DE69210005T2

DE69210005T2 - Graphit-Berstscheibe und Baueinheit

Info

Publication number: DE69210005T2
Application number: DE69210005T
Authority: DE
Inventors: Jim E Ellis
Original assignee: BS&B Safety Systems LLC
Current assignee: BS&B Safety Systems LLC
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-11-09
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2012-11-10
Also published as: EP0552536B1; JP2611105B2; DE69210005D1; CA2067082C; JPH0611059A; EP0552536A1; US5121847A; CA2067082A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Graphitberstscheibe und Baueinheit und insbesondere eine ersetzbare Graphitberstscheibe und eine Halterelementbaueinheit, so wie im Oberbegriff von Anspruch 1 und aus DE-A-2 15 146 bekannt.
Verschiedenste Berstscheiben zur Verhinderung von überhöhtem Flüssigkeitsdruck in Behältern oder Systemen wurden entwickelt und hierfür benutzt. Solche Berstscheiben wurden aus verschiedenen Materialien gebildet, wie z. B. Metalle, Kunststoffe und Kohlenstoff, z. B. Graphit und gedörrter Kohlenstoff.
Graphitberstscheiben, welche mit Resinen imprägniert wurden, um sie gasdicht zu machen, wurden für vorteilhaft befunden, da sie ökonomisch herzustellen sind, einen exzellenten chemischen Korrosionswiderstand haben, nicht kriechen und ermüden als Resultat von Druckveränderungen und zuverlässig bei ihrem vorbestimmten Brechdruck ohne Rücksicht auf Temperaturvariationen zerbrechen.
Der erste und üblichste Typ von Graphitberstscheiben ist von einer Monoblockform, die aus einer Karbonscheibe besteht, die eine zentrale eingearbeitete Bohrung aufweisen, welche sich von einer Seite der Scheibe bis zur anderen erstreckt, die Tiefe der Bohrung ist so, daß das Graphitmaterial, welches zwischen der Unterseite der Bohrung und der anderen Seite der Scheibe übrigbleibt, von einer Dicke und Stärke ist, bei der es bei einem vorbestimmten, gewünschten Brechdruck bricht. Die Scheibe ist von großer Größe, so daß sie direkt zwischen Röhrenflanschen od. ähnl. mit Bolzen befestigt werden kann.
Der zweite Typ von bekannten Graphitberstscheibeneinheiten beinhaltet ein ersetzbares Graphitelement. Die Einheit besteht aus einer Baueinheit aus einer Graphitberstscheibe, die zwischen ringförmigen Haltern, die aus Graphit oder anderem Material gebildet sind, angebracht sind.
Die Halter-Berstscheibeneinheit ist versiegelt zwischen Röhrenflanschen od.ähnl. eingeklemmt, wobei die Berstscheibe wiederum versiegelnd zwischen den Haltern eingeklemmt ist. Beim Bersten können die Berstscheibenelemente ohne Ersetzen der Halter ersetzt werden.
Während solche bekannten Graphitberstscheiben und Baueinheiten unterschiedliche Erfolgsgrade erreicht haben, leiden sie an den Nachteilen, daß sie empfindlich gegen Kompressionskräfte sind und sie bersten nur in einer Richtung bei dem vorbestimmten Brechdruck. Wenn überhöhte Kompressionskräfte auf die Scheiben als ein Resultat von dem Eingeklemmtsein zwischen Haltern und/oder Röhrenflanschen auf die Scheiben ausgeübt werden, werden Spannungen um eine Versiegelung gegen unter Druck gesetzte Flüssigkeiten zu erreichen, in das spröde Graphitmaterial eingebracht, welches den Druck ändert, bei welchem die Scheibe bricht.
Der gerichtete Brechaspekt von vorbekannten Graphitberstscheiben erfordert, daß solch eine Scheibe mit einer besonderen Seite der Scheibe dem Flüssigkeitsdruck zugewandt zwischen Haltern und/oder Röhrenflanschen eingebaut werde. Wenn die Berstscheibe unbeabsichtigt verkehrtherum eingebaut wurde, ist der Flüssigkeitsdruck, an welchem die Scheibe bricht, verändert, wodurch ein vorzeitiges Brechen oder ein gefährlicher Überdruckzustand hergestellt werden kann.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Graphitberstscheibe vorgesehen, welche eine Graphitscheibe enthält, die gegenüberliegende Seiten aufweist, einen Randteil und eine zentrale Bohrung, die dort eingebracht ist, wobei ein integraler Ausblasteil, der einen besonderen Brechdruck hat, in obengenannte Scheibe eingeformt ist und mit obengenanntem Randteil verbunden ist, welcher sich von einer ersten Seite zur zweiten Seite erstreckt. Die Tiefe der Bohrung ist so, daß das Graphitmaterial des Ausblasteiles, welches zwischen der Unterseite der Bohrung und der anderen Seite der Scheibe überbleibt, von einer Dicke und Stärke ist, so daß es bei einem vorbestimmten Brechdruck zerbirst und ein verstärkender Ring mit einer im wesentlichen gleichen oder einer größeren Höhe als die Höhe obengenannten Randteiles, wobei, wenn obengenannter Verstärkungsring und obengenannte Scheibe zwischen Haltern oder Flanschen geklemmt sind, obengenannter Verstärkungsring obengenannten Randteil obengenannter Scheibe davor schützt, Kompressionskräften ausgesetzt zu werden, welche obengenannten Brechdruck obengenannter Scheibe ändern könnten, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gegenüberliegende Bohrung sich von obengenannter zweiten Seite und in obengenannte Scheibe erstreckt, jede obengenannter Bohrungen hat eine Tiefe, die weniger als die halbe Entfernung zwischen obengenannten Seiten ist und dadurch, daß der Verstärkungsring an obengenanntem Randteil obengenannter Scheibe angebracht ist.
Weiterhin kann die Graphitberstscheibe überhöhten Kompressionskräften ausgesetzt werden, ohne den Brechdruck der Brechscheibe zu verändern.
Vorzugsweise sind der Graphitscheibenrand und Verstärkungsring im wesentlichen kreisförmig, die Seiten des Rings sind parallel und die gegenüberliegenden Bohrungen zylindrisch.
Die Erfindung sieht ebenfalls eine Graphitberstscheibe vor, die eine ersetzbare Graphitberstscheibe nach der Erfindung und ein Paar von ringförmigen Haltern, die zum versiegelten Einklemmen der Berstscheibe zwischen ihnen angepaßt sind, vor.
Damit die vorliegende Erfindung einfacher verstanden werden kann, wird die folgende Beschreibung anhand eines Beispiels gegeben, dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen zeigen:
Fig. 1 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines Paares von Röhrenflanschen, die die verbesserte ersetzbare Graphitberstscheibe und Halterbaueinheit der vorliegenden Erfindung zwischen sich eingeklemmt haben; und
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1.
Nun bezug nehmend auf die Zeichnung, wird die Graphitberstscheibe und Halterbaueinheit 10 der vorliegenden Erfindung versiegelnd zwischen ein Paar von Röhrenflanschen 12, 14 durch mehrere Bolzen 15 dargestellt. Eine Leitung 16 ist an den Röhrenflansch 12 und an einen Behälter oder ein System, welches eine unter Druck stehende Flüssigkeit (nicht gezeigt) enthält, angeschweißt. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit von dem Behälter oder System wird durch die Leitung 16 und den Röhrenflansch 12 zur Berstscheibenbaueinheit 10 wie durch den Pfeil 19 angedeutet, geleitet und die Kraft der unter Druck gesetzten Flüssigkeit wird auf die Seite der Berstscheibenbaueinheit 10, die dem Röhrenflansch 12 zugewandt ist, ausgeübt. Der Röhrenflansch 14 ist mit einer Leitung 18 verbunden, welche unter Druck gesetzte Flüssigkeit, die durch die Baueinheit 10 abgelassen wurde, zu einem Auffangbehälter oder einem anderen Ort.
Baueinheit 10 besteht aus einem Berstscheibenelement 20, welches eine Graphitscheibe 22 enthält, die gegenüberliegende Seiten 24, 26 und einen Rand 28 aufweist. Ein Paar gegenüberliegender Blindbohrungen 30, 32 reicht durch die Seiten 24, 26 jeweils in die Scheibe 22, jede der Bohrungen hat eine Tiefe, die geringer ist als die halbe Entfernung zwischen den Seiten 24,26, wobei ein integraler Ausblasteil 34, welcher einen besonderen Brechdruck aufweist, in die Scheibe 22 eingeformt ist. Der Ausblasteil 34 ist integral mit einem vergrößerten ringförmigen Randteil 36 verbunden.
Die Graphitscheibe 22 ist vorzugsweise aus Graphit, welches auf beiden Seiten mit einem resinhaltigen oder Kunststoffüllmaterial imprägniert ist, welches die Poren des Graphits verschließt und die Scheibe gasundurchlässig macht. Ein besonders geeignetes Resin für diesen Zweck ist Hochtemperaturepoxyresin. Die Scheibe 22 ist ebenfalls vorzugsweise kreisförmig im peripheren Umriß, wobei ihre Seiten 24, 26 im wesentlichen parallel sind. Die gegenüberliegenden Bohrungen 30, 32 sind vorzugsweise zylindrisch und weisen einen im wesentlichen identischen Durchmesser und Tiefe auf, wobei der Ausblasteil 34 der Scheibe 22 im wesentlichen den gleichen Brechdruck hat, unbeachtet, welche Seite der Scheibe dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist.
Das Element 20 enthält einen Verstärkungsring 38, welcher an dem Rand 28 angebracht ist. Der Verstärkungsring 38 ist von einer im wesentlichen gleichen oder größeren Höhe als die Höhe des Randteils 36 der Graphitscheibe 22, wobei Kompressionskräfte, die vom Einklemmen des Elementes 20 zwischen die Halter oder Flansche resultieren, zum Verstärkungsring 38 geleitet werden und von diesem widerstanden werden und nicht zum Rand 36 der Scheibe 22 geleitet werden.
Der Verstärkungsring 38 ist vorzugsweise mit dem Rand 28 der Scheibe 22 durch Benutzung eines geeigneten Adhäsivs verbunden und der Verstärkungsring 38 wird aus einem Material gebildet, welches die benötigte Steifheit aufweist, um einer Deformation zu widerstehen, die aus der Ausübung von Kompressionskräften auf ihn resultiert. Generell kann der Verstärkungsring 38 aus Kunststoff oder vorzugsweise Metall gebildet werden, wobei rostfreier Stahl besonders vorzuziehen ist.
Die ersetzbare Berstscheibe 20 kann direkt zwischen die Röhrenflansche 12,14 mit oder ohne konventionelle Dichtungen dazwischengeklemmt werden. In einer weiter vorzuziehenden Baueinheit wird die Berstscheibe 20 zwischen einem Paar von ringförmigen Haltern 40, 42, welche verschiedene Querschnitte aufweisen können, geklemmt, aber der L-Querschnitt, der in der Zeichnung dargestellt wird, wird bevorzugt. Dichtungen 44 können zwischen die Halter 40, 42 gebracht werden und die Berstscheibe 20 und Dichtungen 46 können zwischen die Halter 40, 42 und die Röhrenflansche 12, 14 jeweils gebracht werden. Die Halter 40, 42 können aus verschiedenen Materialien incl. Graphit, Metalle oder Kunststoffe gebildet werden. Die Auswahl eines besonderen Haltermaterials hängt von der besonderen Anwendung ab, in welcher die Baueinheit 10 benutzt wird und von anderen Faktoren. Bei Anwendungen mit relativ geringen Druck und/oder wo die Wirtschaftlichkeit ein besonderer Faktor ist, werden aus Graphit gefertigte Halter bevorzugt. In anderen Anwendungen mit höherem Druck wird rostfreier Stahl generell bevorzugt.
Die Halter-Berstscheibenbaueinheit 10 kann in jeder geeigneten Reihenfolge zusammengebaut werden, wobei die Berstscheibe 20, so wie in Fig. 1 illustriert, zwischen den Haltern 40, 42 angebracht wird, wobei die Dichtungen 44 (wenn benutzt) zwischen dem vergrößerten Randteil 36 der Graphitberstscheibe 22 und den Enden des ringförmigen Verstärkungsringes 38 positioniert werden. Die Graphitberstscheibe 20 kann mit jeder Seite in Richtung der unter Druck gesetzten Flüssigkeit installiert werden, ohne daß, wie oben beschrieben, der Brechdruck des Ausblasteiles 34 beeinflußt wird. Die Halterbaueinheit 10 wird dann zwischen den Röhrenflanschen 12, 14 installiert, wobei die Dichtungen 46 (wenn benutzt) zwischen den Haltern 40, 42 und den Flanschen 12, 14 jeweils positioniert werden. Die Röhrenflansche 12, 14 werden versiegelnd gegen die Halterbaueinheit 10 durch die Bolzen 15 geklemmt, wodurch wiederum die Halter 40, 42 versiegelnd gegen die Berstscheibe 20 geklemmt werden.
Wenn der Druck, der auf den Ausblasteil 34 der Graphitberstscheibe 22 des Elementes 20 ausgeübt wird, den vorherbestimmten Druck, an welchem der Ausblasteil bricht, erreicht, gibt der Ausblasteil 34 nach und unter Druck gesetzte Flüssigkeit aus dem Behälter oder System, das geschützt wird, fließt durch die Baueinheit 10 und die Röhrenflansche 12, 14 zu einem Auffangbehälter oder einer anderen Stelle.
Also ist die ersetzbare Graphitberstscheibe dieser Erfindung nicht richtungsabhängig und wird nicht durch überhöhte Kompressionskräfte beeinflußt, die auf sie durch Überdrehen der Bolzen der Flansche oder anderer Teile zwischen welche sie geklemmt wird, ausgeübt werden.

Claims

1. Ein Graphit-Berstscheibenelement (20), bestehend aus einer Graphitscheibe (22), die gegenüberliegende Seiten (24, 26) aufweist, einem Randteil (28) und einer zentralen Bohrung (30), die in diesen eingebracht ist, wobei ein integraler Ausblasteil (34), der einen bestimmten Berstdruck hat, in obengenannte Scheibe, die mit obengenanntem von einer ersten Seite (24) zur zweiten Seite (26) reichenden Randteil verbunden ist, eingeformt ist, die Tiefe der Bohrung ist so gewählt, daß Graphitmaterial des Ausblasteiles (34), welches zwischen dem unteren Ende der Bohrung und der anderen Seite der Scheibe zurückbleibt, von einer Dicke und Stärke ist, so daß es bei einem vorherbestimmten Brechdruck zerbirst und ein verstärkender Ring (38) mit einer im wesentlichen gleichen oder größeren Höhe als die Höhe des obengenannten Randteils, wobei wenn obengenannter Verstärkungsring und obengenannte Scheibe zwischen Halter oder Flansche geklemmt werden, obengenannter Verstärkungsring (38) obengenannten Randteil (28) von dem Einfluß von Kompressionskräften, die obengenannten Brechdruck obengenannter Scheibe ändern könnten, bewahrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gegenüberliegende Bohrung (32) von obengenannter zweiten Seite (26) bis in obengenannte Scheibe reicht, wobei jede der obengenannten Bohrungen eine Tiefe aufweist, die geringer ist als die halbe Entfernung zwischen obengenannten Seiten und dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring an obengenanntem Randteil (28) obengenannter Scheibe angebracht ist.

2. Ein Berstscheibenelement entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannter Graphitscheibenrandteil (28) und obengenannter Verstärkungsring (28) im wesentlichen kreisförmig sind.

3. Ein Berstscheibenelement entsprechend Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannte gegenüberliegende Seiten (24, 26) obengenannter Graphitscheibe im wesentlichen parallel sind.

4. Ein Berstscheibenelement entsprechend den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannte gegenüberliegende Bohrungen (30, 32) in obengenannter Graphitscheibe im wesentlichen zylindrisch sind.

5. Ein Berstscheibenelement entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannte gegenüberliegende Bohrungen (30, 32) in obengenannter Graphitscheibe im wesentlichen gleiche Form und Tiefe haben, wobei obengenannter Ausblasteil (34) obengenannter Scheibe im wesentlichen denselben Brechdruck hat, ungeachtet auf welche Seite obengenannter Scheibe obengenannter Druck ausgeübt wird.

6. Ein Berstscheibenelement entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannte Graphitscheibe aus Graphit gebildet ist.

7. Ein Berstscheibenelement entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannter Verstärkungsring aus Metall oder Plastik gebildet ist.

8. Ein Berstscheibenelement entsprechend Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß obengenannter Verstärkungsring aus rostfreiem Stahl gebildet ist.

9. Ein ersetzbares Graphit-Berstscheibenelement (20) entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Paar ringförmiger Halter, die so ausgebildet sind, daß sie obengenanntes Berstscheibenelement versiegelnd zwischen sich einklemmen.

10. Eine Baueinheit entsprechend Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungen (44) zwischen obengenannten ringförmigen Haltern und dem Randteil (28) und seinem umgebenden Verstärkungsring (38) angebracht sind.