ES2263580T3 - Limpieza y separacion de conductos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de limpieza o de desobstrucción del interior de un conducto (5) de flujo de fluido, o de provisión de un tapón desplazable en un conducto (5) de flujo de fluido, haciendo pasar un cuerpo (B) que abarca el interior del conducto a lo largo del interior del conducto, caracterizado por el hecho de que el cuerpo (B) es una masa de aglomerado que puede fluir que consiste esencialmente en partículas congeladas sólidas duras y en un líquido humectante no gelificado, que comprende un producto fundido derivado de las partículas congeladas y mediante el cual se aglutinan las partículas.

Description

Limpieza y separación de conductos.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a la limpieza o desobstrucción del interior de conductos de flujo de fluido, en particular tuberías y tubos, y en otros aspectos al hecho de proporcionar una barrera en el extremo de un cuerpo de fluido que pasa por el conducto, con el fin de evitar la mezcla con otro cuerpo de fluido en el mismo conducto. Se concibe particularmente la aplicación de estas nuevas técnicas en conductos de flujo de maquinaria de procesamiento para productos de alimentación y componentes de alimentación, aunque la invención también tiene aplicaciones en otros
campos.

Antecedentes

A modo de antecedente, un procedimiento conocido como "pigging" está bien asentado en los campos de recuperación y distribución de petróleo y gas. Esto implica desplazar un limpiador ("pig" en inglés) que consiste en un cuerpo o dispositivo sólido conformado de modo que se introduce en interior del conducto, a lo largo del tubo y bajo presión. El limpiador puede tener raspadores o cepillos para eliminar contaminantes de la superficie interior del conducto (US-A-5457841 y US-A-5903945); adicional o alternativamente, puede estar adaptado para absorber o recoger restos en el conducto (US-A-4216026). Se conoce la fabricación de un limpiador para conductos que está hecho total o parcialmente de un material deformable elásticamente y que puede pasar por curvas o irregularidades ocasionales, tales como juntas de soldadura en el conducto, sin causar daños, a la vez que mantiene un contacto firme con la superficie del conducto (ver US-A-4389461 y US-A-5924158). Se ha propuesto la utilización de una bala sólida de hielo, a modo de limpiador, que se desintegra espontáneamente y sin provocar daños en caso de quedar atascada. Ver por ejemplo los documentos US-A-4898197 y US-A-4724007. También se ha propuesto hacer pasar una masa gelificada autosostenida, hecha mediante la gelificación de un hidrocarburo, a lo largo del conducto, por ejemplo, para separar un flujo de producto de otro, o para mantener el conducto seco cuando no se utiliza.

El documento US-A-3057758 describe la congelación del petróleo in situ en un conducto, además de vapor inyectado, para formar una masa coagulada a modo de sólido y que tiene la misma sección transversal que el conducto.

Otra utilización implantada de los limpiadores se da en la limpieza de tubos de intercambiadores de calor, que sufren la acumulación de residuos internos producidos en su fabricación o durante su uso: ver US-A-4860821.

Sin embargo, en la mayoría de sistemas de conducción es normal la utilización de procedimientos directos para su limpieza, tales como el cepillado y/o purgado mediante líquidos limpiadores, que son más fáciles de controlar y más baratos que los limpiadores. Además, los limpiadores no pueden utilizarse cuando los conductos de flujo de fluido tienen secciones transversales sustancialmente variables o incluyen obstrucciones internas, mientras los líquidos sí que pueden utilizarse.

La invención

En un aspecto, lo que se propone es un procedimiento para desobstruir el interior de un conducto de flujo de fluido, para limpiar su superficie interior y/o para proporcionar una barrera en el extremo de un cuerpo de un fluido que pasa a lo largo del conducto, caracterizado por el hecho de que se hace pasar un fluido, masa plástica o aglomerado que consiste esencialmente en partículas sólidas aglutinadas mediante un líquido humectante, a lo largo del conducto y en contacto con su superficie interior.

El líquido humectante no está gelificado. Preferiblemente, los líquidos humectantes son acuosos. También es preferible que el líquido humectante humedezca la superficie interior del conducto para que las partículas sólidas deslicen por la superficie.

Un segundo aspecto independiente, que también representa un modo preferido de implementar el primer aspecto, es hacer pasar una masa plástica fluida o un aglomerado de una mezcla de partículas sólidas con un líquido humectante que es, consiste esencialmente en, o comprende un líquido fundido derivado del sólido de las partículas sólidas. Dicha mezcla, por ejemplo, puede prepararse convenientemente desmenuzando el sólido y utilizándolo a una temperatura cercana a su punto de fusión.

Una virtud particular de estas propuestas es que un aglomerado que puede fluir, coherente y húmedo, contrariamente a los limpiadores deformables o gelificados conocidos que están hechos generalmente para tolerar sólo una pequeña deformación antes de que se rompan o pierdan su efectividad, puede proporcionar una entidad fluida, plástica y no resistente que es capaz de ejercer su función incluso cuando hay cambios sustanciales en la forma y/o tamaño de la sección longitudinal, curvas cerradas, o incluso ramificaciones en el conducto de flujo de fluido. Normalmente, no es necesario adaptar de alguna manera un limpiador según la presente propuesta a un conducto de un determinado tamaño o forma, ya que las partículas son sustancialmente más pequeñas que el conducto. Una masa esencialmente fluida y divisible puede hacerse pasar fácilmente a través de secciones transversales de un conducto por las que ningún limpiador convencional podría pasar.

Por el contrario, a diferencia del uso de líquidos limpiadores convencionales, se ha comprobado que una masa que puede fluir del tipo descrito, que consiste sustancialmente en partículas sólidas aglutinadas, puede hacerse pasar fácilmente a lo largo de un conducto sin que se desintegre en el conducto o se disperse en un líquido adyacente. Además, las partículas pueden proporcionar un efecto limpiador por rozamiento en la pared del conducto que no se obtiene con un líquido. Preferiblemente, las partículas son duras y también preferiblemente angulosas.

Una tercera realización independiente de las propuestas consiste en proporcionar una función de separación o barrera de desobstrucción o limpieza, tal y como se ha descrito anteriormente, haciendo pasar una masa de hielo desmenuzado a lo largo del conducto. Un limpiador de hielo como el descrito tiene muchas ventajas. Se ha comprobado que puede fluir suficientemente, y que es suficientemente plástico y divisible para pasar fácilmente a través de muchas formas y tamaños del interior del conducto. Normalmente está lo suficientemente cohesionado -gracias a su propia agua fundida- como para que no se desintegre o disperse en el conducto.

Además, el hielo se prepara fácilmente, es económico y seguro. En consecuencia, resulta práctico aplicar las presentes técnicas en maquinaria de procesamiento de alimentos.

Normalmente, en plantas de procesamiento de alimentos tiene que eliminarse material de los conductos o tuberías cada vez que se necesita limpiar la planta, y cuando se cambia la línea de producto. Eliminar restos de alimentos de los conductos es caro, lento y normalmente poco económico, ya que es difícil evitar la mezcla o difusión del alimento con el líquido limpiador o con la línea de producto posterior, según sea el caso. Todas estas dificultades conducen a un aumento de costes.

En cambio, incluso cuando un resto de alimento se mezcla con el hielo, no se estropea del todo, sino que puede utilizarse, por ejemplo, como comida para animales.

Se ha comprobado que el hielo medio fundido o el hielo desmenuzado se puede preparar fácilmente en una forma adecuada para hacerlo pasar a través de un conducto, incluyendo curvas, confluencias, y cambios en la sección transversal, tales como placas con orificios y zonas de mezcla.

Debido a que la presencia simultánea de agua y hielo otorga mejores resultados, es preferible incluir un retardante del punto de congelación en el agua utilizada para hacer el hielo. Esto aumenta el intervalo de temperaturas en el cual puede persistir la coexistencia de hielo y agua. Pueden utilizarse compuestos no tóxicos sencillos, tales como azúcar o sal.

La utilización de una masa de partículas humedecida mediante el líquido fundido correspondiente no se limita a hielo ordinario, con o sin un retardante del punto de congelación. Por ejemplo, en un proceso químico o bioquímico, pueden utilizarse trituraciones de disolventes orgánicos congelados. Un ejemplo es el ácido peracético, que se congela fácilmente, es altamente activo contra biocontaminantes, y se descompone en compuestos inocuos en su debido tiempo, al contrario que las lejías que contienen cloro utilizadas convencionalmente.

Otro aspecto particular de la propuesta está en el contexto de un proceso o situación general en los que un líquido de proceso en forma de una mezcla y/o solución está presente o pasa a lo largo de un conducto de fluido. Se propone llevar a cabo cualquiera de las operaciones de limpieza, desobstrucción o barrera en dicho conducto tal y como aquí se propone, utilizando para el aglomerado fluido un material congelado que puede ser el líquido de proceso original, congelado y desmenuzado en partículas, o que es compatible con el mismo en el sentido de estar sustancialmente o enteramente libre de ingredientes que no son ingredientes del líquido de proceso. Dicho proceso puede ser especialmente adecuado por el hecho de que cualquier fusión o mezcla del cuerpo de aglomerado con un líquido de proceso adyacente en el conducto no lo contamina de forma considerable. Dado que muchos líquidos de proceso consisten o comprenden soluciones, la función de retardo del punto de congelación es pues intrínseca al material original, que por lo tanto es inherentemente adecuado para ser congelado y desmenuzado para proporcionar un cuerpo de aglomerado cohesionado y eficaz.

Ciertos aspectos prácticos de los procedimientos aquí descritos pueden ser determinados fácilmente por un experto tomando como base el contexto técnico y el propósito técnico.

Por lo tanto, el tamaño de las partículas, por ejemplo, no es normalmente crítico en el aglomerado, teniendo en cuenta que la partícula más grande puede pasar completamente a través del sistema de conductos. En la práctica, utilizando material congelado desmenuzado, habrá un amplio intervalo de tamaños de partículas. Meramente a modo explicativo, en hielo desmenuzado adecuado para su utilización en maquinaria de procesamiento de alimentos -cuyo intervalo de dimensiones de conductos va aproximadamente desde 100 mm hasta 25 mm (convencionales) hasta alrededor de 10 mm en las ramificaciones más pequeñas- un tamaño de partículas de hielo de hasta alrededor de 5 mm será aceptable y eficaz.

La proporción de sólido y líquido en la masa de aglomerado tampoco es crítica, teniendo en cuenta que la masa está suficientemente cohesionada para desplazarse como un cuerpo a lo largo del conducto bajo las condiciones pertinentes. No obstante, normalmente el contenido en sólidos sería de al menos un 30% en peso.

La velocidad a la cual la masa de aglomerado es conducida a través del conducto podrá variar ampliamente según la situación. Por ejemplo, cualquier velocidad entre 0.05 y 5 m/s sería apropiada.

1. Realizaciones particulares de nuestras propuestas incluyen el bombeo de la masa de fluido (aglomerado) a lo largo de un conducto de flujo de fluido que tiene cualquiera o varias de las siguientes características:

2.

-

cambios sustanciales del área de la sección transversal, por ejemplo mayores del 20%;

-

obstrucciones internas, tales como sondas o detectores, que se extienden en el espacio del conducto;

-

ramificación o confluencia de conductos.

En caso de ramificación, el procedimiento podrá incluir que la masa de fluido se divida para seguir las diferentes ramificaciones de forma simultánea.

En realizaciones particulares del procedimiento, la masa de fluido mencionada podrá utilizarse para cualquiera o varias de las siguientes aplicaciones:

-

conducir un cuerpo de material fluido situado delante del mismo a lo largo del conducto;

-

de forma más general, formar una barrera entre un primer cuerpo de material fluido y un segundo cuerpo situado anteriormente, por ejemplo de un material fluido distinto, o un tramo vacío del conducto;

-

limpiar la superficie interior del conducto.

Normalmente, el presente aglomerado es un cuerpo situado longitudinalmente en el conducto, por ejemplo, no más de 20 veces más largo que su anchura.

Estos procedimientos podrán llevarse a cabo en plantas de procesamiento de alimentos. Otros campos de aplicación industrial incluyen la recuperación de hidrocarburos en la industria del petróleo, procesamiento petroquímico y química fina, por ejemplo en colorantes y farmacéutica. En la química fina una ventaja reside en la capacidad de limpiar un conducto con una masa más pequeña de material limpiador (por ejemplo hielo, u otro disolvente congelado) que con el uso de limpieza mediante líquidos. Esto ayuda a recuperar económicamente residuos de alto valor. La descontaminación de superficies de conductos en general es un campo relevante. En los casos en los que hay residuos tóxicos o peligrosos vuelve a haber una ventaja en la recuperación de volúmenes relativamente reducidos.

Se describen a continuación modos de aplicación de la invención, descritos a modo de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, que ilustran procedimientos y pruebas prácticas, en los cuales:

La figura 1 muestra la introducción de varios medios en un conducto de prueba;

la figura 2 muestra la separación de un alimento de otro en un conducto de prueba;

la figura 3 muestra un cambio en la sección transversal de un conducto;

la figura 4 muestra la desobstrucción de un conducto;

las figuras 5a, b muestran etapas del flujo de dos fluidos separados a través de un conducto ramificado;

la figura 6 muestra el flujo a través de un módulo de mezcla, y

las figuras 7a, b muestran etapas de la limpieza de un conducto.

La preparación de hielo que puede ser bombeado se hizo disolviendo azúcar o sal en agua como retardante del punto de congelación, y a continuación se congeló y desmenuzó en una mezcladora.

Como es conocido, el retardante del punto de congelación tiene el efecto de estabilizar la coexistencia de hielo y agua fundida como una preparación que puede fluir en un intervalo de temperaturas, ya que el retardante del punto de congelación disuelto se concentra en el material fundido cuando se lleva a cabo la congelación; el punto de congelación del material fundido tiende por tanto a aumentar o disminuir en correspondencia con los aumentos y las disminuciones de la temperatura ambiente.

Se comprobó que la mezcla o fusión resultante hielo/agua fluye fácilmente y que en particular se podía bombear a través de conductos utilizando presiones de bombeo convencionales.

Para probar la efectividad de este hielo que puede fluir para desobstruir, limpiar o separar materiales de alimentación en conductos de plantas de procesamiento de alimentos, se prepararon aparatos de prueba de laboratorio con conductos transparentes para poder observar fácilmente el comportamiento de los fluidos.

En la entrada del conducto de prueba principal 5 (figura 1) se conectaron líneas de alimentación de entrada respectivas 11, 12, 13 para un primer producto de alimentación 1, un segundo producto de alimentación 2, y hielo que puede ser bombeado B. Una válvula de tres vías 7 permitía que cualquiera de estas tres sustancias pudiese ser bombeada hacia el conducto de prueba 5 deseado en un momento dado. Para distinguirlos visualmente, los "alimentos" 1, 2 eran preparaciones acuosas espesadas con harina de maíz de diferente color.

Un vaso colector 6 se indica situado en el extremo final del conducto. Se puede utilizar detectores para determinar ingredientes característicos en composiciones que pasan a lo largo del conducto, para controlar el flujo, y en particular la proporción de cualquier mezcla o de diferentes composiciones en interfases. En las presentes pruebas, fue suficiente con un simple control visual. El conducto transparente tenía un diámetro interno de 25 mm.

En una primera prueba (figura 2) se hizo circular un flujo inicial del primer alimento 1 seguido de un breve flujo de hielo que puede ser bombeado B para crear una región intermedia antes de un flujo sucesivo del segundo alimento 2. Se observó que el tapón de hielo que puede fluir B se desplazaba libremente y de forma coherente a lo largo del conducto, en contacto húmedo total con la superficie interna, y que se producía una mezcla reducida en las interfases del tapón de hielo B con las columnas de alimento 1, 2. El extremo anterior del tapón de hielo B limpiaba los restos del primer alimento 1 de la pared del conducto de forma casi instantánea, por lo que no había una contaminación perceptible del segundo alimento 2.

Se apreciará que, de este modo, una planta de procesamiento de alimentos puede hacer circular dos productos diferentes por el mismo conducto sucesivamente, de forma conveniente y sin tener que consumir tiempo en su limpieza.

En una segunda prueba se colocó una placa con un orificio 51 con un diámetro interno de 10 mm en el conducto de prueba. Se comprobó que el tapón de hielo desmenuzado B fluía fácilmente a través del orificio y a continuación ocupaba de nuevo y rápidamente la sección transversal del conducto, de modo que no había residuos del primer alimento 1 detrás de la placa con el orificio después de que el tapón de hielo B hubo pasado.

La figura 4 muestra una tercera prueba en la que la acción desatascadora del tapón de hielo dejó el conducto vacío, siendo conducido el tapón B mediante aire bombeado. De nuevo, el primer alimento 1 se limpió de manera efectiva y la pared del conducto quedó limpia. Existe evidentemente un efecto de cooperación entre el sólido y el líquido que están presentes simultáneamente en el tapón B, que limpia la superficie del conducto mediante una combinación de las acciones de humedecer y fregar.

La figura 5 muestra una prueba más exigente en la que el conducto de prueba 5 está ramificado en dos en una bifurcación en T 52. El flujo inicial del primer alimento se bifurcó en dos flujos de dirección opuesta 1'. Tal y como muestra la figura 5b, se ha comprobado que el tapón de hielo que puede fluir B inicial se dividió fácilmente en la bifurcación 52 en dos tapones secundarios B', siguiendo cada uno una ramificación respectiva y limpiando el respectivo flujo del primer alimento 1' de forma tan eficaz como en las pruebas de conducto simple. Se podrá apreciar que el hielo que puede ser bombeado se puede introducir en el conducto inicial en cualquier cantidad deseada -que se corresponde con la longitud del tapón inicial B- para permitir que los tapones divididos B' tengan suficiente tamaño tras divisiones de este
tipo.

La figura 6 muestra un módulo de mezcla 53 incluido en el conducto de prueba, que tiene una sección transversal aplanada obstruida por una matriz de deflectores entre los cuales fluye el fluido para su mezcla. Al igual que con la placa con el orificio, se ha comprobado que el hielo que puede ser bombeado siguió fácilmente este sistema intrincado humedeciéndolo y fregándolo lo suficiente como para limpiar la primera composición de alimento totalmente.

La figura 7 muestra una prueba de limpieza, en la que la superficie interna del conducto de prueba que estaba vacía fue contaminada en una parte de prueba S embadurnándola con mermelada 4. Haciendo pasar la preparación de hielo que puede ser bombeado B a lo largo del conducto a través de la sección de prueba, se comprobó que la mermelada adherente se limpió por completo del conducto; no hubo ningún residuo visible.

Otra buena propiedad observada fue la remarcable tolerancia de temperaturas del procedimiento, a pesar de utilizar hielo en un sistema bastante por encima de su punto de fusión. Se ha comprobado que incluso en conductos calientes la técnica era eficaz. Esto es atribuible a la escasa conductividad térmica del hielo, combinada con la capacidad de la forma de la masa para adaptarse bajo presión de bombeo para rellenar de forma continua el conducto, a pesar de las pérdidas de material fundido de la superficie.

Debido a que el hielo que puede ser bombeado es una preparación acuosa que tan sólo contiene una solución benigna como retardante del punto de congelación, no hay problemas de salud/seguridad al hacerlo circular a través de maquinaria de procesamiento de alimentos.

En otro ejemplo, el producto de alimentación en el conducto era un yogur de fruta. El propósito técnico era recuperar en el mayor grado posible el yogur del conducto. Se congeló una pequeña cantidad del yogur y se desmenuzó el yogur congelado resultante en una mezcladora, al igual que en el experimento anterior. Se obtuvo fácilmente una masa coherente de partículas de yogur congelado, y se comprobó que se podía bombear a lo largo del conducto, conduciendo el líquido de yogur presente en su parte anterior tan fácilmente como se hizo con el hielo normal. Debido a que el yogur, aunque esencialmente acuoso, contiene cantidades sustanciales de sólidos disueltos y grasa emulsionada, el efecto del retardante del punto de congelación se dio de forma natural, de modo que el sólido y el material fundido coexistieron fácilmente. El tapón bombeado de yogur congelado fundido parcialmente limpió el conducto de forma eficaz. Aunque la parte congelada del yogur era de una calidad bastante baja cuando se descongeló, la parte inmediatamente adyacente de la columna de líquido de yogur mantuvo su calidad perfectamente y se pudo
utilizar.

Claims (16)

1. Procedimiento de limpieza o de desobstrucción del interior de un conducto (5) de flujo de fluido, o de provisión de un tapón desplazable en un conducto (5) de flujo de fluido, haciendo pasar un cuerpo (B) que abarca el interior del conducto a lo largo del interior del conducto, caracterizado por el hecho de que el cuerpo (B) es una masa de aglomerado que puede fluir que consiste esencialmente en partículas congeladas sólidas duras y en un líquido humectante no gelificado, que comprende un producto fundido derivado de las partículas congeladas y mediante el cual se aglutinan las partículas.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que las partículas y el líquido humectante son acuosos.

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en el que las partículas son partículas de hielo.

4. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que las partículas de hielo tienen un tamaño de hasta 5 mm.

5. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que las partículas son un disolvente orgánico congelado.

6. Procedimiento, según las reivindicaciones 1 o 2, en el que las partículas son una comida o bebida líquida congelada, o un ingrediente líquido congelado de una comida o bebida.

7. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el líquido humectante contiene un retardante del punto de congelación.

8. Procedimiento, según la reivindicación 7, en el que el retardante del punto de congelación es sal o azúcar.

9. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el líquido humectante humedece la superficie interior del conducto.

10. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la masa de aglomerado comprende al menos el 30% en peso de partículas sólidas.

11. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo (B) se hace pasar a lo largo del conducto (5) como una barrera en un extremo de un cuerpo de otro material que puede fluir en el conducto, o entre dos cuerpos de otro material que puede fluir en el conducto.

12. Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que el cuerpo (B) se utiliza para conducir dicho cuerpo de material que puede fluir a lo largo del conducto para su recuperación.

13. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que hay un líquido de proceso en el conducto, y dicho líquido de proceso se congela y desmenuza para proporcionar la masa de partículas para formar el cuerpo (B) que pasa por el conducto en contacto con el líquido de proceso.

14. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conducto de flujo de fluido tiene cualquiera o varias de las siguientes características:

-

cambio superior al 20% del área de la sección transversal;

-

obstrucciones locales internas que se extienden en el espacio del conducto;

-

ramificación o confluencia de conductos, pasando el cuerpo (B) por dichas características.

15. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la masa de aglomerado es conducida a lo largo del conducto de 0.05 m/s a 5 m/s.

16. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud de la masa de aglomerado no es más de veinte veces mayor que su anchura.