[发明专利]用于组合流体射流除焦工具的远程操作的模式切换设备以及包括该模式切换设备的工具

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于从诸如用在石油炼制中的焦炭鼓的容器去除焦炭的工具，并且更具体地，本发明涉及一种用于与组合除焦工具一起使用的加强的远程操作的切削模式切换设备。

背景技术

在传统的石油炼制操作中，原油被处理成汽油、柴油燃料、煤油、润滑剂或类似物。通常通过已知为延迟焦化的热裂化工艺回收残余的重质烃副产物。在延迟焦化操作中，在已知为分馏单元的大型火力加热器中重质烃(油)被加热到高温(例如，介于900°F和1000°F之间)。加热的油释放其烃蒸气(尤其包括，煤气、石脑油和轻柴油)到分馏单元的底部以用于处理成有用的产品。残余物则被转移到已知为焦炭鼓的圆柱形容器。这些容器具有30英尺的直径和140英尺的高度，并且典型地构造成成对地操作。温度和保留时间的组合效果让这些已知为石油焦炭(或者更简单地，焦炭)的残余物处于固体的形式。所述焦炭残余物必须被打碎，以便从容器去除，并且优选地通过使用与诸如高压水的除焦流体结合的除焦(或者焦炭切削)工具实现。

这种工具包括液压操作的钻头，所述液压操作的钻头具有钻孔喷嘴和切削喷嘴二者，所述钻孔喷嘴和切削喷嘴构造成输送一股流体射流到固体焦炭。钻头通过容器的顶部中的开口下降到容器中，并且钻头形成为普通的工具外壳，以便使高压水供给可以依据操作模式选择地通过钻孔喷嘴或切削喷嘴。由于较高的流量和压力(例如，在每平方英寸3000磅至4000磅(psi)的压力下每分钟1000加仑(gpm)的流量)典型地用于这些操作，因此同时打开钻孔喷嘴和切削喷嘴既不实际也不符合期望。因而，为了实现这种模式切换，使用分流阀(diverter valve)或其它流动控制装置来根据除焦操作的需要而指引流向所选的喷嘴。有两种通常使用的分流阀设计，这两种分流阀设计都是复杂的，需要多个部件，并且需要非常高水平的制造精度，以便适当地发挥功能。

一种这样的阀是具有径向端口的可往复运动的套管式阀，所述径向端口选择性地与阀本体中的对应端口对准，以指引流向钻孔喷嘴或切削喷嘴。另一种这样的阀是可转动的套管，所述可转动的套管同样具有用于选择性地与阀本体中的对应端口对准的端口。在比较良好的环境中，这两种阀设计将提供适当的导流控制和操作。然而，在钻孔和切削操作中所使用的水典型地被重复循环使用，在该处理中收集了大量悬浮的焦炭粉。这种水在密封件、套管和相关的可滑动接合的相邻工具部件之间经过使焦炭粉局部化沉积。这种沉积可以导致部件堵塞，尤其导致往复运动的套管式阀的滑动部件之间堵塞，由此使阀和除焦工具无法操作。不管阀是通过弹簧、气动装置还是手动装置运动，也会出现类似的结果。一旦工具被堵塞，则在除焦可以重新开始之前工具必须被移除、拆卸和清洁。事实上，传统的自动切换工具中的绝大部分故障是由于焦炭粉进入自动切换室中而导致内部机构粘结(binding)。

与这些早期设计关联的另一个困难在于，这些早期设计在施加切削流体压力时实现其模式切换。这种操作对部件要求苛刻，这是由于在这种高压环境下相邻的滑动部件或往复运动部件中的高摩擦水平使这些部件之间更加难以相对运动。此外，在涉及将高压流体引入到先前未加压的(或者加压不足的)流动路径中的状况下，增加了水锤形成的可能性。另外的问题是，与增大的压力载荷关联的高摩擦水平已经仅增大了由于焦炭粉的存在所产生的摩擦力，由此加剧了往复运动部件的堵塞趋向性。

在由本发明的受让人共同拥有的美国专利5,816,505中开发出并且描述了一种故障相对较少的、可手动切换的组合除焦工具，所述专利通过参考包含于此。该工具的无故障的特性可归因于其模式切换阀设计，所述模式切换阀设计仅包括可转动的导流器板，用于选择性地将切削流体指引到导向孔钻孔喷嘴或全宽度的焦炭切削喷嘴，从而排除掉与其它切换机构关联的运动部件中的绝大部分。此外，因为简单的可转动的平坦导流器板作用在互补的平坦分流阀本体上，所以也能够排除掉部件之间的多个接合部，所述多个接合部到目前为止提供了早期设计的远程操作的切换装置堵塞和关联的故障部位。尽管有这些改进，但是工具仍然需要从焦炭鼓去除，以便改变切削模式。因此，开发出同样由本发明的受让人共同拥有的美国专利6,644,567中说明的一种自动远程操作的除焦工具，所述专利通过参考包含于此。上述专利中公开的工具通过将切换器本体安装到除焦工具而扩展了美国专利5,816,505中公开的工具的操作，其中所述除焦工具可以在从该工具释放切削流体压力时转动工具的导流器板。然而，将有利的是扩展美国专利6,644,567中公开的自动除焦工具的操作性。

发明内容