FI93266C - Paineentasausventtiili paineen tasaamiseksi suljetun tilan ja ympäröivän ilmakehän välillä - Google Patents

Description

93266

Paineentasausventtiili paineen tasaamiseksi suljetun tilan ja ympäröivän ilmakehän välillä Tämä keksintö liittyy paineentasausventtiiliin, 5 joka on tarkoitettu paineen tasaamiseksi suljetun tilan ja ympäröivän ilmakehän välillä. Tällaisten paineentasaus-venttiilien erityisen tärkeänä käyttöalana on öljytuote-ja kemikaalisäiliöalukset ja seuraavassa selityksessä ja kuvauksessa tämä ala otetaan lähtökohdaksi mutta käsite-10 tään, että samat periaatteet ovat yhtäläisesti sovellettavissa muihin käyttötarkoituksiin, esim. paikallaan oleviin varastosäiliöihin tai nestemäisten öljytuotteiden tai kemikaalien pyörillä tai kiskoilla liikkuviin säiliöihin.

Kun tietty tilavuusmäärä tuotetta aikayksikössä, 15 mitattuna esim. m3/h:issa, lastataan säiliöön, paineentasausventtiili avataan, kun paine on noussut säiliössä etukäteen asetettuun aukenemispaineeseen, ja sen jälkeen on tarkoitus puhaltaa pois sellainen määrä kaasua aikayksikössä, joka vastaa aikayksikössä lastatun tuotteen määrää 20 lisättynä silloin, kun se on tarkoituksenmukaista, säiliössä olevan nesteen pinnasta tapahtuvalla haihtumisella. Poispuhallusmäärä aikayksikköä kohti riippuu venttiilin virtausvastuksesta - ja sen vuoksi venttiilin nostokorkeu-desta - ja säiliössä olevasta paineesta. Suurinta poispu-25 hallusmäärää aikayksikössä - vähennettynä kaikella haihtumisen lisäyksellä - joka voidaan saavuttaa ilman, että säiliössä oleva paine ylittää tietyn turvarajan, kutsutaan paineentasausventtiiliin kapasiteetiksi, joka on siis suurimman sallitun lastausmäärän aikayksikköä kohti laskettu 30 mitta (esim. m3/h).

Kun lastaus lopetetaan ja paine laskee säiliössä arvoon, sulkemispaineeseen, joka on hieman pienempi kuin aukaisupaine, paineentasausventtiili suljetaan. Kun säiliötä puretaan, säiliössä olevan kaasun paine putoaa. Pai-35 neen putoamisen estämiseksi alle tietyn turvarajan voidaan 2 93266 käyttää alipaineventtiiliä, joka voidaan rakentaa yhdessä paineentasausventtiilin kanssa tai se voidaan asentaa erikseen. Tietyissä tapauksissa inerttiä kaasua, kuten typpeä, syötetään turvallisuussyiden takia säiliössä ole-5 van nesteen pinnan yläpuolelle, jolloin tällainen kaasu pidetään etukäteen määrätyssä paineessa, joka voi olla korkeampi kuin ilmakehän paine mutta pienempi kuin paineentasausventtiilin aukaisupaine. Tässäkin tapauksessa voidaan käyttää alipaineentasausventtiiliä varalla inertin 10 kaasun syötön vikatapauksessa.

Kun ympäristön lämpötila nousee tai laskee varastoinnin tai kuljetuksen aikana, kaasun paine nousee tai laskee säiliössä ja sen vuoksi paineentasausventtiili aukeaa ja sulkeutuu periaatteessa samalla tavalla kuin las-15 taus- ja purkutapauksessa, vaikkakin normaalisti oleel lisesti lyhyemmiksi ajoiksi ja pienemmin poispuhallus-määrin aikayksikössä. Samoin alipaineentasausventtiili ja/tai inertin kaasun syöttöjärjestelmä toimii periaatteessa samalla tavalla kuin purkutapauksessa.

20 Säiliöaluksissa käytettävien paineentasausventtii- lien on täytettävä tiukat turvavaatimukset, jotka on säädetty kansainvälisesti tunnustetuissa säännöissä. Näistä tärkeimpiä ovat: 1. Liekin kulku ympäristöstä paineentasausventtii-25 Iin kautta säiliön sisätilaan, jota kutsutaan tavallisesti "flash-backiksi", tulee estää ehdottomasti.

2. Mikäli turvallisuus "flash-backiä" vastaan venttiilin ollessa auki saadaan pelkästään suuren poispuhal-lusnopeuden avulla - ns. suurnopeusventtiileillä - pois- 30 puhalluksen nopeus ei saa minään hetkenä venttiilin aukai-sujakson aikana pudota alle määrätyn vähimmäisarvon, esim. 30 m/s:n.

3. Poispuhalluksen tulee olla pystysuunnassa ylöspäin suunnatun suihkun muodossa kaikkien vahingollisten ja 3 93266 tulenarkojen kaasujen pitämiseksi niin kaukana niistä paikoista, joissa on ihmisiä, kuin on mahdollista.

4. Venttiilin jäätymistapauksessa tulee olla mahdollista sulattaa venttiili nopeasti, yksinkertaisesti ja 5 niin tehokkaasti, että venttiili palautuu normaaliin toimintaan.

Tässä käsitelty paineentasausventtiili on senlainen kuin patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa on tarkoitettu.

U.S. patentista N:o 3,999,571 tämänlainen paineen-10 tasausventtiili on tunnettu, jossa nostolevy on rakennettu venttiilin runkona, jolla on oleellisesti kartiomainen venttiilipinta, joka sulkeutuu siihen liittyvää venttiilin istukkaa vasten venttiilikammiossa, kun taas pisaran muotoinen runko sopii pienellä välyksellä venttiilin poispu-15 halluksen aukkoon.

Tässä tunnetussa venttiilissä yllä mainitut turva-säännöt 1-3 täytetään, koska poispuhallus tapahtuu aina pystysuunnassa ylöspäin suunnatun kaasusuihkun muodossa suurella nopeudella. Myös turvasääntö 4 täytetään, koska 20 kaasusuihkun ohjaus tapahtuu käyttämättä ympäröiviä oh-jauspintoja siten, että kaikkeen jään muodostukseen päästään suoraan käsiksi ulkopuolelta. Suhteellisen pieni jään muodostus voidaan murtaa pois nostamalla vain venttiiliä käsikäyttöisen tarkistusnostimen avulla, jollainen on pai-25 neentasausventtiilissä aina oltava, ja suuremmat jääkerty- mät voidaan hakata helposti pois, koska ne ovat kokonaan venttiilin ulkopuolella, minkä jälkeen viimeiset jäänteet voidaan murtaa irti nostamalla venttiiliä kuten on kuvattu.

30 Keksinnön tavoitteena on muuttaa tunnettua venttii liä sillä tavalla, että samalla kun säilytetään sen edut, saadaan suurempi nostonopeus ja sen vuoksi pienempi paineen kasvu aukaisun aloittamisessa verrattuna tunnettuun venttiiliin.

4 93266 Tämän saavuttamiseksi keksintö on tunnettu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa selostetuista piirteistä.

Tästä järjestelystä johtuen nostopaine siirretään 5 aukaisua aloitettaessa pisaran muotoisen osan alapuolen pienemmästä alasta venttiilin istukan sisällä nostolevyn suurempaan alaan, minkä avulla saadaan suurempi nostono-peus. Nostolevyn ala on kuitenkin pidettävä tietenkin erään rajan sisällä siten, että jopa pienten poispuhallus-10 määrien tapauksessa poispuhallusnopeus on aina suurempi kuin määrätty turvaraja, esim. 30 m/s.

Keksinnön mukaisen paineentasausventtiilin edullisessa suoritusmuodossa venttiilikammiolla on sellainen sisäpuolinen muoto, että vapaa kulkuala nostolevyn ympä-15 rillä suurenee, kun pisaran muotoista runkoa ja nostolevyä nostetaan.

Täten etua saadaan siitä, että myös lisääntyvällä poispuhallusmäärällä saadaan alempi paine kuin muutoin olisi mahdollista, kunnes venttiili lähestyy sen täysin 20 avointa tilaa.

Jos on suotavaa saada erityisen suuri venttiilin tiiviysaste sen täysin suljetussa tilassa, esim. inertin kaasun hukan vähentämiseksi, tämä voidaan saada keksinnön mukaisesti järjestämällä rengasmainen, elastinen tiiviste 25 venttiilin istukan sisäkehälle, jolloin mainitussa tiivis teessä on huuli (ulkoneva reuna), joka suuntaa itsensä tiiviisti pisaran muotoisen rungon alapuolelle pisaran muotoisen rungon suljetussa tilassa.

Keksintö kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten 30 oheistettuihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää paineentasausventtiilin sivukuvana ja osittain leikattuna, kuvio 2 on osaleikkaus suuremmassa mittakaavassa paineentasausventtiilin poispuhallusaukon lähellä olevasta 35 alueesta, 5 93266 kuvio 3 ja 4 esittävät ominaiskäyrän, joka edustaa säiliön painetta ja vastaavasti poispuhallusnopeutta piirrettynä aikayksikköä kohti ilmoitetun poispuhallusmäärän funktiona määriteltynä keksinnön mukaisesti rakennetulle 5 paineentasausventtiilin prototyypille.

Piirustuksissa numero 1 on pystysuuntainen venttii-likanunio, jonka alapäässä on laippa 2, joka on pultattu sen onttorakenteisen pesän 4 laippaan 3, jonka alapäähän on konstruoitu laippa 5, joka voidaan pultata öljysäiliön 10 paineentasausulostuloaukkoon tai yhteen tai useampaan säiliön osastoon yhdistetyn paineentasausputken yläpäähän. Esitetyssä suoritusmuodossa pesässä 4 on sivuaukko 6, johon on yhdistetty alipaineentasausventtiili 7. Tätä venttiiliä ei kuvata yksityiskohtaisesti, koska se ei muodosta 15 keksinnön osaa.

Venttiilikammion alapäässä on lieriömäinen seinäosa 8, jota seuraa yläsuunnassa hajaantuva seinäosa 9 ja sen jälkeen suppeneva seinäosa 10, joka päättyy venttiilikammion huipussa poispuhallusaukkoon 11.

20 Poispuhallusaukkoon on asennettu alustarengas 12, jonka sisäpuolelle on muodostettu kartiomainen venttiilin istukka 13. Poispuhallusaukkoon 11 on järjestetty pisaran muotoinen runko 14, jonka alapuolelle on muodostettu kartiomainen venttiilin pinta 15, joka tarttuu venttiilin 25 suljetussa tilassa venttiilin istukkaan 13. Tiiviyden pa rantamiseksi rengasmainen, elastinen tiiviste 16 voidaan järjestää alustarenkaan 12 sisäpuolelle, jolloin mainitussa tiivisteessä on huuli 17, joka tarttuu pisaran muotoisen rungon 14 alapuolelle.

30 Varsi 18 on yhdistetty pisaran muotoiseen runkoon ja jatkuu alas kammion läpi, jossa sitä ohjataan venttii-likammiossa olevalla ylävarren ohjaimella 19 ja pesässä 4 olevalla alavarren ohjaimella 20. Varsi 18 kannattelee nostolevyä 21, joka sijaitsee lieriömäisen seinäosan 8 35 sisätilassa ja jonka halkaisija on hieman pienempi kuin 6 93266 jälkimmäisen siten, että nostolevyn ympärille muodostuu vapaa kulkurako 22. Varren 18 alapään alle on asennettu keinuvipu 24 käytettäväksi venttiilin tarkistusnostimessa.

Puristusjousi 23 on pantu ylävarren ohjaimen 19 ja 5 nostolevyn 21 väliin. Näin ollen rakenteeseen, jota tässä kutsutaan poisvirtauksen ohjausosaksi ja joka käsittää pisaran muotoisen rungon 14, varren 18 ja nostolevyn 21, kohdistetaan alaspäin suuntautuva sulkuvoima, joka on yhtä suuri kuin jousen 23 puristusvoima + rakenteen kaikkien 10 osien kokonaispaino. Jos nämä osat on rakennettu siten, että niiden oma paino antaa sopivan sulkuvoiman, jousi 23 voidaan jättää pois.

Jos ilmakehän painetta suurempi paine tulee ylös säiliöön, johtuen vuodosta raon 22 kautta tämä paine le-15 viää sitten nostolevyn 21 yläpuoliseen tilaan ja tähän kohdistuu sen takia sama paine yläpuolelta ja alapuolelta. Tämän takia nostovoima saadaan aikaan pelkästään pisaran muotoiseen rungon alapuolelle vaikuttavalla ylipaineella. Tämä nostovoima on yhtä suuri kuin ylipaine kerrottuna 20 venttiilin istukan sisäpuolella olevan poispuhallusaukon poikkileikkausalalla.

Kun nostovoima ylittää edellä mainitun sulkuvoiman, venttiili aukeaa. Tämä tapahtuu säiliön paineen etukäteen määritellyllä arvolla, aukaisupaineella, joka on asetettu 25 etukäteen mitoittamalla pisaran muotoisen rungon 14, varren 18 ja nostolevyn 21 paino, jota voidaan täydentää ylimääräisellä painokuormalla ja/tai puristusjousella 23. Kun poispuhallus alkaa aukaistaessa venttiili, paine putoaa nostolevyn yläpuolella ja nostovoiman nettoarvo tulee yhtä 30 suureksi kuin säiliön paine kerrottuna nostolevyn alalla. Koska tämä on suurempi kuin poispuhallusaukon ala, nosto-voima lisääntyy ja sillä tavalla nostonopeus ja niin muodoin poispuhallusmäärä aikayksikössä kasvaa.

7 93266

Kun venttiiliä nostetaan lisää, nostolevy 21 saapuu hajaantuvan seinäosan alueelle, minkä avulla poispuhallus-määrä edelleen kasvaa.

Kokonaismitoitus tulisi olla sellainen, että anne-5 tulle sovellutukselle saadaan sopivat ominaiskäyrät säiliön paineelle PT ja poispuhallusnopeudelle DV piirrettynä aikayksikössä ilmoitetun poispuhallusmäärän F funktiona. Esimerkit tällaisista ominaiskäyristä on esitetty kuvioissa 3 ja 4.

10 Kuten kuviosta 3 ilmenee säiliön paineen PT kasvu aukaisupaineen PO yläpuolelle tapahtuu pienellä poispuhal-lusmäärällä F. Tämä tilanne esiintyy välittömästi venttiilin aukaisun jälkeen, mutta venttiilin nopeasta aukaisusta johtuen säiliön paine pysyy jopa suhteellisen korkean au-15 kaisupaineen PO tapauksessa hyvin sallitun rajan PTmax sisällä. Poispuhallusmäärän kasvaessa säiliön paine putoaa uudelleen ja lähestyy vähitellen arvoa, joka sillä olisi täysin aukinaisen venttiilin poispuhalluksessa, ks. katkoviiva. Poispuhallusmäärän kasvaessa jatkuvasti säiliön 20 paine kasvaa edelleen ja, kun se saa arvon PTmax, poispu-hallumäärä on saavuttanut suurimman sallitun arvon eli kysessä olevan paineentasausventtiilin kapasiteetin C. Jos säiliön lastauksen aikana aikayksikössä lastattu määrä vähennettynä haihtumisella, mikäli sellaista on, pidetään 25 mainitun arvon alapuolella, säiliö on tietyn turvamargi-naalin sisällä suojattu räjähdykseltä ja tämä pätee myös kuljetuksen aikana, koska kuten aiemmin on mainittu voidaan olettaa, että lämpötilan kasvun seurauksena esiintyvät poispuhallusmäärät tulevat olemaan huomattavasti pie-30 nempiä kuin lastauksen aikana.

Vaihtelemalla mitoitusta voidaan saada aikaan monen tyyppisiä paineentasausventtiileitä, joilla on sama rakenne mutta eri kapsiteetti.

Kuviosta 4 ilmenee, että alhaisella poispuhallus-35 määrällä F poispuhallusnopeus D on erittäin suuri ja sit- 8 93266 ten kasvavalla poispuhallumäärällä putoaa minimiarvoon ja kasvaa sitten jälleen. Minimiarvon on oltava selvästi määrätyn miniminopeuden DVmin yläpuolella, esim. 30 m/s, mikä estää "flash-backin".

5 Venttiilin suljetussa asennossa pisaran muotoisen rungon 14 venttiilipinnan 15 tartunta tiivisteellä 16 täydennetyn venttiilin istukan 13 kanssa varmistaa tiiviyden korkean asteen.

Siinä tapauksessa, että tiiviste 15 vaurioituu tai 10 tuhoutuu täysin, esim. palamalla, sulamalla, vanhenemalla tai mekaanisella vaurioitumisella, venttiilin tiiviys on silti riittävä estämään "flash-backin", joten johdannossa mainittu turvasääntö 1 täytetään silti myös venttiilin suljetussa asennossa.

15 Absoluuttista kaasutiiviyttä ei voida koskaan saa vuttaa metallipintojen keskinäisellä yhteen tarttumisella ja on oletettavaa, että kartiomaisen venttiilin istukan ja aksiaalisesti ohjatun venttiilin rungon kanssa vuotaminen tulee olemaan hieman suurempaa kuin tasomaisen venttiilin 20 rungon tapauksessa. Keksinnön mukaisessa paineentasaus-venttiilissä, jossa ei ole tiivistettä, kaikki kaasun vuotaminen venttiilin suljetussa asennossa tapahtuu kulkualan pienuudesta johtuen kuitenkin suurella poispuhallusnopeu-della ja suunnataan pisaran muotoisen rungon aerodynaami-25 sesta vaikutuksesta johtuen pystysuunnassa ylöspäin. Sen varmistamiseksi, että "flash-back" estetään tilanteessa, jossa paine säiliössä ei ole ilmakehän paineen yläpuolella, venttiilin istukan ja pisaran muotoisen osan välisen tartunnan rengasmaiselle pinnalle annetaan sellainen le-30 veys, että liekki sammutetaan vuotoreitillä tapahtuvalla jäähdytyksellä. Normaalisti tiiviste 16 voidaan jäättää sen takia pois ilman huomattavaa haittaa, mutta kun inert-tiä kaasua pidetään säiliössä, tiiviste 16 on hyödyllinen inertin kaasun hävikin vähentämiseksi.

35 Venttiilin jäätyrnistapauksessa jään poistaminen voidaan suorittaa kuten aiemmin on kuvattu.

Claims (3)

9 93266

1. Paineentasausventtiili paineen tasaamiseksi sul-5 jetun tilan ja ympäröivän ilmakehän välillä, joka käsittää venttiilikammion (1), jossa on ylöspäin suuntautuva pois-puhallusaukko (11) ja poispuhalluksen ohjausosa (14, 18, 21), joka käsittää pisaran muotoisen rungon (14), joka on sopiva keskittämään sen alapuoleen törmäävän kaasuvirtauk-10 sen ylöspäin suuntautuvaksi suihkuksi, jolloin mainittu pisaran muotoinen runko (14) sijaitsee mainitussa poispu-hallusaukossa (11), ja nostolevyn (21), joka on yhdistetty mainittuun pisaran muotoiseen runkoon (14) ja sijaitsee alemmalla korkeudella kammion (1) sisällä, jolloin mainit-15 tu poispuhalluksen ohjausosa on rakennettu oleellisesti kartiomaisen venttiilipinnan (15) kanssa, joka on sovitettu sulkeutumaan sen kanssa yhteensopivan venttiilin istukan (13) kanssa, tunnettu siitä, että mainittu oleellisesti kartiomainen venttiili-20 pinta (15) on muodostettu mainitun pisaran muotoisen rungon (14) pyöristetyn pinnan alaspäin olevaan osaan, joka muodostaa sillä tavalla venttiilin rungon, että mainittu yhteensopiva venttiilin istukka (13) on järjestetty poispuhallusaukon (11) suuaukkoon, 25 että nostolevyn (21) ulkohalkaisija on suurempi kuin venttiilin istukan (13) sisähalkaisija ja että nostolevyä (21) ympäröi vapaa kulkurako (22) pisaran muotoisen rungon (14) suljetussa asennossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paineentasaus- 30 venttiili, tunnettu siitä, että venttiilikammion (1) sisäpuolinen muoto on sellainen, että vapaa kulkuala nostolevyn (21) ympärillä suurenee, kun pisaran muotoista runkoa (14) ja nostolevyä (21) nostetaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paineentasaus- 35 venttiili, tunnettu siitä, että venttiilin istu- 93266 10 kan (13) sisäkehälle on järjestetty rengasmainen, elastinen tiiviste (16), jossa on huuli (17), joka suuntaa itsensä pisaran muotoisen rungon (14) suljetussa asennossa tiiviisti pisaran muotoisen rungon (14) alapuolelle. 11 93266