JPS589305B2 - 比較的高い可変圧力で作動する反応容器を含む高圧装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧システムの容器内の圧力を解放する手段、
特に改良した破壊板を具える高圧装置の圧力リリ−フ構
造に関するものである。

種々のプロセスでは閉じた反応容器内で比較的高圧で反
応が起きる。

例えば或る重合反応では約２８１２ｋｙ／ｃｍ２（４０
０００ＰＳＩ）に達する圧力下で作動しこの圧力に耐え
ることが必要なオートクレープ反応容器を採用する。

容器内の圧力が危険な高い自己破壊レベルまで迅速に高
まる無拘束プロセス状態を伴なう災害の危険と損害をな
くすため、圧力リリ−フ装置を設け、危険圧力の一端に
達した時容器内の圧力を自動的に解放する。

圧力リリ−フ手段の既知の一形式は破壊板を具え、この
破壊板を横切って差圧を生せしめる。

この破壊板の第１面をこの容器の内圧に露出すると共に
この破壊板の反対面を大気圧のような比較的低圧に露出
する。

破壊板を横切る差圧が所定量だけ作動値を超過した時、
この破壊板は機械的に破壊しこの容器を低圧に通気する
。

実際上、生産すべき製品又は材料に応じて例えば１４０
６〜２４６１ｋｇ／ｃｍ（２００００〜３５０００ＰＳ
Ｉ）のような圧力範囲にわたり作動し得る圧力容器が望
ましい。

しかし、破壊板を利用する容器内の無拘束反応の一般特
性は作動を比較的狭い圧力範囲に制限してしまう。

無拘束反応容器内の圧力増大は比較的迅速になり得るも
のであり、破壊板を使用してもその破壊板の破裂圧力を
容器の所要作動圧力の例えば約２０％以上大きく選択す
ると容器は損傷する。

この程度の安全ファクターによって破壊レベルに達する
前にこの破壊板を増大する圧力に応答させている。

安全ファクターを高くしたすなわち容器の所要作動圧力
の例えば２０％以内に破裂圧力を選択したリリ−フ破壊
板を採用する高圧システムは満足に作動するが、容器の
作動圧力と破壊板と破裂圧力との間の圧力差が比較的狭
いため所要の新しい作動圧力に適するものに破壊板を置
き代えないと種々の作動圧範囲にわたり容器を作動させ
るのが不可能になる。

従来この破壊板の取換えには先ず全装置の圧力を低減さ
せ、そして取換えのとき容器を大気にさらして容器に空
気を入れてしまうので、破壊板の取換え後容器から空気
を追い出すことが必要だった。

これがため装置を比較的長く休ませることになり、生産
時間の損失の面でコスト高になる。

本発明の目的は広い圧力範囲にわたり利用することがで
き作動圧力を変更する時破壊板を交換する必要がない高
圧システムのリリ−フ装置を得るにある。

本発明によれば、高圧で作動する反応容器と、第１及び
第２対向面を有する破壊板とを具え、容器の内圧Ｐｖに
この破壊板に第１面を露出し、破壊板の第２面に可変圧
力Ｐｏを生せしめる手段を設け、更に第１及び第２対向
面を有する第２破壊板を設けて、この第２破壊板の第１
面を比較的低圧Ｐａに露出する。

第１と第２破壊板の第２面に前記の可変中間圧力Ｐｏを
生せしめる手段を設け、この手段によって中間圧力を自
動的に変化させ、容器の作動圧力Ｐｖｏが一所定レベル
から他の所定レベルに変った時第１破壊板を横切る差圧
をほぼ一定値に維持する。

作動圧力レベルＰｖｏ以上に容器の内圧Ｐｖが超過する
のを検出すると中間圧力Ｐｏを所定値に制限し、差圧△
Ｐを増大させ、第１破壊板と第２破壊板とを順次破裂さ
せ、容器が損傷する前に容器の内圧を解放する。

次の明細書の記載及び図面を参照することによってこれ
等の及びその他の本発明の目的と要旨とは明らかである
。

第５図に示す既知の圧力リリ−フ手段は破壊板１８を具
え、この破壊板を横切って差圧を生せしめる。

すなわち、この破壊板の第１面２０を反応容器１０の内
圧Ｐｖに露出すると共にこの破壊板の反対面２２を大気
圧のような比較的低圧Ｐａに露出する。

１２は反応容器１０の入口導管、１４は出口導管をそれ
ぞれ示す。

破壊板１８を横切る差圧が所定量だけ作動値を超過した
時、この破壊板１８は機械的に破壊し反応容器１０を低
圧に通気する。

この既知のリリ−フ手段を採用すると、反応容器の作動
圧力と破壊板の破裂圧力との間の圧力差が比較的狭いた
め所要の新しい作動圧力に適するものに破壊板を置き代
えないと種々の作動圧範囲にわたり反応容器を作動させ
るのが不可能である。

本発明はこの破壊板の反対面２２に可変圧力を加え、反
応容器１０の作動圧力を変更するときそれに応じて可変
圧力を所定の安全ファククを維持するよう変更させ、そ
れにより作動圧力を変更させても破壊板を交換する必要
をなくし広い圧力範囲にわたり利用できるようにした圧
力リリ−フ手段を提供するものである。

第１図に於て、反応容器１０を採用する例えばエチレン
重合処理のような高圧処理装置を示す。

材料を比較的高圧でこの反応容器に装入し、この反応容
器１０内で生ずる反応を比較的高圧で生じさせる。

従って約２８１２ｋｇ／ｃｍ３（４００００ＰＳＩ）ま
で上昇し得る圧力に耐えるようこの容器を構成する。

入口導管１２を通じてエチレンのような供給材料をこの
反応容器に装入する。

この容器の出口ブロック１６に形成した出口導管１４を
通じてこの容器から反応生成物を取出し得るようにする
この反応処理についての知識及び供給変更圧力の制御と
によってこの容器の作動圧力Ｐｖｏを予め決定すること
ができる。

処理の作動パラメータを変更することによってこの作動
圧力Ｐｖｏを調節することができ、反応処理それ自身を
変更することによって供給材料又は圧力Ｐｖｏを変更す
ることができる。

無拘束反応と自己破壊とから破壊板圧力リリーフ装置が
この容器を保護する。

このリリ−フ装置は第１破壊板１８を具え、この第１破
壊板をこの容器の出口ブロックに取付けてその第一面２
０を容器の内圧Ｐｖにさらす。

この第１破壊板の反対側の第２面２２に可変圧力Ｐｏを
生せしめる装置を設ける。

即ち破壊板１８は所定破壊圧力特性又は所定破壊圧力特
性を有するが、作動圧力Ｐｖｏが第１レベルから他のレ
ベルに変化する時でも破壊板１８の両側に差圧△ＰＤを
ほぼ一定に維持するよう第２表面２２に可変圧力Ｐｏを
生せしめることにより容器作動圧力Ｐｖｏの範囲にわた
りこの破壊板１８を採用することができる。

例えば一処理作用から他の処理作用に変る時、所定の方
法でこの圧力Ｐｖｏを変化させる。

第２表面２２に圧力Ｐｏを生ずる流体を閉じ込めると共
に、無拘束反応中第１破壊板１８が破裂した容器１０を
排気するための装置を設ける。

図面にはこの装置を第２板２４と、板１８及び第２面２
２間に延在する管２３と、排気管２６とによって構成す
る。

第２板２４の第１面２８を大気圧のような下流通気圧力
Ｐａに露出し、第１破壊板１８の表面２２に加わる中間
圧力Ｐｏにこの第２板２４の第２面３０を露出する。

供給源３２から生じて導管３６と管２３とを経てポンプ
３４によって板１８．２４の表面に加圧移送される合成
油のような流体によって板１８．２４の表面にこの中間
圧力Ｐｏを生せしめる。

この中間圧力は自動的に変化できる。ポンプ３４の作用
によって中間圧力を増大させ、圧力逃がし手段を構成す
る圧力逃がし弁４０の作用によって減少させる。

この圧力逃がし弁４０を導管３６と流体供給源３２との
間に連結する。

後に非常に詳細に説明するように、容器１０内の作動圧
力Ｐｖｏが増大するにつれてポンプ３４の作動により圧
力Ｐｏを自動的に増大させ、容器１０内の作動圧力が減
少する時圧力逃がし弁４０の作動によって圧力Ｐｏを自
動的に減少させる。

本発明の重要な要旨は所定の破壊又は破裂圧力特性を有
する破壊板１８を比較的広範囲の作動圧力にわたり使用
することである。

上述したように、この破壊板は容器の作動圧力Ｐｖｏの
約１２０％の圧力で破壊特性を呈するのが一般に好適で
ある。

この容器の作動圧力範囲のうち比較的低圧端に近い作動
圧力で破裂を生ずるよう破壊板１８を選択する。

この低い作動圧力では中間圧力Ｐｏは排気圧力Ｐａにほ
ぼ近い値であり、このような条件下で破壊板１８の前後
に生ずる差圧△ＰＤは容器の最低作動圧力に等しい。

この容器の作動圧力Ｐｖｏが一層高い作動圧力に増大す
ると、圧力Ｐｏは自動的に増大して、差圧へＰＤを作動
圧力範囲にわたりほゾ一定に維持し破壊板１８の破壊を
防止する。

同様に、作動圧力Ｐｖｏが比較的高圧レベルから低下す
る際は、圧力Ｐｏを自動的に減少させ差圧△ＰＤを一定
に維持する。

無拘束状態が感知されるまでこの中間圧力制御装置は△
ＰＤ＝ＰＶＯ−Ｐｏ＝Ｋの関係を自動的に満足させるよ
う作用する。

しかし、無拘束状態では圧力Ｐｏが更に増大するのは止
み、差圧△ＰＤは増大し破壊板が破壊する。

圧力制御装置によって中間圧力Ｐｏを自動的に変化させ
容器作動圧力Ｐｖｂの所要の変化に応ぜられるようにす
る。

再び第１図に於で圧力電圧変換器４２を設け、容器１０
の内圧の大きさに比例する振幅を有する電気出力信号Ｅ
ｖをこの変換器によって発生させる。

高圧供給導管１２に於でこの変換器を反応容器１０に連
結する。

同様に圧力電圧変模器４４を導管３６に連結し、その出
力電圧Ｅｏを導管３６内及び破壊板１８の表面２２に於
ける中間圧力に比例させる。

これらの信号を制御装置４６に加え、この制御装置はこ
れ等の信号を比較し、ポンプ３４又は圧力逃がし弁４０
を作動させ、容器の圧力Ｐｖが変化する際差圧△Ｐを一
定に維持する。

容器の圧力Ｐｖが増大すると、この制御装置４６はポン
プ３４を作動させる。

このポンプ３４（第４図参照）は例えば増圧ポンプ装置
を具え、高圧ピストン面３９と低圧ピストン面４１とを
それぞれ有するピストン３５をシリンダ３７内に位置さ
せる。

制御装置４６からの信号Ｅｉを電圧空気変換器４７に加
え、この変換器によって流量制御弁４８を付勢する。

このようにして空気供給源５０からの空気圧を増圧ポン
プピストンの低圧面４１に加える。

これにより増圧ポンプピストンを動かし、液圧流体を圧
縮し、圧力Ｐｏを増大し、上述の圧力関係を生せしめる
。

同様に、容器１０の内圧Ｐｖが減少したことを検出した
時制御装置４６によって信号Ｅａを生せしめ電圧空気変
換器にこの信号を加え、圧力逃がし弁４０を付勢する。

この逃がし弁によってこの配管から液圧流体の一部の抽
出し圧力Ｐｏを減少させる。

所要の圧力関係が生ずるまでこの逃がし弁は同様に自動
的に制御される。

更に容器の内圧Ｐｖが設定した作動圧力Ｐｖｏを超過し
た時、圧力Ｐｏが更に増大するのを防止する装置を制御
装置４６に設ける。

容器圧力Ｐｖが作動圧力レベルＰｖｏを超過する時は無
拘束状態であることを示している。

制御装置４６によって圧力Ｐｏを一定に維持し、容器の
内圧Ｐｖが更に増大することによって差圧△Ｐを上昇さ
せ作動圧力の１２０％超過まで達せしめる。

従って破壊板１８は破裂し、圧力は一時的に第２板２４
に加わり、この第２板２４も次に破裂し容器を圧力Ｐａ
に通気する。

第１図の制御装置４６の一層詳細なダイアグラムを第２
図に示す。

容器１０内の圧力に相当する振幅を有し圧力電圧変換器
４２から生じた電圧Ｅｖを比較的低電圧レベルで生ずる
。

例えばこの電圧レベルは約Ｏ〜８ミリボルトの範囲であ
る。

この信号を電圧電流変換器６０に最初加え、この電圧電
流変換器によって約１０ミリアンペアから約５０ミリア
ンペアの範囲の出力電流レベルまでの増幅とノイズ除去
を行なう。

油の圧力Ｐｏに比例する振幅を有し圧力電圧変換器４４
から生じた電圧Ｅｏを類似の電圧電流変換器６２に加え
る。

変換器６０の出力Ｉｖを増幅レピーク６４に結合する。

変換器６２からの出力１ｏと共にレピータ６４からの一
出力Ｉｖｏをチャートリコーダ６６に加える。

このチャートリコーダ６６はこれ等の入力を利用して容
器圧力及び油管圧力に生ずる変化を図表で表示する。

増幅と振幅制限との両方の作用をレピーク６４によって
行なわせる。

操作者が使用するよう手動調整制限制御装置７２を設け
る。

分圧器を調整することによって操作者は出力電流Ｉｖｏ
の振幅の上限を定める。

直線的な作動状態におけるこの制限値より一層高い出力
電流を生ずる入力電流Ｉｖは超過の容器圧力を表わして
いる。

この入力電流がこのレベルに達すると、振幅Ｉｖｏが一
層増大するのを禁止する。

振幅Ｉｖｏの変化に応じて圧力ＰＯが調整されるから、
制限された出力電流Ｉｖｏは圧力Ｐｏを一定レベルに維
持する。

従って容器圧力Ｐｖが超過すると、この制限以上に圧力
Ｐｏが一層増大するのを自動的に禁止する。

圧力Ｐｏはも早一定値で調整されず、容器圧力Ｐｖが増
大するにつれて圧力△ＰＤは破裂圧力まで増大する。

バイアス制御回路６８、レピーク７０及び比率制御装置
７２を具える第１制御装置にレピーク６４からの出力信
号Ｉｖｏを加える。

作動圧力Ｐｖｏが増大する時この第１制御装置を作動さ
せて圧力Ｐｏを増大する。

バイアス制御装置７４、レピータ７６及び制御装置７８
を具える回路配置にもレピータ６４の信号Ｉｖｏを加え
、この回路配置を作動させて圧力Ｐｏを減少させる。

バイアス制御回路６８．７４によって破壊板１８を横切
る所望の差圧△ＰＤをつくる。

差圧△ＰＤに比例する大きさのバイアス電流１ｂを信号
Ｉｖｏに組合せるための回路装置をバイアス制御回路６
８．７４にそれぞれ設ける。

すなわちバイアス回路はバイアス信号を差引いて回路６
８．７４の出力に信号Ｉｖｏ−Ｌｂ６ＢとＩｖｏ−Ｉｂ
７４とをつくる。

前に述べた制御式から明らかなように作動圧力Ｐｖｏが
変化する際この関数は油圧Ｐｏの所望の変化に等しい。

電流Ｉｏによって表わされる検出された油圧の大きさと
比較するため上の式に従かう所望の油圧Ｐｏを示す電気
信号Ｉｖｏ一Ｉｂ６Ｂをレピーク７０を介して制御装置
７２に加える。

これ等の入力の振幅が等しい時、これ等の比は１に等し
い。

この一致は検出され、このことは所望の差圧△ＰＤが破
壊板１８の両側に存在しており油圧Ｐｏの増大は不必要
であることを示している。

一方、この比が１より大きい時は制御装置７２によって
出力信号Ｅｃを発生し、この信号によって弁４８とポン
プ３４とを作動させ、比の値が１になるまで油圧Ｐｏを
増大させる。

同様に、この比が１より小さい時は、逃がし弁４０を作
動させ油圧Ｐｏを減少させるための出力を制御装置７８
によって発生させ、１対１の比を再び生せしめる。

ユニット１４，７６，７８を有する制御ループとユニッ
ト６８，７０．７２を有する制御ループとの間に相互作
用を生じないようにするため、バイアス制御装置６８．
７４を調整して■ｂ６８とＩｂ７４との間に僅かなバイ
アス差を設ける。

このようにして差圧△ＰＤの大きさに僅かな区別を生せ
しめる。

例えばバイアス制御回路６８を調整して１４７６ｋｇ／
ｃｍ３（２１０００ＰＳＩ）の差圧に相当するバイアス
を生せしめると共に、バイアス制御回路７４を調整して
１５１２ｋｇ／ｃｍ２（２１５００ＰＳＩ）の差圧バイ
アスを生ぜしめる。

容器１０の作動圧力を変更する際、圧力Ｐｏを自動的に
調整することの他に、容器１０内に無拘束圧力状態が生
じた時この制御装置によって制御の中断を自動的に行な
えるようにする。

制限制衝装置７２の分圧器を操作者が手動調整すること
によって、容器圧力Ｐｖが上昇し得る最高安全圧力レベ
ルを表わす最大出力信号振幅をこの制限制向装置から発
生させる。

レピーク６４への入力信号Ｉｖがこのレベルに増大する
際、レピーク６４からの出力信号Ｉｖｏも対応して増大
し、構成成分６８，７０，７２によって生ずる制御機能
が作動し油圧の圧力を増大させる。

しかし制限レベルに達すると、レピーク６４への入力信
号Ｉｖが増大してもレピータからの出力信号Ｉｖｏは増
大せず、制限レブルに達した時の圧力Ｐｏはそれ以上増
大しない。

従ってこの制限値に達した時、制御機能は中断し、油圧
Ｐｏは高い値に保持される。

このとき破壊板の前後の差圧ＰＤはほぼ一定値に保持さ
れるように制御されることはなくなり、容器圧力Ｐｖが
更に増大すると、この差圧は増大する。

内圧ＰｖがＰｖｏの１２０％のレベルに達すと、破壊板
１８と２４とは相次いで破裂し、容器を大気に通気する
。

第２図の調整装置に種々の回路構成を採用することがで
きるが、次の市販されているユニットが満足すべきもの
であることがわかった。

すなわちマサチューセッツ州フォックスボロのフォック
スボロマニファクチュアリングコンパニー（Ｆｏｘｂ−
ｏｒｏ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
）から市販されており、変換器６０．６２としてモデル
６９３ＡＲＥＭＦ電流変換器、バイアス制御装置６８，
７４としてモデル６７８ＨＺＧ，レピータ６４，７０及
び７６として高リミット調整可能のモデル６６ＢＴ１比
率制御装置７２．７８としてモデル６２Ｈエレクトロニ
ツクコンソトロールコントローラ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ ｃｏｎｓｏｔｒｏｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌ ｅｒｓ）
である。

第３図に本発明による破壊板の実施例を詳細に示す。

容器１０の下部セグメント８６内に形成した通孔８４と
通孔８２を介して出力ブロック１６が連通している。

第１図の出口導管１４を管８８で構成し、ブロック１６
に取付け、この管８８の通孔９０を通孔９２を介して通
孔８２に連通させる。

出口ブロック１６と容器セグメント８６との間に高圧シ
ールリング９４を位置させる。

同様の高圧シールリング９６を取付フランジ９γとブロ
ック１６との間に位置させる。

破壊板組立体の本体１００に通孔１０２を形成しこの通
孔の一端に第１破壊板１８を設けこの破壊板の両側に差
圧△ＰＤを発生させ、この通孔１０２の反対端に第２破
壊板２４を設ける。

鋼のような金属で形成され所定の機械的破壊特性を有す
る薄い板状体でこの破壊板を形成する。

円錐環１０４と本体１００との間に第１破壊板１８を位
置させると共に、円錐環１０６と板支持体１０８との間
に第２破壊板２４を位置させる。

この糾立体をアダプタ部材１１０によって出口ブロック
１６に取付け、ねじ取付フランジ１１２によってこのア
ダプタ部材１１０を強制的に板支持体１０８に押しつけ
る。

導管３６を通じて圧力Ｐｏの液圧流体を管２３に移送す
る。

変換器４４（第１図参照）を管２３に連結するためのク
ツプ１１３を設ける。

タツプ１１３と変換器４４との間に導管１１４が延びる
。

第１図を再び参照する。

油圧破壊板１２０の一方の面を導管３６内の圧力Ｐｏに
露出する。

この油圧破壊板を設けたのは、容器内圧Ｐｖに作動圧力
Ｐｖｏの１２０％を越えさせるような値へ圧力Ｐｏを高
めるという調整装置の有害作動から全装置を保護するこ
とにある。

この油圧破壊板は油圧調整装置の有害作動を確実に防止
する安全装置になる。

容器１０の作動圧力の変化に応じて操作者が油圧破壊板
１２０を容易に組込むことができる。

高圧容器のための改良した圧力リリ−フ装置について説
明した。

この装置は破壊板の圧力リリーフ技術を利用しており、
比較的広い圧力範囲にわたり容器を作動させることがで
き、圧力の変化が生じても破壊板を交換する必要がなく
、破壊板の交換のための時間の損失を除去することによ
って工程の費用を実質的に減らすことができる。

ここに述べた装置は破壊板の前後に所定の差圧を自動的
に維持し得る利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧力リリ−フ装置を有する高圧反応装置
の線図的略図、第２図は第１図の高圧反応装置に利用さ
れる圧力制御装置の詳細ブロック線図、第３図は第１図
の圧力リリ−フ装置に利用する破壊板装置の拡大断面図
、第４図は本発明装置に利用する増圧ポンプの一部の断
面図である。 第５図は従来の圧力リリ−フ手段を示す。 １０……容器、１２……入口導管、１４……出口導管、
１６……出口ブロック、１８……第１破壊板、２４……
第２破壊板、２６……排気管、３２……供給源、３４…
…ポンプ、３５……ピストン、３６……導管、３７……
シリンダ、３９……高圧ピストン面、４０……圧力逃が
し弁、４１……低圧ピストン面、４２．４４……圧力電
圧変換器、４６……制御装置、４７……電圧空気変換器
、４８……流量制御弁、５０……空気供給源、６０，６
２……電圧電流変換器、６４……増幅レピーク、６６…
…チャートリコーダ、６８……バイアス制御回路、７０
……レピータ、７１……手動調整制限制御装置、γ２…
…比率制御装置、７４……バイアス制御装置、７６……
レピータ、７８……制御装置、８６……容器下部セグメ
ント、９４．９６……高圧シールリング、１２０……油
圧破壊板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応容器の内圧Ｐｖをうける第１破壊板と大気圧を
   うける第２破壊板との間にのびる第１の管；この第１の
   管からのびてポンプと圧力逃がし手段とへ接続されてい
   る第２の管； 反応容器の内圧Ｐｖを感知する第１の感知千段；第２の
   管内の圧力Ｐｏを感知する第２の感知千段； 第１と第２の感知手段からの信号を比較して反応容器の
   作動圧力Ｐｖｏが増大するときポンプにょる流体の圧力
   Ｐｏを増大し、そして反応容器の作動圧力Ｐｖｏが減少
   するとき前記の圧力逃がし手段を介して流体の圧力Ｐｏ
   を減少させてＰｖｏとＰｏとの差圧が実質的に一定値と
   なるようにし、そして反応容器の圧力Ｐｖが所定値を越
   えるとき流体の圧力Ｐｏ・の増犬を阻止する制御装置を
   備えたことを特徴とする比較的高い可変圧力で作動する
   反応容器を含む高圧装置。