空氣引入到緊急 關閉閥內而損失，于是，緊急關閉閥被關閉，由此阻塞對工藝裝置的熱源供應。當柱塞106上移時，中空閥體105的固定銷113使用彈簧等裝置配合到柱塞106 的大直徑部分107內形成的銷凹陷114內。因此，柱塞106固定地保持在到達預定壓力之 后即上移的狀態。如果固定銷113不存在的話，則柱塞106可連續地上下移動，根據壓力變化而定。 在此情形中，工程師可能注意到工藝裝置造成的問題時已過晚。在除去造成壓力上升的因 素之后，可手工地去除掉固定銷113，由此，柱塞106下移到其原始位置。與此類似，安全中 繼閥可轉換到正常操作模式中。還有，在上移的柱塞被固定地保持住之時，壓力傳送部分112的排放管117可被柱 塞106的大直徑部分107關閉，由此防止工藝流體額外地排放到外面。在本發明中，需要多個裝置的傳統SIS的電氣裝置可簡單地用安全中繼閥替代， 因此，獲得與使用SIS時相同的操作特性，由此，降低安裝成本和簡化該過程。此外，信號系統不使用傳統SIS的電氣信號，而直接使用機械信號，因此，確保了 高的可靠性。圖3示意地示出根據本發明的工藝過程。參照圖3，當工藝塔202的壓力增大到預 定水平或超過該水平時，安全閥203被打開，使得流體從工藝塔排放到廢氣煙@，因此降低 了工藝塔的內壓。然而，如上所述，在某些情形中，沒有附加的壓力控制系統，或不理想地應用傳統 SIS，這樣的情形導致需要放大廢氣煙囪容量的問題。在根據本發明的方法中，與使用電信號的傳統SIS不同，工藝塔的內壓如安全閥 的操作原理那樣直接用機械方法測量，因此顯現出高的可靠性，有效地導致廢氣煙 容量 的減小并降低成本。如圖3所示，為了測量工藝塔202的內壓，用管子連接該工藝塔，使得導向流體的 一部分從工藝塔流入安全中繼閥201。當如此被導向的流體壓力等于或超過預定水平時，操 作安全中繼閥201而因此改變安全中繼閥201內壓縮空氣的流動方向。由壓縮空氣流動方 向的改變可確定出緊急關閉閥204是否被關閉。當緊急關閉閥204被關閉時，則停止向工 藝塔202供應熱源，因此，防止工藝塔202內壓升高。在此情形中，安全中繼閥201的設定壓力可被確定為等于還是低于安全閥203的 壓力。僅當安全中繼閥201的設定壓力低于安全閥203的設定壓力時，才可在安全閥203 操作之前降低工藝塔202的壓力，由此，降低了不必要操作安全閥203的發生幾率。
上述安全中繼閥201可以是如下的安全中繼閥，該安全中繼閥包括中空閥體，該 中空閥體在其側壁上具有透氣端口，壓縮空氣可流動通過該端口以操作緊急關閉閥204 ； 柱塞，該柱塞用來在中空閥體內移動時打開或關閉透氣端口 ；彈簧部分，該彈簧部分連接到 中空閥體一端以對柱塞施加壓力；以及壓力傳送部分，該壓力傳送部分連接到中空閥體另 一端以將工藝塔中內壓傳送到柱塞。安全中繼閥201可隨著由工藝塔202內被導向流體造 成的柱塞運動來控制壓縮空氣的流動方向。在根據本發明的方法中，通過隨著中空閥體內的柱塞運動來控制對透氣端口的打 開或關閉，可確定壓縮空氣的流動方向，其中，柱塞具有大直徑部分和小直徑部分，大直徑 部分的直徑等于中空閥體的內直徑，而小直徑部分的直徑小于中空閥體的內直徑。當裝置 的內壓處于正常狀態時，安全中繼閥201構造成使緊急關閉閥由于壓縮空氣流入安全中繼 閥201而保持打開。例如，在緊急關閉閥是屬于氣開式的情形中，壓縮空氣被引入緊急關閉 閥204內，以使安裝在用來向工藝塔202提供熱源的管內的緊急關閉閥204保持打開。然 而，如果工藝塔中內壓等于或超過預定壓力值，則通過安全中繼閥201的壓縮空氣的流動 方向會改變，使得引入到緊急關閉閥204內的壓縮空氣被排放到外面，由此，關閉緊急關閉 閥 204。還有，在工藝塔202內壓增大的情形中，安全中繼閥201的柱塞可使用相應地形成 在中空閥體和柱塞內的固定銷和銷凹陷而固定地保持在已上移的狀態中。如上所述，在上 移的柱塞未固定地保持在該狀態的情形中，因為存在著使壓力增大的因素，所以可能有過 程繼續進行的問題。當安全中繼閥201設定壓力被確定為低于安全閥203的設定壓力時，在打開安全 閥和由此將流體排放到廢氣煙 之前，預先阻塞熱源的供應，因此，防止通過安全閥將流體 排放到廢氣煙囪。通過該操作，由于減少了流體的排放，所以，可降低投資成本并可簡化工 藝過程設計。在根據本發明的方法中，在響應于壓力的增高上移柱塞時，工藝塔中被導向的流 體引入到安全中繼閥201內。這樣，導向的流體通過安全中繼閥201中形成的排放管被排 放到外面。還有，當上移的柱塞被固定地保持住時，通過關閉排放管可阻塞流體的排放。這 在排放管連續地打開的條件下用來防止工藝塔202內流體過度地排放到外面。如上所述，本發明提供了一種在煉油或石化過程中用機械方式降低工藝塔中內壓 的裝置和方法。與需要成本高達約一億韓元的傳統SIS相比，根據本發明的使用安全中繼 閥的裝置則需要成本約為三千萬韓元。因此，在采用根據本發明的使用安全中繼閥的裝置 的情形中，與使用傳統SIS時相比，成本可降低約73%。還有，根據本發明的裝置不需要如傳統SIS那樣復雜的設備，由此導致相對低的 安裝成本和簡化的工藝過程。與使用高成本的電信號的傳統SIS不同，根據本發明的裝置使用機械信號，因此 即使成本較低也可顯示出高的可靠性。此外，因為根據本發明的裝置操作方式類似于安全閥的操作方式，所以本發明裝 置不會有個別裝置失效的可能性，經權威部門認可批準本發明裝置應用于傳統的SIS中， 由此，獲得使排出量的降低達到最大的效果。盡管本發明實施例為了說明之目的進行了描述，但本技術領域內技術人員將會認識到，各種不同的修改、添加和替代都是可能的，而不會脫離附后權利要求書所揭示的本發 明的范圍和精神。因此，如此的修改、添加和替代也應被理解為落入本發明的范圍之內。
權利要求
一種用機械方法降低煉油或石化過程中工藝塔中內壓的裝置，包括緊急關閉閥，用于阻塞對所述工藝塔提供熱源；以及安全中繼閥，用于使用所述工藝塔的所述內壓來機械地操作所述緊急關閉閥。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述安全中繼閥包括中空閥體，該中空閥 體在側壁具有多個透氣端口，用來操作緊急關閉閥的壓縮空氣流過這些端口；柱塞，該柱塞 用來在所述中空閥體內移動時打開或關閉所述透氣端口 ；彈簧部分，該彈簧部分連接到所 述中空閥體的一端以便向所述柱塞施加壓力；以及壓力傳送部分，該壓力傳送部分連接到 所述中空閥體另一端以便將所述工藝塔中內壓傳輸到所述柱塞。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述柱塞具有大直徑部分和小直徑部分，所 述大直徑部分的直徑與所述中空閥體的內直徑相等，而所述小直徑部分的直徑小于所述中 空閥體的內直徑，從而在所述中空閥體內移動時控制所述透氣端口的打開或關閉。
4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述安全中繼閥的所述中空閥體具有固定 銷，用來固定地保持已上移的所述柱塞。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述柱塞的所述大直徑部分和所述小直徑 部分設置成在所述柱塞上移之前使所述壓縮空氣通過所述透氣端口引入到所述緊急關閉 閥內，并設置成在所述柱塞已上移時將引入到所述緊急關閉閥內的所述壓縮空氣排放到外
6.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓力傳送部分具有圓盤，該圓盤用于 使用所述工藝塔的內壓來上推所述柱塞；以及排放管，該排放管用于排放引入到所述壓力 傳送部分內的所述工藝塔內的流體。
7.一種用機械方法通過阻塞通向工藝塔的熱源供應來降低煉油或石化過程中的工藝 塔中內壓的方法，所述方法包括a)將所述工藝塔內一部分流體引入到安全中繼閥內；b)用引入流體的壓力來操作所述安全中繼閥，因此改變所述安全中繼閥內壓縮空氣的 流動方向；以及c)使用改變方向的所述壓縮空氣流動來關閉緊急關閉閥。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述安全中繼閥包括中空閥體，該中空閥 體在側壁具有多個透氣端口，用來操作所述緊急關閉閥的壓縮空氣流過這些透氣端口 ；柱 塞，該柱塞用來在所述中空閥體內移動時打開或關閉所述透氣端口 ；彈簧部分，該彈簧部分 連接到所述中空閥體的一端以便向所述柱塞施加壓力；以及壓力傳送部分，該壓力傳送部 分連接到所述中空閥體另一端以便將所述工藝塔中內壓傳輸到所述柱塞。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，包括在所述柱塞已上移時，使用分別形成 在所述中空閥體和所述柱塞的大直徑部分內的固定銷和銷凹陷來固定地保持住所述柱塞。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，包括當所述柱塞在所述中空閥體內移動 時，控制所述透氣端口的打開或關閉，所述柱塞具有大直徑部分和小直徑部分，所述大直徑 部分的直徑與所述中空閥體的內直徑相等，而所述小直徑部分的直徑小于所述中空閥體的 內直徑。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，包括將所述大直徑部分和所述小直徑部 分設置成在所述柱塞上移之前使所述壓縮空氣通過所述透氣端口引入到所述緊急關閉閥內，并將所述大直徑部分和所述小直徑部分設置成在所述柱塞已上移時將引入到所述緊急 關閉閥內的所述壓縮空氣排放到外面。
12.如權利要求8所述的方法，其特征在于，包括通過所述壓力傳送部分的排放管排 放所述工藝塔內的流體，以及在已上移的所述柱塞被固定地保持住時通過關閉所述排放管 來阻塞所述流體的排放。
全文摘要
本發明公開了一種在煉油或石化工藝過程中用機械方法降低工藝塔中內壓的裝置和方法，其使用安全中繼閥來操作緊急關閉閥，以便在工藝過程中用機械方法阻塞熱源的供應，由此，降低安裝成本，簡化工藝過程，并由于使用了機械信號而確保高的可靠性。
文檔編號F16K31/12GK101886710SQ20101016196
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月9日 優先權日2009年5月13日
發明者羅張勛 申請人:沛爾茲工程有限公司