Устройство для разделения ступеней конвертера

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СТУПЕНЕЙ КОНВЕРТЕРА Опорное кольцо для размещения элемента типа плиты в сосуде, в частности, полки (8) или разделительной плиты (9) в конвертере (1) для производства SO3 из газа, содержащего SO2; элемент типа плиты опирается на кронштейн (11), прикрепленный к стенке (10) сосуда (1). Кронштейн (11) имеет верхнюю опорную поверхность (12), которая наклонена вниз относительно горизонтали. 017650 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к устройству для разделения ступеней конвертера, а именно, к опорному кольцу для размещения в сосуде элемента типа плиты, в частности полки, или разделительной плиты в конвертере для производства SO3 из газа, содержащего SO2, в котором элемент типа плиты опирается на кронштейн, прикрепленный к стенке сосуда. Уровень техники В конвертере установки по производству серной кислоты двуокись серы (SO2) конвертируется в трехокись серы (SO3) с помощью катализатора. Газ, содержащий двуокись серы, поступает в конвертер вместе с кислородом, проходит через ряд контактных ступеней или полок конвертера, расположенных одна за другой, и, по меньшей мере, частично конвертируется в трехокись серы за счет каталитического окисления. Реакция конвертирования двуокиси серы в трехокись серы является сильно экзотермической,так что между отдельными контактными ступенями предусмотрены теплообменники для рассеивания вырабатываемого тепла. Для получения компактной конструкции внутри конвертера часто помещают один или несколько теплообменников и контактные полки располагаются кольцеобразно вокруг центральной трубы, на которой размещаются теплообменники. Конструкция и функционирование конвертера описаны, например, в "Энциклопедии промышленной химии Ульмана" (Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry), 5-ое издание, том A25, стр. 649 - 653. Отдельные контактные ступени конвертера отделены друг от друга разделительными плитами. В контактных ступенях на так называемых полках помещается катализатор, обычно содержащий в качестве активного компонента пентоксид ванадия. Конвертеры для производства трехокиси серы из экономических соображений обычно имеют очень большие размеры. Например, сосуд может иметь диаметр 15 м. При диаметре центральной трубы 7 м полки, на которых помещается катализатор, имеют кольцевую ширину 7 м. Вполне очевидно, что из-за веса катализатора, потери давления технологического газа и высоких температур, существующих в конвертере, на полки действует высокая нагрузка, которая приводит к пластической деформации. В общем, предполагается, что, например, в случае аустенитной стали удлинение примерно 30% приводит к разрушению. Во избежание чрезмерного прогиба и разрушения полок требуется повысить жесткость. С этой целью в конвертере устанавливается решетчатая конструкция, на которой в качестве разделительных плит помещают полки, через которые в поперечном направлении движется технологический газ. Из-за высокой температуры, обусловленной экзотермической реакцией и равной, например, в первой контактной ступени примерно 625C, необходимо использовать дорогостоящую нержавеющую сталь для изготовления полок, на которых располагается катализатор, и разделительных плит между контактными ступенями. Поскольку из-за высокой температуры решетчатая конструкция также должна изготавливаться из нержавеющей стали и должна иметь достаточную толщину,чтобы выдерживать вес катализатора, эти бойлерные вставки имеют большой вес и высокую стоимость. Сущность изобретения Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы оптимизировать расход материала для изготовления конвертера по производству серной кислоты. Эта задача, по существу, решается с помощью настоящего изобретения, поскольку кронштейн имеет верхнюю опорную поверхность, которая наклонена вниз относительно горизонтали. В случае, когда полка загружена и прогибается под действием веса катализатора и потери давления технологического газа, это приводит к пластической деформации полки. Но прежде чем деформируемая полка достигнет допустимого предела удлинения, равного примерно 15-кратному упругому удлинению,пластическая деформация полки будет ограничиваться тем, что она опирается на опору. В конце этого диапазона поддержки деформация листа, начиная с нулевого значения, может возникнуть снова. Кроме того, за счет соответствующего наклона кронштейна может быть достигнут переход от изгибающего напряжения к простому растягивающему напряжению, для которого растягивающее напряжение будет явно выше значений предела нагрузки. Тем самым, настоящее изобретение обеспечивает ограниченную пластичность поддерживаемой полки (пластический шарнир) для выборочного преобразования изгибающего напряжения в растягивающее напряженное состояние. Если, как принято в обычной практике для традиционных конвертеров, элемент типа плиты образует кругообразное кольцо, которое опирается внутренней стороной на второй кронштейн, верхняя опорная поверхность второго кронштейна также наклонена вниз относительно горизонтали по аспекту изобретения. Таким образом, полка может в равной степени удерживаться на обеих сторонах. По предпочтительному аспекту изобретения верхняя опорная поверхность закруглена вниз. За счет соответствующего выбора кривизны можно, так сказать, "продолжить" физическую линию пластической деформации листа, чтобы получить максимальное возможное удлинение. По особо предпочтительному аспекту изобретения, верхняя опорная поверхность имеет, по меньшей мере, два следующих один за другим радиуса разной величины. В результате может быть достигнут плавный переход между отдельными участками кривизны, край которого может потенциально стать причиной предотвращения разрушения элемента типа плиты на переходе между радиусами. По изобретению величина радиусов уменьшается, продолжаясь от радиуса наиболее близкого к стенке сосуда, до радиусов, расположенных дальше (R1R2RiRn). При использовании двух радиу-1 017650 сов первый радиус, расположенный рядом со стенкой сосуда, может определять изгиб элемента типа плиты, в то время как второй радиус, который находится дальше от стенки и имеет меньший размер,служит для отделения плиты от кронштейна. В конвертере обычного размера радиус, наиболее близкий к стенке сосуда, находится в диапазоне 500-900 мм, предпочтительно 600-800 мм и в частности примерно 700 мм по изобретению. Радиус, следующий за радиусом, наиболее близким к стенке сосуда, находится в диапазоне 300-700 мм, предпочтительно 400-600 мм и в частности примерно 500 мм по изобретению. Эти значения, конечно, должны быть адаптированы к размеру сосуда, в который помещен элемент типа плиты. Конечно, также можно адаптировать действие упругой деформации к физическому/механическому изгибу элемента типа плиты. Вместо адаптации радиусов также, например, может быть оказано воздействие, используя геометрию кривой, например циклоиды. В другом варианте выполнения настоящего изобретения верхняя опорная поверхность кронштейна наклонена вниз. В частности, если на элемент типа плиты действуют не очень высокие нагрузки, например, в случае разделительных плит в конвертере, последовательная поддержка прогибающейся плиты с помощью ряда примыкающих участков различной кривизны может не использоваться, и может быть предусмотрена только прямая опорная поверхность. Таким образом, затраты на изготовление кронштейна могут быть дополнительно снижены. В этом случае угол наклона верхней опорной поверхности предпочтительно составляет 4-9, в частности, примерно 6-1, чтобы получить определенный переход от изгибающего напряжения прогибающейся плиты к простому растягивающему напряжению. Если, например, в случае разделительных плит конвертера нагрузка действует на лист снизу из-за давления газа, то в альтернативном аспекте изобретения лист может опираться на кронштейн снизу и вышеуказанный кронштейн может иметь нижнюю контактную поверхность, которая наклонена вверх относительно горизонтали. Конфигурация этой контактной поверхности выполняется аналогично конфигурации контактной поверхности, описанной выше. В результате опорная/контактная поверхность отклоняется в направлении усилия, действующего на лист по обоим вариантам выполнения для обеспечения пластической деформации листа. По изобретению равномерная поддержка элемента типа плиты на стенке сосуда обеспечивается в том отношении, что кронштейн является кольцом, продолжающимся вокруг внутренней стенки сосуда. На противоположной стороне плиты, конечно, предусмотрена соответствующая опора плиты, например,наружное кольцо, продолжающееся вокруг центральной трубы конвертера. По изобретению соединение между кронштейном и элементом типа плиты может быть усовершенствовано в том смысле, что в них изготавливают сквозные отверстия под крепежные шпильки. С помощью таких крепежных шпилек кронштейн и элемент типа плиты могут быть сварены, собраны на заклепках или собраны на болтах. Соединение, конечно, также может быть усовершенствовано с помощью других крепежных средств, например, канавок, стыков или скосов. Кроме того, по изобретению может быть предусмотрено крепление кронштейна снизу с помощью опорного конуса или опорной штанги. По другому варианту выполнения опорный конус или опорная штага, соединенная со стенкой сосуда, опирается на элемент типа плиты сверху, чтобы удерживать его на кронштейне. Соединение между стенкой сосуда, опорным конусом или опорной штангой, кронштейном и плитой предпочтительно выполняется с помощью сварки. Конструктивные улучшения, преимущества и возможные применения по изобретению также могут быть взяты из следующего описания вариантов выполнения и чертежа. Все отличительные особенности,описанные и/или проиллюстрированные как таковые или в любом сочетании, образуют предмет изобретения независимо от их включения в формулу изобретения или обратной ссылки на них. Перечень фигур чертежей Фиг. 1 схематично показывает конвертер для конвертирования SO2 в SO3; фиг. 2 схематично показывает опору плиты на стенке сосуда по изобретению; фиг. 3-7 показывают варианты опорного кольца по изобретению; и фиг. 8 показывает опорное кольцо по изобретению по другому варианту выполнения. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Контактный бойлер (например, конвертер) конвертирования SO2 в SO3, как показано на фиг. 1,включает четыре контактных ступени (полки) K1-K4, в которых находится катализатор, содержащий, в частности, пентоксид ванадия, для конвертирования двуокиси серы в трехокись серы. Технологический газ, содержащий SO2, подается в конвертер по трубопроводу 2 и этот технологический газ перемещается в поперечном направлении контактных ступеней K1 и K2 после нагревания во внутренних теплообменниках WT. Контактные ступени K1-K4 расположены кольцеобразно вокруг центральной трубы 3, которая обеспечивает подачу газа и на которой размещены теплообменники WT. Полученный газ, содержащий SO3, подается в непоказанную систему регенерации тепла и на промежуточную абсорбцию, чтобы в основном удалить трехокись серы из технологического газа. Технологический газ, содержащий SO2, по трубопроводу 6 подается в верхнюю часть конвертера и перемещается в поперечном направлении в контактных ступенях K3 и K4, прежде чем он будет подан в непоказанную-2 017650 систему рекуперации тепла и на окончательную абсорбцию по трубопроводу 7. В настоящее время это является стандартной конструкцией конвертера установки по производству серной кислоты. Катализатор в контактных ступенях K1-K4 размещается на полках 8, изготовленных из нержавеющей стали. Каждая полка 8 образует кольцо вокруг центральной трубы 3. Контактные ступени K1-K4 отделены друг от друга разделительными плитами 9, изготовленными из нержавеющей стали. Как более ясно показано на фиг. 2, на внутренней стенке 10 конвертера 1 предусмотрен кронштейн 11, на который опирается плита 9. Кронштейн 11 выполнен в виде опорного кольца, которое продолжается вокруг всей внутренней окружности конвертера. На наружной стороне центральной трубы 3 предусмотрен непоказанный здесь кольцевой кронштейн, на который опирается плита 9 в форме кольца. Таким образом, полка 9 поддерживается по окружности на внутренней и наружной стороне. Опорная поверхность 12 кронштейна 11, на который опирается полка 8, наклонена вниз относительно горизонтали, продолжающейся от внутренней стенки 10 конвертера. Здесь опорная поверхность 12 имеет два следующих друг за другом радиуса R1 и R2 разной величины. Радиус R1, который находится ближе к стенке 10 конвертера, превышает радиус R2, расположенный дальше в направлении внутренней части. Величина радиуса R1, R2 выбирается в зависимости от размера конвертера 1, характеристик материала полки 8 и нагрузки, прикладываемой контактными ступенями K1-K4, так что пластическая деформация полки 8 ограничивается тем, что полка опирается на кронштейн 11, прежде чем деформация достигнет предельного значения, равного 10-20-кратной упругой деформации. В стандартных используемых конвертерах радиус R1 находится в диапазоне 500-900 м, предпочтительно 600-800 мм, и, в частности примерно 700 мм. Радиус R2, в общем, находится в диапазоне 300-700 мм, предпочтительно 400600 мм и, в частности, примерно 500 мм. На свободном конце кронштейна 11 предусмотрен радиус R3 с целью исключить острый край, который мог бы стать причиной разрушения полки 8. Имеется возможность предусмотреть на опорной поверхности 12 кронштейна 11 ряд радиусов R1-Rn, чтобы предотвратить деформацию полки 8 в соответствующем количестве ступеней ncR1R1RiRn. Фиг. 3-7 показывают разные варианты опорного кольца согласно изобретению, которые обеспечивают дополнительную опору соединения между стенкой 10 конвертера, кронштейном 11 и полкой 8. На фиг. 3 кронштейн 11 поддерживается сверху опорной штангой 13, которая упирается в стенку 10 конвертера. В варианте, показанном на фиг. 4, опорная штанга 14, связанная со стенкой 10 конвертера, поддерживает полку 8 снизу. В варианте, показанном на фиг. 5, плоская удерживающая плита 15 предусмотрена сверху полки 8,которая удерживает полку на кронштейне 11. В варианте, показанном на фиг. 6, в кронштейне 11 и полке 8 выполнены соответственно сквозные отверстия 16 и 17, в которых установлена крепежная шпилька 18, которая приваривается к полке 8 и кронштейну 11. В варианте, показанном на фиг. 7, крепежный болт 19 установлен в сквозные отверстия 16, 17, так что кронштейн 11 и полка 8 соединены друг с другом с помощью болтового соединения. Следует понимать, что сквозные отверстия 16, 17 и крепежная шпилька 18 или болт 19, установленные в эти отверстия, предусматриваются во многих местах кронштейна 11 или полки 8 и предпочтительно распределяются равномерно по окружности конвертера 1. Также следует понимать, что в вариантах, показанных на фиг. 5-7, также может быть предусмотрена опорная штанга 13, 14 над и/или под кронштейном 11. Опорная штанга 13, 14 также может образовывать плиту, продолжающуюся по окружности конвертера 1 и приваренную к стенке 10 конвертера 1 и кронштейну 11 или полке 8. Фиг. 8 показывает следующий вариант конфигурации кронштейна, который может быть предусмотрен, в частности, для использования с целью поддержки разделительных плит 9 между контактными ступенями K1-K4 конвертера 1. В варианте выполнения, показанном на фиг. 8, опорная поверхность 12 кронштейна 11 а имеет наклон вниз, продолжающийся от внутренней стенки 10 конвертера 1 в диапазоне 4-9 , предпочтительно 5-8 и, в частности 6-7. В этом случае наклонное опорное кольцо 11 а образует прямой участок для разделительной плиты 9, когда эта плита деформируется из-за высоких температур и давлений в сосуде 1. Также предусмотрено, что разделительная плита 9 уже снабжена предварительной кривизной, так чтобы стадия начальной деформации разделительной плиты 9 могла быть исключена и растяжения непосредственно преобразовывались в растягивающее напряжение благодаря действию прямого участка опорной плиты 11 а. Все фигуры показывают варианты выполнения, в которых опорная поверхность 12, 12 а для полок 8 или разделительных плит 9 наклонена вниз. Эти варианты выполнения пригодны, в частности, для применений, в которых нагрузка от воздействия давления прикладывается к листам 8, 9 сверху. С другой стороны, если нагрузка действует на лист снизу, например, в случае разделительных плит 9 конвертера,лист может опираться на кронштейн снизу с помощью непоказанного здесь способа и нижняя контактная поверхность кронштейна может отклоняться вверх относительно горизонтали для обеспечения пластиче-3 017650 ской деформации листа в направлении усилия, действующего на лист. Конфигурация этой контактной поверхности выполняется аналогично конфигурации контактной поверхности 12, описанной выше. В результате осуществления идеи изобретения, состоящей в том, чтобы остановить пластическую деформацию элемента типа плиты с помощью того, что он опирается на кронштейн 11, 11 а и, по существу, полностью преобразовать изгибающие напряжения в растягивающие напряжения, может быть обеспечена намного меньшая деформация системы. Дополнительная поддержка полки с помощью тяжелой и дорогостоящей решетчатой конструкции может быть исключена. Тем самым, при равной безопасности может быть достигнута значительная экономия материала. С помощью настоящего изобретения за счет исключения решетчатой конструкции, поддерживающей полку, может быть сэкономлено, по меньшей мере, 70% материала. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для разделения ступеней конвертера, содержащее опорное кольцо для размещения элемента (8, 9) типа плиты в сосуде, в частности полки (8) или разделительной плиты (9) в конвертере для производства SO3 из газа, содержащего SO2, в котором элемент (8, 9) типа плиты опирается на кронштейн (11, 11 а), прикрепленный к стенке (10) сосуда, отличающееся тем, что кронштейн (11, 11 а) имеет верхнюю опорную поверхность (12, 12 а), которая наклонена вниз относительно горизонтали, при этом элемент (8, 9) типа плиты неподвижно прикреплен к кронштейну (11, 11 а) и образует кольцо, которое на своей внутренней стороне опирается на второй кронштейн, установленный на наружной стороне центральной трубы (3) конвертора, причем второй кронштейн имеет верхнюю опорную поверхность, которая наклонена вниз относительно горизонтали. 2. Устройство для разделения ступеней конвертера, содержащее опорное кольцо для размещения элемента (8, 9) типа плиты в сосуде, в частности разделительной плиты (9) в конвертере для производства SO3 из газа, содержащего SO2, в котором элемент (8, 9) типа плиты опирается снизу на кронштейн (11,11 а), прикрепленный к стенке (10) сосуда, отличающееся тем, что кронштейн (11, 11 а) имеет нижнюю контактную поверхность, наклоненную вверх относительно горизонтали, при этом элемент (8, 9) типа плиты неподвижно прикреплен к кронштейну (11, 11 а), и образует кольцо, которое на своей внутренней стороне опирается на второй кронштейн, установленный на наружной стороне центральной трубы (3) конвертора, причем второй кронштейн имеет нижнюю контактную поверхность, которая наклонена вверх относительно горизонтали. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя опорная поверхность (12) закруглена вниз. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нижняя контактная поверхность закруглена вверх. 5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что верхняя опорная поверхность (12) или нижняя контактная поверхность ограничена по меньшей мере двумя следующими друг за другом радиусами (R1,R2, R3, ) разной величины. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что величина радиусов (R1, R2, R3, ) уменьшается по направлению от стенки (10) сосуда. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что радиус (R1), наиболее близкий к стенке (10) сосуда, находится в диапазоне 500-900 мм. 8. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что радиус (R2), следующий за радиусом (R1), наиболее близким к стенке (10) сосуда, находится в диапазоне 300-700 мм. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол наклонаверхней опорной поверхности (12 а) равен 4-9. 10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол наклонанижней контактной поверхности равен 4-9. 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что кронштейн (11, 11 а) является кольцом, продолжающимся вокруг стенки (10) сосуда. 12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что в кронштейне (11, 11 а) и элементе (8,9) типа плиты выполнены сквозные отверстия (16, 17) под крепежные болты (18, 19). 13. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что кронштейн (11, 11 а) поддерживается снизу опорной штангой (14), которая упирается в стенку (10) сосуда. 14. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что содержит опорную штангу (13), соединенную со стенкой (10) сосуда, которая опирается на элемент (8, 9) типа плиты сверху. 15. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что кронштейн (11, 11 а) поддерживается снизу опорным конусом, который упирается в стенку (10) сосуда. 16. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что содержит опорный конус, соединенный со стенкой (10) сосуда, который опирается на элемент (8, 9) типа плиты сверху. 17. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элемент (8, 9) типа плиты прикреплен к кронштейну (11, 11 а) крепежными болтами (18, 19), сваркой, винтами и/или заклепками.