CN100439777C - 防爆膜组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种防爆膜组件，它包括：(i)防爆膜；以及(ii)防爆膜支架，所述防爆膜支架与所述防爆膜操作相连；所述防爆膜支架包括：(a)位于所述防爆膜下游的第一环状元件；以及(b)位于所述防爆膜上游的第二环状元件；所述防爆膜的外周边部分夹在所述第一环状元件和所述第二环状元件之间；其中所述第二环状元件包括至少一个对准所边防爆膜的流体接口。

Description

防爆膜组件
在过程设备低流量区域中不希望的物料积累是对化学处理工业每天均有不利影响的问题。不希望的物料可以包括副产品、残余物、聚合物、垢、粉尘、腐蚀产品、沉积物或其它固体、液体或蒸汽。不希望的物料可能会限制过程流量，引发不希望的副反应(如应力腐蚀裂化)、使聚合物生长、以及使二级过程设备如阀和仪表不能操作。不希望的物料积累是有成本的，因为其需要过程停车时间，并需要人力来除去这些物料并修复可能发生的相关过程设备和管道的损坏。另外，当由于过程连接件中不希望的物料积累而使过程与同其相连的安全设备如卸压装置隔离时，则可能发生危险情况。
在化学处理工业中，一类特别普遍的不希望的物料积累是“缩聚物”的形成。在没有适当的聚合反应抑制剂存在时，当气相单体在设备表面凝集然后进行聚合反应时就会形成缩聚物。已知的进行缩聚反应的单体包括(甲基)丙烯酸及其酯、氯乙烯、氰化氢、丙烯腈、苯乙烯及其它乙烯基单体，但不局限于此。
在过程设备如贮罐、反应釜和精馏塔的气相空间中对抗缩聚反应的一种已知方法是保持设备的表面温度高于单体的露点；已经表明过程设备的夹套、保温以及电或蒸汽伴热在“开放流”区域是相当有效的，所述“开放流”区域是其中气相单体可以从加热表面自由流走的区域。但这种方法在低流量区域如过程连接处是无效的，在这些区域单体蒸汽可能会停滞并被截留；当过程连接处是所讨论的过程设备顶部垂直取向的容器管嘴时，这种情况会进一步恶化。
已经尝试加入气相抑制剂来作为防止过程设备如精馏塔内的缩聚反应的一种手段。这种抑制剂的例子包括在应用氰化氢时的SO2以及在应用(甲基)丙烯酸时的NPH。但由于低流量区域如管嘴处基本上是不流动的，气相抑制剂不会流入其中，从而不希望的物料积累的进行实际上不能得到减弱。
在过程设备的气相空间中对抗缩聚反应的另一种方法是应用内部喷撒装置。欧洲公开专利申请No.1 044 957A1教导了应用一种设置于精馏塔内部的“喷撒和供料装置”，从而向精馏塔内表面喷撒液体，抑制聚合物的形成。但在大的、开放流的区域内如精馏塔或贮罐的顶部设计这类喷撒装置对于处理聚合物生长问题是最有效的。这种方法不能充分防止物料在小的、低流量区域如罐和塔顶部的过程连接处的同步积累。
在小的过程连接如容器管嘴处也必须防止积累的情况下，欧洲公开专利申请No.1 044 957A1建议可以另外采用一个或多个管嘴从而专门喷撒这些连接处。本申请的图10描述了这种实施方案，其中将喷撒和供料装置与顶部连接件组合应用，而一个卸压装置(通常为防爆膜和卸压阀组件)与所述顶部连接处相连。其中描述了从下面将单个喷嘴插入过程连接处；在这种构造中，液体喷撒会直接朝上进入不流动的过程连接处。这种喷嘴的安装在机械上是复杂的并且侵入到容器中，需要一个单独的容器穿孔(未画出)并且在容器内安置管线为喷嘴提供液体。利用这种方法，喷嘴本身的高度和设置以及流量和喷撒方式都是很关键的，并且在实践中，很难获得这些变量的适当组合从而完全防止聚合物的积累。通过应用多个喷嘴并以极大的量喷撒液体，这种设置的有效性可以得到提高，但这种方法的成本较高并且在工业操作中不现实。另外，喷嘴及其供料管线的物理存在对过程连接处形成了不希望的障碍，因而干扰物料自由流过与其相连的卸压装置，并且这些元件本身也会形成新的积累缩聚物的表面！在有些情况下，加压喷撒的液体对卸压设备的直接冲击也可能造成机械疲劳，从而缩短防爆膜的使用寿命。因为这些局限性，当应用于与过程连接处如卸压管线相连的小的、低流量区域时，所提出的抑制聚合反应的方法是不实际的。
在本领域中应用各种设计形式的喷射环作为清洗视镜内表面的方法也是已知的。对于这些设备及其改进，已经发表了许多专利，包括US 3,402,418、US 4,158,508和US 4,541,277。但尽管设计视镜喷射环的本领域熟练技术人员已经熟悉化学处理工业的需要，但他们并没有预料到将这种设备用于在低流量区域如过程连接处防止不希望的物料积累。
事实上，尽管这些方法是已知的，但仍存在一种长期的需要，需要提供一种简化的、可靠的、便宜的以及有效的方法来防止在低流量区域如过程连接处不希望的物料积累。当安全卸压系统与包括低流量区域的过程连接处相连时，这种需要特别明显；在这些管嘴中不希望的物料积累限制了当卸压装置需要操作时物料自由流过管嘴，从而限制了卸压装置的能力并产生不安全的情况。本发明克服了现有技术的缺点，同时满足化学处理工业的需要。
因此在本发明第一方面的一种实施方案中，提供了一个防爆膜组件，所述防爆膜组件包括防爆膜和防爆膜支架，所述防爆膜支架与防爆膜操作相连；其中防爆膜支架包括位于防爆膜下游的第一环状元件和位于防爆膜上游的第二环状元件；其中防爆膜的外周边部分夹在第一环状元件和第二环状元件之间；其中第二环状元件包括至少一个对准防爆膜的流体接口。
另外，在本发明第一方面的第二种实施方案中，提供了一个防爆膜组件，所述防爆膜组件包括防爆膜和防爆膜支架，所述防爆膜支架与防爆膜操作相连；其中防爆膜支架包括位于防爆膜下游的第一环状元件、位于防爆膜上游的第二环状元件和位于第二环状元件上游的第三环状元件；其中防爆膜的外周边部分夹在第一环状元件和第二环状元件之间；其中第二环状元件夹在防爆膜的外周边部分和第三环状元件之间；其中第三环状元件包括至少一个对准防爆膜的流体接口。
第二方面，本发明提供一个设备通道组件，所述设备通道组件包括设备通道盖、与设备通道盖操作相连的设备通道盖固定件以及位于设备通道盖和设备通道盖固定件之间的环状元件；其中所述环状元件包括至少一个对准设备通道盖的流体接口。
第三方面，本发明提供一个阀安装组件，所述阀安装组件包括下游阀固定件、上游阀固定件、位于下游阀固定件和上游阀固定件之间并与之操作相连的阀体、以及设在阀体和上游阀固定件之间的环状元件；其中所述环状元件包括至少一个对准阀体的流体接口。
图1是本发明的防爆膜组件的部分剖视图。
图2是本发明的防爆膜组件的另一种实施方案的部分剖视图。
图3是本发明的卸压装置组件的部分剖视图。
图4是本发明冲洗环的第一种实施方案的部分剖视图。
图5是本发明冲洗环的第二种实施方案的部分剖视图。
图6是本发明的防爆膜组件的又一种实施方案的部分剖视图。
图7是本发明的阀安装组件的部分剖视图。
图8是图1所示类型的防爆膜组件的部分剖视图，其中所述防爆膜组件设置在本发明的化学反应器上的卸压管线中。
图9是冲洗环的部分剖视图，其中所述冲洗环安装在本发明的充液粗产品罐的底部清洗接口内。
图10是应用喷嘴系统的卸压装置组件的部分剖视图。
在附图中，对类似元件类似编号。
在下列描述中，“过程设备”指容器如精馏塔、罐和反应器以及过程管道系统。“过程连接”指可以用于连接二级过程设备如阀、仪表、泵或卸压装置的过程设备的任何延伸。所述过程连接包括双头螺栓出口、管道分支(如三通管)、人孔、手孔以及法兰孔，但不局限于此。
正如下文中将会变得更明显的，本发明的关键元件是冲洗环，即具有一个或多个流体接口的环状元件，所述一个或多个流体接口用来引导冲洗流体进入所述环状元件内部，优选朝着所述环的轴。所述环状元件还包括一个内部通道，所述内部通道使一个或多个接口与冲洗流体的外源流体相连。优选的是所述环状元件具有恒定的外径。另外优选的是所述环状元件具有恒定的内径。进一步优选的是所述环状元件包括光滑且基本平行的上、下表面，这种表面质量使其与过程设备中的常规垫片一起安装时有利于密封。
任何气体或液体物料，只要其与过程操作相兼容，就可以用作冲洗流体。所述冲洗流体可以按需要连续或间歇供给。
当安装在低流量区域时，冲洗环用于从低流量区域冲洗掉不希望的物料，从而防止它们积累，并避免前述与不希望的物料积累相关的处理困难。
所述冲洗环可以任选与流量测量/控制元件(如控制阀、针阀和转子流量计)一起安装在冲洗流体的供料连接处。这一点用来确保按需要一直保持适当的冲洗流体流量。
图1描述了本发明的冲洗环的一种实施方案。在该实施方案中，与本发明相符的环状通道和流体接口直接并入到防爆膜支架中。在这种情况下，可以进行流体冲洗，从而防止不希望的物料如缩聚物在防爆膜上游的低流量区域内积累。
防爆膜组件101代表用于工业化学过程中的常规组件，包括包含在双片防爆膜支架之间的防爆膜103，所述防爆膜支架包括位于防爆膜103下游的第一环状元件105和位于防爆膜103上游的第二环状元件107。所述防爆膜103的外周边部分109夹在第一环状元件105和第二环状元件107之间。但按照本发明，第二环状元件107在其内表面113上包括多个流体接口111，冲洗流体体可以通过这些接口。接口111相对于第二环状元件107的轴115沿两个不同的角度取向，从而引导冲洗流体(如箭头所示)朝向防爆膜103的下表面117的多个点。通过与冲洗流体源(未画出)的连接口119以及环状内部通道121来供应冲洗流体，所述内部通道121通过各自的进料通道123与各接口111可操作相连。
图2描述了本发明的冲洗环的一种实施方案，其中仅应用两个流体接口。具体地，流体接口211a相对于第二环状元件207的轴215沿第一角度取向，并且引导冲洗流体(如箭头所示)至防爆膜203下表面217上的第一区域。通过第二环状元件207中放射状取向的孔225a和进料通道223a向流体接口211a供料。放射状取向的孔225a引导来自连接器219a的冲洗流体，而所述连接器219a本身又与冲洗流体源(未画出)相连。类似地，流体接口211b(位于第二环状元件沿直径相对的一侧)相对于轴215沿第二角度(不同于第一角度)取向，并且引导冲洗流体至防爆膜203下表面217上的第二区域。通过第二环状元件207中放射状取向的孔225b和进料通道223b向流体接口211b供料。放射状取向的孔225b引导来自连接器219b的冲洗流体，而所述连接器219b本身又与冲洗流体源(未画出)相连。
连接器219a和连接器219b可以抽取相同来源的冲洗流体，或者可以任选应用不同的冲洗流体，如一种流体可以包括水，而另一种流体可以包括有机溶剂如己烷，或者另外一种流体可以包括酚抑制剂溶液，而另一种可以包括含氧气体。
图3描述了本发明的冲洗环的另一种实施方案，尽管其与图1和2的装置在功能上类似，但它是一个独立的部件。该独立的冲洗环用于防止不希望的物料如缩聚物在通常由329表示的卸压装置组件上游的通常由327表示的低流量区域处的积累。卸压装置组件329代表工业化学过程中应用的常规组件，在US 6,311,715中描述了所述组件的一个例子。在该优选实施方案中，所述卸压装置组件包括一个反向弯曲的防爆膜304(包含在一个双片防爆膜支架内，所述双片防爆膜支架包括第一环状元件305和第二环状元件307)。合适的反向弯曲防爆膜可以由Continental Disc Corporation、Fike和Oseco商购得到。所述卸压装置还包括一个下游卸压阀330，所述卸压阀330通过一个短的管道短管331与防爆膜支架分隔。在卸压阀上游设置防爆膜是为了防止卸压阀入口接口结垢，并且如果卸压阀在正常操作条件下不能保持密封时使可能的排放量最小。
所述卸压装置组件还包括一个与管道短管331相连的压力表333；该压力表为防爆膜和阀之间的压力变化提供外部读数，从而当防爆膜已经破裂以及当需要做些改变时发出信号。在该实施方案中，冲洗环335安装在防爆膜支架的第二环状元件307的上游(下面)并与之相邻，并且可以通过螺栓或其它常规方法(未画出)固定在适当的位置。冲洗流体供料通过管道337与环相连，并且冲洗流体流入环的内部通道中。所述内部通道是环状的，并将冲洗流体分配到多个接口处，这些接口沿冲洗环的内周边放射状设置。在该实施方案中，一组接口相对于环轴沿第一取向角设置，而另一组接口相对于环轴沿第二(不同的)取向角设置。当冲洗流体通过接口喷出时，被引导向上至防爆膜暴露的上游表面，如箭头所示，从而取代低流量区域327内其它不流动的内容物，并防止不希望的物料在该区域积累。
图4是本发明的冲洗环435的第一种实施方案的部分剖视图，如用于图3的组件中。具体地，冲洗环435包括环状元件439，所述环状元件439包括多个位于其内表面413上的流体接口411，而冲洗流体可以通过这些接口。所述接口411相对于环状元件439的轴415沿两个不同的角度取向，从而引导冲洗流体(如箭头所示)至防爆膜(未画出)表面上的多个点。所述冲洗流体通过与冲洗流体源(未画出)相连的连接口419及环状内部通道421来供给，所述环状内部通道421通过各进料通道423与各接口411可操作相连。
图5是本发明的冲洗环535的第二种实施方案的部分剖视图，如可用于图3的组件中。具体地，冲洗环535包括环状元件539和环状膜541。所述环状元件539包括多个位于其内表面513上的流体接口511，而冲洗流体可以通过这些接口。所述接口511相对于环状元件539的轴515沿两个不同的角度取向，从而引导冲洗流体(如箭头所示)至防爆膜(未画出)表面上的多个点。所述冲洗流体通过与冲洗流体源(未画出)相连的连接口519及环状内部通道521来供给，所述环状内部通道通过各进料通道523与各接口511可操作相连。所述环状膜541优选具有与环状元件539相等的内径ID。类似地，所述环状膜541优选具有与环状元件539相等的外径OD。所述环状膜541对环状元件539下表面543流体密封(如通过焊接)，从而使流体紧密地封闭环状内部通道521，从而确保没有冲洗流体从中泄漏。
图6是本发明的防爆膜组件601的另外一种实施方案的部分剖视图，其包括一个包含在双片防爆膜支架内的防爆膜603，所速双片防爆膜支架包括位于防爆膜603下游的第一环状元件605和位于防爆膜603上游的第二环状元件607。所述防爆膜603的外周边部分609夹在第一环状元件605和第二环状元件607之间。包括第三环状元件639和环状膜641的冲洗环635位于第二环状元件607的上游，所述环状膜641流体密封。第二环状元件607夹在防爆膜603的外周边部分609和冲洗环635之间。垫片    插在第二环状元件607和冲洗环635之间，从而确保它们之间流体密封。第三环状元件639包括多个位于其内表面613上的流体接口611，而冲洗流体可以通过这些接口。所述接口611相对于第三环状元件639的轴615沿两个不同的角度取向，从而引导冲洗流体(如箭头所示)至防爆膜603下表面617上的多个点。所述冲洗流体通过与冲洗流体源(未画出)相连的连接口619及封闭的环状内部通道621来供给，所述环状内部通道621通过各进料通道623与各接口611可操作相连。
虽然前面讨论的大部分内容均集中在与处理容器相连的法兰管嘴上，但可预见的是其它低流量区域也可以由本发明获益。
例如，在一种实施方案中(参见图7)，低流量区域727位于与氰化氢反应器751的出口管线749内的阀747相邻的管线732的短区内。在过程干扰期间，阀可以被打开，从而当安全被破坏时将含有产品气体的氰化氢转移到火炬去。在正常操作条件下，阀747关闭，在其表面形成低流量区域，以至于可能积累不希望的物料如氰化物聚合物。如图所示，与阀相邻设置本发明的冲洗环735，并通过所述环引入冲洗流体，从而防止不希望的物料积累，并保持所述阀的操作性能。合适的冲洗流体可以包括N2、SO2、蒸汽、CH4、H2和空气，但不局限于此。如果需要，所述冲洗流体可以任选被加热，并且可以改变流体的流量。
在另一种实施方案中(参见图8)，低流量区域827位于化学反应器855如间歇乳液聚合反应器上的卸压管线853内。防爆膜803安装在卸压管线的水平段上，并且在间歇聚合反应过程中，气相单体可能积累在防爆膜上游的卸压管线中。如图所示，通过与防爆膜相邻设置本发明的冲洗环835，在每一个间歇操作完成后引入含有清洗溶剂的冲洗流体，对所述防爆膜和卸压管线定期进行清洗并保持其没有不希望的物料积累。
在另一种实施方案中(参见图9)，低流量区域927位于充液的粗产品罐959上的底部肓头清洗连接口957内。在正常条件下，盲板961位于清洗连接口上，从而为罐提供液封。各种不希望的物料如沉积物、腐蚀产品、不溶性杂质等也可能存在。在维修期间，希望去除盲板并应用此排放口作通道清除罐中的内容物。如图所示，通过与所述盲板相邻设置本发明的冲洗环935，并通过所述环引入冲洗流体，从而防止不希望的物料积累，并且排放口按要求准备启用。适当的冲洗流体可以包括N2、空气或粗产品的分支物流。
可以理解的是冲洗流体可以为气体或液体，并且可以按需要连续或间歇供给。任何与所讨论的具体过程的操作相兼容的气体或液体物料都可以用作冲洗流体。例如，在生产(甲基)丙烯酸或其酯的精馏塔的操作中，合适的物料包括含氧气体(如空气)、气相聚合反应抑制剂、水、(甲基)丙烯酸、甲基异丁基酮(MIBK)、甲苯和丙酮，但不局限于此。在一些实施方案中，冲洗流体可以包括精馏塔回流或未纯化的精馏塔进料。冲洗流体可以任选通过换热器以控制其温度，并且可以任选包括一种或多种聚合反应抑制剂。
另外可以理解的是所述冲洗环可以包括一个或多个接口，并且这些接口可以相对于冲洗环的轴沿一个或多个取向角设置。相对于冲洗环的轴来说，合适的取向角在0-90度之间。取向角、接口的尺寸和个数、以及冲洗流体流量的选择是冲洗环内径、所要处理表面的方位(如防爆膜的表面是凹面或凸面的情况)以及接口与所要处理表面之间的距离的函数。由于它们的设计，冲洗环和过程设备的相关元件(如防爆膜支架)可以按照过程需要按与实验室相同的构造重复装配，从而允许本领域普通技术人员在实验室中，在冲洗流体流动条件下，通过简单的视觉观察验证是否已经选择了合适的设计变量。例如，如果将水用作冲洗流体，则当在操作条件下通过视觉观察确定防爆膜完全被水冲洗所润湿时，就会明显确认已经选择了合适的变量。
在由本发明的公开内容获益后，可以预见对于一些过程通过安装可商购得到的喷射环装置可以合理地近似达到应用冲洗环的益处。这种喷射环装置是针对清洗视镜的目的而市场化的，并且可以从LJStarInc.(Twinsburg，OH)或Canty(Buffalo，NY)以标准尺寸购得。由于这些装置是针对不同目的设计的，因此应用上述视觉实验方法I对于确认所选择的“标准”设备能否满足过程应用的需要是很关键的。
实施例
按照图3所示的方式，在丙烯酸精馏塔的8-英寸直径的顶部过程连接管嘴上与防爆膜支架相邻设置冲洗环。在支架上安装一个316-聚四氟乙烯-316复合防爆膜(由Continental Disc Corp.商购得到)。所述冲洗环的内径为7-1/2英寸，并且包括两组流体接口。第一组接口包括相对于环轴沿45-90度角设置的8个等间距的3/32英寸直径的接口，第二组接口包括相对于环轴沿0-45度角设置的8个等间距的3/32英寸直径的接口。所述冲洗环进一步包括一个开放的分配通道，所述分配通道通过紧贴着一个标准垫片法兰安装而被密封。在安装后，通过所述环引入冲洗流体，所述冲洗流体有利于从防爆膜的上游内(下)表面脱除可缩聚的丙烯酸单体，从而防止不希望的聚合物积累。所述冲洗流体是一种液体混合物，含有丙烯酸(精馏塔进料)、乙酸和对苯二酚抑制剂，并以连续流量为约2gpm供料。作为操作精馏塔的一个常规方面，在塔的气相空间中存在含氧气体。带有这种构造的冲洗环的丙烯酸精馏塔操作6个月，在此期间对所述膜和过程连接管嘴总共检查了5次。在每次检查过程中，均同时检查了所述膜和过程连接管嘴，并发现没有聚合物积累。
比较例
在相同的8英寸直径的顶部过程连接管嘴上，按图10所示方式安装一个3/8英寸的全锥形管嘴(Spraying Systems CO.，Wheaton，Ill)，试图防止在前述复合防爆膜上的聚合物积累。含有丙烯酸(精馏塔进料)、乙酸和对苯二酚抑制剂的加压液体混合物以连续流量为约2gpm向全锥形喷嘴供料，随后喷入过程连接管嘴及其防爆膜的下部。作为操作精馏塔的一个常规方面，在塔的气相空间中存在含氧气体。带有这一构造的丙烯酸精馏塔进行操作，在操作期间对所述膜和过程连接管嘴检查了几次。随着操作阶段的变化，一些阶段只有三周，结果发现在过程连接管嘴内以及防爆膜本身上已经积累了大量聚合物，因而需要清洗过程连接管嘴并更换防爆膜。当检查时，通常发现过程连接管嘴的横截面有60-90％被聚合物堵塞。

Claims (6)

1.一种防爆膜组件，包括：
(i)防爆膜；以及
(ii)防爆膜支架，所述防爆膜支架与所述防爆膜操作相连；
其中所述防爆膜支架包括：
(a)位于所述防爆膜下游的第一环状元件；以及
(b)位于所述防爆膜上游的第二环状元件；
其中所述防爆膜的外周边部分夹在所述第一环状元件和所述第二环状元件之间；其中所述第二环状元件包括至少一个对准所述防爆膜的流体接口。
2.权利要求1的防爆膜组件，其中所述第二环状元件包括多个对准所述防爆膜的流体接口。
3.权利要求1的防爆膜组件，其中所述第一环状元件具有一个轴，所述第二环状元件也具有一个轴，并且所述第一环状元件和所述第二环状元件相互之间同轴设置。
4.权利要求1的防爆膜组件，其中所述第一环状元件的内径是恒定的，所述第二环状元件的内径也是恒定的，并且所述第一环状元件的内径与所述第二环状元件的内径相等。
5.权利要求1的防爆膜组件，其中所述第一环状元件的外径是恒定的，所述第二环状元件的外径也是恒定的，并且所述第一环状元件的外径与所述第二环状元件的外径相等。
6.一种防爆膜组件，包括：
(i)防爆膜；以及
(ii)防爆膜支架，所边防爆膜支架与所述防爆膜操作相连；
其中所边防爆膜支架包括：
(a)位于所边防爆膜下游的第一环状元件；
(b)位于所述防爆膜上游的第二环状元件；
(c)位于所述第二环状元件上游的第三环状元件；
其中所述防爆膜的外周边部分夹在所述第一环状元件和所述第二环状元件之间；
其中所述第二环状元件夹在所述防爆膜的外周边部分和所述第三环状元件之间；
其中所述第三环状元件包括至少一个对准所述防爆膜的流体接口。
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