СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ПАТРУБОК ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И СНАБЖЕННЫЙ ТАКИМ СОЕДИНИТЕЛЬНЫМ ПАТРУБКОМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЗОНД
CONNECTING PIPE FOR MEASUREMENT INSTRUMENTS AND MEASURING PROBE EQUIPPED WITH THIS CONNECTING PIPE

Настоящее изобретение относится к соединительному патрубку для измерительных приборов для исследования проходящей по трубопроводу текучей среды и к снабженному таким соединительным патрубком измерительному зонду.
В многочисленных промышленных процессах, как, например, в химической промышленности, в пищевой промышленности или в технике защиты окружающей среды, транспортируются текучие среды, такие как газы и жидкости, часто через очень сложные трубопроводные системы. Во многих местах этих трубопроводных систем на основании управления и контроля процессов требуется определять физические и электрохимические параметры транспортируемых по трубопроводам текучих сред, в качестве примера следует назвать измерение температуры, давления, скорости потока, значения рН или спектроскопические исследования.
Трубопроводные системы составлены обычно из более коротких трубных сегментов, которые связаны друг с другом фланцевыми соединениями, например посредством так называемых фланцев предварительной сварки. Часто вследствие изменения процессов, модернизации управления или контроля процессов или вследствие изменившихся требований по защите окружающей среды необходимо интегрировать в уже имеющиеся трубопроводные системы новые места измерения. В связи с тем, что геометрическую форму трубопроводных систем часто не следует изменять, обычно имеющийся трубный сегмент удаляется и заменяется новым, который собственно соответствует первоначальному трубному сегменту, однако имеет, кроме того, короткий Т-образно ответвляющийся отрезок трубы, на соединительном фланце которого расположен соответствующий требуемый измерительный прибор, например температурный зонд или манометер. С такой заменой первоначального трубного сегмента на специально изготовленный сегмент измерительной трубы связаны не только высокие расходы по изготовлению, но и недостатки в отношении техники измерения. Ответвленный отрезок трубы для подсоединения измерительного прибора имеет постоянно определенный мертвый объем, что в зависимости от исследуемой измерительной величины может привести к соответствующему замедлению срабатывания измерительного прибора. Оптимальный контроль и оптимальное регулирование процесса вследствие этого затрудняются.
В основу изобретения поэтому положена задача разработки измерительной системы для определения физических и электрохимических параметров проходящей по трубопроводу текучей среды, которая может изготавливаться с невысокими затратами и которая может встраиваться в уже имеющиеся трубопроводные системы с малыми рабочими затратами без изменения существующей конструкции. При этом новая измерительная система должна обеспечивать быструю реакцию срабатывания измерительных приборов на изменения исследуемых параметров текучей среды.
Эта задача решается разработкой нового соединительного патрубка для измерительных приборов, который отличается тем, что он может быть встроен между соединительными фланцами двух граничащих друг с другом трубопроводных систем.
Объектом изобретения поэтому является соединительный патрубок для измерительных приборов для исследования проходящей по трубопроводу текучей среды, причем измерительный патрубок имеет выполненное тоньше по возможности дискообразное монтажное кольцо, которое включает две в основном планарные торцевые поверхности, внешнюю боковую поверхность и внутреннюю боковую поверхность, причем внутренняя боковая поверхность определяет аксиальное сквозное отверстие монтажного кольца, которое в монтированном состоянии в основном выполнено соответственно линейно со сквозными отверстиями соединительных фланцев граничащих друг с другом сегментов трубопровода. Монтажное кольцо соединительного патрубка согласно изобретению имеет, кроме того, по меньшей мере, одно входящее во внешнюю боковую поверхность радиальное отверстие, к которому извне может подключаться измерительный прибор.
Соединительный патрубок согласно изобретению может быть интегрирован между любыми соединительными фланцами трубопроводной системы благодаря своему плоскому дискообразному монтажному кольцу, геометрическая форма трубопроводной системы при этом практически не изменяется. Вследствие своей простой конструкции соединительный патрубок может быть выполнен с малыми затратами и имеющиеся трубные сегменты не должны заменяться. Расходы по монтажу не выше, чем при замене уплотнения между соединительными фланцами трубного сегмента. Затраты на изготовление и монтаж соединительного патрубка согласно изобретению составляют типичным образом меньше, чем четверть затрат на изготовление и монтаж обычных трубных сегментов для замены с ответвлениями для измерительных приборов. Монтаж соединительного патрубка согласно изобретению можно проводить очень быстро, так как только частичная нагрузка установки должна быть перекрыта или кратковременно отключена и в отличие от предыдущих систем больше не требуется полного отключения всей установки. Соединительный патрубок согласно изобретению может быть монтирован в течение нескольких минут без сварочных работ и без сложных перестроек. В противоположность к предыдущей технологии не может возникать искрение, так что не нужно принимать особых мер по защите от взрыва. Вследствие локально ограниченного затрагивания конструкции установки монтаж нового соединительного патрубка обычно может осуществляться без лесов и без сложных работ относительно типичным образом имеющейся изоляционной системы трубопроводов.
Особое преимущество изобретения заключается также и в том, что измерительный зонд не привариватся к имеющемуся трубному сегменту. При эксплуатации вследствие изменений нагрузки, колебаний температуры и давления и подобных влияний могут возникать колебания трубопровода, которые на основании рычажного действия измерительного патрубка могут приводить к сильной нагрузке таких сварочных соединений вплоть до разрыва сварных швов. В отличие от этого предусмотренная согласно изобретению встройка соединительного патрубка с помощью фланцевых соединений не является критической относительно колебаний трубопровода, так что производственная надежность установки повышается.
Предпочтительно диаметр аксиального сквозного отверстия монтажного кольца в основном соответствует внутреннему диаметру трубопровода, причем в зависимости от случая применения могут быть предпочтительны также и несколько большие диаметры сквозного отверстия монтажного кольца. Так, например, при номинальном диаметре трубы 25 мм диаметр аксиального сквозного отверстия монтажного кольца может быть выбран 29 мм, в то время как при номинальном диаметре трубы в 50 мм диаметр сквозного отверстия может быть предпочтительно 56 мм.
Монтажное кольцо соединительного патрубка согласно изобретению может, например, иметь внешний диаметр, который в основном соответствует внешнему диаметру соединительного фланца смежных трубных сегментов. В этом случае в монтажном кольце предусмотрены отверстия, которые позволяют пропускание соединительных винтов фланцев трубных сегментов. Особенно предпочтительно монтажное кольцо имеет внешний диаметр, который меньше, чем внешний диаметр двух граничащих друг с другом соединительных фланцев трубопровода, между которыми он должен быть встроен, так что монтажное кольцо может быть выполнено сплошным без помех относительно винтового соединения фланцев.
Монтажное кольцо соединительного патрубка может состоять из различных материалов, в частности из таких материалов, которые стойки к пропускаемым через трубопровод текучим средам. Предпочтительно монтажное кольцо соединительного патрубка состоит из благородной стали, как, например, из материала 1.4571 согласно стандарту Германии DIN 17440 (V4A-сталь). Однако монтажное кольцо может также состоять из менее стойких материалов и на своей внутренней боковой поверхности может быть снабжено стойким защитным слоем, например керамическим слоем или слоем эмали.
Подлежащий присоединению измерительный прибор может быть монтирован к отверстию на внешней боковой поверхности монтажного кольца, на которой заканчивается радиальное отверстие внешней боковой поверхности. В связи с тем, что монтажное кольцо предпочтительно имеет меньший внешний диаметр, чем внешний диаметр граничного фланца, радиальное отверстие на внешней боковой поверхности монтажного кольца предпочтительно переходит в соединительный трубопровод, который, например, ведет наружу через край граничащего присоединительного фланца. Предпочтительно измерительный прибор может быть подсоединен к этому соединительному трубопроводу. Для этого соединительный трубопровод может иметь на своем свободном конце, например, винтовое подсоединение или режущее кольцевое подсоединение. Монтажное кольцо может тогда быть выполнено особенно тонким, так что практически не имеется негативного воздействия на геометрическую форму трубопровода вследствие встройки соединительного патрубка согласно изобретению. Предпочтительно аксиальная длина монтажного кольца, т.е. длина в направлении потока текучей среды, составляет менее чем 20 мм, особенно предпочтительно менее чем 15 мм и более предпочтительно менее чем 10 мм.
Выполнение радиального отверстия монтажного кольца выбирается предпочтительно в зависимости от подлежащих измерению значений. Для измерений давления предпочтительно предусматривают то, что радиальное отверстие доходит до внутренней боковой поверхности монтажного кольца, так что отверстие сообщается непосредственно с аксиальным сквозным отверстием, через которое в монтированном состоянии соединительного патрубка проходит подлежащая исследованию текучая среда. Для оптического исследования устье радиального отверстия во внутреннюю боковую поверхность может быть закрыто прозрачным окошком, например кварцевым окошком. Отверстие может также быть выполнено таким образом, что посаженная в отверстие измерительная головка измерительного прибора заканчивается вместе с внутренней боковой поверхностью монтажного кольца.
Согласно одному варианту выполнения соединительного патрубка радиальное отверстие не сообщается с аксиальным сквозным отверстием, например, можно предусмотреть то, что радиальное отверстие заканчивается в исходящем от внутренней боковой поверхности монтажного кольца входящем в аксиальное сквозное отверстие выступе. Этот выступ при эксплуатации обтекается подлежащей исследованию текучей средой, так что такая форма выполнения пригодна, например, для измерения температуры. Для этого температурный зонд вставляется в радиальное отверстие и направляется до выступа. В этом случае температурный зонд находится в контакте с выполненным, например, из благородной стали выступом и не должен быть сам выполнен из стойкого по отношению к исследуемой текучей среде материала.
Фланцы монтажного кольца выполнены предпочтительно согласно описанным в стандарте DIN EN 1092-1 уплотнительным формам. Особенно предпочтительно здесь "уплотнительная планка формы С" является нормой. На планарных торцевых поверхностях монтажного кольца, которые во встроенном состоянии находятся в контакте с соединительными фланцами граничащих друг с другом трубных сегментов, могут быть выполнены кольцевые пазы, которые содержат один или несколько уплотнительных колец.
Кроме того, объектом изобретения является измерительный зонд, включающий измерительный прибор, который подсоединен к соединительному патрубку согласно изобретению. Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения измерительным прибором является измеритель давления, например манометр, или измеритель температуры, например термометр. В случае измерителя температуры аксиальная длина монтажного кольца может составлять менее чем 10 мм, например, прибл. 8 мм. В случае измерителя давления предпочтительная аксиальная длина монтажного кольца составляет от 10 до 12 мм.
Изобретение может применяться в различных способах промышленной химии, например, для получения мягчителей, растворителей, катализаторов, аминов, диолов, карбоновых кислот, промежуточных продуктов получения карбоксипродуктов и красителей, поверхностно-активных веществ, полимеров, комплексообразователей, воска, биоцидов, гальванохимреагентов, диспергаторов, пластификаторов бетона, химреагентов для автомобилей, присадок к горючему и смазочным средствам, алкиленоксидов, гликолей, пигментов, красок, лаков и многих других продуктов.
Особенно предпочтительно соединительный патрубок согласно изобретению и снабженные им измерительные зонды согласно изобретению применяются при способах получения сложных алкильных эфиров (мет)акриловой кислоты путем взаимодействия (мет)акриловой кислоты с алканолами, в частности с имеющими от 1 до 8 атомов углерода одновалентыми алканолами. Понятие (мет)акриловая кислота относится известным образом к акриловой или метакриловой кислоте. Сложные алкильные эфиры (мет)акриловой кислоты в общем известны и имеют значение, например, в качестве исходных мономеров для получения водных полимерных дисперсий, которые находят применение как клеящие вещества. Подобный способ с другими указаниями на уровень техники при получении сложных алкильных эфиров (мет)акриловой кислоты описан, например, в патенте US 5,883,288 заявителя. При этом речь идет о типичных реакциях равновесия, при которых степень конверсии (мет)акриловой кислоты и соответствующего алканола в соответствующие сложные эфиры ограничена положением равновесия. Это приводит к тому, что для экономичного ведения способа, с одной стороны, нужно удалять воду этерификации из рекционной зоны для сдвига равновесия в пользу образовавшегося сложного эфира и, с другой стороны, непревращенные исходные вещества должны отделяться от образовавшихся сложных эфиров и возвращаться в реакционную зону. Получение чистого сложного эфира из отведенной из реакционной зоны реакционной смеси обычно осуществляется с помощью ректификационных колонн и дистиляционных единиц. Вся установка из реактора этерификации, ректификационных колонн, дистилляционных единиц, испарителей, конденсаторов, устройств сдвига фаз, насосов и т.п. объединена трубопроводами отвода, рециркуляции и транспортировки, в которых должны постоянно контролироваться важные величины процесса, такие как давление и температура. В связи с тем, что, как известно, (мет)акриловая кислота и ее сложные эфиры склонны к полимеризации, имеется опасность образования мертвых объемов вследствие соединительных трубопроводов измерительных приборов, которые быстро засоряются нежелательными полимеризатами. Для предотвращения образования мертвых объемов в трубопроводных системах оказалось особенно преимущественным применение соединительных патрубков согласно изобретению и снабженных ими измерительных зондов в таких способах.
Объектом изобретения также является применение измерительных зондов согласно изобретению в способе получения сложных алкильных эфиров (мет)акриловой кислоты посредством взаимодействия (мет)акриловой кислоты с алканолами.
Далее изобретение подробнее поясняется с помощью показанных на следующих изображениях примеров выполнения.
На чертежах представлено
Фиг.1 - первая форма выполнения соединительного патрубка согласно изобретению со сквозным радиальных отверстием;
Фиг.2 - вторая форма выполнения соединительного патрубка согласно изобретению со сквозным радиальных отверстием;
Фиг.3 - форма выполнения соединительного патрубка согласно изобретению с входящим в сквозное отверстие выступом;
Фиг.4 - сечение по соединительному патрубку фиг.3 вдоль линии IV-IV;
Фиг.5 - встроенный между двумя соединительными фланцами двух смежных трубных сегментов соединительный патрубок согласно изобретению;
Фиг.6 - опытная конструкция, которая показывает измерительный зонд уровня техники и измерительный зонд согласно изобретению и
Фиг.7 - наглядное изображение, показывающее кривую измеренной измерительными зондами по фиг 6 температуру после температурного скачка.
Со ссылкой на фиг.1 можно видеть первую форму выполнения соединительного патрубка согласно изобретению для измерительных приборов, предназначенных для исследования проходящей по трубопроводу текучей среды. Соединительный патрубок 10 по фиг.1 имеет дискообразное монтажное кольцо 11, которое имеет в основном планарную торцевую поверхность 12. Не видная на виде сверху фиг.1 лежащая напротив торцевой поверхности 12 торцевая поверхность 12' (см. фиг.4) выполнена также планарной. Монтажное кольцо 11 имеет внешнюю боковую поверхность 13 и внутреннюю боковую поверхность 14, причем внутренняя боковая поверхность 14 ограничивает аксиальное сквозное отверстие 15, через которое при монтированном состоянии проходит текучая среда. В монтажном кольце 11 имеется отверстие 16, которое при вариантах выполнения по фиг.1 и 2 заканчивается на внутренней боковой стороне 14. Радиальное отверстие 16 на внешней боковой стороне 13 переходит в соединительную трубу 17, которая снабжена винтовой головкой 18 для подсоединения не показанного на фиг.1 измерительного прибора. Таким образом, радиальное отверстие 16 обеспечивает соединение между присоединенным к винтовой головке 18 измерительным прибором и аксиальным сквозным отверстием 15, по которому при эксплуатации протекает подлежащая исследованию текучая среда. В зависимости от требований для предотвращения статической зарядки к монтажному кольцу 11, как показано при форме выполнения по фиг.1, подсоединен металлический заземляющий провод 19.
Фиг.2 показывает вариант выполнения соединительного патрубка фиг.1, причем конструктивные элементы, которые имеют ту же или соответствующую функцию, что и конструктивные элементы варианта по фиг.1, обозначены теми же ссылочными номерами. Представленный на фиг.2 соединительный патрубок 20 отличается от представленного на фиг.1 соединительного патрубка 10 только выполнением соединительной трубы 17, которая на фиг.2 снабжена не винтовой головкой, а вставной гильзой 21. Вариант по фиг.2 пригоден также для подсоединения, в частности, приборов для измерения давления. Во входящее в сквозное отверстие 15 отверстие 16 мог бы быть вставлен также и зонд волоконной оптики, измерительные окошки которого в монтированном состоянии заканчиваются вместе с внутренней боковой поверхностью 14.
Фиг.3 показывает форму выполнения соединительного патрубка согласно изобретению, которая с особенности пригодна для применения в качестве измеряющего температуру зонда. Коструктивные элементы, которые соответствуют уже описанным в связи с формой выполнения по фиг.1 конструктивным элементам, обозначены также теми же ссылочными номерами, что и на фиг.1. Соединительный патрубок 30 фиг.3 отличается от показанной на фиг 1 и 2 формы выполнения тем, что радиальное отверстие 16 не заканчивается на внутренней боковой поверхности 14 монтажного кольца 11. На внутренней боковой поверхности 14 предусмотрен входящий в аксиальное сквозное отверстие 15 выступ 31, на котором заканчивается радиальное отверстие 16 в качестве глухого отверстия. При таком выполнении выступ 31 при эксплуатации обтекается проходящей по аксиальному сквозному отверстию 15 текучей средой и быстро принимает температуру текучей среды. Поэтому этот вариант пригоден для измерения температуры, причем в радиальное отверстие 16 может быть введен температурный зонд, который в нижней зоне 32 радиального отверстия 16 находится в термическом контакте с выступом 31.
Фиг.4 показывает сечение вдоль линии IV-IV фиг.3. Аксиальная длина L монтажного кольца выбирается как можно малой, так что вследствие встройки соединительного патрубка согласно изобретению практически не имеют место изменения геометрической формы трубопроводной системы.
На фиг.5 представлен соединительный патрубок 10 по фиг.1 во встроенном состоянии. Из фиг.5 видно два граничащих друг с другом трубных сегмента 40, 50, которые связаны друг с другом соединительными фланцами 41, 51. Между соединительными фланцами 41, 51 встроен соединительный патрубок 10 согласно изобретению. Вследствие минимального аксиального растяжения монтажного кольца 11 соединительного патрубка 10 геометрическая форма трубопроводной системы за счет встройки соединительного патрубка практически не изменяется.
Фиг.6 схематически показывает опытную конструкцию, при которой определяется температура проходящей по трубопроводу текучей среды посредством температурных зондов М1 и М2. Температурный зонд М1 прифланцован согласно уровню техники к Т-образной измерительной трубе, в то время как температурный зонд М2 монтирован посредством соединительного патрубка согласно изобретению (см. фиг.3) между фланцами двух трубных сегментов. Через подающие линии в трубопровод может по выбору подаваться вода W с температурой 10°С или водяной пар D с температурой 100°С. В качестве чувствительных элементов применяются измерительные преобразователи типа TR01 фирмы Sensycon, которые снабжаются питающими приборами типа CSOC 420 фирмы Hartmann & Braun.
Фиг.7 показывает наглядную схему, на которой показано дальнейшее развитие по времени измеренных на местах измерения М1 и М2 фиг.6 температур после смены воды на водяной пар. Можно видеть, что выполнение согласно изобретению (кривая М2) реагирует на изменения температуры значительно быстрее, в то время как в месте измерения М1 согласно уровню техники вследствие мертвого объема ответвленного к месту измерения отрезка трубы регистрируется замедленное срабатывание.