ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ И СПОСОБ ТРАНСПОРТА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2017 года по МПК F16K17/04 F16K17/40 F16K49/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству и способу транспортировки вязких и термически чувствительных жидкостей по трубопроводу.

Уровень техники

Применение устройств для снижения давления в целом известно. Обычные средства включают, например, клапаны или мембранные предохранительные устройства. Предохранительные клапаны защищают находящиеся под давлением пространства или напорные резервуары от недопустимого повышения давления, которое может привести к повреждению присоединенного напорного оборудования. При превышении давления срабатывания клапаны отводят газы, пары или жидкости в атмосферу или сборные трубопроводы. Мембранные предохранительные устройства имеют мембрану, которая под действием давления, которое выше нормального рабочего давления, но ниже давления, при котором труба или сам резервуар разрушается, разрывается, вследствие чего становится возможным снижение давления с наружным пространством.

Устройства для снижения давления при указанных выше условиях ведут к локальному уменьшению давления в системе. Устройства для снижения давления могут устанавливаться только обусловленно геометрией, например, труб или каналов.

Мембранные предохранительные устройства в качестве устройства для снижения давления имеют, кроме того, сами ограничения в части конструкции и изготовления. Так мембранные предохранительные устройства не могут разрабатываться любой тонкости или толщины, чтобы иметь возможность применения в качестве устройства для точной защиты от избыточного давления или разрежения. Таким образом, давление срабатывания должно быть достаточно высоким при избыточном давлении и низким при разрежении. Устройства для снижения давления поэтому могут разделяться по их возможностям применения и должны быть всегда сфокусированы с учетом подлежащей защите общей системы, эти устройства могут состоять из применяемых повторно, не применяемых повторно составных частей, а также из специальных конструктивных элементов, так что при выборе нужно принимать во внимание много факторов. Наряду с фактором давления, разрежения, места встраивания устройства для снижения давления должны также учитываться физические, химические условия, как при необходимости и коррозия или абразивное действие, а также инерцию системы снижения давления. При многих процессах стремятся к системам снижения давления, свободным от мертвых зон, так как продукты реакции с длительным пребыванием, обусловленным мертвыми зонами, могут существенно отрицательно сказываться на качестве производимых продуктов. Непосредственно в фармацевтической отрасли требуется аппаратура и машины, которые не допускают никаких мертвых зон в системе установок.

ЕР 789822 относится к устройству для защиты от давления для термически нестабильных масс, как растворы из целлюлозы, воды, NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid), в котором мембранный предохранительный элемент для защиты выступает во внутреннее пространство транспортной трубы.

Предохранительные клапаны известны, например, из US 4,724,857, US 5,067,511, US 5,577,523. Эти клапаны являются арматурой, которая может привинчиваться к напорным резервуарам для защиты, чтобы иметь в распоряжении соответствующие защитные устройства при нежелательном давлении.

Так US 4,724,857 описывает корпус клапана, который с помощью резьбового присоединения может подключаться к системе установок для снижения давления. Недостатком этого устройства для снижения давления является, что внутри корпуса клапана и перед корпусом разгрузочного клапана возникает напорная зона, соответственно мертвая зона и вследствие этого отсутствие какого-либо течения в зоне. Таким образом, могут образовываться так называемые "застойные зоны ", которые, с одной стороны, могут блокировать корпус клапана, с другой стороны, вследствие этого могут отрицательно сказываться на снижении давления.

В патентном описании US 5,067,511 приводится техническое решение, в котором корпус клапана, требующегося для снижения давления, закреплен на стержне, работающем на продольный изгиб, однако, предусмотренный для снижения давления корпус в общем оттянут назад в клапанной коробке, так что могут образовываться выраженные застойные зоны.

В US 5,577,523 представляется арматура, которая с помощью ступенчатого раскрытия открывает не поперечное сечение трубы. Также здесь можно узнать, что среда перед корпусом клапана скопляется и образуется застойная зона. При транспорте вязких и термически нестабильных соответственно термически чувствительных масс, в частности таких, которые становятся жидкими только при нагреве, а при охлаждении склонны к образованию комков или вести к отложениям, целью, например, ЕР 789822 и US 5,337,776 было недопущение зон, в которых эти массы могли откладываться. Эта цель преследовалась также в ЕР 789822.

JP 2003/093536 А (аннотация) относится к устройству с закрытым полым пространством медиации для противопожарного насоса без отводного трубопровода.

US 6,425,410 B1 показывает запорный клапан трубопровода, в котором закрываемый запорный диск соединен со стержнем работающим на продольный изгиб. Трубопровод при нормальной работе закрыт и при давлении открывается по отношению к ограничителю, причем давление передается через верхнюю часть запорного диска.

US 5,297,575 А описывает подобный запорный клапан, как показано в US 6,425,410 В1. Вместо запорного диска в нем применяется поршень.

JP 2007/232178 А (аннотация) описывает прибор для пожарного рукава с мембранным предохранительным устройством. Мембранное предохранительное устройство не промывается прокачиваемой через трубопровод жидкостью. Далее мембранное предохранительное устройство не является перемещаемым уплотнительным элементом, а является элементом, который под давлением прорывается и благодаря этому образует отверстие.

В US 5,337,776 приводится техническое решение, в котором мембранное предохранительное устройство, встроенное в трубопровод, должно быть выполнено так, что разрушающаяся мембрана заподлицо расположена в стенке трубопровода. С этой целью трубопровод согласно US 5,337,776 должен иметь конструкцию и устроен таким образом, что сквозная труба для массы, а также термостатический кожух трубы должны прерываться и таким образом в трубопроводе имеет место неоднородная зона терморегулирования. Другой существенный недостаток US 5,337,776 заключается в том, что приведенное в патентном описании мембранное предохранительное устройство в силу обстоятельств должно навариваться на цилиндрический каркас. Фиксация заподлицо мембранного предохранительного устройства во внутреннем пространстве трубы или в стенке трубы трудоемко и требует приваривания мембранного предохранительного устройства способом электроннолучевой сварки. К тому же не могут применяться какие-либо имеющиеся в продаже мембранные предохранительные устройства. Далее задуманная цель абсолютной свободы от мертвых зон не достигается, так как плоские мембранные предохранительные устройства и их фиксация выступают в изогнутое внутреннее пространство трубы и со стороны нисходящего потока остаются не омытые жидкостью области.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание альтернативных устройств для снижения давления, которые устраняют недостатки нынешних устройств.

Устройства для снижения давления могут оказывать значительное воздействие на качество продукта сред, находящихся под давлением в реакторах, так как даже незначительные, например, образованные вследствие мертвых зон различия в средах ведут к изменениям продукта. Например, растворенные массы из целлюлозы и полимера могут экстремально окрашиваться, если происходит отстаивание и заторы. В транспортных трубопроводах подобных чувствительных полимеров должно обращаться внимание на всех участках установки на одинаковые термические условия и идущие сбоку процессы (время выдержки). Различия могут вызываться недостаточной внутренней геометрией устройств для снижения давления, в которых в определенной области могут образовываться скопления продукта. Вследствие этих неконтролируемых скоплений продукта и вытекающих из этого потерь качества полимерного раствора может иметь место производственный брак на перерабатывающих машинах. Поэтому в таких критических комплектных установках и частях установок должны применяться специальные устройства для снижения давления.

Изобретение представляет трубопровод для транспорта вязкой жидкости с предохранительным элементом с уплотнительным элементом, который отделяет внутреннюю часть трубопровода от отводного трубопровода и устроен, чтобы при заданном избыточном давлении открывать отводной трубопровод, причем поверхность уплотнительного элемента трубопровода, обращенная к внутреннему пространству трубопровода или детали установки размещена так, что при работе поверхность омывается потоком вязкой жидкости в трубопроводе, и причем уплотнительный элемент фиксируется в закрытом положении с помощью тягового механизма, каковой тяговый механизм может перемещаться или смещаться заданным избыточным давлением, так что соединенный с ним уплотнительный элемент открывает отводной трубопровод.

Трубопровод может быть выполнен в виде соединительной детали («фитинга») для соединения трубопроводов или других трубопроводных элементов, как теплообменники. Во внутренней части трубопровода может быть предусмотрен смесительный элемент, который перемешивает поток жидкости в области предохранительного клапана. Предложенный в соответствии с изобретением трубопровод соответственно предложенная в соответствии с изобретением деталь трубопровода преимущественно встраивается в трубопровод для теплообменника, в котором жидкость транспортируется с поддержанием определенной температуры. Транспорт осуществляется с помощью повышенного давления в диапазоне от 1 до 250 бар, причем предложенный в соответствии с изобретением предохранительный клапан служит в качестве устройства для снижения избыточного давления, когда давление превышает критическую величину. Предохранительный клапан выбирается так, что он при нормальном рабочем давлении отделяет отводной трубопровод от внутренней части трубопровода, в котором транспортируется жидкость, и при выбранном давлении открывает отводной трубопровод, так что жидкость может выходить. Настоящее изобретение дальше описывается с помощью формулы изобретения.

Согласно изобретению уплотнительный элемент клапана крепится не непосредственно к стенке трубы, а прочное на сжатие закрепление, которое при предопределенном давлении способствует открытию, через крепежное устройство является причиной деформации тягового механизма, который закреплен на уплотнительном элементе и боковой поверхности клапана. Такое крепление может быть разъемным и неразъемным. Уплотнительный элемент со стенкой клапана может быть уплотнен с помощью уплотнительной прокладки. С помощью точного осуществления с геометрическим замыканием можно также отказаться от уплотнительной прокладки.

При неразъемном закреплении тяговый механизм сам способствует перемещению при избыточном давлении, в частности с помощью деформации тягового механизма. Подобного рода осуществления являются, например, например, изгибы или прогибы тягового механизма. Преимущественно тяговый механизм представлен стержнем, работающим на продольный изгиб, который при избыточном давлении испытывает эйлеровский продольный изгиб или изгибные деформации при преопределенным избыточном давлении. Тяговый механизм может быть закреплен шарнирно в крепежном устройстве.

Разъемное закрепление тягового механизма может осуществляться в крепежном устройстве на клапане, причем при предопределенном избыточном давлении тяговый механизм отсоединяется от крепежного устройства. Разъемное закрепление может осуществляться с помощью срезаемых соединений или с помощью мест запрограммированного разрушения. С помощью срезаемых соединений при рабочем давлении тяговый механизм фиксируется с помощью сопротивления трению соответственно сопротивлению на срез срезываемого элемента, которое преодолевается при предопределенном избыточном давлении, вследствие чего тяговый механизм становится перемещаемым или подвижным. Тяговый механизм закреплен в крепежном устройстве в местах запрограммированного разрушения, причем это закрепление разрушается при предопределенном избыточном давлении и тяговый механизм становится перемещаемым или подвижным. Подвижность соответственно перемещение тягового механизма может осуществляться в крепежном устройстве как по направляющей. Разъемное закрепление может дальше осуществляться с помощью элемента, оказывающего сопротивление перемещению. При нормальном давлении он оказывает сопротивление перемещению тягового механизма соответственно уплотнительного элемента и при предопределенном избыточном давлении сопротивление перемещению преодолевается и тяговый механизм смещается или движется, например, в крепежном устройстве как в направляющей. Такими элементами, оказывающими сопротивление, являются, например, пружины. Элемент, оказывающий сопротивление перемещению является дополнительным элементом наряду с крепежным устройством и не является собственно крепежным, которое, например, точно также может применяться для другого разъемного закрепления. Точно также может быть предусмотрена комбинация из описанных здесь неразъемных и разъемных способов закрепления, например, деформируемый тяговый механизм, который дополнительно разъемно закреплен в крепежном устройстве, или крепежные устройства с местами запрограммированного разрушения и/или срезываемого соединения вместе с дополнительными элементами, оказывающими сопротивление перемещению, как пружины.

Тяговый механизм может иметь любую подходящую для перемещения или изгиба форму. В поперечном сечении он может быть сформирован круглым, квадратным, прямоугольным, удлиненным, многоугольным, в частности, 5-, 6-, 7,- или 8-угольным. В продольной оси он может иметь одинаковые размеры, но и быть также сужающимся или расширяющимся, например, может быть сформирован конусовидным. В частности, предпочтительно, если тяговый механизм после того как он переместился или сдвинулся из рабочего положения - формы, легче, например, при незначительном давлении, может перемещаться или двигаться дальше. В предохранительном клапане при достижении избыточного давления сначала уплотнительный элемент перемещается незначительно, так что становится возможным выход жидкости. Вследствие этого давление снижается. Имеет смысл, что даже при снижающемся давлении предохранительный клапан после первого достижения предопределенного избыточного давления может открываться дальше. Отсюда тяговый механизм преимущественно зафиксирован таким образом, что он после достижения предопределенного избыточного давления при незначительном давлении сохраняет возможность перемещения. Это может осуществляться, например, с помощью выбора различных размеров тягового механизма. Так возможно выбрать диаметр тягового механизма между фиксирующим устройством и уплотнительным элементом меньше, чем диаметр тягового механизма в крепежном устройстве. После того как вследствие преопределенного избыточного давления эта часть тягового механизма в крепежном устройстве переместилась из крепежного устройства (например, в результате преодоления сопротивления срезыванию) тяговый механизм остается свободным и более подвижным, так как часть с небольшим диаметром не оказывает какого-либо сопротивления срезыванию в крепежном устройстве. Поэтому уплотнительный элемент может дальше перемещаться для открытия на большей площади. При деформируемых тяговых механизмах, как стержни, работающие на продольный изгиб, после того как тяговый механизм подвергся первой деформации, например, едва наметившемуся прогибу, дальнейшая деформация или изгиб при известных обстоятельствах вплоть до максимальной деформации или изгиба становится легче.

Предложенные в соответствии с изобретением уплотнительные элементы не прямо соединены со стенкой трубопровода, чтобы сохранить прочность на сжатие до предопределенного избыточного давления. Это осуществляется с помощью тягового механизма. Благодаря этому появляются некоторые преимущества по отношению к другим устройствам для снижения избыточного давления, базирующихся на прямо закрепленных мембранных предохранительных устройствах, например, как описано в US 5,337,776.

Поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, при работе омывается потоком вязкой жидкости, текущей в трубопроводе. Это является необходимостью при транспорте нестабильных вязких жидкостей, в частности, термически нестабильных жидкостей, которые при колебаниях температуры могут упрочняться или даже становиться реактивными, вплоть до взрывчатых. Поэтому необходимо предотвращать отложения, которые могут возникать, например, в мертвых зонах и иметь место на арматуре клапана. Отсюда предложенный в соответствии с изобретением уплотнительный элемент предусматривается непосредственно на внутренней стенке трубы, так что он омывается жидкостью. Возможно, что поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, незначительно смещена назад от внутреннего пространства трубопровода. Это может делаться только в очень незначительной мере - так что поверхность всегда остается омываемой вязкой жидкостью.

Преимущественно поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, лежит заподлицо с внутренней стороной стенки трубы. Благодаря этому устраняются углы и кромки в областях перехода между внутренней стенкой трубы и уплотнительным элементом, чтобы препятствовать отложениям жидкости.

Особым преимуществом предложенного в соответствии с изобретением клапана является, что поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, может формироваться конформно к контуру внутренней стороне стенки трубы. Контур поверхности уплотнительного элемента может не отличаться от контура внутренней стенки трубы, вследствие чего также в области нисходящего потока после уплотнительного элемента не возникают никаких свободных от потока областей. Существенным недостатком мембранных предохранительных устройства было, что они, соответственно их область периметра, которая должна привариваться к внутренней стенке трубы, всегда должна была формироваться плоскостной и не было возможности никакой комплексной подгонки формы к (изогнутой) внутренней стенке трубы. Плоское мембранное предохранительное устройство всегда приводило в круглых трубопроводах к выступанию (или при исполнении не заподлицо к мертвым зонам с отстаиванием) в трубопроводе, вследствие чего возникали плохо омывающиеся области позади мембранного предохранительного элемента. Предложенные в соответствии с изобретением клапаны и уплотнительные элементы могут согласно изобретению точно подгоняться к контуру трубопровода, благодаря чему эти недостатки стало возможно преодолеть.

Другим недостатком мембранных предохранительных устройств является, что они относительно быстро претерпевают усталость материала. Поэтому мембранные предохранительные устройства должны регулярно подвергаться контролю и предусмотрительно заменяться в определенных циклах обслуживания.

Рабочее давление мембранных предохранительных устройств или давление открывания не может точно и тщательно определяться при изготовлении. Кроме того мембранные предохранительные устройства подвержены действию жидкости, так что при возможной коррозии будет иметь место влияние качества материала предохранительной мембраны. Установка мембранных предохранительных устройств осуществляется с трудом, так что замена сопровождается длительным временем ремонта и простоями.

Согласно изобретению контактный элемент для внутреннего пространства трубопровода, в частности, уплотнительный элемент, применяется не в качестве регулятора избыточного давления. Эту функцию выполняет тяговый механизм, соответственно его крепежное устройство, которое не подвергается воздействию внутреннего пространства трубы. Благодаря этому имеют место незначительная усталость и коррозия чувствительных деталей. К тому же замена этих деталей, которые не загрязнялись при контакте с жидкостью или не подвергались нагрузкам, существенно проще.

Эти преимущества являются общими для всех предложенных в соответствии с изобретением форм осуществления. Согласно изобретению в распоряжение предоставляется трубопровод для транспорта вязкой жидкости с предохранительным клапаном с уплотнительным элементом, который отделяет внутреннюю часть трубопровода от отводного трубопровода, и который устроен, чтобы при заданном избыточном давлении открывать отводной трубопровод, причем уплотнительный элемент трубопровода с поверхностью расположен в трубопроводе с протекающей жидкостью, причем поверхность в трубопроводе при работе омывается вязкой жидкостью, и, причем уплотнительный элемент с помощью тягового механизма фиксируется в закрытом положении, каковой тяговый механизм может смещаться или перемещаться заданном избыточном давлении, так что соединенный с ним уплотнительный элемент открывает отводной трубопровод.

Преимущественно применяются деформируемые тяговые механизмы, например, стержни, работающие на продольный изгиб, которые имеют дальнейшие преимущества по сравнению с другими формами осуществления.

Уплотнительный элемент с помощью тягового механизма может быть соединен с находящимся в горизонтальном положении срезным штифтом или тяговый механизм сам может быть закреплен разъемно в крепежном устройстве через срезаемое соединение. Когда достигается, соответственно превышается, предопределенное избыточное давление, то уплотнительный элемент находится под давлением, давление через тяговый механизм передается на клапан и срезает штифт, вследствие чего тяговый механизм с уплотнительным элементом смещается в открытое положение и отводной трубопровод открывается.

Недостатком у предохранительных клапанов, оборудованных срезным штифтом или срезаемым крепежным устройством, является, что пульсация давления в трубопроводе воздействует на уплотнительный элемент и срезной штифт или закрепление тягового механизма могут повреждаться. Этого недостатка нет у стержней, работающих на продольный изгиб, которые закреплены с неразъемной фиксацией.

Другую возможность управления регулированием избыточного давления представляют нагружаемые пружиной уплотнительные элементы. Проблемой пружин является "re-seating", а также точность установки предопределенного избыточного давления. Разгрузка, как правило, начинается уже при 90% установленного давления. Также клапаны, нагруженные усилием пружины, должны, по меньшей мере, ежегодно заново проходить сертификацию. При незначительном избыточном давлении точность недостаточна и надежность ограничена свыше 200 бар.

В противоположность этому предохранительный клапан с деформируемым тяговым механизмом, который также здесь называется « стержнем, работающим на продольный изгиб», имеет весьма небольшие допуски. Допуск по давлению составляет от 3 до 5%, так что клапан со стержнем, работающим на продольный изгиб, может работать в диапазоне от 95 до 97% рассчитанного давления срабатывания.

Снижение избыточного давления с помощью стержня, работающего на продольный изгиб, основывается на тяговом механизме, который в случае избыточного давления в форме осевой силы изгибается и благодаря деформации перемещает уплотнительный элемент и таким образом открывает отводной трубопровод. Выбор размеров может осуществляться согласно закону Эйлера, соответственно с помощью эйлеровских случаев продольного изгиба (потери устойчивости при изгибе). Среднее действующее на уплотнительный элемент и тяговый механизм усилие нажима (=максимально допустимое давление) привлекается к определению размеров стержня, работающего на продольный изгиб, в части геометрического отношения стержня, работающего на продольный изгиб, а также механических и относящихся к материалам параметров нагруженного предохранительного клапана.

Вследствие деформации стержень, работающий на продольный изгиб, теряет так много в устойчивости пока он внезапно под действием усилия нажима, линия действия которого лежит на оси тягового механизма, не займет изогнутое положение и, таким образом, установленный на тяговом механизме уплотнительный элемент не оттянется назад в перемещенное положение, освобождая отверстие для снятия избыточного давления, и не откроет отводной трубопровод. Потеря устойчивости формы тягового механизма выражается в быстро растущих с нагрузкой изменениях формы тягового механизма - а именно, начиная с определенной заданной нагрузки, изгибающей нагрузки, которая соответствует предопределенному избыточному давлению, с потерей продольной устойчивости из оси стержня, работающего на продольный изгиб. Продольный изгиб происходит за малые миллисекунды.

«Нагрузка срабатывания стержня, работающего на продольный изгиб» (при давлении срабатывания) зависит от вида нагрузки действующими на стержень, работающий на продольный изгиб, усилиями нажима по длине стержня. Форма поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, сказывается точно также на выбор размеров стержня, работающего на продольный изгиб, а также на остающиеся одинаковые или изменяющиеся по оси стержня, работающего на продольный изгиб, моменты инерции площадей. Важнейшими факторами, оказывающими влияние на выбор размеров стержня, работающего на продольный изгиб, являются свойства материала примененного стержня, работающего на продольный изгиб (модуль упругости и предел текучести материала стержня, работающего на продольный изгиб). Для расчета стержня, работающего на продольный изгиб, следует учитывать также вид закрепления или случай нагрузки.

Преимуществом стержней, работающих на продольный изгиб, является, что они не срабатывают при пульсации давления в трубопроводе, так что не может иметь место какая-либо усталость материала, как у мембранных предохранительных устройств. Продольный изгиб стержня может определяться точно. Достигаются отклонения точности или отклонения размеров на 2-5% от номинального значения (избыточное давление).

Стержни, работающие на продольный изгиб, не подвержены воздействию каких-либо агрессивных жидкостей, так как они находятся вне внутреннего пространства трубопровода. Кроме того нет необходимости в какой-либо температурной коррекции при расчете стержня, работающего на продольный изгиб, так как при выборе размеров учитывается модуль упругости материала стержня, работающего на изгиб, при температуре системы. Открывание клапана со стержнем, работающим на продольный изгиб, при избыточном давлении примерно в 10 раз быстрее в сравнении с мембранным предохранительным устройством и составляет от 1,5 до 2 миллисекунд.

Преимуществами предохранительных клапанов со стержнями, работающими на продольный изгиб (деформируемым тяговым механизмом): стержень, работающий на продольный изгиб не устает; стержень, работающий на продольный изгиб не находится в контакте со средой и поэтому не разъедается ей; стержень, работающий на продольный изгиб, изгибается точнее при определенном заданном избыточном давлении (=максимальное значение); максимальное рабочее давление может достигаться до 95% номинального значения; никаких утечек вблизи номинального значения (четкое открывание/закрывание без частичных зазоров); неправильный монтаж стержня, работающего на продольный изгиб возможен лишь с трудом, а не как при мембранном предохранительном устройстве; предохранительный клапан со стержнем работающим на продольный изгиб легко может контролироваться или заменяться; 100% свободное от мертвых зон уплотнение внутреннего пространства по отношению к отводному трубопроводу возможно благодаря точному изготовлению уплотнительного элемента; с предохранительным клапаном, оборудованные стержнем, работающим на продольный изгиб, предохранительные клапаны являются точными во всех диапазонах давления.

Стержень, работающий на продольный изгиб, может крепиться с крепежным устройством и/или уплотнительным элементом с заделкой (т.е. негибко, см., например, фиг. 6) и шарнирно (см., например, фиг. 17b). Также возможно сохранять один конец либо в крепежном устройстве, либо в уплотнительном элементе свободно подвижным, т.е. этот конец может отклоняться в сторону при нагрузке стержня, работающего на продольный изгиб. Преимущественно концы стержня, работающего на продольный изгиб, защищаются от отклонения в сторону, т.е. фиксируются с заделкой или шарнирно.

Преимущественно тяговый механизм в виде стержня, работающего на продольный изгиб, крепится шарнирно одном конце к уплотнительному элементу и/или на другом конце к крепежному устройству предохранительного клапана, так что становится возможным отклонение в шарнире во время изгибания.

Изгибающее усилие (и связанное с ним давление срабатывания) зависит от вида фиксации стержня, работающего на продольный изгиб, и его геометрии. В общем оно описывается формулой Эйлера F=π²EI/s², где F - изгибающее усилие, π - число пи, Е - модуль упругости, I - момент инерции площади поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, и s - длина элемента, подверженного продольному изгибу. Длина элемента, подверженному продольному изгибу s находится с длиной стержня, работающего на продольный изгиб, L в следующем отношении: s=βL, причем действительны следующие коэффициенты для длины элемента, подверженного продольному изгибу β: β=2 для заделанного с одной стороны стержня, работающего на продольный изгиб, со свободно подвижным концом, β=1 для шарнирно закрепленных с двух сторон стержней работающих на продольный изгиб, β=0699 для стержня, работающего на продольный изгиб, закрепленного шарнирно с одной стороны и заделанного на другом конце (жестко), β=0.5 для заделанного с двух сторон (жестко) стержня, работающего на продольный изгиб.

Форма поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, характеризуется шириной поперечного сечения (b) и высотой (h) поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, причем под b подразумевается больший размер (b>h). b и h расположены нормально друг к другу. В случае квадратного или круглого поперечного сечения b=h (=d - диаметр при круглых поперечных сечениях). При прямоугольных или эллиптических поперечных сечениях b>h. Точно также возможны многоугольные, включая 2-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- или с большим количеством углов стержни, работающие на продольный изгиб. Стержни, работающие на продольный изгиб, могут быть полыми или массивными (вся вместе геометрия, которая может выбираться также для жестких тяговых механизмов в описанных выше формах осуществления с, например, крепежным устройством с пружиной или срезаемым крепежным устройством). Для любой геометрии поперечного сечения являются характерными b наиболее широкой стороны и расположенная к ней нормально высота h.

При привлечении указанной выше, известной специалисту формулы Эйлера (F=π²EI/s². где s=βL) для упругого продольного изгиба при заданном давлении срабатывания р (бар) и известном разгрузочном диаметре уплотнительного элемента D, мм при привлечении обстоятельства с заделкой стержня, работающего на продольный изгиб (β), а также модуля упругости материала стержня, работающего на продольный изгиб Е, Н/мм², итеративно определяется геометрия стержня, работающего на продольный изгиб (b - ширина поперечного сечения, мм; h - высота поперечного сечения, мм; длина стержня, работающего на продольный изгиб, L, мм).

Расчет по формуле Эйлера действителен в случае, когда степень гибкости λ=βL корень (А/I) принимает значение >105, где представляют: А - поперечное сечение стержня, работающего на продольный изгиб, мм², и I - минимальный момент инерции площади, мм⁴, и L - длина, мм, стержня, работающего на продольный изгиб. С помощью изменения поперечного сечения стержня, работающего на продольный изгиб, для длины стержня, работающего на продольный изгиб, может находиться оптимум в отношении по возможности более короткой длины стержня и для упругого продольного изгиба, по меньшей мере, требуемой степени гибкости λ.

В предпочтительных формах осуществления стержни, работающие на продольный изгиб, или вообще тяговые механизмы выбираются с h от 1 до 20 мм, преимущественно от 1,5 до 15 мм, в частности, предпочтительно от 2 до 10 мм.

В предпочтительных формах осуществления стержни, работающие на продольный изгиб, или вообще тяговые механизмы выбираются с b от 4 до 50 мм, преимущественно от 6 до 40 мм, в частности, предпочтительно от 8 до 30 мм.

Преимущественно отношение b/h от 1 до 20, в частности, предпочтительно от 1 до 12, особо предпочтительно от 1,2 до 10, например, от 1,5 до 8. В частности, предпочтительно b>h, так что отклонение стержня, работающего на продольный изгиб, вследствие изгибания в направлении узкой стороны (h) осуществляется под контролем. В предусмотренном направлении отклонения может учитываться геометрия корпуса клапана, чтобы предоставлять движению отклонения достаточно пространства.

Преимущественно длина стержня, работающего на изгиб, L выбирается от 30 до 600 мм, в частности, предпочтительно от 40 до 500 мм, например, от 50 до 400 мм, от 60 до 300 мм или от 70 до 250 мм. При продольном изгибе L должно быть больше b, в частности, больше, чем 2×b.

Разгрузочный диаметр D уплотнительного элемента, преимущественно от 10 до 200 мм, в частности, предпочтительно от 15 до 150 мм, например, от 20 до 130 мм или от 25 до 110 мм, от 30 до 100 мм, от 35 до 85 мм или от 40 до 70 мм.

D к b (D/b) преимущественно больше 1,2, в частности, предпочтительно больше 1,3 или больше 1,4.

Согласно изобретению в качестве оптимальной области для прямоугольных поперечных сечений было определено следующее отношение (см. также фиг. 23): D/b=0,0182×(р/Е)-^0,652. Преимущественно D/b меньше или равно этому оптимальному значению. Преимущественно в предложенных в соответствии с изобретением формах осуществления D/b больше 0,009×(р/Е)^-0,652, в частности, больше 0,013×(р/Е)^-0,652. В специальных случаях D/b меньше или равно 0,11×(р/Е)^-0,5, в частности, для прямоугольных стержней, работающих на продольный изгиб. Преимущественно D/b=М×(р/Е)^-0,652, с М между 0,003 и 0,0182, преимущественно между 0,005 и 0,017 или между 0,007 и 0,016. В качестве оптимума для квадратных поперечных сечений было определено отношение D/b=0,11×(р/Е)^-0,5. Преимущественно D/b меньше или равно этому оптимальному значению. Преимущественно D/b=N×(р/Е)^-0,5, где N между 0,02 и 0,11, например, между 0,035 и 0,10, или между 0,05 и 0,09. При всех этих отношений в силу обоснованных причин D/b больше или равно 1.

Преимущественно выбираются стрежни, работающие на продольный изгиб, с Е-модулем от 50000 до 500000 Н/мм², преимущественно от 60000 до 400000 Н/мм², от 150000 до 300000 Н/мм².

Предложенные в соответствии с изобретением тяговый механизм или уплотнительный элемент находятся в функциональном соединении с датчиком, который обнаруживает отклонение или смещение, так что генерирует сигнал, который отличает открытое состояние клапана от закрытого. Датчик может обнаруживать переходы между закрытым и открытым состоянием и соответственно этому подавать сигнал. Согласно предложенным в соответствии с изобретением формам осуществления устройства со стержнем, работающим на продольный изгиб, этот стержень, работающий на продольный изгиб может быть образован так, что он относительно отклонения в случае открывания и соединенным с ним возникновением угла отклонения, для обнаружения отклонения может быть соединен с одним или несколькими датчиками продольного изгиба, причем датчики продольного изгиба (как, например, датчик давления, трансмиттер давления, тензометрический датчик) генерируют сигнал в случае продольного изгиба.

Датчики продольного изгиба могут быть типа одного из последующих известных датчиков, как датчики сенсоры длины или удлинения, дистанционные или датчики расстояния, угловые датчики ли их комбинацией.

Этот сигнал может передаваться к местам управления и восприниматься ими, таким образом может запускаться соответствующая реакция обслуживания. В одной форме осуществления может быть предусмотрен, например, датчик продольного изгиба, который сам встроен в стержень, работающий на продольный изгиб, и действует как часть стержня, работающего на продольный изгиб. В интегрированной форме датчика продольного изгиба он может быть встроен преимущественно в верхнюю часть или в нижнюю часть (например, в уплотнительном элементе) устройства со стержнем, работающим на продольный изгиб.

Для регистрации продольного изгиба могут применяться один или несколько датчиков, чтобы иметь возможность своевременно уведомления о показаниях и регистрации продольного изгиба.

Обслуживающее лицо установки, оборудованной предохранительным устройством со стержнем, работающим на продольный изгиб, может с помощью датчиков изгиба автоматически определять, находится ли предохранительный клапан в состоянии, разгруженном от давления.

Преимущественно уплотнительный элемент с помощью направляющих позиционируется в клапане, так что он во время открывания клапана перемещается в направление тягового механизма. Уплотнительный элемент может быть выполнен в форме диска и/или толкателя (например, с уплотнительным диском).

Поверхность уплотнительного элемента («разгрузочная поверхность) и/или корпуса клапана, обращенная к внутреннему пространству трубопровода или участку установки, может конструктивно определяться с размерами в соответствии с элементом установки. Эта поверхность может быть круглой, квадратной, прямоугольной, многоугольной, некруглой или принимать форму разгрузочной поверхности, подогнанной к трубопроводу или части установки. Разгрузочная поверхность может иметь такие размеры и позиционироваться так, что освобождается все разгрузочное поперечное сечение в случае возникновения от разрежения или избыточного давления, и клапан или уплотнительный элемент вместе с тяговым механизмом в виде целого может извлекаться из трубопровода соответственно части установки и заменяться. Простая замена поэтому предпочтительна, так как предохранительный клапан после замены или контроля возможных установленных радиально или по оси уплотнительных прокладок и тягового механизма, быстро должен становиться способным функционально способным, без необходимости извлечения трубопровода соответственно части установки из него или предохранительного клапана.

Предохранительный клапан или его основные части, как уплотнительный элемент, тяговый механизм, крепежное устройство, возможные уплотнения, могут устанавливаться во втулке, которая находится в стенке трубы. Стенка втулки может быть уплотнена относительно уплотнительного элемента с помощью уплотнительных прокладок. Втулка относительно стенки трубы может быть уплотнена с помощью уплотнительных прокладок.

Поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, соответственно уплотнительный элемент в виде целого может быть сформирован круглым, кругообразным, квадратным, прямоугольным, удлиненным, многоугольным, в частности, 5-, 6-, 7- или 8-угольным. В продольной оси он может быть сформирован с одинаковыми размерами или сужающимся или расширяющимся, например, конусовидным. Втулка или предохранительный клапан могут быть выбраны в части размеров во всяком случае согласно этим формам.

Преимущественно внутреннее пространство трубопровода имеет диаметр от 10 до 1000 мм, в частности, предпочтительно от 30 до 800 мм, от 40 до 700 мм, от 50 до 600 мм, от 60 до 500 мм, от 70 до 400 мм, от 80 до 350 мм, от 90 до 300 мм, от 100 до 250 мм. Отводной трубопровод имеет внутренний диаметр преимущественно от 10 до 800 мм, в частности, предпочтительно от 20 до 700 мм, от 30 до 600 мм, от 40 до 500 мм, от 50 до 400 мм, от 60 до 300 мм, от 70 до 200 мм, от 80 до 100 мм.

Внутрь предохранительного клапана может встраиваться датчик, который показывает продольный изгиб и таким образом может лучше локализироваться место снижения давления в системе установок.

Предложенный в соответствии с изобретением трубопровод используется, в частности, для транспорта имеющих высокую вязкость и/или термически нестабильных жидкостей. Такие жидкости могут транспортироваться в трубопроводах для теплообменников, чтобы сделать возможным регулирование температуры жидкости. Также и в предложенном в соответствии с изобретением трубопроводе может осуществляться регулирование температуры. Предложенный в соответствии с изобретением трубопровод может быть трубопроводом для теплообменником. Поддержание определенной температуры может осуществляться с помощью тепловой изоляции трубопровода и/или с помощью нагревательных или охлаждающих элементов (8). Чтобы в жидкости поддерживать желаемую температуру может быть достаточно простой тепловой изоляции, если сама жидкость при транспорте имеет желаемое тепло или создает вследствие потерь на трение. Трубопровод является преимущественно массивным блоком теплопроводного материала с достаточной теплоемкостью, так что при наружной теплоизоляции наступает однородное распределение тепла во внутренних стенках трубопровода. Трубопровод соответственно предохранительный клапан может быть также установлен в форме соединительной детали ("фиттинга") для соединения труб. В предпочтительных формах осуществления предусматриваются нагревательные или охлаждающие элементы, например, трубопроводы для теплоносителя, которые внутри поддерживают желаемую температуру.

В трубопроводе в области предохранительного клапана соответственно уплотнительного элемента предусмотрен преимущественно нагревательный элемент. С помощью подобного рода элемента в жидкости в области предохранительного элемента может поддерживаться определенная температура, благодаря чему предотвращается затвердевание способных затвердевать материалов или может снижаться вязкость жидкости или с помощью протекания жидкости может осуществляться промывание трубопровода. С помощью нагревания создается препятствие тому, что в жидкости возникают различия в вязкости в области перед предохранительным клапаном, соответственно происходит выпадение в осадок, с чем при применении термически нестабильных жидкостей перед предохранительным клапаном не возникает каких-либо экзотермически реактивных областей.

Нагревательный элемент может иметь электрический нагревательный элемент, индуктивные катушки или нагревательные каналы, в которых может находиться нагревательная среда. В качестве альтернативы подобного рода каналы могут использоваться для движения охлаждающей жидкости, когда выбранная жидкость должна охлаждаться в области предохранительного клапана.

Поддержание определенной температуры в трубопроводе преимущественно регулируется таким образом, так что внутри при транспорте жидкости как целлюлоза/МММО/вода при 90°C внутри трубопровода, на участках стенки, включая предохранительный клапан наступает различие температуры (разница температуры) максимально 10°C, преимущественно максимально 8°C, максимально 6°C, максимально 5 С, максимально 4°C, максимально 3°C, максимально 2°C, максимально 1°C.

Трубопровод может иметь смесительный элемент, как, например, описано в US 7,841,765. Изобретение не лимитировано специальными смесительными элементами, однако могут выбираться определенные смесительные элементы, которые могут устанавливаться в трубопроводах. Преимущественно применяются статические смесительные элементы. Смесительный элемент должен перемешивать, в частности, поток жидкости внутри трубопровода, в частности, в области предохранительного клапана. Благодаря этому устраняется неоднородность температуры, вязкости и давления жидкости, так как жидкость постоянно перемешивается и становится однородной. Возникшее из-за смесительных элементов тепло от трения может отводиться с помощью поддержания определенной температуры в трубопроводе. Обычные смесительные элементы это статические смесители, как описано в WO 2009/000642, или поддерживающие внутри определенную температуру статические смесители. Потом имеющие высокую вязкость жидкости в области предохранительного клапана могут охлаждаться, так как в уплотнительном элементе плохо может поддерживаться определенная температура, вследствие чего получаются различные в части температуры и вязкости условия, что в результате приводит снова к различной текучести жидкости. Поэтому согласно изобретению в общем в трубопровод соответственно выше области предохранительного клапана устанавливается смесительный элемент, благодаря чему также в области предохранительного клапана, соответственно по всему трубопроводу обеспечивается хорошее протекание.

Согласно изобретению особенно предпочтительно выявилось, что трубопровод конструируется так и встраивание статических смесительных элементов осуществляется таким образом, что в области предохранительного клапана возникает или форсируется активное влияние потока.

Трубопровод в виде соединительной детали может встраиваться в трубопровод для жидкости, в частности, трубопровод для теплообменника с помощью различных видов присоединения, как, например, с помощью фланцевых соединений, зажимных соединений, резьбовых соединений, сварных соединений, таким образом между трубопроводом или участками трубопровода может производиться соединение. Соединительная деталь может служить в качестве детали, распределяющей жидкость, с различным исполнением (Т-деталь, L-деталь, Y-деталь). Трубопровод, соответственно соединительные детали могут изготавливаться из соответствующих специальных сталей, обыкновенных сталей, высоколегированных химически стойких сталей, других металлов и металлических сплавов, а также высокопрочных синтетических материалов, которые устойчивы к процессу (то есть устойчивы к химическому воздействию, температуре и давлению). Специалисту предоставлена возможность разрабатывать этот трубопровод с учетом температуры и давления и принимать решение в части конструкции и изготовления.

Преимущественно применяется запорный элемент, который при предопределенном избыточном давлении открывает отверстие на большой площади, чтобы обеспечить достаточный выход жидкости. Так, например, предохранительный клапан может фиксироваться, например, зажиматься, преимущественно крепиться с помощью фланцев в имеющим соответствующие размеры крепежном устройстве на внутренней стенке трубопровода. Предохранительный клапан может вставляться также в имеющее форму частичное сверление, как камень для кладки, в стену отводного трубопровода.

В предпочтительных формах осуществления применяются запорные элементы, которые при предопределенном избыточном давлении открывают отверстие, по меньшей мере, около 70% поверхности, обращенной внутрь трубопровода, то есть открытой поверхности (" разгрузочной поверхности "). В других или особенно предпочтительных формах осуществления запорный элемент открывает, по меньшей мере, около 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 72%, 74%, 76%, 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96%, 98% или 100%, т.е. при избыточном давлении может открываться полная закрытая с помощью запорного элемента поверхность.

Преимущественно поперечное сечение отводного трубопровода и или отделяющей поверхности запорного элемента в сравнении с поперечным сечением трубопровода соответствует, по меньшей мере, 20%, по меньшей мере, 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, 80%.

Запорный элемент может быть плоским или выпуклым. В специальных формах осуществления запорный элемент выведен сводом в середине к внутренней части трубопровода или обращенной поверхности, то есть вогнуто или выпукло к направлению внутренней части трубопровода. Особенно предпочтительно, что поверхность запорного элемента, обращенная к внутреннему пространству, выполнена или изогнута конформно к контуру внутренней стороны стенки трубы.

Во внутренней стенке трубопровода в области запорного элемента может предусматриваться сверление. Это сверление может служить для контролируемого снижения давления во внутреннем пространстве или для контроля температуры или давления. Предложенный в соответствии с изобретением трубопровод, в частности, в качестве соединительной или распределительной детали, может снабжаться соответствующими сверлениями, чтобы иметь возможность снимать, контролировать и осуществлять наблюдение за давлением и температурой. При транспортировке имеющих высокую вязкость полимерных масс (например, растворов целлюлозы, состоящих из целлюлозы, аминоксида и воды) согласно изобретению также оказалось предпочтительным, что может выполняться расточка, таким образом, участками может контролироваться качество полимерной массы, начиная с приготовления раствора до переработки, относительно качества прядильной массы со ссылкой на вязкость раствора и состав прядильной массы, а также характер разложения. Отсюда сверление может быть отверстием для отбора. Если предусматривается место отбора проб, то специально сконструированный клапан для отбора проб может быть выполнен таким образом, что в канале для отбора проб после отбора не находится никакой остаточной массы, так как она вытесняется назад в основной поток.

В специальных формах осуществления эта сверление предусматривается непосредственно перед запорным элементом. Сверление может использоваться для того, чтобы отводить осевшую вязкую жидкость перед запорным элементом, например, для отбора пробы или измерения ее температуры или давления. Поэтому в преимущественных формах осуществления сверление имеет температурный датчик и/или датчик давления. Температурные датчики или датчики давления могут устанавливаться, чтобы при отклонении от номинальной температуры или номинального давления выпускать жидкость. Этот выпуск может производиться непрерывно или спорадически. Для этого разгрузочное отверстие имеет преимущественно запираемый клапан.

Тяговый механизм может предусматриваться в отводном трубопроводе или в стороне от отводного трубопровода. Преимущественно отводной трубопровод позиционирован так, что при избыточном давлении запорный элемент смещается таким образом, так что хотя отводной трубопровод открывается, однако внутреннее пространство клапана с тяговым механизмом остается запертым. Преимущественно отводной трубопровод отстоит от внутреннего пространства клапана с тяговым механизмом, например, на 90°.

Предложенный в соответствии с изобретением трубопровод может предоставляться в распоряжение в форме соединительного элемента для соединения труб, в частности, в форме полностью собранного массивного блока. Трубопровод, соответственно соединительная деталь может устанавливаться в комплекс аппаратов, например, реакторов, насосов, напорных резервуаров, фильтров, трубопроводов для теплообменников, теплообменников и/или экструдеров.

Предохранительный клапан, соответственно каждая его деталь, например запорный элемент, может быть изготовлен независимо друг от друга из различных материалов, как сталь, высококачественная сталь, керамика, спеченные материалы, алюминий, синтетические материалы, цветные металлы. Предпочтительные материалы это железо, сплавы железа, хромоникелевые стали, никелевые стали (например, материалы хастеллоя) титан, тантал, карбид кремния, стекло, керамика, золото, платина, а также синтетические материалы. Специальными материалами являются сплавы с высоким содержанием молибдена, соответственно никель, хром и сплавы молибдена для стойкости к разъеданию и трещинной коррозии, сплавы из никеля и меди с высокой прочностью на растяжение. Примерами материалов являются хастеллой С (высокая стойкость к коррозии) хастеллой В (термически упрочняющий высокотемпературный сплав), инконель (стойкость к коррозии под напряжением при применении в нефтехимии), инколой (высокая прочность и высокая стойкость к температуре и к окислению и науглероживанию), монель (высокая прочность на растяжение, стойкость к коррозии).

В преимущественных формах осуществления предохранительный клапан настроен для транспорта жидкостей в трубопроводе при высоком давлении, по меньшей мере, от 40 до 1000 бар, преимущественно, 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, например, с помощью выбора подходящих материалов, толщины материалов и размеров. В других формах осуществления предохранительный клапан настроен для транспорта жидкостей через соединительный элемент при высоком давлении (давление срабатывания) до максимально 1000 бар, преимуществен 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. В частности, клапан настраивается для давления срабатывания от 15 до 500 бар, преимущественно от 20 до 400 бар, в частности, предпочтительно от 25 до 300 бар, в частности, от 30 до 250 бар.

Настоящее изобретение представляет дальше способ транспорта вязкой жидкости по трубопроводу, которому придан предохранительный клапан согласно изобретению Изобретение относится к применению предложенного в соответствии с изобретением трубопровода соответственно предложенного в соответствии с изобретением предохранительного клапана в трубопроводе, в частности, для или во время транспорта вязкой жидкости по трубопроводу. Соединительный элемент может быть установлен, например, между отдельными частями конструкции трубопровода для транспорта вязкой жидкости.

Преимущественно вязкая жидкость термически нестабильна. Термически нестабильными жидкостями являются, например, растворы целлюлозы, как растворы целлюлозы в аминоксиде, в специальных растворах третичного аминоксида и воды. Такие растворы наряду со стабилизаторами, как, например, пропилэфир галловой кислоты, могут содержать органические или неорганические основания, как, например, натровый щелок. Дальше такие растворы целлюлоза/аминоксид/вода могут содержать изменяющие продукт добавки, так называемые инкорпорационные добавки. Растворы целлюлозы, приготовленные в системе аминоксида, отличаются тем, что они при охлаждении кристаллизируются, а при температуре около 72-75°C могут плавиться. Примером является раствор целлюлоза - NMMO, как описано в ЕР 789822. Жидкость может быть водным раствором амиоксида различной концентрации. Термически нестабильные жидкости это такие, в которых существует опасность повышения температуры во время транспорта через соединительную деталь соответственно трубопровод для теплообменника. Повышения температуры могут наступить, например, по причине экзотермических реакций, в частности, химических реакций, или по причине тепла, образующегося при трении, при транспорте имеющих высокую вязкость жидкостей. Другие жидкости являются, в частности, способными затвердевать жидкостями, в частности, "hot-melts", как полимеры, поликарбонаты, полиэфиры, полиамиды, полимолочная кислота, полипропилен и т.п. Преимущественно полимерами являются биополимеры, как протеины, углеводы, нуклеиновые кислоты или смеси из них. Жидкость может быть тиксотропной жидкостью, в частности, прядильным раствором. Специальные жидкости имеют температуру плавления, по меньшей мере, около 40°C, по меньшей мере, 50°C, по меньшей мере, 60°C, по меньшей мере, 65°C, по меньшей мере, 70°C, по меньшей мере, 75°C. Жидкость может перемещаться при примерных температурах, по меньшей мере, 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 транспорта этих жидкостей при температурах выше температур плавления - например, согласно выбранным средствам, поддерживающим определенную температуру. Преимущественно нулевая сдвиговая вязкость жидкости лежит в диапазоне от 100 до 15000 Па×с, в частности, между от 500 до 10000 Па×с.

Размеры предохранительного клапана, соответственно запорного элемента определяются преимущественно для соответствующей текучести жидкости (давления). Преимущественно поверхность предохранительного клапана, соответственно запорного элемента составляет между 0,01 и 0,4 мм² на кг транспортируемой жидкости, в частности, между 0,02 и 0,3 мм² на кг.

Описание чертежей

Настоящее изобретение дальше иллюстрируется с помощью следующих фигур и примеров, причем не огранивается этими специальными формами изобретения.

Фиг. 1 показывает трубопровод в виде соединительной детали (1), через которую могут перемещаться жидкости. Показывается питающий трубопровод (2) с двойным кожухом в качестве изоляции, с помощью которой поддерживается определенная температура, таким образом, в жидкости может поддерживаться постоянными температура и влажность. Расположенный вокруг питающего трубопровода двойной кожух (3) может быть соединен со сверлениями для теплоносителя (4) соединительной детали, таким образом одинаковая несущая тепло среда (5) может направляться между двойным кожухом (3) питающего трубопровода (2) и соединительной деталью (1).

В соединительной детали (1) предусмотрено сверление (6) для установки предохранительного клапана (7). Образованный цилиндрически предохранительный клапан (7) через уплотнительные прокладки (8), которые уложены в канавку на наружном периметре, уплотнен по отношению к внутреннему пространству трубы (9). Уплотнительные прокладки (8) могут быть образованы в различной форме и исполнении с центрированием в соответствующем случае применения. Цилиндрический предохранительный клапан (7) снабжен на верхнем конце с фланцем (10) и с помощью винтов и болтов (11) соединяется с соединительной деталью (1). Верхний фланец (10) образован так, что крышка (12) вставлена в предохранительный клапан (7), причем на крышке (12) установлено крепежное устройство в виде направляющей втулки (13). Это крепежное устройство (13) служит для направления и установки тягового механизма (14), причем тяговый механизм (14) с помощью болтов (15) с геометрическим замыканием соединен с крепежным устройством (13). Крепежное устройство (13) образовано так, что на нижнем конце крепежного устройства (13) образована опорная и фиксирующая поверхность (16). На этой опорной и фиксирующей поверхности (16) сидит пружина снятия давления (17), которая установлена поверх наружного периметра тягового механизмом (14). Для опоры пружины снятия давления тяговый механизм (14) в зависимости от размеров длины пружины снятия давления выполняется с опорной и фиксирующей поверхностью (18). На нижнем конце тягового механизма (14) находится уплотнительный элемент в форме диска (19), причем по периметру диска (19) установлена уплотнительная прокладка для уплотнения по отношению к внутреннему пространству трубы (9). Уплотнение (20) может установлено на наружном периметре уплотнительной прокладки (20) или, а также на плоской поверхности диска. В этом случае предохранительный клапан (7) выполнен так, что уплотнительная прокладка уплотняет по отношению к внутреннему пространству. В случае если возникает избыточное давление диск (19) отжимается вверх от внутренней стороны предохранительного клапана (7), причем пружина снятия давления (17) в соответствии с подобранным по размеру коэффициентом жесткости пружины сжимается и избыточное давление во внутреннем пространстве (9) отводится через внутреннее пространство предохранительного клапана (21) и фланец (22) и его отводной трубопровод (23) наружу.

Фиг. 2 представляет трубопровод согласно фиг. 1 в разгруженном от давления, открытом случае.

Фиг. 3 представляет предохранительный клапан (7) согласно фиг. 1 и фиг. 2, причем в крепежном устройстве (13) тяговый механизм (14) соединен через срезной болт (24) с размерами, которые выбраны в соответствии с давлением открытия. Если во внутреннем пространстве, по которому транспортируется жидкость, наступает избыточное давление, срезается срезной болт (24), тяговый механизм (14) бьет по нижнему концу направляющей втулки (13) и с помощью подъема тягового механизма (14) открывает отверстие во внутреннем пространстве (9) для снятия избыточного давления и верхняя часть тягового механизма проходит через крышку (12) предохранительного клапана (7) (изображено на фиг. 4 - цифрой 25).

Фиг. 4 представляет трубопровод согласно фиг. 3 в разгруженном от давления, открытом случае.

Фиг. 5 представляет предохранительный клапан (7) согласно фиг. 1 и фиг. 2, причем в крепежном устройстве (13) образован тяговый механизм (14) в виде стержня (26), работающего на продольный изгиб, который без возможности разъема соединен с крепежным устройством (13). Соединение стержня (26), работающего на продольный изгиб, с крепежным устройством (13) может также осуществляться шарнирно.

Если во внутреннем пространстве трубы (9) наступает избыточное давление, происходит деформация стержня (26), работающего на продольный изгиб, имеющего размеры, подобранные в соответствии с давлением открытия. С помощью деформированного стержня 26, работающего на продольный изгиб, уплотнительный элемент в виде диска (19), который жестко соединен со стержнем (26), работающим на продольный изгиб, отжимается и открывает внутреннее пространство трубы отвода жидкости при избыточном давлении.

Фиг. 6 представляет трубопровод согласно фиг. 5 разгруженном от давлении, открытом случае.

Фиг. 7 представляет деталь нагруженного пружиной тягового механизма (14) в закрытом состоянии предохранительного клапана (7).

Фиг. 8 представляет тяговый механизм согласно фиг. 7 в разгруженном от давления случае.

Фиг. 9 представляет деталь тягового механизма (17), которая соединена со срезным болтом (24) в закрытом состоянии предохранительного клапана (7).

Фиг. 10 представляет тяговый механизм согласно фиг. 9 в разгруженном от давлении случае и срезанным срезным болтом (24).

Фиг. 11 представляет деталь стержня (26), работающего на продольный изгиб, который соединен с крепежным устройством (13) в закрытом состоянии предохранительного клапана (7).

Фиг. 12 представляет тяговый механизм согласно фиг. 11 в разгруженном от давления случае и получившим изгиб стержне (26), работающем на продольный изгиб.

Фиг. 13а и b показывают два вида сбоку в направлении под прямым углом друг к другу трубопровода с предохранительным клапаном со стержнем, работающим на продольный изгиб в закрытом положении. Контур уплотнительного элемента выполнен конформно с контуром внутренней стенки, так что достигается абсолютная свобода от образования мертвой зоны.

Фиг. 14а и b представляют трубопровод согласно фиг. 13 в разгруженном от давления, открытом случае.

Фиг. 15а и b показывают два вида сбоку в направлении под прямым углом друг к другу трубопровода с предохранительным клапаном со стержнем, работающим на продольный изгиб в закрытом положении.

Фиг. 16 показывает открытое положение. Контур уплотнительного элемента выполнен конформно с контуром внутренней стенки трубы, так что достигается абсолютная свобода от образования мертвой зоны. К тому же отводной трубопровод предусматривается сбоку, так что в открытом состоянии на фиг. 16 внутреннее пространство клапана с тяговым механизмом уплотняется с помощью уплотнительного элемента и остается свободным от жидкости.

Фиг. 17 показывает трубопровод с предохранительным клапаном (7) с тяговым механизмом (14) в исполнении со стержнем, работающим на продольный изгиб, который через шарнир (27) шарнирно соединен с крепежным (13) и уплотнительным элементом (19). Фиг. 17а показывает уплотненное состояние трубопровода и фиг. 17b открытое состояние с получившим изгиб тяговым механизмом. Уплотнительный элемент имеет форму толкателя, который с помощью направляющих элементов (28) в клапане (7) дополнительно защищен при перемещении во время процесса открытия от бокового смещения.

Фиг. 18 показывает вид сбоку трубопровода с предохранительным клапаном согласно фиг. 17. Тяговый механизм из стержня, работающего на продольный изгиб, имеет прямоугольное поперечное сечение и виде на фиг. 18 шире, чем на фиг. 17. Во время продольного изгиба происходит изгиб вдоль узкой стороны поперечного сечения (фиг.17b).

Фиг. 19 - это другой вид сбоку трубопровода с предохранительным клапаном, причем в отличие от фиг. 18 отводной трубопровод (23) установлен сбоку.

Фиг. 20 показывает стержень, работающий на продольный изгиб с шарниром (27) на верхнем конце и с закруглением на нижнем конце для шарнирной установки в крепежное устройство или на уплотнительный элемент. Характерными показателями стержня, работающего на продольный изгиб являются длина (L), высота поперечного сечения (h) и ширина поперечного сечения (b). Это показано на двух повернутых друг к друга на 90° видах сбоку (фиг.20а и 20b).

Фиг. 21 показывает увеличение шарнира и его установку в клапан соответственно уплотнительный элемент, как изображено на фиг. 17 и 18.

Фиг. 22 показывает уплотнение трубопровода с помощью уплотнительного элемента (19), который расположен конформно к контуру внутренней стороны круглой стенки трубы. Клапан (7) точно также выполнен конформно. Элементы уплотнительных прокладок (20 и 8) изображены между уплотнительным элементом и клапаном соответственно между клапаном и стенкой трубы. Разгрузочный диаметр (D) поверхности, открывающейся с помощью уплотнительного элемента, обозначен. Наряду с изображенным на фиг. 22 радиальным исполнением уплотнительных прокладок также возможно исполнение уплотнения в виде осевых уплотнительных прокладок.

Фиг. 23 показывает зависимость отношения D/b, где D - разгрузочный диаметр, b - ширина поперечного сечения тягового механизма, к отношению р/Е, где р - давление срабатывания, Е - модуль упругости материала тягового механизма, при оптимальных условиях для квадратного, круглого и прямоугольного поперечного сечения тягового механизма, а также минимальное значение D/b-

Осуществление изобретения

Пример 1

Согласно этому примеру применяется трубопровод с предохранительным клапаном со стержнем, работающим на продольный изгиб, как представлено на фиг. 5.

При работе этот трубопровод тестировался с раствором целлюлоза - NMMO - вода (целлюлоза 12,9%, NMMO 76,3%, вода 10,8%, весе % по весу) при температуре 90°C и давлении 30 бар.

Раствор в первый теплообменник подавался насосом под давлением. На конце второго теплообменника находился фильтр, чтобы поддержать давление в трубопроводе. Оба теплообменника были соединены с предложенным в соответствии с изобретением трубопроводом с предохранительным клапаном в качестве соединительной детали.

Во время пробной работы не было установлено никаких случайных величин температуры и давления. При имитированном избыточном давлении в 100 бар предохранительный клапан открылся, вследствие чего давление упало до нормального рабочего давления.

Через равные промежутки отбирались пробы жидкости, исследовались относительно их термической стабильности с помощью DSG-анализа и сравнивались со стабильностью "свежего" раствора целлюлоза-МММО-вода. Собственно после продолжительности в несколько дней не могли установить никакого уменьшения термической стабильности раствора целлюлоза-КММО-вода в области предохранительного клапана по сравнению со "свежим" раствором.

Пример 2

Через систему трубопроводов для теплообменников, состоящую из теплообменников и предложенных в соответствии с изобретением трубопроводов в качестве распределительных деталей транспортировался полимерный раствор - для применения в виде прядильного раствора со следующей последовательностью: от приготовления прядильного раствора до переработки его на прядильной машине.

Прядильная масса, состоящая из смеси целлюлозы типа MoDo Grown Dissolving-DP 510-550 и Sappi Saiccor DP 560-580, непрерывно изготовлялась со следующим составом: целлюлоза 12,9%; аминоксид (NMMO-N-Methyl-Morpholin-N-Oxid) 76,3%; вода 10,8%.

Приготовление раствора после проведенной водной ферментивной предварительной обработки и приготовления суспензии осуществлялось с помощью выпаривания избыточной воды под вакуумом в реакторе с непрерывным протоком при температуре от 97 до 103°C. Для стабилизации растворителя NMMO/вода присаживались известные стабилизаторы. Стабилизация раствора целлюлозы осуществлялась, как известно, с помощью пропилэфира галловой кислоты. Для обеспечивающего безопасность приготовления раствора контролировалось содержание ионов тяжелых металлов, которое не превышало значение 10 частей на миллион в качестве суммарного параметра (из ионов металлов и ионов цветных металлов).

Плотность приготовленного раствора составляет при комнатной температуре 1200 кг/м³. Отрегулированная с помощью компонентов смеси целлюлозы нулевая сдвиговая вязкость прядильной массы при замерах при 75°C может составлять до 15000 Па×с. В зависимости от выбранной в прядильном процессе температуры переработки нулевая сдвиговая вязкость может колебаться в диапазоне от 500 до 15000 Па×с. При обусловленном структурной вязкостью поведении прядильного раствора вязкость при сдвиговых скоростях при прядении в зависимости от выбранной температуры обработки падает до области ниже 100 Па×с и точно также сильно зависит от концентрации целлюлозы в прядильном растворе.

Группа изобретений относится к трубопроводной арматуре и предназначена для транспортирования вязких и термически чувствительных жидкостей по трубопроводу. Трубопровод (1) с предохранительным клапаном (7), уплотнительный элемент которого отделяет внутреннюю часть трубопровода от отводного трубопровода (23). Предохранительный клапан (7) обеспечивает при заданном избыточном давлении открытие отводного трубопровода. Уплотнительный элемент (19) трубопровода с поверхностью расположен в трубопроводе с протекающей жидкостью. Поверхность уплотнительного элемента обращена к внутреннему пространству трубопровода, находится заподлицо с внутренней стороной стенки трубы и при работе омывается вязкой жидкостью, протекающей в трубопроводе. Уплотнительный элемент фиксируется в закрытом положении с помощью тягового механизма (14), установленного с возможностью перемещения с помощью заданного избыточного давления, так что соединенный с ним уплотнительный элемент открывает отводной трубопровод. Имеется способ транспорта вязкой жидкости с помощью выше упомянутого трубопровода. Группа изобретений направлена на повышение надежности работы систем снижения давления, свободных от мертвых зон. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 29 ил.

1. Трубопровод (1) для транспорта вязкой жидкости с предохранительным клапаном (7), уплотнительным элементом, который отделяет внутреннюю часть трубопровода от отводного трубопровода (23) и обеспечивает при заданном избыточном давлении открытие отводного трубопровода, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (19) трубопровода с поверхностью расположен в трубопроводе с протекающей жидкостью, причем поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, находится заподлицо с внутренней стороной стенки трубы и при работе омывается вязкой жидкостью, протекающей в трубопроводе, при этом уплотнительный элемент фиксируется в закрытом положении с помощью тягового механизма (14), установленного с возможностью перемещения с помощью заданного избыточного давления, при этом посредством соединенного с ним уплотнительного элемента открывается отводной трубопровод.

2. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что поверхность уплотнительного элемента, обращенная к внутреннему пространству трубопровода, располагается конформно к контуру внутренней стороны стенки трубы.

3. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что тяговый механизм выполнен в виде стержня, работающего на продольный изгиб, который при избыточном давлении испытывает изгиб или продольный изгиб.

4. Трубопровод по п. 2, отличающийся тем, что тяговый механизм выполнен в виде стержня, работающего на продольный изгиб, который при избыточном давлении испытывает изгиб или продольный изгиб.

5. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что тяговый механизм выполнен с возможностью фиксирования с помощью элемента, работающего на срез (13), причем элемент, работающий на срез, высвобождает тяговый механизм для перемещения при избыточном давлении, которое преодолевает сопротивление срезу.

6. Трубопровод по п. 2 или 3, отличающийся тем, что тяговый механизм выполнен с возможностью фиксирования с помощью элемента, работающего на срез (13), причем элемент, работающий на срез, высвобождает тяговый механизм для перемещения при избыточном давлении, которое преодолевает сопротивление срезу.

7. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что тяговый механизм выполнен с возможностью фиксирования с помощью пружины (17).

8. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, отличающийся тем, что тяговый механизм выполнен с возможностью фиксирования с помощью пружины (17).

9. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что в трубопроводе с помощью тепловой изоляции (3) и/или с помощью нагревательных или охлаждающих элементом (4) может поддерживаться определенная температура.

10. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, 7, отличающийся тем, что в трубопроводе с помощью тепловой изоляции (3) и/или с помощью нагревательных или охлаждающих элементом (4) может поддерживаться определенная температура.

11. Трубопровод по п. 10, отличающийся тем, что в области предохранительного клапана предусмотрен, по меньшей мере, канал для теплоносителя (4).

12. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что предохранительный клапан зажат в крепежном устройстве (6, 22) на внутренней стенке отводного трубопровода, преимущественно соединен с помощью фланцев.

13. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, 7, 9, отличающийся тем, что предохранительный клапан зажат в крепежном устройстве (6, 22) на внутренней стенке отводного трубопровода, преимущественно соединен с помощью фланцев.

14. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод выполнен в виде теплообменника (5).

15. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, отличающийся тем, что трубопровод выполнен в виде теплообменника (5).

16. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что разгрузочный диаметр уплотнительного элемента D и ширина поперечного сечения тягового механизма b выбраны по формуле D/b=Мх(р/Е)^-0,652, где М между 0,003 и 0,0182, относительно модуля упругости Е тягового механизма и заданного избыточного давления р.

17. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, 14, отличающийся тем, что разгрузочный диаметр уплотнительного элемента D и ширина поперечного сечения тягового механизма b выбраны по формуле D/b=Мх(р/Е))^-0,652, где М между 0,003 и 0,0182, относительно модуля упругости Е тягового механизма и заданного избыточного давления р.

18. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что тяговый механизм шарнирно закреплен на одном конце на уплотнительном элементе и/или на другом конце на крепежном устройстве предохранительного клапана.

19. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 16, отличающийся тем, что тяговый механизм шарнирно закреплен на одном конце на уплотнительном элементе и/или на другом конце на крепежном устройстве предохранительного клапана.

20. Трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что тяговый механизм или уплотнительный элемент функционально соединен с датчиком, который обнаруживает отклонение или смещение тягового механизма или уплотнительного элемента, причем датчик подает сигнал, который различает открытое и закрытое состояние клапана, или подает сигнал, который описывает переходные состояния между ними.

21. Трубопровод по одному из пп. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 16, 18, отличающийся тем, что тяговый механизм или уплотнительный элемент функционально соединен с датчиком, который обнаруживает отклонение или смещение тягового механизма или уплотнительного элемента, причем датчик подает сигнал, который различает открытое и закрытое состояние клапана, или подает сигнал, который описывает переходные состояния между ними.

22. Способ транспорта вязкой жидкости с помощью трубопровода, который содержит предохранительный клапан по одному из пп. 1-21.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что вязкая жидкость термически нестабильна.

24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что вязкая жидкость представлена раствором целлюлозы.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что вязкая жидкость представлена раствором целлюлозы.

26. Способ по одному из пп. 22-25, отличающийся тем, что вязкая жидкость представлена раствором целлюлозы в водном, третичном аминоксиде.