СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ДЕТАЛЬ ТРАНСПОРТНОГО ТРУБОПРОВОДА
TRANSPORT PIPELINE CONNECTOR

Изобретение относится к устройству и способу транспортирования вязких и очень чувствительных к температуре текучих сред по трубопроводу, состоящему из участков теплообменных трубопроводов, соединительных деталей, промежуточных деталей, отводящих деталей, распределительных деталей, насосов, фильтров и т.д.
В общем, известно применение устройств для сброса давления. Обычные средства содержат, например, предохранительную мембрану, лопающуюся под действием повышенного давления по сравнению с обычным рабочим давлением, но меньшего, чем давление, при котором лопается сама труба или резервуар, вследствие чего становится возможным сброс давления в окружающее пространство.
Предохранительные мембраны описаны, например, в публикациях US 6241113, US 3845879, US 2008/0202595, EP 1591703 и US 7870865. Некоторые предохранительные мембраны могут иметь перфорацию для обеспечения их выламывания в нескольких местах или вдоль заданных мест излома в целях максимального освобождения разгрузочного поперечного сечения.
Предохранительные мембраны могут использоваться в самых различных устройствах, контролирующих действие предохранительных мембран. В частности, в US 4079854 описано устройство, имеющее разрезающее устройство с ножом, надрывающее после воздействия давления для его отвода вогнутую, к напорной полости - выпуклую, предохранительную мембрану.
В публикации US 3872874 описано устройство с выпуклой предохранительной мембраной, прижимаемой при увеличении давления к режущему шипу.
US 4590957 относится к устройству, в котором плоская предохранительная мембрана защищена от скручиваний.
В публикации EP 1892445 описана компоновка предохранительных мембран, имеющая множество колец, пропускающих под действием давления текучую среду.
WO 2005/054731 касается компоновки предохранительных мембран с детектором давления.
ЕР 789822 относится к защитному устройству от повышенного давления для термически неустойчивых вязких масс таких, как растворы целлюлозы, воды, NMMO (N-метилморфолин-N-оксид), в котором предохранительный элемент входит во внутреннюю полость транспортной трубы.
В публикации US 4046280 A описан защитный элемент для резервуара высокого давления. Защитный элемент содержит предохранительную мембрану, открывающую отвод при избыточном давлении, а обычно - перегораживающую его. На участке перед предохранительной мембраной находится экран защитного устройства, защищающий предохранительную мембрану. Защитным устройством является обтянутая мембраной решетка, предотвращающая вымывание диска.
Публикация DE 2658225 AI относится к защитному оборудованию для трубопроводов и емкостей с лопающейся мембраной, закрепленной от воздействия рабочего давления посредством ажурного опорного корпуса в виде сита. Для этого в опорном корпусе выполнено множество параллельных сверлений в осевом направлении, по которым при использовании предохранительной мембраны протекает текучая среда. Это предотвращает вымывание мембраны в закрытом уплотненном положении.
GB 2028426 A описывает предохранительную арматуру с предохранительной мембраной. Арматура имеет сверление за предохранительной мембраной в направлении отводной трубы.
В публикации US 2010/305883 AI описан клапан, в котором на участке выпуска предусмотрен датчик температуры.
В ЕР 0789822 AI описана транспортная труба для смесей целлюлозы - NMMO, с предохранительной мембраной (13), выступающей в трубу на держателе.
Публикация US 5337776 относится к теплообменному трубопроводу с устройством для разгрузки избыточного давления, причем предохранительная мембрана расположена "заподлицо" на внутренней стороне стенки трубы для осуществления омывания предохранительной мембраны транспортируемой жидкостью. Это омывание должно предотвращать возникновение застойных зон, в которых происходит застой жидкости или других составных элементов транспортируемой жидкости. Эта же цель преследуется также в ЕР 789822.
Целью, при транспортировании вязких и термически неустойчивых или очень чувствительных к температуре масс, в частности, поддерживаемых в жидком состоянии только при нагревании, а при охлаждении имеющих тенденцию к комкованию или приводящим к осадкам, является, например, как это описано в EP 789822 и US 5337776, предотвращение смещенных назад от трубопровода пространств, называемых застойными зонами, в которых могли бы накапливаться эти массы. Осадки перед предохранительными мембранами рассматривались как опасность для их функциональности, причем они могут приводить к опасным избыточным давлениям.
Согласно изобретению оказалось, что предотвращение застойных зон недостаточно для защиты от отложений предохранительных мембран или, в целом, - элементов, снимающих избыточное давление, включая клапаны. В соответствии с US 5337776 предохранительная мембрана, встроенная в трубопровод, должна выполняться таким образом, чтобы ее можно было установить "заподлицо" в стенке трубопровода. Для этого трубопровод согласно публикации US 5337776 следует конструировать и устанавливать так, чтобы сплошная труба с массой, а также термостатическая оболочка трубы могли прерываться, вследствие этого в трубопроводе имелась неоднородно термостатируемая зона. Эта недостаточно термостатируемая зона (холодные места на протяжении трубопровода) отрицательно сказывается на характеристике текучести теплых высоковязких и структурновязких полимерных масс (таких, как растворы целлюлозы-воды-NMMO).
Другим существенным недостатком известного из US 5337776 решения является то, что описанная в заявке на изобретение предохранительная мембрана должна привариваться к цилиндрическому каркасу. Фиксация "заподлицо" предохранительной мембраны во внутренней полости трубы или в стенке трубы является трудоемкой и требует приваривания предохранительной мембраны методом электролучевой сварки. Кроме того, не могут использоваться стандартные предохранительные мембраны.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании такого устройства для сброса давления, которое не будет иметь недостатков прежних устройств и которое обеспечит возможность простого использования элементов сброса давления, таких, как предохранительные мембраны и подобных устройств.
В изобретении предлагается поддерживаемая с постоянной температурой соединительная деталь ("фитинг") для транспортирования вязкой текучей среды с элементом, снимающим избыточное давление, отделяющим внутреннюю часть соединительной детали от отводного трубопровода. Элемент, снимающий избыточное давление, может фиксироваться своим внешним краем на отводном трубопроводе. Элемент, снимающий избыточные давление выполнен таким образом, что при заданном избыточном давлении в соединительной детали открывается проток текучей среды. Внутри соединительной детали может быть предусмотрен смешивающий элемент, посредством которого перемешивается поток текучей среды на участке элемента, снимающего избыточное давление.
Вследствие этого в распоряжение предоставляется устройство для разгрузки избыточного давления при транспортировании вязкой, очень чувствительной к температуре текучей среды с элементом, снимающим избыточное давление, отделяющим внутреннюю часть трубопровода для текучей среды, в частности, теплообменного трубопровода, от отводного трубопровода и фиксированным по внешнему краю на отводном трубопроводе. Соответствующую изобретению соединительную деталь встраивают преимущественно в теплообменный трубопровод, в котором текучую среду транспортируют с постоянной температурой. Транспортирование осуществляют, в частности, при повышенном давлении в диапазоне от 1 до 250 бар, причем соответствующая изобретению соединительная деталь служит в качестве разгрузчика избыточного давления, как только давление превысит критическую величину. Элемент, снимающий избыточное давление выбирают таким образом, чтобы он при обычном рабочем давлении отделял отводной трубопровод от внутренней части соединительной детали, по которой транспортируют текучую среду, а при выбранном давлении - открывал отводной трубопровод, так чтобы текучая среда могла удаляться. Далее приводится описание предмета изобретения с использованием пунктов формулы изобретения.
Соответствующую изобретению соединительную деталь используют, в частности, для транспортирования высоковязких и/или термически неустойчивых текучих сред, которые нужно транспортировать в теплообменных трубопроводах для возможности регулирования температуры текучей среды. В соответствующей изобретению соединительной детали также осуществляется регулирование температуры.
Существовавшей проблемой в лопающихся элементах при транспортировании вязких и очень чувствительных к температуре текучих сред являлись возникающие в трубопроводе для текучей среды температурные колебания, даже если при поддержании снаружи постоянной температуры в теплообменники вводились лопающиеся элементы, такие как, например, это описано в W094/28213 AI. Из-за этого возникали неоднородности в температурном профиле, но также и в профиле вязкости текучих сред, которые могли приводить к локальным отложениям или избыточным величинам давления. Согласно изобретению, для оказания воздействия на равномерность температуры и вязкость, при одновременной установке лопающегося элемента, соединительную деталь поддерживают при постоянной температуре. Оказалось, что благодаря соответствующим изобретению устройствам, элементы, снимающие избыточное давление, не ограничиваются только лопающимися элементами, но стало возможным использовать другие компоненты, как, например, клапаны избыточного давления. Поддержание равномерной температуры может осуществляться посредством тепловой изоляции соединительной детали и/или нагревательными или охлаждающими элементами (8). Для поддержания текучей среды с заданной температурой может быть достаточно совсем простой тепловой изоляции, если сама текучая среда несет с собой необходимое для транспортирования тепло, или производит его вследствие потерь на трение. Соединительным элементом является, предпочтительно, массивный блок теплопроводящего материала с достаточной теплоемкостью, благодаря чему при внешней теплоизоляции на внутренних стенках соединительной детали происходит равномерное распределение тепла. В предпочтительных вариантах выполнения предусматриваются нагревательные или охлаждающие элементы, например, теплопроводы, поддерживающие внутреннюю часть с заданной температурой.
В соединительной детали на участке элемента, снимающего избыточное давление, предпочтительно предусмотрен нагревательный элемент. Посредством такого элемента текучая среда, на участке элемента, снимающего избыточное давление, может поддерживаться с постоянной температурой, что предотвращает застывание материалов или возможность снижения вязкости текучей среды и способствовать вымыванию, либо при протекании текучей среды в теплообменном трубопроводе, либо через разгружающее сверление. Нагревание может предотвращать возникновение различной вязкости текучей среды на участке перед элементом, снимающим избыточное давление, или отложений текучих сред, с тем, чтобы при применении термически неустойчивых текучих сред не возникали экзотермически реактивные участки перед элементом, снимающим избыточное давление.
Нагревательный элемент может иметь электрический нагревательный элемент, индукционные катушки или теплоканалы, по которым направляют теплоноситель. Альтернативно такие каналы могут использоваться для проведения охлаждающей жидкости, если выбранная текучая среда должна охлаждаться на участке элемента, снимающего избыточное давление.
Поддержание равномерной температуры соединительной детали предпочтительно регулируют так, что внутри, при транспортировании текучей среды такой, как целлюлоза-NMMO-вода, при 90°C возникает максимальная разница температуры (перепад температуры) максимально 10°C, предпочтительно, максимально 8°C, максимально 6°C, максимально 5°C, максимально 4°C, максимально 3°C, максимально 2°C, максимально 1°C внутри соединительной детали, на участках стенки, включая элемент, снимающий избыточное давление соединительной детали.
Соединительной деталью может быть смешивающий элемент, как это, например, описано в US 7841765. Изобретение не ограничивается специальными смешивающими элементами, но можно подбирать различные смешивающие элементы, включаемые в теплообменные трубопроводы. Предпочтительно используют статичные смешивающие элементы. Смешивающий элемент должен размешивать, в частности, поток текучей среды внутри соединительной детали, в частности, на участке элемента, снимающего избыточное давление. Вследствие этого предотвращается неоднородность температуры, неоднородность вязкости и неоднородность давления текучей среды, так как она постоянно перемешивается и гомогенизируется. Произведенная смешанными элементами теплота трения отводится при поддержании равномерной температуры соединительной детали. Обычными смешивающими элементами являются статичные смесители, как, например, описанные в WO 2009/000642, или статичные смесители, поддерживаемые с постоянной температурой внутри. Как было указано выше, после того, как высоковязкие текучие среды остынут на участках элемента, снимающего избыточное давление, что вызывает разные характеристики температуры и вязкости, результатом опять же становится отличающаяся характеристика текучести текучей среды. Поэтому, согласно изобретению смешивающий элемент вводят настолько далеко в распределительные детали, или через участок элемента, снимающего избыточное давление, чтобы на участке элемента, снимающего избыточное давление, или во всей соединительной детали, также обеспечивалось хорошее протекание.
Согласно изобретению оказалось особенно предпочтительно, что соединительные детали сконструированы таким образом, а установка статичных смешивающих элементов проведена так, что на участке элемента, снимающего избыточное давление, возникает или осуществляется активное управление потоком.
Элементом, снимающим избыточные давление, может быть лопающийся элемент любой геометрии, предпочтительно, предохранительная мембрана, разрывающаяся при заданном давлении и открывающая вследствие этого отводной трубопровод. Вследствие этого текучая среда может отводиться при избыточном давлении через отводной трубопровод, поэтому в трубопроводе для текучей среды не возникают повреждения. Также можно использовать клапаны избыточного давления, открывающиеся при заданном давлении. В целом элемент, снимающий избыточное давление имеет, как правило, запирающий элемент, например, диск, запирающий отводной трубопровод. Этот запирающий элемент при заданном избыточном давлении смещается, перемещается, удаляется, или открывается, например, при его прорывании или лопании, поэтому появляется отверстие к отводному трубопроводу.
Теперь, на основе указанных выше соответствующих изобретению мероприятий, можно вернуться в указанных далее конструктивных примерах также к использованию стандартных предохранительных мембран. Их предпочтительно устанавливают в держателе и размещают в детали теплообменного трубопровода так, что предохранительные мембраны больше не являются элементом стенки трубы, или элементом соединительной детали, распределительной детали. В частности, лопающийся элемент или элемент, снимающий избыточное давление, может быть в общем смещен назад из внутренней полости соединительной детали. Вследствие этого внутри может возникнуть отстаивающийся от потока текучей среды участок. Предпочтительно в этом участке текучая среда направляется через смешивающий элемент для обеспечения постоянного контакта элемента, снимающего избыточное давление, с протекающей мимо него текучей средой.
Клапанами могут быть любые клапаны, например, с запирающим элементом, предпочтительно фиксируемой в запорном положении пружиной или срезываемым фиксатором или изгибающимся стержнем. Под воздействием давления пружина, срезываемый фиксатор или изгибающийся стержень не выдерживают его, вследствие чего запирающий элемент перемещается, а отводящий трубопровод открывается. Срезываемые фиксаторы и изгибающиеся стержни (например, US 4724857 или US 5577523) вызывают необратимые эксплуатационные изменения, поэтому при последующем падении давления отводной трубопровод остается открытым. Пружинный клапан может снова закрываться при падении давления. В срезываемом фиксаторе шток, соединенный с запирающим элементом, фиксируется в положении сопротивлением трения. Избыточное давление может преодолеть сопротивление трения и передвинуть запирающий элемент со штоком. Для изгибающегося стержня выбирают шток, изгибающийся при воздействии давления (потеря устойчивости при изгибе) и допускающий, согласно формуле Эйлера для потери устойчивости при изгибе, перемещение соединенного со штоком запирающего элемента.
Соединительные детали можно устанавливать посредством различных видов соединения в трубопровод для текучей среды, в частности, в теплообменный трубопровод, например, посредством фланцевых соединений, зажимных соединений, резьбовых соединений, сварных соединений для возможности обеспечения соединения между теплообменным трубопроводом или участками трубопровода. Соединительные детали могут изготавливаться из соответствующих сортов высококачественной стали, обычной стали, высоколегированной химически устойчивой стали, прочих металлов и сплавов металла, а также из высокопрочных полимерных материалов, они являются технологически устойчивыми (т.е. химически - и температуроустойчивыми и устойчивыми к давлению). Предоставим специалисту возможность предусматривать эти соединительные детали с учетом температуры и давления и включать в конструкцию и изготовление.
Предпочтительно используется лопающийся элемент, разрывающийся на большой площади при заданном избыточном давлении для обеспечения достаточного выхода текучей среды. Как уже было упомянуто выше, существуют лопающиеся элементы, в частности, предохранительные мембраны, имеющие при наличии соответствующих меток, заданные места излома для обеспечения контролируемого, занимающего большую площадь разрыва. Согласно изобретению все известные лопающиеся элементы допускают простую фиксацию в устройстве, поскольку лопающиеся элементы не страдают при таком повреждающем их способе, как нагревание при сварке. В частности, лопающийся элемент фиксируют посредством бокового упора. Данное изобретение обеспечивает простое фиксирование лопающегося элемента. В частности, лопающийся элемент можно фиксировать, например, в держателе во внутренней стенке отводного трубопровода, например, при защемлении, предпочтительно, посредством прифланцовывания. Лопающийся элемент может быть установлен также в виде частичного сверления (фиг.3а), как конструктивный элемент стенки в стенке отводного трубопровода. В отводной трубе может быть установлен фиксирующий элемент, например, фланец или зажимной фланец для фиксации лопающегося элемента.
В соответствии с изобретением было обнаружено, что при применении элементов, лопающихся на большой площади, не возникают недостатки, связанные с застойными зонами, при транспортировании вязких, очень чувствительных к температуре текучих сред. Отложения легко вымываются вместе с текучей средой при возникновении избыточного давления и лопании лопающегося элемента. В предпочтительных вариантах выполнения используют лопающиеся элементы, в которых разрывается, по меньшей мере, около 70% их обращенной к внутренней части соединительной детали поверхности, в частности, открытой поверхности между разделенными предохранительной мембраной полостями. В следующих или особенно предпочтительных вариантах выполнения мембрана ломается, по меньшей мере, почти на 20, 30, 40, 50, 55, 60, 65, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98% или на 100%, т.е. при избыточном давлении может открываться полностью запертая предохранительной мембраной поверхность.
Согласно изобретению, теперь, наряду с применением (любых) лопающихся элементов, могут использоваться одновременно клапаны или также, в целом, элементы, снимающие избыточное давление. Элемент, снимающий избыточное давление, включая клапаны, можно фиксировать в держателе во внутренней стенке отводного трубопровода. Размер элемента, снимающего избыточное давление, или его запирающие элементы могут быть соответственно рассчитаны в зависимости от предусмотренного применения. Предпочтительно при избыточном давлении они могут открывать, по меньшей мере, почти на 20, 30, 40, 50, 55, 60, 65, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98% или на 100% свою обращенную к внутренней части соединительной детали поверхность. Элементы, снимающие избыточное давление, или их запирающие элементы могут выполняться "заподлицо" с внутренней стенкой трубопровода или со смещением назад внутри соединительной детали. Находящееся "заподлицо" выполнение особенно предпочтительно, в частности, для клапанов, так как возможно полное отсутствие застойной зоны, даже на участке менее чем в 1 мм, который технически очень трудно выполним при фиксации лопающегося элемента. Поэтому форма запирающих элементов клапанов предпочтительно подогнана "заподлицо" к внутренней стенке соединительной детали, чтобы не возникали застойные зоны.
Предпочтительно поперечное сечение отводного трубопровода и/или отделяющей поверхности лопающегося элемента соответствует, по сравнению с поперечным сечением трубопровода текучей среды, внутренней части соединительной детали, по меньшей мере, на 20%, по меньшей мере, на 25%, по меньшей мере, 30%, по меньшей мере, 35%, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 55%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 65%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 75%, или, по меньшей мере, на 80%.
В следующих вариантах выполнения режущий элемент, например (разрывающий) шип или нож, позиционируют в отводном трубопроводе так, что при избыточном давлении в соединительной детали лопающийся элемент прижимается к разрывающему щипу или ножу, и вследствие этого разрывается. Это позволяет использовать особенно простые и предпочтительные лопающиеся элементы, даже без собственных меток для занимающего большую площадь разрыва, таких как заданные места разрыва. Шипом или ножом, к которым прижимается предохранительная мембрана при избыточном давлении, можно на большой площади разрывать также простейшие предохранительные мембраны. В зависимости от величин давления, возникающих при транспортировании вязких текучих сред, можно говорить об их "выламывании" простыми средствами.
Предпочтительно лопающийся элемент является предохранительной мембраной. Кроме того, лопающиеся элементы могут быть круглыми, эллиптическими, дисковыми, квадратными или многоугольными (в частности, в форме правильного многоугольника). Как правило, речь идет о плоских дисках. Простые лопающиеся элементы могут просто штамповаться из листа металла.
Лопающийся элемент может быть плоским или выпуклым. В специальных вариантах выполнения лопающийся элемент выпуклый в середине по отношению к внутренней части соединительной детали или к обращенной к нему поверхности, в частности вогнутый или выпуклый в направлении внутренней части соединительной детали. При превышении давления вогнутость может увеличиваться, что приводит к лопанию или к ее прижиму к разрывающему шипу или ножу. В предпочтительных вариантах выполнения нож имеет форму крестового ножа. При наличии выпуклой вогнутости, вогнутость может выворачиваться и инициировать напряжения в лопающемся элементе, вызывающие разрыв.
Предпочтительно, если между элементом, снимающим избыточное давление и внутренней частью соединительной детали предусмотрено сверление. Это сверление может служить для контролируемого сброса давления во внутренней полости, или для контроля температуры или давления. В соответствующем изобретению соединении, распределительная деталь может быть снабжена соответствующими сверлениями для возможности контролирования и отслеживания снятых показаний давления и температуры. При транспортировании высокочувствительных полимерных масс (например, растворов целлюлозы, состоящих из целлюлозы, аминоксида и воды) согласно изобретению оказалось также предпочтительным, если в соединительной детали можно выполнить также дополнительное сверление для возможности поэтапного контроля качества полимерной массы, начиная от изготовления раствора, вплоть до обработки в отношении качества формовочной массы, учитывая вязкость раствора и состав формовочного массы, а также характеристики пластицирования. Поэтому сверление может быть сверлением для отбора. Поэтому не требуется устраивать место для отбора проб непосредственно в трубопроводе для текучей среды. Если предусматривается место для отбора проб, то специально сконструированный клапан для отбора проб может быть выполнен так, чтобы в канале для отбора проб, после их взятия, не находилась остаточная масса, так как она вытесняется в основной поток.
В специальных вариантах выполнения это сверление предусматривается непосредственно перед элементом, снимающим избыточное давление. Сверление может использоваться для того, чтобы отводить осажденные вязкие текучие среды перед элементом, снимающим избыточное давление, например, для отбора проб, или измерения их температуры или давления. Поэтому сверление в предпочтительных вариантах выполнения имеет датчик температуры и/или датчик давления. Датчики температуры или датчики давления могут использоваться для выпуска текучей среды через сверление при отклонениях от заданной температуры или давления. Этот выпуск может осуществляться постоянно или периодически. Для этого разгружающее сверление предпочтительно имеет запирающийся клапан.
Соответствующая изобретению соединительная деталь может поставляться, предпочтительно, в форме соединительного элемента для соединения труб, в виде специального полностью смонтированного массивного блока. Соединительную деталь можно использовать в соединении устройств, например, реакторов, насосов, резервуаров высокого давления, фильтров, теплообменных трубопроводов, теплообменников и/или экструдеров.
Элемент, снимающий избыточное давление, например, лопающийся элемент или клапан, могут изготавливаться из различных материалов, таких, как сталь, высококачественная сталь, керамика, металлокерамические сплавы, алюминий, полимерный материал, цветные металлы, благородные металлы. Предпочтительными материалами являются все виды железа, ферросплавы, хромоникелевая сталь, никелевая сталь (например, материал хастеллой), титан, тантал, карбид кремния, стекло, керамика, золото, платина, а также полимерные материалы. Специальными материалами для стойкости против щелевой и сквозной коррозии являются сплавы с высоким содержанием молибдена или никеля, хрома, и сплавы молибдена; высокой прочностью при разрыве обладают сплавы никелевой меди. Примерами материала являются хастеллой С (высокая коррозионная стойкость), хастеллой В (имеющий термическое упрочнение высокотемпературный сплав), инконель (стойкий против коррозионного растрескивания под напряжением, нефтехимическое применение), инколой (высокая прочность, а также стойкость против высоких температур, окисления и науглероживания), монель (высокая прочность при разрыве, устойчив к коррозии).
В предпочтительных вариантах выполнения элемент, снимающий избыточное давление для транспортирования текучих сред по соединительной детали при высоких величинах давления, по меньшей мере, от 40 бар до 1000 бар, предпочтительно, по меньшей мере, 50 бар, по меньшей мере, 70 бар, по меньшей мере, 100 бар, по меньшей мере, 200 бар, по меньшей мере, 300 бар, по меньшей мере, 400 бар, по меньшей мере, 500 бар, по меньшей мере, 600 бар, по меньшей мере, 700 бар, по меньшей мере, 800 бар, изготовлен, например, посредством подбора подходящих материалов или толщины материала и габаритов. В других вариантах выполнения элемент, снимающий избыточное давление, изготовлен для транспортирования текучих сред через соединительную деталь при высоких величинах давления, максимально до 1000 бар, предпочтительно до 60 бар, до 80 бар, до 120 бар, до 250 бар, до 350 бар, до 450 бар, до 550 бар, до 650 бар, до 750 бар, до 900 бар.
Данное изобретение предоставляет, кроме того, способ транспортирования вязкой текучей среды через соединительную деталь, которой согласно изобретению соответствует соединительная деталь или устройство для разгрузки избыточного давления с элементом, снимающим избыточное давление. Изобретение относится к применению соответствующей изобретению соединительной детали или соответствующего изобретению устройства для разгрузки избыточного давления в теплообменном трубопроводе, в частности, для транспортирования или во время транспортирования вязкой текучей среды через теплообменник трубопровод. Соединительный элемент может быть установлен, например, между отдельными элементами теплообменного трубопровода для транспортирования вязкой текучей среды. В частности, изобретение относится также к способу транспортирования вязкой текучей среды по теплообменному трубопроводу, содержащему соединительную деталь, причем соединительная деталь имеет элемент, снимающий избыточное давление, разделяющий две полости устройства для разгрузки избыточного давления, причем полость соединена с внутренней частью соединительной детали или теплообменного трубопровода, при этом элемент, снимающий избыточное давление открывает при избыточном давлении внутри отверстие, так что осуществляется проток текучей среды между полостями устройства для разгрузки избыточного давления.
Предпочтительно, если вязкая текучая среда термически неустойчива. Термически неустойчивыми текучими средами являются, например, растворы целлюлозы, такие, как растворы целлюлозы - аминооксида, в специальных растворах третичного аминооксида и воды. Такие растворы могут содержать наряду со стабилизаторами, как, например, н-пропиловый эфир галловой кислоты, органические или неорганические основания, как например, раствор едкого натра. Кроме того, такие растворы целлюлоза/аминооксид и вода могут содержать также изменяющие продукт присадки, так называемые инкорпоративные средства. Растворы целлюлозы, изготовленные в смеси аминооксида, отличаются тем, что они при охлаждении кристаллизуются, но при температуре примерно от 72 до 75°C могут расплавляться. Примером является описанный в ЕР 789822 раствор целлюлозы-NMMO. Текучей средой может быть водный раствор аминооксида разных концентраций. Термически неустойчивыми текучими средами являются такие, в которых существует опасность повышения температуры во время транспортирования через соединительную деталь или теплообменный трубопровод. Повышения температуры могут возникать, например, вследствие экзотермических реакций, в частности, химических реакций, или из-за теплоты трения при транспортировании высоковязких текучих сред. Другими текучими средами являются, в частности, застывающие текучие среды, в частности, термоплавкие, такие как полимеры, поликарбонаты, полиэфир, полиамиды, полиоксифенилмолочная кислота, полипропилен и т.д. Текучая среда может быть тиксотропной текучей средой, в частности, формовочным раствором. Специальные текучие среды могут иметь температуру плавления, по меньшей мере, около 40°C, по меньшей мере, 50°C, по меньшей мере, 55°C, по меньшей мере, 60°C, по меньшей мере, 65°C, по меньшей мере, 70°C, по меньшей мере, 75°C. Текучая среда может транспортироваться при примерных температурах, по меньшей мере, около 40°C, по меньшей мере, 50°C, по меньшей мере, 55°C, по меньшей мере, 60°C, по меньшей мере, 65°C, по меньшей мере, 70°C, по меньшей мере, 75°C, по меньшей мере, около 80°C, по меньшей мере, 85°C, по меньшей мере, 90°C, по меньшей мере, 95°C. Соединительная деталь рассчитана для транспортирования этих текучих сред выше температур плавления, например, в соответствии с подобранным средством поддержания постоянной температуры. Предпочтительно вязкость при нулевом сдвиге текучей среды находится в диапазоне от 100 до 15.000 Pas, в частности, от 500 до 10.000 Pas.
2
Элемент, снимающий избыточное давление или блокировочный элемент, или лопающийся элемент имеет размеры предпочтительно для соответственно предусматриваемых потоков текучих сред (или давления). Предпочтительно поверхность элемента, снимающего избыточное давление или блокировочного элемента, или лопающегося элемента составляет от 0,01 до 0,4 мм на килограмм транспортируемой текучей среды, в частности, от 0,02 до 0,3 мм на килограмм.
Далее приводится описание данного изобретения при помощи приведенных ниже фигур и примеров выполнения, не ограничивая его этими специальными вариантами выполнения изобретения.
На чертежах показаны:
на фиг.1 и фиг.2 показан вид в разрезе соответствующей изобретению соединительной детали 1 с лопающимся элементом в виде предохранительной мехмбраны 2 с присоединенным проходящим мимо трубопроводом 3 текучей среды, предусмотренным на чертеже выходящим из плоскости изображения изогнутым, отводным трубопроводом 4, на краю 5 которого фиксирована предохранительная мембрана, сверлением 6, разрывающим шипом 7, а также теплопроводом 8;
на фиг.3 показаны различные лопающиеся элементы, в частности, вкрученная через сверление из стенного блока предохранительная мембрана (а), вогнутая предохранительная мембрана, ломающаяся при усиленной вынужденной вогнутости (b), и предохранительная мембрана с разрывающим ножом (b). Предохранительные мембраны b) и с) фиксированы посредством защемления края;
на фиг.4 показаны два вида в разрезе а) и b), с соответствующей изобретению соединительной деталью 1, соединяющей два теплообменника 9, дополнительно со смешивающими элементами 10, согласно WO 2009/000642;
на фиг.5-7 показаны виды в разрезе соответствующей изобретению соединительной детали 1 с разными клапанами с запирающими дисками 2 в закрытом (фиг.5а, 6а, 7а) и открытом (фиг.5b, 6b, 7b) положениях. Изображены также трубопровод 3 текучей среды и отводной трубопровод 4, а также отводные трубопроводы 8. Запирающий диск 2 соединен со штоком 9, фиксированным посредством разгрузочного (при срезе) кольца 10 (фиг.5) или пружины 11 (фиг.6) или держателя 12 (фиг.7), - (последний в выполнении изгибающегося штока), причем смещение происходит под действием избыточного давления.
Пример 1
Согласно этому примеру используется соединительная деталь, изображенная на фиг.4.
В этом варианте соединительная деталь соединяет два теплообменных трубопровода (соответственно по 3 м длиной). От соединительной детали отходит отводной трубопровод 4, не находящийся в регулярном проточном режиме с транспортируемой через теплообменный трубопровод текучей средой, но поддерживающий с ней контакт. Предохранительная мембрана 2 препятствует отводу текучей среды в обычном режиме работы. При критическом избыточном давлении она прижимается к крестообразному ножу 7 и выламывается, тем самым открывается отводной трубопровод для отвода текучей среды. Периодически перед предохранительной мембраной посредством датчиков контролируется давление и температура или из разгружающего сверления 6 осуществляется забор проб текучей среды. Смешивающий элемент 10 оказывает воздействие на выравнивание температуры, вязкости и давления текучей среды. Внутренний диаметр теплообменников и соединительной детали составляет 108 мм.
При эксплуатации эту деталь испытывали с раствором целлюлозы, NMMO и воды (целлюлозы 12, 9%, NMMO 76, 3%, воды 10, 8%, - все в % веса - %) при температуре 90°C и давлении 30 бар. Раствор вводился под давлением в первый теплообменник посредством насоса. В конце второго теплообменника находился фильтр для поддержания давления в трубопроводе.
Во время испытания датчиками температуры и датчиками 6 давления изменения температуры и давления не регистрировались. При симулированном избыточном давлении в 100 бар предохранительная мембрана лопалась, вследствие чего давление падало ниже обычного рабочего давления.
В разгрузочном сверлении 6 периодически брали пробы текучей среды и исследовались относительно их термической стабильности посредством дифференциальной сканирующей калориметрии и сравнивались со стабильностью "свежего" раствора воды целлюлозы и NMMO. Даже после нескольких дней эксплуатации установки не было зарегистрировано снижение термической стабильности раствора воды, целлюлозы, NMMO на участке предохранительной мембраны по сравнению со "свежим" раствором.
Пример 2
Через систему теплообменных трубопроводов, состоящую из теплообменников и соответствующих изобретению соединительных деталей, в качестве распределительных деталей, перемещали полимерный раствор для использования в качестве формовочного раствора со следующим составом изготовления формовочного раствора от производства формовочного раствора до его обработки в формовочной машине, имевший приведенный ниже состав.
Формовочную массу, состоявшую из смеси технических типов целлюлозы MoDo Crown Dissolving - DP 510-550 и Sappi Saiccor DP 560-580, постоянно изготавливали в следующем составе: целлюлоза 12,9%; аминооксид (NMMO-Н-метил-морфолин-М-оксид) 76,3%; вода 10,8%.
Изготовление раствора проводилось после осуществленной водной ферментной предварительной обработки и изготовления суспензии посредством испарения лишней воды в вакууме в реакционном резервуаре с постоянным протоком при температуре от 97 до 103°C. Для стабилизации растворяющего средства NMMO/воды добавлялись известные стабилизаторы. Стабилизация раствора целлюлозы осуществляется, как известно, посредством н-пропилового эфира галловой кислоты. Для безопасного изготовления раствора контролируют выход летучих ионов тяжелого металла, суммарный параметр (из ионов металла и ионов цветного металла) которого не превышает величину 10 ppm.
3
Плотность изготовленного раствора составляет 1.200 кг/м при комнатной температуре. Отрегулированная смешанными компонентами технической целлюлозы вязкость при нулевом сдвиге формовочной массы, замеренная при температуре 75°C, может составлять до 15.000 Pas. В зависимости от выбранной в процессе формования температуры обработки вязкость при нулевом сдвиге может изменяться от 500 до 15.000 Pas. Обусловленная структурновязкими характеристиками формовочного раствора вязкость при скоростях сдвига при формовании снижается в зависимости от выбранной температуры обработки до диапазона менее чем 100 Pas, а также в значительной степени зависит от концентрации целлюлозы в формовочном растворе.
В соединительных деталях, в заборных отверстиях при прохождении полимерной массы осуществлялся забор для измерения температуры и измерения вязкости, причем размер, размещенных в соединительной детали предохранительных мембран рассчитан на специфическую пропускную способность на мм предохранительной поверхности.
Отклонения относительно температуры и вязкости установлены посредством десяти отдельных измерений и при составлении среднего значения.