УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ РЕАКТОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, СНАБЖЕННЫЙ РАЗГРУЗОЧНЫМ КЛАПАНОМ С ГИДРОУПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2005 года по МПК G05D16/20 

Изобретение относится к устройству, содержащему реактор высокого давления, снабженный разгрузочным клапаном с гидроуправлением.

Полиэтилен высокого давления имеет по сравнению с полиэтиленами низкого и среднего давлений более высокую степень разветвления, более низкую кристаллическую долю, более низкий диапазон плавления и более низкую плотность. При способе высокого давления этен радикально полимеризуют при температурах 150-300°С в диапазоне давлений 1500-4000 бар. В качестве радикального инициатора добавляют в большинстве случаев кислород или небольшие количества пероксидов. Соответствующий реактор может быть выполнен в виде реактора с мешалкой или предпочтительно в виде проточного реактора. Подходящий трубчатый реактор имеет в длину обычно от многих сотен до нескольких тысяч метров и окружен снаружи нагревательной или охлаждающей рубашкой. Из-за высокого внутреннего давления в реакторе выполненные из металла стенки трубчатого реактора имеют обычно толщину порядка нескольких сантиметров.

Технологические проблемы способа высокого давления поясняются в Chem. - Ing. - Tech. 67 (1995), №7, стр.862-864, издательство VCH-Verlagsgesellschaft GmbH Weinheim. Так, говорится о том, что этен в определенных условиях температуры и давления мгновенно распадается на сажу, метан и водород. Эта нежелательная реакция постоянно возникает, особенно при полимеризации этена под высоким давлением. Связанное с этим резкое возрастание давления и температуры представляет собой значительный потенциал опасности для эксплуатационной надежности производственных установок.

Возможность решения задачи предотвращения такого резкого возрастания давления и температуры состоит в создании установки в трубчатом реакторе разрывных мембран. Недостаток таких разрывных мембран, однако, в том, что они при имеющихся высоких давлениях не реагируют на относительно малые колебания давления, т.е. разрывные мембраны могут нежелательным образом разорваться вблизи значений обычных рабочих давлений. Другой существенный недостаток разрывных мембран в том, что они не срабатывают на повышения температуры. В качестве альтернативы разрывным мембранам могут применяться так называемые Т-образные аварийные клапаны (разгрузочные клапаны). Такие разгрузочные клапаны открываются и закрываются гидравлическим управляющим механизмом. Поскольку такой гидравлический управляющий механизм относительно инерционный, возникают соответственно низкие скорости открывания соответствующих разгрузочных клапанов.

Задачей данного изобретения является, тем самым, создание устройства, содержащего снабженный разгрузочным клапаном с гидроуправлением реактор высокого давления, в котором возникновение скачкообразных возрастании давления и температуры вызывало бы особенно быструю разгрузку (уменьшение давления или снижение температуры). Разгрузка реактора должна происходить надежно и с достаточно высокой скоростью.

Решением этой задачи является устройство, содержащее снабженный разгрузочным клапаном с гидроуправлением реактор высокого давления, имеющий внутренний объем 0,4-20 м³ и внутреннее давление 1000-5000 бар;

а) измерительные устройства для определения давления и/или температуры в реакторе высокого давления;

б) электронное устройство управления;

в) гидравлический блок управления, содержащий один или несколько клапанов;

г) гидроагрегат, содержащий гидроцилиндр с подвижной поршневой массой и разгрузочный клапан, установленный на реакторе высокого давления и управляемый гидроцилиндром, причем поперечное сечение седла клапана составляет, по меньшей мере, 350 мм²,

д) предусмотренные для подачи гидравлической жидкости соединительные линии между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом, причем

при превышении заданной температуры и/или заданного давления в реакторе высокого давления от измерительного устройства выходной сигнал поступает на электронное устройство управления, которое в ответ на него вызывает открывание одного или нескольких клапанов гидравлического блока управления, в результате чего гидравлическая жидкость нагнетается по одной или нескольким соединительным линиям в направлении подвижной поршневой массы гидроцилиндра, за счет чего подвижная поршневая масса перемещается, в результате чего разгрузочный клапан открывается, причем, по меньшей мере, одна из соединительных линий в среднем имеет внутренний диаметр 10-80 мм и внутреннее давление 100-500 бар, а подвижная поршневая масса весит 10-80 кг.

Реактор высокого давления имеет внутренний объем 1-15 м³.

Реактор высокого давления имеет внутреннее давление 2000-3500 бар.

По меньшей мере, одна из соединительных линий имеет внутренний диаметр в среднем 20-50 мм.

По меньшей мере, одна соединительная линия имеет внутреннее давление 150-250 бар.

Подвижная поршневая масса весит 15-50 кг.

Соединительная линия, по которой во время открывания разгрузочного клапана гидравлическая жидкость поступает от гидроагрегата в направлении гидравлического блока управления, снабжена дроссельным обратным клапаном.

Содержащий один или несколько клапанов гидравлический блок управления выполнен в виде золотниковых клапанов с управляемым шаровым седлом.

Между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом расположены две соединительные линии, предназначенные для подачи гидравлической жидкости.

Разгрузочный клапан открывается за счет перемещения подвижной поршневой массы либо в направлении разгрузочного клапана, либо, предпочтительно, от него.

Реактор высокого давления выполнен, как правило, в виде трубчатого реактора, однако может быть выполнен также в виде автоклава высокого давления. В большинстве случаев реактор высокого давления используют для получения полимеров этилена. В качестве измерительных устройств для определения температуры или давления пригодны стандартные датчики. Под подвижной поршневой массой следует понимать часть гидроцилиндра, перемещающуюся при закрывании или открывании разгрузочного клапана посредством гидравлической жидкости. В большинстве случаев подвижная поршневая масса содержит гидравлический поршень и соответствующий клапанный шпиндель. Предусмотренные для подачи гидравлической жидкости соединительные линии выполнены предпочтительно в виде труб.

Существенное преимущество данного изобретения состоит в том, что скачки давления в реакторе высокого давления могут быть резко устранены. Продолжительность соответствующего процесса открывания разгрузочного клапана составляет порядка всего около 50 мс. В противоположность известным разгрузочным системам это достаточно быстро для надежной разгрузки реактора высокого давления (уменьшение давления или снижение температуры). Другое существенное преимущество изобретения в том, что разгрузка от давления может быть вызвана скачками как давления, так и температуры.

Быстрая и надежная разгрузка реактора достигается в том числе и за счет того, что разгрузочные клапаны имеют сечение седла, составляющее, как правило, по меньшей мере, около 350 мм² на 1 м³ объема реактора. В зонах реактора с максимальной температурой должно быть реализовано, по возможности, до 800 мм² сечения седла на 1 м³ объема реактора.

Внутренний объем реактора высокого давления составляет в большинстве случаев 1-15 м³. В качестве предпочтительного внутреннего давления реактора высокого давления рассматриваются значения 2000-3500 бар.

В большинстве случаев, по меньшей мере, одна соединительная линия между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом имеет внутренний диаметр в среднем 20-50 мм, предпочтительно все находящиеся между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом соединительные линии имеют внутренний диаметр в среднем 20-50 мм. По меньшей мере, одна соединительная линия имеет, как правило, внутреннее давление 150-250 бар, в большинстве случаев все находящиеся между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом соединительные линии имеют внутреннее давление 150-250 бар. В одной предпочтительной форме выполнения изобретения между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом расположены две соединительные линии, предусмотренные для подачи гидравлической жидкости.

Одна из этих соединительных линий направляет гидравлическую жидкость к гидравлическому блоку управления, а соответственно другая направляет ее от гидравлического блока управления к гидроагрегату.

Подвижная поршневая масса весит предпочтительно 15-50 кг.

В одной предпочтительной форме выполнения изобретения одна соединительная линия или определенная соединительная линия, по которой во время открывания разгрузочного клапана гидравлическую жидкость подают от гидроагрегата в направлении гидравлического блока управления, снабжена дроссельным обратным клапаном. Дроссельный обратный клапан может исключить недостаток, заключающийся в повреждении соответствующей гарнитуры седла в процессе закрывания разгрузочного клапана. За счет установки дроссельного обратного клапана можно регулировать скорость процесса закрывания, как правило, зарекомендовало себя время закрывания около 2 с. Таким образом, дроссельный обратный клапан обеспечивает быстрое открывание и замедленное закрывание разгрузочного клапана, что способствует длительному сроку службы «системы разгрузки от давления».

Как правило, один или несколько клапанов гидравлического блока управления выполнены в виде золотниковых клапанов с управляемым шаровым седлом.

Предпочтительно разгрузочный клапан открывается за счет того, что подвижная поршневая масса движется либо в направлении разгрузочного клапана, либо, предпочтительно, от него.

На прилагаемом чертеже изображают:

- фиг.1: схему устройства согласно изобретению;

- фиг.2: схему, поясняющую принцип действия гидравлического блока управления в комбинации с гидроагрегатом - состояние при закрытом разгрузочном клапане;

- фиг.3: принцип действия гидравлического блока управления с гидроагрегатом при открытом разгрузочном клапане («аварийное положение»).

На фиг.1 изображен реактор 1 высокого давления, на котором установлено измерительное устройство 2 для давления и измерительное устройство 3 для температуры. При превышении заданной температуры или заданного давления измерительные устройства 2, 3 подают электронный сигнал электронному устройству 4 управления. Последнее подает электронный сигнал гидравлическому блоку 5 управления. На гидравлическом блоке 5 управления расположены подающая 6 и сливная 7 трубы для гидравлической жидкости. В качестве гидравлической жидкости пригодно обычно стандартное гидравлическое масло. Достигающий гидравлического блока 5 управления сигнал вызывает открывание одного или нескольких клапанов гидравлического блока 5 управления. За счет этого гидравлическая жидкость нагнетается по соединительной линии 8, выполненной в виде трубы, в направлении гидроагрегата 9. Вследствие этого перемещается подвижная поршневая масса 10, в результате чего открывается разгрузочный клапан 11. Для закрывания разгрузочного клапана 11 по соединительной линии 12, выполненной в виде трубы, посредством дроссельного обратного клапана 13 гидравлическую жидкость нагнетают в направлении гидроагрегата 9. Выпуск 14 разгрузочного клапана 11 снабжен перекрывающей чашкой 15 для отделения твердого вещества (например, полиэтилена). Соединительные линии 8, 12 имеют внутренний диаметр 10-80 мм, предпочтительно 20-50 мм. Давление в них составляет 100-500 бар, предпочтительно 150-250 бар.

Разгрузочный клапан открывается за счет того, что подвижная поршневая масса движется либо в направлении разгрузочного клапана, либо, предпочтительно, от него.

В предпочтительном варианте выполнения быстрое открывание разгрузочного клапана происходит следующим образом. При превышении заданной температуры и/или заданного давления в реакторе 1 высокого давления от измерительного устройства 2, 3 выходной сигнал поступает на электронное устройство 4 управления, которое в ответ на него вызывает открывание одного или нескольких клапанов гидравлического блока 5 управления, в результате чего гидравлическая жидкость нагнетается по соединительной линии 12 в направлении подвижной поршневой массы 10 гидроцилиндра, за счет чего подвижная поршневая масса 10 перемещается, в результате чего разгрузочный клапан 11 открывается. Стрелки на фиг.1 соответствуют именно предпочтительному варианту выполнения изобретения.

На фиг.2, 3 изображен гидравлический блок 5 управления в особом выполнении, содержащий четыре золотниковых клапана 16 с управляемым шаровым седлом и соответствующий клапан 17 с шаровым седлом. Показанные направления течения или нагнетания гидравлической жидкости отображают, удерживается ли разгрузочный клапан 11 подвижной поршневой массой 10 закрытым или закрывается (фиг.2), или открывается, или удерживается открытым (фиг.3). Фиг.2 схематично изображает, таким образом, нормальное рабочее положение, а фиг.3 - «аварийное положение».

Сущность: устройство содержит реактор высокого давления, измерительные устройства для определения давления и/или температуры, электронное устройство управления; гидравлический блок управления, содержащий один или несколько клапанов; гидроагрегат, содержащий гидроцилиндр с подвижной поршневой массой и разгрузочный клапан, установленный на реакторе и управляемый гидроцилиндром, предусмотренные для подачи гидравлической жидкости соединительные линии между гидравлическим блоком управления и гидроагрегатом. Технический результат изобретения заключается в обеспечении быстрого открывания разгрузочного клапана при скачках давления или температуры в реакторе высокого давления. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство, содержащее снабженный разгрузочным клапаном с гидроуправлением реактор (1) высокого давления, имеющий внутренний объем 0,4-20 м³ и внутреннее давление 1000-5000 бар;

а) измерительные устройства (2, 3) для определения давления и/или температуры в реакторе (1) высокого давления;

б) электронное устройство (4) управления;

в) гидравлический блок (5) управления, содержащий один или несколько клапанов;

г) гидроагрегат (9), содержащий гидроцилиндр с подвижной поршневой массой (10) и разгрузочный клапан (11), установленный на реакторе (1) высокого давления и управляемый гидроцилиндром, причем поперечное сечение седла клапана составляет, по меньшей мере, 350 мм²; и

д) предусмотренные для подачи гидравлической жидкости соединительные линии (8, 12) между гидравлическим блоком (5) управления и гидроагрегатом (9), причем при превышении заданной температуры и/или заданного давления в реакторе (1) высокого давления посредством измерительного устройства (2, 3) выходной сигнал поступает на электронное устройство (4) управления, которое в ответ на него вызывает открывание одного или нескольких клапанов гидравлического блока (5) управления, в результате чего гидравлическая жидкость нагнетается по одной или нескольким соединительным линиям (8, 12) в направлении подвижной поршневой массы (10) гидроцилиндра, за счет чего подвижная поршневая масса (10) перемещается, в результате чего разгрузочный клапан (11) открывается, причем, по меньшей мере, одна из соединительных линий (8, 12) в среднем имеет внутренний диаметр 10-80 мм и внутреннее давление 100-500 бар, а подвижная поршневая масса (10) весит 10-80 кг.