CN103765065B - 包括泄压阀的管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送粘性流体的管(1)，所述管(1)包括设置有密封元件的泄压阀(2)，所述密封元件将所述管的内部与排放管道(4)隔开并且设计为在发生预定超压时释放所述排放管道。本发明的特征在于，面向管内腔的所述密封元件的表面与所述管以如下方式关联，当在操作时，所述表面周围流动着循环穿过所述管的粘性流体流，并且所述密封元件在关闭位置中通过杆固定，所述杆被预定的超压移动，从而使得由此连接的密封元件释放所述排放管道。

Description

包括泄压阀的管
本发明涉及用于通过管道传输粘性和热敏流体的装置和方法。
泄压装置的使用是众所周知的。常规的装置例如包括阀或破裂片。泄压装置保护受压室或压力容器免于不允许的压力上升，这种不允许的压力上升可能导致所连接的压力设备的损坏。如果响应压力超出，则阀将气体、蒸汽或液体排出到大气中或收集管中。破裂片具有隔膜，该隔膜在高于正常操作压力但低于管或器皿本身破裂压力的压力作用下破裂，由此泄压能够与外部空间进行泄压。
在之前描述的条件下，泄压阀导致系统压力的局部减小。由于例如管或通道的几何形状，泄压装置仅能以有限的方式被附接。
破裂片本身作为泄压装置还具有设计和生产局限。因此，破裂片不能以任意薄厚而形成，从而能够作为精确超压和欠压的防护装置。因此，响应压力必须在超压的情况下足够高或在欠压的情况足够低。用于泄压的装置因此可根据其应用可能性来划分，而且必须总是参考整个待被保护的系统而关注，并且用于泄压的装置因此可由可重复利用的、不可重复利用的构件以及自定义元件组成，因此必须考虑多种标准进行选择。除了压力的标准外，泄压装置的欠压和安装位置、物理化学表现(例如如果存在腐蚀或磨损)以及泄压的惯性系统都必须被考虑。对于一些工艺而言，由于反应产物具有相对长的停延时间，没有无效区的泄压系统被发现由死区导致，其可能实质上对所生产产品的品质造成不利地影响。特别是在制药部门，在设备系统中需要不能允许任何死区的装置和机器。
EP 789 822涉及一种用于热不稳定粘性化合物，例如纤维素、水、NMMO(N-甲基吗啉-N-氧化物)溶液的压力安全设备，其中破裂元件穿透到输送管道的内部中。
例如从US 4,724,857、US 5,067,511和US 5,577,523已知泄压阀。这些阀是能够被拧到压力容器上用于保护的配件，从而为不期望的压力提供相应的安全装置。
因此，US 4,724,857描述了可以经由螺纹连接而被连接到设备系统的用于泄压的阀体。这种泄压的缺点在于阀体内和泄压阀体上游拥挤的空间或死区以及空间内不能通流可能导致的事实。因此，可能形成所谓“死水区”，其一方面可能堵塞阀体，另一方面可能由此削弱压力的减低。
美国专利US 5,067,511说明书中教导，泄压所需的阀体被紧固在屈曲杆上，但是为泄压所提供的阀体目前被设为装回到阀壳体中，这就宣告了可能形成死水区。
在US 5,577,523中呈现了一种配件，由于其步进式的开口，其并不释放管的横截面。这里也可以看到介质聚积在阀体上游并形成了死水区。当传输粘性和热不稳定或热敏性化合物时，特别是那些仅通过加热才能保持为流体和在冷却时倾向于结块或导致沉积的化合物，目标是(例如EP 789 822和US 5,337,776)避免管的空间受阻，在这些管中这些化合物可能沉积。这也是EP 789 822所追求的目的。
JP 2003 093536 A(摘要)涉及一种装置，该装置具有用于没有排放管道的灭火泵的封闭调节腔。
US 6,425,410 B1显示了管道的截止阀，其中可关闭的截流盘被连接至屈曲杆。在正常操作期间，管道关闭，在发生抵抗螺栓的压力时管道打开，其中压力在截流盘的上部上方进行调节。
US 5,297,575 A描述了一种类似于US 6,425,410 B1中示出的截止阀。这里使用活塞来代替截流盘。
JP 2007 232178 A(摘要)描述了一种用于具有破裂片的灭火软管的装置。破裂片不被通过管泵送的流体冲洗。此外，破裂片不是可替换的密封元件，而是一种在压力下破裂打开并由此形成开口的元件。
US 5,337,776教导了安装在管中的破裂片应当以这样的方式实现，使得破裂薄膜齐平地位于管道壁中。为此目的，根据US 5,337,776的管必须以如下方式设计并构造：连续的化合物管并且该管的恒温护套必须中断，因此在管内存在不均匀的恒温区。US 5,337,776的另一个突出缺点在于如下事实，该专利说明书中描述的破裂片必须不可避免地焊接至圆柱状支撑体上。将破裂片齐平地固定至管道内部或管壁中很复杂，并且需要通过电子束焊接方法来焊接破裂片。此外，不可能使用市场上能买到的破裂片。另外，意图完全摆脱无效区的目标还未实现，这是因为扁平的破裂片及其附件伸入弯曲管内部中并在外流侧留下不流动冲洗区域。本发明的目的是提供替代的泄压装置，其克服了前述装置的缺陷。
泄压装置能够对反应容器中加压介质的产品品质产生巨大的影响，这是因为即使是细微的差异(例如由死区形成的细微差别)可能导致介质中产品的变化。例如，如果出现沉积或聚集的话，纤维素聚合物化合物可能严重褪色。在这种类型的敏感聚合物的输送管道中，必须特别注意所有设备零件中的恒温条件和临时过程(停延时间)。泄压装置不适当的内部几何形状可能导致差异，其中在特定区域可能形成产品结块。后果可以是由这些不受控制的产品结块引起的加工设备处的产品不良以及由此导致的聚合物溶液的品质损失。因此，在这种严苛的整体设备和设备部件中必须使用特殊的泄压装置。
本发明提供了一种用于输送粘性流体的管，所述管具有带有密封元件的泄压阀，所述泄压阀将所述管的内部与流出管道隔开并且设置为在发生预定超压时接通所述流出管道，其中所述密封元件面向管内部或设备截面的表面被分配至管，从而使得所述表面在操作期间被通过所述管的粘性流体流冲洗，并且其中所述密封元件通过连杆固定在关闭位置，所述连杆通过预定的超压可位移或被移动，从而连接至所述连杆的密封元件接通所述流出管道。
所述管可以实现为用于连接管或其它管道元件(例如换热器)的连接件(“配件”)。混合元件可设置在管内部，其在泄压阀的区域将流体流进行彻底混合。根据本发明的管或根据本发明的管部件优选安装在换热器管道中，在该换热器管道中，流体以温度受控的方式进行输送。通过在1至250bar范围内的增压使得输送特别有效，其中一旦压力超过临界大小，泄压阀就作为超压安全阀进行使用。泄压阀被选择使得，在正常操作压力的情况下，其将流出管道与管(流体在其中输送)的内部隔开，而在所选的压力情况下，其接通流出管道从而流体能够逸出。本发明通过权利要求进一步描述。
根据本发明，阀的密封元件并不直接紧固在管壁上，而是抗压紧固，其在发生预定压力时打开，并通过支架、紧固在密封元件上的连杆以及阀壳而实现。这种紧固可以是可释放地或不可释放地。密封元件可通过密封件与阀壁进行密封。通过精确的刚性配合设计而省掉密封件是可能的。
在不可释放紧固的情况下，发生超压时连杆本身实现位移，特别是通过连杆的变形。这种类型的设计例如为连杆的纽结或弯曲。优选地，连杆为屈曲杆，其在发生超压时承受欧拉屈曲或在预定超压以下时弯曲变形。连杆还可以铰接方式紧固在支架中。
连杆的可释放紧固可在阀上的支架上进行，其中在发生预定超压时连杆从支架释放。可释放连接例如可通过剪切连接或通过预定的断裂点来实现。在操作压力下，连杆通过剪切元件的摩擦阻力或剪切阻力来通过剪切连接被固定，在发生预定超压时该摩擦阻力或剪切阻力被克服，结果连杆变得可位移或可移动。在预定断裂点的情况下，连杆紧固在支架上，其中这种紧固在预定超压下断开并且连杆变得可位移或可移动。连杆的可固定性或移动可发生在作为导向件的支架中。可释放紧固还可以通过位移阻力元件来发生。在正常压力下，该阻力防止连杆或密封元件的位移，并且在发生预定超压时，位移阻力被克服且连杆被位移或移动，例如在作为导向元件的支架中。这种阻力元件例如为弹簧。位移阻力元件是除支架之外的额外的元件且不是支架本身，其可以类似地例如用于其它可释放紧固。类似地，有可能提供这里所描述的不可释放紧固与可释放紧固的组合，例如，可变形的连杆，其额外地通过预定断裂点的和/或与位移阻力元件(例如弹簧)一起的剪切连接而可释放地紧固在支架或多个支架中。
连杆可以具有适合于位移或弯曲的任何形状。连杆的横截面可成形为圆形、正方形、矩形(所述矩形为细长的形式)、多边形，特别是具有5、6、7或8个角。连杆可以沿纵向轴线呈均匀尺寸，亦或还可以是逐渐变细或逐渐变宽的形式，例如成锥形形状。如果在连杆已经被位移或移动离开操作位置或改变形状，其例如通过减小的压力而变得可以更容易地进行位移或移动是特别有利的。在泄压阀中，当达到超压时，密封元件首先轻微位移，使得流体逸出成为可能。结果压力下降。即使在发生压降时，泄压阀在最初达到预定超压之后能进一步打开是有意义的。因此，连杆优选以如下方式固定，在达到预定超压之后连杆保持可位移。这可例如通过连杆的不同尺寸来实现。因此，有可能这样选择连杆的直径：其处于支架和密封元件之间的直径小于连杆在支架中的直径。在处于支架中的这部分连杆已经通过预定超压(例如通过克服剪切阻力)而从支架位移时，连杆保持自由或容易的可移动状态，这是因为具有更小直径的部分在支架中不产生任何剪切阻力。因此密封元件可以进一步位移以获得大面积的开口。在例如屈曲杆的可变形连杆的情况下，在连杆经受第一次变形(例如初步弯曲)之后，在特定情况下连杆的进一步变形或完全变得更容易，直到发生最大变形或屈曲。
为了维持达到预定超压的压力阻力，根据本发明的密封元件并不直接连接至管壁。这是通过连杆来实现的。与其它基于直接紧固的破裂片(例如US 5 337 776中描述的)的超压释放装置相比，由此产生了一些优势。
密封元件面向管内部的表面通过在操作期间穿过所述管的粘性流体流而冲洗。这在输送不稳定粘性流体(特别是热不稳定流体)时是必要的，所述不稳定粘性流体在发生温度波动时可能凝固或甚至反应性到达爆炸点。由于能够例如在无效区发生或在阀配件的情况下发生，因此有必要防止沉积。因此，根据本发明，密封元件直接设置在管内壁上，从而使其被流体冲洗。有可能密封元件面向管的内部的表面从管的内部稍微向后设置。但是只能稍微向后设置，使得该表面仍然能通过粘性流体进行冲洗。
优选地，密封元件面向管内部的表面与管壁的内侧齐平。因此，可以避免在管内壁和密封元件之间的过渡区域形成角部或边缘，从而抑制流体的沉积。
根据本发明的阀的一个特别的优势在于以下事实，所述密封元件面向所述管的内部的所述表面形成为与管壁的内侧轮廓相符。密封元件的所述表面的轮廓与管内壁的轮廓是不可区分的，由此即使在密封元件下游的外流区域也不会形成自由流动区域。破裂片实质的缺陷在于以下事实：(不得不焊接在管内壁的)破裂片或其外周区域总是必须成形为平坦的，并且对于(弯曲)管内壁的完整的形状适应是不可能的。在圆形管中，平坦的破裂片总是导致管内的突出部(或在非齐平设计的情况下，导致管内的偏置无效区)，由此在破裂片后方产生冲洗较差的区域。根据本发明的阀和密封元件可准确配合管的轮廓，因此可以克服这些缺点。
破裂片另外的缺点在于以下事实：破裂片承受相对更快的材料疲劳。因此，作为预防，破裂片必须受到定期维护周期中的定期检查替换。
破裂片的操作压力或操作压力不能通过生产而准确且精确的确定。此外，破裂片总是暴露于流体，使得由于可能的腐蚀而导致破裂隔膜的材料品质的影响。破裂片的安装被证明是困难的，导致在更换时较长的维修时间和停顿。
根据本发明，用于管内部的接触元件(密封元件)，其不作为超压调节器来使用。而未暴露于管内部的管内部的连杆或支架实现了这个功能。因此，敏感部件的材料疲劳和腐蚀发生率很低。此外，这些未被流体接触而污染或未受影响的部件更换起来实质上更容易。
这些优点对于根据本发明的所有实施方案是共有的。根据本发明，提供一种用于输送粘性流体的管，所述管具有带有密封元件的泄压阀，所述泄压阀将所述管的内部与流出管道分离并且设置为在发生预定超压时接通所述流出管道，其中所述管的所述密封元件的表面布置在所述管中，流体流动通过所述管，其中在操作期间所述表面通过所述管的粘性流体冲洗，并且其中所述密封元件通过连杆固定在关闭位置，所述连杆通过预定的超压而可位移或位移，从而连接至所述连杆的密封元件接通所述流出管道。
优选地，可变形的连杆(例如屈曲杆)被使用，相比于其他实施方案，其具有进一步的优势。
密封元件可经由连杆连接至剪切销，该剪切销位于水平位置，或者连杆本身可通过剪切连接可释放地紧固在支架中。如果达到或超过预定超压，则密封元件处于压力之下，阀内的压力经由连杆传播并将所述销切断，由此连杆连同密封元件被位移至打开位置且流出管道被接通。
在配备有剪切销或剪切支架的泄压阀的情况的不利之处在于，管内的压力脉冲在密封元件上施加压力并且可能损坏剪切销或连杆的紧固。而该缺陷在屈曲杆的情况下不会发生，该屈曲杆以不可释放地固定方式被紧固。
用于控制超压调节的另一个可能性是弹簧承载的密封元件。弹簧的问题是“再就位”和预定超压设定的精确性。在设定压力的90％处一般已经发生释放。实际上弹簧承载的阀每年必须再至少认证一次。在较低超压的情况下，精确性不令人满意而且可靠性在200bar以上时受到限制。
对比而言，具有可变形杆(这里也称之为“屈曲杆”)的泄压阀具有非常低的公差。压力公差在3至5％，使得屈曲杆阀能够操作在现有响应压力的95至97％的范围内。
屈曲杆超压释放基于这样一种杆，在发生超压时所述杆以轴向力的形式屈曲，并且由于变形将密封元件位移，由此接通流出管道。尺寸的确定可根据欧拉定律来执行，例如基于欧拉屈曲(挠曲)的例子。经由屈曲杆的几何比率以及有负荷的泄压阀的机械和材料参数来要求作用在密封元件和杆上的压缩力(＝安全压力)用以确定屈曲杆的尺寸。
通过变形，屈曲杆失去稳定性，直到突然在压缩力的作用下，其过渡到弯曲位置，因此，超压开口或附接在杆上的密封元件被向后推动到位移的位置中并且接通流出管道。杆的尺寸稳定性的损失反应在杆形状的改变，杆形状的改变通过负载(特别是从预定负荷开始)屈曲负荷(对应于预定超压)而快速增加，伴随着屈曲杆轴线向外的侧向屈曲。屈曲发生在几毫秒内。
(在触发压力下的)“屈曲杆响应负荷”取决于通过作用在屈曲杆的整个杆长度上的压缩力的负载类型。屈曲杆的横截面形状类似地作用在屈曲杆的尺寸和平面转动惯量上，其保持恒定或沿屈曲杆的轴线上改变。所使用的屈曲杆的材料性质(屈曲杆材料的弹性模量和屈服点)是屈曲杆尺寸的重要影响因素。夹持的类型以及屈曲杆的负载情况在计算屈曲杆时也要考虑。
屈曲杆的一个优点在于以下事实：该屈曲杆并不响应于管内的压力脉冲，从而不会发生如破裂片例子中那样的材料疲劳。杆的屈曲可准确确定。达到了设定值(超压)2-5％的精确度或尺寸偏差。
屈曲杆并不暴露于任何腐蚀流体，因为其位于管内部的外侧。此外，基于屈曲杆设计进行温度校正，这是因为尺寸确定是通过系统温度下屈曲杆材料的弹性模量进行的。发生超压时屈曲杆的打开时间几乎是破裂片的10倍快，且占用1.5至2毫秒。
具有屈曲杆(可变形杆)的泄压阀的优势在于：屈曲杆不会疲劳；屈曲杆不与介质接触且因此不被介质侵袭；屈曲杆更精确地在所限定的预定超压(＝最大值)下屈曲；获得了上至95％设定值的最大操作压力；在接近设定值时无泄漏(清晰的打开/关闭而没有局部间隙开口)；屈曲杆很难错误安装，但破裂片可能安装错误；具有屈曲杆的泄压阀容易核查或更换；通过密封元件的准确生产，有可能实现管内部相对于流出管道100％无死区的密封；配备屈曲杆的泄压阀在所有压力范围内都准确无误。
屈曲杆可以夹持的方式(即，非铰接，与例如图6对比)或铰接的方式(例如与图17b对比)紧固至支架和/或密封元件。还可能将支架或密封元件上任意一端保持为可自由自动，即所述端在屈曲杆被负载时侧向剪断。优选地，屈曲杆的两个端部都避免侧向剪断，即以夹持方式或铰接方式固定。
优选地，作为屈曲杆的连杆以铰接的方式在一端处紧固在密封元件上和/或在另一端处紧固在泄压阀的支架上，从而屈曲运动期间在铰接处能够调整角度。
屈曲力(以及与其连接的触发力)取决于屈曲杆的固定类型及其几何形状。一般地，欧拉公式应用为：F＝π2EI/s2，其中F为屈曲力，π为圆周率，E为弹性模量，I为屈曲杆横截面的轴向平面转动惯量，而s为屈曲长度。屈曲长度s与屈曲杆长度具有如下关系，s＝βL，其中以下应用屈曲杆系数：β＝2用于屈曲杆的一侧被夹持并且具有可自由移动的端部，β＝1用于在两侧上以铰接方式紧固的屈曲杆，β＝0.699用于一侧铰接且另一端被夹持(非铰接)的屈曲杆，β＝0.5用于两侧被夹持(非铰接)的屈曲杆。
屈曲杆横截面的形状特征在于横截面宽度(b)和屈曲杆高度(h)，其中b理解为意指更大的尺寸(b≥h)。b和h彼此垂直。在正方形或圆形横截面的情况下，b＝h(＝d，圆形横截面的直径)。在矩形或椭圆形横截面中，b>h。类似地，也可能是多边形的，包括2、4、5、6、7、8或更多角的屈曲杆。屈曲杆可以是空心或实心(也可以被选择用于上述实施方案中的刚性杆的所有几何形状，例如弹簧或剪切支架)。对于任何期望的横截面几何形状，b表示最宽侧的特征，高度h与b垂直。
当列出前面提到的参考弹性屈曲的欧拉公式(F＝π2EI/s2和s＝βL)(这是本领域技术人员公知的)时，对于预定的触发压力P[bar]和已知的密封元件的释放直径D[mm]，当列出屈曲杆的夹持情况(β)，以及屈曲杆材料的弹性模量E[N/mm2]时，屈曲杆的几何形状(b...横截面宽度[mm]、h...横截面高度[mm]、屈曲杆长度L[mm])可迭代地确定。
如果长细比拉姆达＝βL根号(A/I)假定值>105，则应用根据欧拉公式的计算，其中A表示屈曲杆横截面[mm2]，I为最小平面转动惯量[mm4]而L表示屈曲杆长度。通过改变屈曲杆横截面，可以找到对于屈曲杆长度而言最优的最短可能的杆长和所需的最小的细长度拉姆达。
在优选实施方案中，屈曲杆或一般的杆的h选择为从1mm至20mm，优选1.5mm至15mm，特别优选2mm至10mm。
在优选实施方案中，屈曲杆或一般的杆b选择为从4mm至50mm，优选6mm至40mm，特别优选8mm至30mm。
优选地，比值b/h为从1至20，特别优选从1至12，特殊优选从1.2至10，例如从1.5至8。特别优选b>h，从而通过屈曲运动的屈曲杆的挠曲以受控的方式沿较窄侧(h)的方向发生。在所提供的挠曲方向上，可以考虑阀体的对应几何形状从而允许挠曲运动的充分的空间。
优选，屈曲杆长度L选择为30mm至600mm，特别优选从40mm至500mm，例如从50mm至400mm、从60mm至300mm或从70mm至250mm。对于屈曲而言，L应该大于b，特别大于2xb。
密封元件的释放直径D优选从10mm至200mm，特别优选从15mm至150mm，例如从20mm至130mm、或从25mm至110mm、从30mm至100mm、从35mm至85mm或从40mm至70mm。
D比b(D/b)优选大于1.2，特别优选大于1.3或大于1.4。
以下关系式已经被确定为对于矩形横截面的最优范围(比较图23)：D/b＝0.0182x(p/E)-0.652。优选D/b小于或等于该最优值。优选，在根据本发明的实施方案中，D/b大于0.009x(p/E)-0.652，特别大于0.013x(p/E)-0.652。D/b特别小于或等于0.11x(p/E)-0.5，特别是对于矩形屈曲杆而言。优选地，D/b＝Mx(p/E)-0.652，其中M在0.003和0.0182之间，优选0.005和0.017之间或0.007和0.016之间。关系式D/b＝0.11x(p/E)-0.5被确定为对于正方形横截面的最优方案。优选D/b小于或等于该最优值。优选地，D/b＝Nx(p/E)-0.5，其中N在0.02和0.11之间，优选在0.035和0.10之间或0.05和0.09之间。在所有这些关系式中，D/b逻辑上大于或等于1。
优选地，屈曲杆被选择为具有50,000N/mm2至500,000N/mm2的E模量，优选从60,000N/mm2至400,000N/mm2，从150,000至300,000N/mm2。
根据本发明的杆或密封元件优选与传感器功能连接，所述传感器检测挠曲或位移，从而对阀[空隙]的打开状态和关闭状态进行区分。传感器还能检测关闭状态和打开状态之间的过渡并且传递相应的信号。根据本发明的屈曲杆的实施方案，屈曲杆可以如下方式进行构造：由于打开发生时挠曲以及与其关联的挠曲角度的发生，所述屈曲杆可连接至一个或多个屈曲传感器用以检测挠曲，其中挠曲传感器(例如压力传感器、压力变送器、变形测定仪)产生发生挠曲的信号。
挠曲传感器可以是以下已知的类型，例如长度和伸长传感器、距离或空间传感器、角度传感器或其组合。
所述信号可传送至控制台或被控制台接收，从而可以发起相应的操作响应。例如在一个实施方案中，可以设置屈曲传感器，其安装在屈曲杆本身上并作为屈曲杆的一部分。在整体形式的屈曲传感器中，其可优选安装在屈曲杆装置的上部或下部(例如在密封元件上)。
有可能使用一个或多个屈曲传感器以检测屈曲，从而能够及时地显示出屈曲的指征和探测。
配备有屈曲杆防护装置的设备操作员能够通过屈曲传感器自动检测泄压阀是否处于泄压状态。
优选地，密封元件通过导向件定位在阀中，从而在阀打开期间，所述密封元件沿着杆的方向进行位移。密封元件可以成形为圆盘形式和/或挺杆形式(例如具有密封盘)。
密封元件面向管内部或设备部件(释放表面)和/或阀体的表面可在构造上根据各自的设备元件确定尺寸。该面可以是环形、正方形、矩形、多边形、圆形、非圆形或适合管或其设备部件的释放表面。释放表面可以如下方式确定尺寸或定位：在发生欠压或超压时接通整个释放横截面并且阀或密封元件(包括杆)能够从管移除或设备部件被更换。因此简单的更换是有利的，因为在更换或检查了任何径向或轴向附接的密封件和杆之后，应该使泄压阀快速恢复功能，而无需移除管或其设备部件或泄压阀。
泄压阀或其重要部件，例如密封元件、杆、支架、任何密封件可容纳在位于管壁中的壳体内。壳体的壁可通过密封件朝着密封元件被密封。所述壳体可通过密封件朝着管壁被密封。
密封元件面向管内部的表面或密封元件作为整体可成形为圆形、正方形(以细长方式)、多边形，特别是具有5、6、7或8个角的多边形。连杆可以沿纵向轴线呈均匀尺寸，亦或还可以是逐渐变细或逐渐变宽的形式，例如成锥形形状。壳体或泄压阀可根据这些形状类似地确定尺寸。
优选地，管内部具有从10mm至1000mm的直径，特别优选从30mm至800mm、从40mm至700mm、从50mm至600mm、从60mm至500mm、从70mm至400mm、从80mm至350mm、从90mm至300mm、从100mm至250mm。流出管道优选具有从10mm至800mm的内部直径，特别优选从20mm至700mm、从30mm至600mm、从40mm至500mm、从50mm至400mm、从60mm至300mm、从70mm至200mm、从80mm至100mm。
传感器可安装在泄压阀内，其指示屈曲，并且由此泄压阀的位置可更好地定位在设备系统中。
根据本发明的管特别用于输送高粘性和/或热不稳定流体。这种流体可在换热器管道中进行输送，从而能够调节流体的温度。在根据本发明的管中还可实现温度调节。根据本发明的管可以是换热器管道。温度控制可以通过管的热绝缘和/或通过加热元件或冷却元件(8)进行。如果流体本身运送所期望的热量用以输送或者由于摩擦损失而产生热量，为了将流体保持在期望的温度，简单的热绝缘是令人满意的。管优选为具有充分热容量的热导材料的实心体，从而在外部热绝缘情况下，在管内壁上产生均匀的热分布。管或泄压阀还可以适应成用于连接管的连接件(“配件”)的形式。在优选的实施方案中，设置加热元件或冷却元件(例如传热介质管道)，所述加热元件或冷却元件将内部保持在期望的温度。
加热元件优选设置在管中的泄压阀区域或密封元件区域。在泄压阀区域的流体的温度可通过这种类型的元件进行控制，由此避免可凝固的材料的硬化或流体的粘性可被减低，并且可以通过管中流体的通流实现冲洗。通过加热，有可能防止泄压阀上游区域中的流体出现粘性差别或者沉淀，由此，当使用热不稳定流体时，在泄压阀的上游不会出现放热反应区域。
加热元件可以具有电加热元件、感应线圈或者其中可以运送加热介质的加热通道。可替换地，如果所选液体应在泄压阀区域被冷却，这种类型的通道可用于运送冷却液体。
管的温度控制优选以如下方式设置：在内部，在例如纤维素/NMMO/水的流体以最大90℃输送过程中，在管的内部管壁区域(包括泄压阀)处，出现的温差(温度差距)最大为10℃，优选最大8℃、最大6℃、最大5℃、最大4℃、最大3℃、最大2℃、最大1℃。
管可以具有混合元件，例如US7,841,765中所描述的。本发明并不限于具体的混合元件，而可以选择多种能够容纳在管中的混合元件。优选使用静态混合元件。混合元件应当特别地彻底混合管内部的流体流，特别是泄压阀区域中的流体流。因此，由于流体不断地被彻底混合或均质化，因此可以避免流体的温度、粘性和压力不均匀。由混合元件产生的摩擦热可通过管的温度控制来消散。常规混合元件为静态混合器，例如在WO2009/000642中所描述的或具有内部温度控制的静态混合器。在高粘性流体能够在泄压阀区域冷却之后，由于很难控制密封元件的温度，因此导致了不同温度和不同粘性的性质，由此依次导致了流体的不同流动性质。因此，根据本发明，混合元件插入到管内或泄压阀区域上方如此远，从而即使在泄压阀区域或整个管内都确保了良好的通流。
根据本发明，已证明管以这样的方式进行构造且静态混合元件以这样的方式进行安装是特别有利的：在泄压阀区域中出现流动的主动影响或在泄压阀区域中迫使流动的主动影响。
通过各种连接类型，例如经由凸缘连接、夹持连接、螺纹连接、焊接连接，作为连接件的管可安装在流体管道内，特别是换热器管道，从而可以形成管道之间或管道的区段之间的连结。连接件可被使用为不同成形件(T形件、L形件、Y形件)的流体分配件。管或连接件可以通过相应的优质钢、普通钢、耐化学药品的高合金钢、其他金属和金属合金，以及耐加工(即，耐化学药品、耐温和耐压)的高强度塑料制得。由本领域技术人员参考温度和压力来设计这种管，并使其构造和组装。
优选的，使用切断元件从而确保大量流体逸出，发生超压时所述切断元件接通大面积的开口。因此，例如，泄压阀可以固定(例如夹持，优选凸缘安装)在管内壁中对应尺寸的支架中。泄压阀还可以作为壁元件以部分孔的形式插入流出管道的壁内。
在优选的实施方案中，切断元件插入，其接通了面向管内部的表面上至少大约70％的开口，也就是说发生预定超压时的暴露表面(“释放表面”)。在进一步或特别优选的实施方案中，切断元件打开了至少20％、30％、40％、50％、55％、60％、65％、70％、72％、74％、76％、78％、80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、98％或整个100％，即发生超压时被切断元件堵住的整个表面可以被接通。
相比于管的横截面，流出管道的横截面和/或切断元件的分离表面优选对应于至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％或至少80％。
封堵元件可以为平坦的或弯曲的。在特别的实施方案中，与管的内部或面向的表面相反，切断元件为中心弯曲，也就是说相对于管内部的方向凹入或突出。特别优选地，切断元件的面向内部的表面成形为或弯曲为与管的内侧的轮廓相符。
孔可设置在管内壁中的切断元件区域中。所述孔可以用于内部的受控的压力释放或者用于温度检测或压力检测。根据本发明的管(特别是作为连接件或分配件)可以设置有相应的孔，从而可以取样、检测和监控压力和温度。当运送高度敏感聚合物化合物(例如由纤维素、氧化胺和水组成的纤维素溶液)时，根据本发明已经证明有利的是，可以引入孔，从而聚合物化合物的品质(从溶液制备到处理)可以部分考虑纺丝化合物的品质进行检测，并且参考粘性溶液和纺丝化合物组分以及分解性质。所述孔因此可以为取样孔。如果提供了取样点，则特别构造的取样阀可以如下方式实现：在取样之后取样通道内不会存在残留化合物，因为其已经被迫使返回主流中。
在特定的实施方案中，所述孔直接设置在切断元件的上游。所述孔可以用于去除切断元件上游沉淀的粘性流体，例如，为了取样，例如测量其温度或压力。因此，在优选的实施方案中，所述孔具有温度和/或压力传感器。温度或压力传感器可被用于在发生设定温度或设定压力的偏差时通过所述孔排出流体。所述排出可以连续或偶发进行。出于该目的，释放孔优选具有可关闭的阀。
连杆可以设置在流出管道中或离流出管道较远。优选地，流出管道以如下方式定位：在发生超压时，切断元件以这样的方式位移，虽然流出管道被接通，阀内部仍然保持与连杆的封堵。优选地，流出管道通过连杆从阀内部突出，例如90°。
根据本发明的管可以优选设置为用于连接管的连接元件的形式，特别是完全组装的实心体形式。所述管或连接件可以用于例如反应器、泵、压力容器、过滤器、换热器管道、换热器和/或挤出机的装置单元。
泄压阀或其每个部件(例如切断元件)可以由多种材料彼此独立地制成，例如钢、优质钢、陶瓷、烧结金属、铝、塑料、有色金属、贵金属。优选的材料是所有铁、铁合金、镍铬钢、镍钢(例如哈氏合金材料)、钛、钽、碳化硅、玻璃、陶瓷、黄金、白金以及塑料。特殊材料为具有高钼含量的合金，或抗锈渗透和缝隙腐蚀的镍、铬和钼合金，或具有高抗拉强度的镍铜合金。材料实例为哈氏合金C(高抗腐蚀性)、哈氏合金B(沉淀硬化的高温合金)、铬镍铁合金(在石化应用中抗应力腐蚀开裂)、耐热铬镍铁合金(高强度，耐高温，抗氧化和抗碳化)、蒙乃尔合金(高抗拉强度，抗腐蚀)。
在优选的实施方案中，例如通过选择合适的材料或材料强度和尺寸而设置泄压阀，从而在至少40bar至1000bar，优选至少50bar、至少70bar、至少100bar、至少200bar、至少300bar、至少400bar、至少500bar、至少600bar、至少700bar、至少800bar的高压下通过管输送流体。在其他实施方案中，设置泄压阀，从而在至多最大1000bar，优选至多60bar、至多80bar、至多120bar、至多250bar、至多350bar、至多450bar、至多550bar、至多650bar、至多750bar、至多900bar的高压(触发压力)下通过连接元件输送流体。特别地，设置阀的触发压力为15bar至500bar，优选从20bar至400bar，特别优选从25bar至300bar，特别从30bar至250bar。
本发明还提供了一种用于通过管输送粘性流体的方法，根据本发明的泄压阀被分配至管。本发明涉及根据本发明的管或在管内的根据本发明的泄压阀的使用，特别是用于通过管输送粘性流体或在通过管输送粘性流体的过程中的使用。连接元件可以例如附接在用于输送粘性流体的管的独立的元件之间。
优选地，粘性流体为热不稳定的。热不稳定的流体例如是纤维素溶液，例如纤维素氧化胺溶液，特别是氧化叔胺和水的溶液。除了稳定剂，例如棓酸丙酯，这种溶液还可以包含有机或无机碱，例如烧碱。此外，纤维素/氧化胺和水的溶液还可以包含产品改变添加剂，所谓的引入介质。在氧化胺系统中制备的纤维素溶液比较突出是因为它们在冷却期间结晶，但是大约在72-75℃的温度下可以融化。一个实施例为纤维素NMMO溶液，如在EP789822中描述的。流体可以是不同浓度的氧化胺水溶液。热不稳定的流体是在那些通过连接件或换热器管道输送的过程中存在温度升高的危险的流体。温度升高可能例如由于放热反应，特别是化学反应，或由于输送高粘性流体的过程中的摩擦热引起。其它流体为特别设定“热熔性”的特殊流体，例如聚合物、聚碳酸酯、多元酯、聚酰胺、聚乳酸、聚丙烯等。优选的聚合物为生物聚合物，如蛋白质、碳水化合物、核酸或其混合物。流体可为触变性流体，特别是纺丝溶液。具体的流体具有至少约40℃、至少50℃、至少55℃、至少60℃、至少65℃、至少70℃、至少75℃的熔融温度。流体可以在至少40℃、至少50℃、至少55℃、至少60℃、至少65℃、至少70℃、至少75℃、至少约80℃、至少85℃、至少90℃、至少95℃的示例性温度下运送。连接件设计为用于输送超过熔融温度的这些流体，例如根据所选定的温度控制装置。优选地，流体的零剪切粘度在100至15,000Pas的范围内，特别在500至10,000Pas之间。
泄压阀或切断元件优选为了所提供的相应的流体流(或压力)来确定尺寸。优选地，泄压阀或切断元件的面积在每kg输送流体0.01至0.4mm2之间，特别在每kg0.02至0.3mm2之间。
进一步通过如下附图和实施例说明本发明，但不限于本发明的这些具体实施方案。
附图：
图1显示了作为连接件1的管，通过该管流体可被传输。显示了供给管道2，该管道2的温度利用作为绝缘件3的双护套而被控制，从而流体温度和粘度可得以保持恒定。位于供给管道2周围的双护套3可连接至连接件的加热元件或冷却元件4，从而使得所述传热介质5能够在供给管道2的双护套3与分配部件1之间传输。
用于容纳泄压阀7的孔6设置在连接件1中。圆柱形构造的泄压阀7通过密封件8相对于管内部9被密封，所述密封件8被插入外圆周上的凹槽中。密封件8可以根据各自的使用实例而以不同的形状和结构来构造。圆柱形泄压阀7在上端处设置有凸缘10并经由螺纹和螺栓11连接至连接件1。上部凸缘10以如下方式构造：盖12可装入泄压阀7中，其中在所述盖12上附接有作为导向套的支架13。该支架13用于引导和容纳连杆14，其中连杆14通过螺栓15以刚性配合的方式连接至支架13。支架13以如下方式构造：在支架13的下端处构造连结和固定表面16。泄压弹簧17压制在该连结和固定表面16上，所述泄压弹簧17附接在连杆14的整个外圆周上。为了支撑泄压弹簧，连杆14设置有对应于泄压弹簧长度尺寸的连结和固定表面18。密封元件以盘19的形式坐落在连杆14的下端处，其中密封件20附接在盘19的圆周上用于相对于管内部9进行密封。密封件20可被附接在密封件20的外圆周上，或者附接在盘的平坦表面上。在这种情况下，泄压阀7以如下方式实现：密封件相对于内部进行密封。在渗透超压的情况下，盘19被泄压阀7的内部向上推动，其中泄压弹簧17根据选定尺寸的弹簧常数进行压缩，并且内部9中的超压经由泄压阀内部21以及凸缘22和其流出管道23而向外耗散。
图2显示了图1的管处于压力减小的打开状态。
图3显示了根据图1和图2的泄压阀7，其中连杆14通过剪切螺栓24连接在支架13中，该剪切螺栓24的尺寸依照于开口压力。如果流体内部出现超压，剪切螺栓24被剪断，连杆14抵抗导向套13的下端且接通内部9中的开口用于通过连杆14的行进和连杆的上部穿过泄压阀7的盖12来减小压力(如图4所示-编号25)。
图4显示了图3的管处于压力减小的打开状态。
图5显示了根据图1和图2的泄压阀7，其中连杆14作为屈曲杆26构造在支架13中并不可释放地连接至支架13。屈曲杆26至支架13的连接还可以铰接的方式发生。
如果管内部9出现超压，尺寸适合于开口压力的屈曲杆26变形。作为盘19的密封元件(其固定连接至屈曲杆26)被变形的屈曲杆26向后推动并接通管内部9，用以在超压下流体的外流。
图6显示了图5的管处于压力减小的打开状态。
图7显示了弹簧承载的连杆14在泄压阀7的关闭状态下的细节。
图8显示了图7的连杆处于压力减小的状态。
图9显示了连杆14处于泄压阀7的关闭状态下的细节，该连杆14连接至剪切螺栓24。
图10显示了处于压力减小的状态下的图9的连杆和被剪断的剪切螺栓24。
图11显示了屈曲杆26处于泄压阀7的关闭状态下的细节，该屈曲杆26连接至支架13。
图12显示了处于压力减小的状态下的图11的连杆和屈曲的屈曲杆26。
图13a和b显示了处于关闭位置的具有泄压阀的管的互相垂直的侧视图，所述泄压阀具有屈曲杆。密封元件的轮廓实现为与管内壁的轮廓相符，从而完全摆脱了无效区。
图14a和b显示了处于压力减小的打开状态的图13的管。
图15a和b显示了处于关闭位置的具有泄压阀的管的互相垂直的侧视图，所述泄压阀具有屈曲杆。
图16显示了打开位置。密封元件的轮廓实现为与管内壁的轮廓相符，从而完全摆脱了无效区。此外，流出管道设置在侧面，从而在图16的打开状态下，具有连杆的阀内部通过密封元件而密封并保持无流体。
图17显示了具有泄压阀7的管具有设计为屈曲杆的连杆14，连杆14经由连杆27以铰接方式连接至支架13和密封元件19。图17a显示了具有屈曲的连杆的管的密封状态而图17b显示了打开状态。密封元件为挺杆形式，其经由引导元件28固定在阀7中，用以在打开过程中进行引导并且额外地避免侧方位移。
图18显示了根据图17的具有泄压阀的管的侧视图。屈曲杆式连杆的横截面为矩形形状且图18的视图较图17更宽。在屈曲的过程中，屈曲沿着横截面较窄侧发生(图17b)。
图19为具有泄压阀的管的进一步侧视图，其中与图18形成对比，流出管道23附接在侧面。
图20显示了屈曲杆在上端处具有连杆27，并且在下端处具有倒角从而铰接地容纳在支架或密封元件中。屈曲杆的特征为长度L、横截面高度h以及横截面宽度b。显示了相对于彼此旋转90°的两个侧视图(图20a和20b)。
图21显示了连杆及其在阀或密封元件中的容置的放大图，如图17和18所示。
图22显示了管通过密封元件19的密封，所述密封元件与圆形管壁的内部轮廓相符。阀7也以类似相符的方式实现。示出了密封元件与阀之间以及阀与管壁之间的密封元件20和8。标示了通过密封元件暴露的表面的释放直径D。除了图22示出的径向密封设计，还可能实现作为轴向密封的密封。
图23示出了对于正方形、圆形和矩形的连杆横截面在最优条件下相对于p(触发压力)与E(连杆材料的E模量)的比值的参数D(释放直径)与b(连杆的横截面宽度)的比值以及还显示了D/b的最小值。
实施例1：
根据该实施例，使用具有带有屈曲杆的泄压阀的管，如图5所示。
在操作过程中，用纤维素/NMMO/水溶液(纤维素：12.9％，NMMO76.3％，水10.8％，所有％以重量％计)在90℃的温度和30bar的压力下测试所述管道。
所述溶液通过泵在压力下被引入第一换热器。过滤器位于第二换热器的端部处从而保持管道中的压力。这两个换热器连接到根据本发明的管并且泄压阀作为连接件。
在测试操作过程中，不可能发现任何不规则的温度和压力。在模拟100bar超压的情况下，泄压阀打开，结果压力下降到低于操作压力。
以规律的间隔执行流体样品，并通过DSC分析对其热稳定性进行研究，并且与“新鲜的”纤维素/NMMO/水溶液的稳定性进行比较。即使在多天以后的时期，与“新鲜的”溶液相比，在泄压阀区域未能检测到纤维素/NMMO/水溶液的热稳定性的任何减小。
实施例2：
通过换热器管道系统将待用作纺丝溶液并且具有如下组成的聚合物溶液从纺丝溶液的制备输送至纺丝机处的纺丝溶液的加工，所述换热器管道系统由换热器和作为分配件的根据本发明的管组成。
以如下组成连续制备由MoDo Crown Dissolving DP 510-550和Sappi Saiccor DP 560-580型纤维素的混合物组成的纺丝化合物：纤维素12.9％；氧化胺(NMMO-N-甲基吗啉N-氧化物)76.3％；水10.8％。
在进行水酶预处理和悬浮液制备之后，通过在真空下在连续灌注的反应容器中在97至103℃的温度下蒸发过量的水从而进行溶液制备。加入已知的稳定剂从而稳定溶剂NMMO/水。如已知地使用五倍子酸丙酯进行纤维素溶液的稳定化。为了安全制备溶液，监测重金属离子含量并且作为总参数(由金属离子和贵金属离子组成)不超过10ppm的值。
所制备的溶液的密度在室温下为1,200kg/m3。通过纤维素混合组分设定的纺丝化合物的在75℃下测量的零剪切粘度可以为至多15,000Pas。根据纺丝过程中选择的加工温度，零剪切粘度可在500至15,000Pas的范围内变动。由于纺丝溶液的结构粘性性质，对于纺丝剪切速率，取决于所选择的加工温度，粘度降低至低于100Pas的范围并且同样高度取决于纺丝溶液中的纤维素浓度。

Claims (20)

1.一种管(1)，其用于输送粘性流体，所述管(1)具有带有密封元件的泄压阀(7)，所述泄压阀(7)将所述管的内部与流出管道(23)隔开并且设置为在预定超压情况时接通所述流出管道，其特征在于，所述管的所述密封元件(19)的面向管内部的表面布置在所述管中，流体流动通过所述管，其中在操作期间所述表面通过所述管的粘性流体冲洗，并且其中所述密封元件通过连杆(14)在关闭位置中固定，所述连杆(14)能够通过预定的超压而位移，从而连接至所述连杆(14)的密封元件接通所述流出管道。
2.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述密封元件面向所述管的内部的所述表面从所述管的内部稍微向后设置。
3.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述密封元件面向所述管的内部的所述表面与管壁的内侧齐平。
4.根据权利要求1或3所述的管，其特征在于，所述密封元件面向所述管的内部的所述表面形成为与管壁的内侧轮廓相符。
5.根据权利要求1或3所述的管，其特征在于，所述连杆为屈曲杆，在发生超压时所述屈曲杆承受弯曲或屈曲。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述连杆通过剪切元件(13)固定，其中在发生克服剪切阻力的超压时所述剪切元件释放所述连杆用以位移。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述连杆通过弹簧(17)固定。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述管的温度能够通过热绝缘件(3)和/或通过加热元件或冷却元件(4)进行控制。
9.根据权利要求8所述的管，其特征在于，至少一个加热元件或冷却元件(4)设置在所述泄压阀的区域中。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述泄压阀被夹在所述流出管道内壁中的支架(6、22)中。
11.根据权利要求10所述的管，其特征在于，所述泄压阀被凸缘安装在所述流出管道内壁中的支架(6、22)中。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述管为换热器(5)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述密封元件的释放直径(D)和所述连杆的横截面宽度(b)参考所述连杆的弹性模量(E)和预定超压(p)根据公式D/b＝Mx(p/E)-0.652进行选择，其中M在0.003至0.0182之间。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述连杆以铰接方式在一端处紧固在所述密封元件上和/或在另一端处紧固在所述泄压阀的支架上。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的管，其特征在于，所述连杆或所述密封元件与传感器功能连接，所述传感器检测所述连杆的挠曲或检测所述密封元件的位移。
16.根据权利要求15所述的管，其特征在于，所述传感器传递对所述阀的打开状态与关闭状态进行区分的信号或传递表示在这两个状态之间过渡的信号。
17.一种通过管输送粘性流体的方法，所述管包括根据权利要求1至16任一项所述的泄压阀。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述粘性流体为热不稳定流体。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述粘性流体为纤维素溶液。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述粘性流体为氧化叔胺的纤维素水溶液。
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