KR20140061487A - 운송 라인용 연결 피스 - Google Patents

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KR20140061487A KR20147008822A KR20147008822A KR20140061487A KR 20140061487 A KR20140061487 A KR 20140061487A KR 20147008822 A KR20147008822 A KR 20147008822A KR 20147008822 A KR20147008822 A KR 20147008822A KR 20140061487 A KR20140061487 A KR 20140061487A
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아우로테크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연결 피스의 내측을 배출 라인(4)으로부터 분리하고 외측 에지(5)가 배출 라인에 고정되는 과잉 압력 해제 구성요소(2)를 포함하는, 점성 유체를 운송하기 위한 강화된 연결 피스(1)에 관한 것이다. 본 발명은 과잉 압력 해제 구성요소가 예정 과잉 압력의 경우에 배출 라인을 해제하도록 설계되며, 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 유체 유동을 철저히 혼합하는 혼합 요소가 연결 피스의 내부에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

운송 라인용 연결 피스 {CONNECTING PIECE OF A TRANSPORT LINE}
본 발명은 열 교환기들, 부품-라인들, 연결 피스들, 중간 피스들, 편향 피스들, 분배 피스들, 펌프들, 필터들 등을 포함하는 라인을 통해 점성 및 열적으로 민감한 유체들을 운송하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
압력 릴리프 장치들의 사용은 일반적으로 공지되어 있다. 그 보통의 수단은 박막을 포함하는 예를 들어 파열 판들을 포함하는데, 그 파열 판은 정상 작동 압력보다 더 높으나 파이프 또는 용기 자체가 파괴되는 압력보다 더 낮은 압력의 효과 하에서 파열되며, 그 결과로 외측 공간으로의 압력 릴리프가 가능해 진다.
파열 판들은 예를 들어, US 6,241,113 호, US 3,845,879 호, US 2008/0202595 호, EP 1 591 713 호 및 US 7,870,865 호에 설명되어 있다. 몇몇 파열 판들은 릴리프 횡단면을 최대로 자유롭게 하기 위해서, 복수의 지점들에서 또는 예정된 파괴 지점들에 따른 파열-개방을 보장하기 위한 천공들을 포함할 수 있다.
파열 판들은 파열 판들의 효과를 제어하도록 추구하는 매우 다양한 장치들에 사용될 수 있다. 따라서, US 4,079,854 호는 압력 효과의 이후에 파열 판을 터트리는 블레이드를 갖춘 절단 설비를 포함하는 장치를 설명하며, 상기 파열 판은 전환 지점 쪽으로 오목하고 압력 공간 쪽으로 볼록하다.
US 3,872,874 호는 압력으로 인해 팽창될 때 절단 스파이크에 대해 가압되는 볼록한 파열 판을 갖춘 파열 판 장치를 설명한다.
US 4,590,957 호는 평탄한 파열 판이 비틀림에 대해 보호되는 장치에 관한 것이다.
EP 1 892 445 호는 압력의 효과 하에서 유체 통로를 생성하는 복수의 링들을 포함하는 파열 판 설비를 설명하고 있다.
WO 2005/054731 호는 압력 검출기를 갖춘 파열 판 설비에 관한 것이다.
EP 789 822 호는 파열 요소가 운송 판의 내부로 돌출하는, 셀룰로오스, 물, NMMO (N-메틸모르폴린-N-산화물) 용액들과 같은 열적으로 불안정한 점성 재료들용 압력 안전 장치에 관한 것이다.
US 4,046,280 A 호는 압력 용기용 안전 요소를 설명하고 있다. 안전 피스는 과잉 압력의 존재 하에서 배출을 해제하고 그렇지 않으면 차단하는 파열 판을 포함한다. 파열 판의 전방에 있는 영역에 위치된 것은 파열 판을 보호하도록 의도된 보호 장치("파열 판 보호 유닛")의 스크린이다. 보호 장치는 그리드이며 그 위에서 박막이 신장되어 파열 판의 세정을 방지한다.
DE 26 58 225 A1 호는 파열 박막을 갖춘 파이프라인들 및 컨테이너들용 안전 피팅에 관한 것이며, 이는 천공된 체-형(sieve-like) 지지체에 의해 작동 압력에 대해 견디도록 의도된다. 이런 목적을 위해, 지지체는 축 방향으로 복수의 평행한 보어들을 포함하며, 그 보어들을 통해서 파열의 경우에 유체가 통과한다. 보어들은 파열 판의 폐쇄된 밀봉 상태에서 세정을 방지한다.
GB 2 028 426 A 호는 파열 판을 갖춘 피팅을 설명하고 있다. 이런 피팅은 배출 파이프의 방향으로 파열 판의 뒤에 보어를 포함한다.
US 2010/305883 A1 호는 온도 센서가 배출 영역에 제공된 밸브를 설명하고 있다.
EP 0 789 822 A1 호는 지지부를 파이프 내측으로 돌출시키는 파열 판(13)을 갖춘 셀룰로오스 NMMO 혼합물들용 이송 파이프를 설명하고 있다.
US 5,337,776 호는 과잉 압력 릴리프 장치를 갖춘 열 교환기 라인에 관한 것이며, 여기서 파열 판은 운송된 액체에 의해서 파열 판의 플러싱(flushing)을 달성하기 위해서 파이프 벽의 내부와 동일 평면 상에 놓인다. 이러한 플러싱은 액체들 또는 운송된 액체의 다른 구성요소들이 침전되는 사 공간(dead space)들의 형성을 방지하도록 의도된다. 이러한 목적은 또한 EP 789 822 호에서 추구된다.
점성 및 열적으로 불안정한 또는 열적으로 민감한 재료들, 특히 단지 가열에 의해서만 액체 상태를 유지하고 냉각 중에 고형화(caking) 쪽으로 경향을 가지거나 침전물들을 유도하는 재료들의 운송을 위해서, 예를 들어 EP 789 822 호 및 US 5,327,776 호에서의 목적은 이들 재료들이 침전될 수 있는 파이프라인 내의 뒤에 설정되는 공간들(사공간들로서 지칭됨)을 방지하는 것이다. 파열 판들 전방의 침전물들은 파열 판의 기능적 용량(functional capacity)에 위험한 것으로서 간주되었으며, 위험한 과잉 압력들이 발생할 수 있다.
본 발명에 따라서, 사 공간들의 회피로 침전물들에 대해서, 파열 판들 또는 일반적으로, 밸브들을 포함한 과잉 압력 해제 구성요소들을 보호하기에 충분하지 않다는 것이 드러났다. US 5,337,776 호는 파열 박막이 파이프라인의 벽 내부와 동일 평면 상에 놓이도록 파이프라인 내에 설치된 파열 판이 구성되어야 함을 교시하고 있다. 이런 목적을 위해서, US 5,337,776 호에 따른 파이프라인은 스로우-고잉(through-going) 재료 매스 파이프뿐만 아니라 파이프의 서모스탯 재킷(thermostat jacket)이 중단되어야 하며 이질적인 서모스탯 제어 구역이 파이프라인 내에 존재하도록 설계 및 구성되어야 한다. 이러한 불만족스러운 서모스탯-제어 구역[파이프라인 중의 냉점(cold point)들]은 (셀룰로오스/물/NMMO 용액들과 같은)고온의 높은 점성 및 구조적으로 점성인 폴리머 재료들의 유동 거동에 비 호의적인 효과를 가진다.
US 5,337,776 호의 추가의 실질적인 단점은 특허 명세서에 설명된 파열 판이 원통형 지지체 상에 용접되어야 할 필요성을 갖는다는 사실에 있다. 파이프의 내부에 또는 파이프 벽에 파열 판의 동일 평면 상의 고정은 고가이며 전자 빔 용접 방법들에 의한 파열 판의 용접을 요구한다. 또한, 상업적으로 이용가능한 파열 판들이 사용될 수 없다.
본 발명의 목적은 이전 장치들의 단점들을 회피하고 파열 판 등과 같은 압력 릴리프 요소들의 사용을 수월한 방식으로 가능하게 하는 이용가능한 대안적인 압력 릴리프 장치들을 만들고자 하는 것이다.
본 발명은 연결 피스의 내부를 배출 라인으로부터 분리하는 과잉 압력 해제구성요소에 의해 점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절되는 연결 피스("피팅")을 제공한다. 과잉 압력 해제 구성요소는 외측 에지에 의해 배출 라인에 고정될 수 있다. 과잉 압력 해제 구성요소는 연결 피스 내의 미리조정된 과잉 압력의 존재하에서 유체 유동을 해제하도록 제공된다. 혼합 요소가 연결 피스의 내부에 제공될 수 있으며, 상기 혼합 요소는 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 유동 유동을 철저히 혼합한다. 유체 라인, 특히 열 교환기 라인의 내부를 배출 라인으로부터 분리하고 배출 라인의 외측 에지에 고정되는 과잉 압력 해제 구성요소에 의해 점성의 열적으로 민감한 유체를 운송하기 위한 과잉 압력 릴리프 장치가 따라서 이용 가능하게 만들어진다. 본 발명에 따른 연결 피스는 바람직하게 열 교환기 라인에 설치되며, 여기서 유체는 온도-조절된 방식으로 운송된다. 운송은 특히 1 내지 250 바(bar)의 범위의 상승 압력에 의해서 달성되며, 여기서 본 발명에 따른 연결 피스는 압력이 임계 레벨을 초과하자마자 과잉 압력을 릴리프하는 역할을 한다. 과잉 압력 해제 구성요소는 정상 작동 압력에서, 유체가 운송되는 연결 피스의 내부로부터 배출 라인을 분리하며 선택된 압력에서, 배출 라인을 자유롭게 함으로써 유체가 유출될 수 있도록 선택된다. 본 발명은 특허청구범위에 의해서 추가로 설명된다.
본 발명에 따른 연결 피스는 유체의 온도 제어를 가능하게 하도록 열 교환기 라인들 내로 운송되어야 하는 높은 점성의 및/또는 열적으로 불안정한 유체들을 운송하는데 특히 사용된다. 온도 제어는 또한, 본 발명에 따른 연결 피스에서 실시된다.
점성의 또는 온도-민감 유체들을 운송하기 위한 파열 요소들에 대한 이전의 문제점은 - 심지어 파열 요소들이 예를 들어, WO 94/28213 A1 호에 설명된 것과 같은 외부에서 온도-조절되는 열 교환기들의 내측으로 도입될 때조차도 - 유체 라인에서 야기되는 온도 변동들이었다. 따라서 이질성은 온도에서 - 뿐만 아니라 침전물들 또는 과잉 압력들에서 유도될 수 있는 유체들의 점성 프로파일에서 - 생긴다. 본 발명에 따라서, 연결 피스들은 파열 요소의 설치와 동시에 온도 및 점성의 균일성에 작용하도록 열-조절된다. 본 발명에 따른 장치들의 결과로써 과잉 압력 해제 구성요소들이 단지 파열 요소들만으로 제한되지 않으며, 오히려 예를 들어 과잉 압력 밸브들과 같은 다른 구성요소들이 또한 사용될 수 있음이 제시된다. 온도 조절은 연결 피스의 열 절연에 의해서 및/또는 가열 또는 냉각 요소(8)들에 의해서 이루어질 수 있다. 유체를 바람직한 온도로 유지하기 위해서, 액체 자체가 예를 들어, 마찰 손실들에 의해서 발생되는 운송을 위한 바람직한 열을 운반한다면 단지 간단한 열 절연만으로 충분할 수 있다. 연결 요소는 외부 열 절연에 의해서 연결 피스의 내벽들에서 균일한 열 분포가 생기도록 바람직하게, 충분한 열 용량을 갖는 열 전도성 재료의 솔리드 블록(solid block)이다. 바람직한 실시예들에서, 가열 또는 냉각 요소들, 예를 들어 내부를 바람직한 온도로 유지하는 열 캐리어 라인들이 제공된다.
가열 요소는 바람직하게, 연결 피스 내의 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에 제공된다. 그와 같은 요소에 의해서, 유체는 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 온도 조절될 수 있으며, 그 결과 고화 가능한 재료들의 경화가 회피되거나 유체의 점도가 낮아질 수 있으며 플러싱이 열 교환기 라인 내의 유체 유동에 의해서 또는 릴리프 보어에 의해서 달성될 수 있다. 가열에 의해서, 과잉 압력 해제 구성요소의 이전의 영역에 있는 유체에서 점도 차이들이 생기는 것을 방지하거나 유체들이 침전되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과로 열적으로 불안정한 유체들이 사용될 때 과잉 압력 해제 구성요소 이전에서 발열 반응 영역들이 생기지 않는다.
가열 요소는 전기 가열 요소, 유도 코일들 또는 가열 채널들을 포함할 수 있으며, 그 내부로 가열 매체가 이송될 수 있다. 대안으로, 그와 같은 채널들은 선택된 유체가 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 냉각되게 된다면 냉각 유체를 이송하는데 사용될 수 있다.
연결 피스의 온도 조절은 바람직하게, 90 ℃에서 셀룰로오스/NMMO/물과 같은 유체의 이송 중에, 연결 피스의 내부에서 최대 10 ℃, 바람직하게 최대 8 ℃, 최대 6 ℃, 최대 5 ℃, 최대 4 ℃, 최대 3 ℃, 최대 2 ℃, 최대 1 ℃의 온도 차이[온도 확산(spread)]가 연결 피스의, 과잉 압력 해제 구성요소를 포함한 벽 섹션들에서 발생하도록 조정된다.
연결 피스는 예를 들어, US 7,841,765 호에 설명된 것과 같은 혼합 요소를 포함할 수 있다. 본 발명은 특정 혼합 요소들에 제한되지 않으며, 오히려 다양한 혼합 요소들이 선택될 수 있으며, 상기 혼합 요소들은 열 교환기 라인들 내에 수용된다. 바람직하게 정적인 혼합 요소들에 대한 사용이 이루어진다. 혼합 요소는 특히, 연결 피스의 내부에서, 특히 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 유체 유동을 철처히 혼합해야 한다. 유체의 온도, 점도 및 압력 이질성들이 따라서 회피되는데, 이는 유체가 일정하게 혼합되고 균질화되기 때문이다. 혼합 요소들에 의해 발생되는 마찰 열은 연결 피스의 온도 조절을 통해서 제거된다. 표준 혼합 요소들은 예를 들어 WO 2009/000642 호에 설명된 것과 같은 정적인 혼합기들, 즉 내부적으로 온도-조절되는 정적인 혼합기들이다. 전술된 바와 같이, 고 점성 유체들이 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 냉각될 수 있기 때문에, 상이한 온도 및 점도 거동이 생기는 결과로써 차례로 유체의 상이한 유동 거동이 그로부터 초래된다. 그러므로 본 발명에 따라서, 혼합 요소는 양호한 관통류(through flow)가 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서, 즉 전체 연결 피스에서 또한 보증되는 분배 피스들 내측으로, 즉 과잉 압력 해제 구성요소의 영역 전반으로 어느 정도까지만 도입된다.
본 발명에 따라서, 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서의 유동에 주동적인 영향이 생기거나 강요되는 방식으로 연결 피스들이 설계되며 정적인 혼합 요소들의 설치가 수행되는 것이 특히 유리하다는 것이 입증되었다.
과잉 압력 해제 구성요소는 미리조정된 압력에서 파열되어 그에 따라 배출 라인을 자유롭게 하는 임의의 형상을 갖는 파열 요소, 바람직하게 파열 디스크일 수 있다. 따라서 유체는 과잉 압력의 존재하에서 배출 라인을 통해서 배출될 수 있어서, 유체 라인에 대한 손상이 생기지 않는다. 예정된 압력에서 개방하는 과잉 압력 밸브들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 일반적으로, 과잉 압력 해제 구성요소는 보통, 배출 라인을 차단하는 차단 요소, 예를 들어 디스크를 포함한다. 이러한 차단 요소는 예정된 과잉 압력의 존재하에서 예를 들어, 천공 또는 파열에 의해서 전환되거나, 변위되거나 제거 또는 개방되어서, 배출 라인에 대한 개방이 생긴다.
본 발명에 따른 전술한 대책들로 인해서, 이후의 설계 예들에서처럼 상업적으로 이용 가능한 파열 판들에 대한 사용이 또한 이루어질 수 있다. 파열 판들이 더 이상 파이프 벽의 일부, 즉 연결 피스인, 분배 피스의 일부가 아닌 방식으로 파열 판들은 유지 고정기구 내에 바람직하게 수용되고 열 교환기 라인의 색션 내에 위치된다. 특히, 파열 요소 또는 과잉 압력 해제 구성요소는 일반적으로 연결 피스의 내부로부터 뒤에 설정될 수 있다. 유체 유동으로부터 오프셋되는 내부의 영역이 따라서 생길 수 있다. 유체는 바람직하게, 혼합 요소에 의해 이러한 공간의 내측으로 이송되어서, 과잉 압력 해제 구성요소의 연속 접촉이 지나간 유체 유동에 의해 달성된다.
밸브들로서, 예를 들어, 바람직하게 스프링 또는 전단 고정 또는 버클링 로드에 의해 차단 위치에 유지되는 차단 요소를 갖춘 임의의 밸브들에 대한 사용이 이루어질 수 있다. 압력 효과 하에서, 스프링, 전단 고정 또는 버클링 로드가 제공되며, 그 결과로 차단 요소가 변위되며 배출 라인이 자유로와 진다. (예를 들어, US 4,724,857 호 또는 US 5,577,523 호로부터의)전단 고정들 및 버클링 로드들은 작동 중에 역전불가능한 변경들을 달성해서, 배출 라인은 압력의 후속 강하가 있을 때 개방 상태를 유지한다. 스프링 장전된 밸브는 압력의 강하가 있을 때 다시 폐쇄될 수 있다. 전단 고정의 경우에, 차단 요소에 연결되는 연동장치(linkage)가 마찰 저항에 의해 정위치에 고정된다. 과잉 압력은 마찰 저항을 극복할 수 있으며 연동장치에 의해서 차단 요소를 변위시킬 수 있다. 버클링 로드의 경우에, 압력 효과 하에서 구부러지는 연동장치(가요성 버클링)가 선택되며, 가요성 버클링에 대한 오일러 공식(Euler's formula)에 따라서 연동장치에 연결된 차단 요소의 변위를 허용한다.
연결 피스들은 예를 들어, 플랜지 조인트들, 클램핑 조인트들, 나사형 조인트들, 용접 조인트들에 의한 것과 같은, 유체 라인, 특히 열 교환기 라인에 다양한 형태들의 연결에 의해서 합체될 수 있어서, 열 교환기 라인, 즉 열 교환기 라인의 색션들 사이의 접합이 생성될 수 있다. 연결 피스들은 적합한 특수 강들, 보통 강들, 고 합금의 내화학성 강들, 다른 금속들 및 금속 합금들뿐만 아니라, 프로세스-내성(즉, 내화학성, 내열성 및 내압성)을 갖는 고-강도 플라스틱들로 제조될 수 있다. 온도 및 압력에 관하여 이들 연결 피스들을 설계하고 그러한 설계 및 제조에 연결 피스를 결합하는 것은 당업자의 재량에 달려 있다.
바람직하게, 충분한 유체의 퇴출을 보장하기 위해서 예정된 과잉 압력에서 대면적에 걸쳐서 파열되어 개방하는 파열 요소에 대한 사용이 이루어진다. 처음에 언급한 바와 같이, 적절한 특징들의 제공을 통해서 대면적에 걸쳐서 제어된 방식으로 파열 개방할 수 있도록 예정된 파괴 지점들을 포함하는 파열 요소들, 특히 파열 판들이 있다. 본 발명에 따라서, 모든 공지된 파열 요소들은 장치에 쉽게 고정될 수 있는데, 이는 파열 요소들이 용접에 의한 가열과 같은 역효과를 갖는 프로세스들에 의해서 영향을 받지 않기 때문이다. 특히, 파열 요소는 측면 경계부에 의해 고정된다. 본 발명은 파열 요소의 수월한 고정을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어 파열 요소는 배출 라인의 내벽의 유지 고정기구에 고정, 예를 들어 클램프 고정, 바람직하게 플랜지-장착될 수 있다. 파열 요소는 또한, 벽 구성요소로서 부분적인 보어(도 3a)의 형태로 배출 라인의 벽 내측에 삽입될 수 있다. 고정 요소, 예를 들어 플랜지 또는 클램핑 플랜지가 파열 요소를 고정할 목적을 위해 배출 파이프 내에 수용될 수 있다.
본 발명에 따라서, 대면적에 걸쳐서 파열하는 파열 요소들에 대한 사용이 이루어질 때, 점성의 열적으로 민감한 유체들의 운송 중에 사 공간들로 인해 단점들이 생기지 않는다는 것이 발견되었다. 과잉 압력과 파열 요소의 파열이 발생할 때 침전물들이 유체에 의해 쉽게 플러싱 제거된다. 바람직한 실시예들에서, 연결 피스의 내부로 향하는 파열 요소들의 면적, 즉 파열 판에 의해 분리된 중공형 공간들 사이의 노출 면적의 약 70%까지 파열 개방하는 파열 요소들에 대한 사용이 이루어진다. 추가의 또는 특히 바람직한 실시예들에서, 파열 판은 적어도 약 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 72%, 74%, 76%, 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96%, 98% 또는 100%까지 파열되며, 즉 파열 판에 의해 차단되는 총 면적은 과잉 압력의 존재 하에서 자유롭게 될 수 있다.
(임의의)파열 요소들의 사용과는 별개로, 본 발명에 따라서 밸브들 또는 일반적으로 과잉 압력 해제 구성요소들에 대한 사용이 이루어지는 것도 또한 가능하다. 밸브들을 포함한 과잉 압력 해제 구성요소들은 배출 라인의 내벽의 유지 고정기구에 고정될 수 있다. 과잉 압력 해제 구성요소들 또는 이들의 차단 요소들은 각각의 경우에 의도된 용례들에 적합한 치수를 가질 수 있다. 바람직하게, 이들은 과잉 압력의 존재 하에서 연결 피스의 내부로 향하는 이들의 면적의 적어도 약 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 72%, 74%, 76%, 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96%, 98% 또는 100%까지 자유로울 수 있다. 과잉 압력 해제 구성요소들 또는 이들의 차단 요소들은 연결 피스의 내부의 라인의 내벽에 대해 뒤에 설정되거나 그와 동일 평면 상에 구성될 수 있다. 동일 평면 상의 실시예는 밸브들의 경우에 특히 유리한데, 이는 파열 요소들의 고정을 위해 설계하는 것이 기술적으로 어려운 1 mm 미만의 영역에서조차도 사 공간들로부터의 완전한 자유가 가능하기 때문이다. 그러므로 밸브들의 파열 요소들의 형상은 사공간이 생기지 않도록 바람직하게, 연결 피스의 내벽과 동일 평면상으로 일치된다.
파열 요소의 배출 라인 및/또는 분리 구역의 횡단면은 바람직하게, 연결 피스의 내부의 유체 라인의 횡단면에 비교해서 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 또는 적어도 80%에 대응한다.
추가의 실시예들에서, 연결 피스 내의 과잉 압력의 존재 하에서 파열 요소가 파열 스파이크 또는 블레이드에 대해 가압되고 따라서 파열 개방하는 방식으로 절단 요소, 예를 들어 (파열)스파이크 또는 블레이드가 배출 라인 내에 위치될 수 있다. 이는 - 예정된 파괴 지점들과 같은 대면적에 걸쳐 파열 개방하기 위한 이들 자신의 특징들 없이 - 특히 간단하고 선호적인 파열 요소들의 사용을 허용한다. 파열 판이 과잉 압력의 존재 하에서 가압되는 스파이크 또는 블레이드에 의해서, 심지어 가장 간단한 파열 판들이 대면적에 걸쳐서 파열 개방될 수 있다. 점성 유체들의 운송 중에 확립되는 압력에 따라서 당업자는 이들 자체의 간단한 수단에 의한 "파열 개방"을 증명할 수 있다.
파열 요소는 바람직하게, 파열 판이다. 추가의 파열 요소들은 둥글거나, 타원형이거나, 원형이나, 정사각형이나 다각형(특히 정다각형)으로 구성될 수 있다. 대체로, 파열 요소는 평탄한 판들을 포함한다. 간단한 파열 요소들은 판금으로부터 쉽게 펀칭 아웃(punched out) 될 수 있다.
파열 요소는 평탄하거나 구부러질 수 있다. 특정 실시예들에서, 파열 요소는 연결 피스 또는 대향 구역의 내부 쪽으로 중심으로 구부러질 수 있으며, 즉 연결 피스의 내부의 방향으로 오목하거나 볼록하다. 그 곡률은 (과잉)압력에 의해 증가될 수 있으며, 이는 파열 스파이크 또는 블레이드에 대한 파열 또는 가압을 유도한다. 바람직한 실시예들에서, 블레이드는 블레이드 크로스의 형태로 제공된다. 볼록한 곡률들의 경우에, 그 곡률은 압력의 가함에 의해 역전될 수 있으며 파열을 달성하는 파열 요소 내의 응력을 유발할 수 있다.
보어는 바람직하게, 과잉 압력 해제 구성요소와 연결 피스의 내부 사이에 제공된다. 이러한 보어는 내부 공간의 제어된 압력 릴리프 또는 온도나 압력 제어를 위해 사용될 수 있다. 분배 피스인 본 발명에 따른 연결부에는 압력 및 온도가 검사되고, 제어되고 모니터링되도록 대응 보어들이 제공될 수 있다. 고도로 민감한 폴리머 재료들(예를 들어, 셀룰로오스, 아민 산화물 및 물을 포함하는 셀룰로오스 용액들)의 이송을 위해서, 본 발명에 따라 부가의 보어가 이러한 연결 피스 내에 또한 제공됨으로써, 폴리머 재료의 품질이 용액의 준비로부터 시작하여 용액 점도 및 스피닝(spinning) 화합물 조성 그리고 분해 거동에 관해 스피닝 화합물의 품질에 대해 차례로(section by section) 처리할 때까지 제어될 수 있는 유리함이 또한 입증되었다. 그러므로 보어가 샘플링 보어일 수 있다. 따라서, 샘플링 지점을 유체 라인에 직접적으로 합체하는 것이 불필요하다. 샘플링 지점이 제공되면, 샘플을 취한 이후에 샘플링 채널 내에 잔류 재료가 존재하지 않는 방식으로 특별히 설계된 샘플링 밸브를 구성할 수 있는데, 이는 상기 잔류 재료가 주 유동 뒤쪽으로 강요되기 때문이다.
특정 실시예들에서, 이러한 보어는 과잉 압력 해제 구성요소 바로 전에 제공된다. 보어는 예를 들어, 샘플링을 위해 과잉 압력 해제 구성요소 이전의 침전된 점성 유체들을 운반하는데 또는 그의 온도나 압력을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 바람직한 실시예들에서, 보어는 온도 및/또는 압력 센서를 포함한다. 온도 또는 압력 센서들은 설정점 온도 또는 설정점 압력으로부터의 이탈들의 경우에 보어를 통해 유체를 배수하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 배수는 연속적으로 또는 산발적으로 수행될 수 있다. 이런 목적을 위해, 해제 보어는 바람직하게 폐쇄가능한 밸브를 포함한다.
본 발명에 따른 연결 피스는 바람직하게, 파이프들의 연결을 위한 연결 요소의 형태로, 특히 완전 조립된 솔리드 블록의 형태로 이용가능하게 만들어질 수 있다. 연결 피스는 예를 들어, 반응장치들, 펌프들, 압력 용기들, 필터들, 열 교환기 라인들, 열 교환기들, 및/또는 압출기들의 장치 연결에 사용될 수 있다.
과잉 압력 해제 구성요소, 예를 들어 파열 요소 또는 밸브는 강, 특수 강, 세라믹, 소결 금속들, 알루미늄, 플라스틱, 비철 금속들 또는 귀 금속(precious metal)들과 같은 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 바람직한 재료들은 모든 철들, 철 합금들, 크롬-니켈 강들, 니켈 강들[예를 들어, 하스텔로이 재료들(Hastelloy materials)], 티타늄, 탄탈륨, 실리콘 카바이드, 글라스, 세라믹, 금, 백금 및 또한 플라스틱들이다. 특정 재료들은 고 몰리브덴 함량을 갖는 합금들이거나, 내 피팅 및 균열 부식성(resistance to pitting and crevice corrosion)을 위한 니켈, 크롬 및 몰리브덴 합금들 또는 고 인장 강도를 갖는 니켈-구리 합금들이다. 재료 예들은 하스텔로이 C(고 내식성), 하스텔로이 B(석출-경화 고온 합금), 인코넬(Inconel)(석유화학 용례들에서의 내 응력 부식 균열성), 인코로이(Incoloy)(산화 및 탄화에 대하여 그리고 고온에 대한 내성뿐만 아니라 고 강도), 모넬(Monel)(고 인장 강도, 내식성)이다.
바람직한 실시예들에서, 과잉 압력 해제 구성요소는 예를 들어, 적합한 재료들 또는 재료 두께와 치수들을 선택함으로써, 적어도 40 바 내지 1000 바, 바람직하게 적어도 50 바, 적어도 70 바, 적어도 100 바, 적어도 200 바, 적어도 300 바, 적어도 400 바, 적어도 500 바, 적어도 600 바, 적어도 700 바, 적어도 800 바의 고압에서 연결 요소를 통한 유체들의 운송을 위해 제공된다. 추가의 실시예들에서, 과잉 압력 해제 구성요소는 최대 1000 바까지, 바람직하게 60 바까지, 80 바까지, 120 바까지, 250 바까지, 350 바까지, 450 바까지, 550 바까지, 650 바까지, 750 바까지, 900 바까지의 고압에서 연결 요소를 통한 유체들의 운송을 위해 제공된다.
본 발명은 본 발명에 따른 과잉 압력 해제 구성요소를 갖춘 연결 피스 또는 과잉 압력 릴리프 장치가 할당된, 연결 피스를 통한 점성 유체를 운송하기 위한 방법을 추가로 제공한다. 본 발명은 특히 열 교환기 라인을 통한 점성 유체의 운송 동안 또는 운송 중에 본 발명에 따른 연결 피스 또는 본 발명에 따른 과잉 압력 릴리프 장치를 열 교환기 라인에 사용하는 것에 관한 것이다. 연결 요소는 예를 들어, 점성 유체의 운송을 위한 열 교환기 라인의 개개의 구성요소들 사이에 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한, 연결 피스를 포함하는 열 교환기 라인을 통해 점성 유체를 이송하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 연결 피스는 과잉 압력 릴리프 장치의 두 개의 중공형 공간들을 분리하는 과잉 압력 해제 구성요소를 포함하며, 하나의 중공형 공간은 연결 피스 또는 열 교환기 라인의 내부에 연결되며, 과잉 압력 해제 구성요소는 내부에 과잉 압력이 있을 때 개방을 자유롭게 함으로써, 과잉 압력 릴리프 장치의 중공형 공간들 사이로 유체 유동이 발생한다.
점성 유체는 바람직하게 열적으로 불안정하다. 열적으로 불안정한 유체들은 셀룰로오스 아민 산화물 용액들, 특히 3차(tertiary) 아민 산화물과 물의 용액들과 같은 셀룰로오스 용액들이다. 그와 같은 용액들은 예를 들어, 갈산 프로필에스터(propylester)와 같은 안정제와는 별개로, 소다 액(soda lye)과 같은 유기 염기 또는 무기 염기를 함유할 수 있다. 게다가, 그와 같은 셀룰로오스/아민 산화물 및 물 용액들은 또한, 소위 합체제(incorporation agent)들인 제품-변경 첨가제들을 함유할 수 있다. 아민 산화물 시스템에서 생성되는 셀룰로오스 용액들은 이들이 냉각될 때 결정화하나 약 72 ℃ 내지 75 ℃의 온도에서 용융될 수 있는 것을 특징으로 한다. 일 예는 EP 789 822 호에 설명된 바와 같은 셀룰로오스-NMMO 용액이다. 유체는 상이한 농도들을 갖는 수성 아민 산화물 용액일 수 있다. 열적으로 불안정한 유체들은 연결 피스 또는 열 교환기 라인을 통한 운송 중에 온도 증가의 위험이 있는 것들이다. 온도 증가들은 예를 들어, 발열 반응들, 특히 화학적 반응들으로 인해, 또는 고 점성 유체들의 운송 중의 마찰 열로 인해 발생할 수 있다. 추가의 유체들은 특히 고화가능한 유체들, 특히 폴리머들, 폴리카보네이트들, 폴리에스터들, 폴리아미드들, 폴리락트 산, 폴리프로필렌 등과 같은 "핫 멜트(hot melt)들"이다. 유체는 틱소트로픽 유체(thixotropic fluid), 특히 스피닝 용액일 수 있다. 특정 유체들은 적어도 약 40 ℃, 적어도 50 ℃, 적어도 55 ℃, 적어도 60 ℃, 적어도 65 ℃, 적어도 70 ℃, 적어도 75 ℃의 용융 온도를 가진다. 유체는 적어도 약 40 ℃, 적어도 50 ℃, 적어도 55 ℃, 적어도 60 ℃, 적어도 65 ℃, 적어도 70 ℃, 적어도 75 ℃, 적어도 80 ℃, 적어도 85 ℃, 적어도 90 ℃, 적어도 95 ℃의 예시적인 온도들에서 이송될 수 있다. 연결 피스는 - 예를 들어, 선택된 온도 조절 수단에 따라서 - 용융 온도들 위에서 이들 유체들의 운송을 위해 설계된다. 유체의 영점 전단 점도(zero shear viscosity)는 바람직하게, 100 내지 15,000 Pas 범위, 특히 500 내지 10,000 Pas 범위이다.
과잉 압력 해제 구성요소 또는 차단 요소 또는 파열 요소는 바람직하게, 의도된 유체 유동들(또는 압력들)에 따른 치수를 가진다. 과잉 압력 해제 구성요소 또는 차단 요소 또는 파열 요소의 면적은 바람직하게, 운송된 유체의 kg 당 0.01 내지 0.4 ㎟, 특히 kg 당 0.02 내지 0.3 ㎟이다.
본 발명은 본 발명의 이들 특정 실시예들에 제한됨이 없이 다음의 도면들과 예들에 의해 추가로 예시된다.
도 1 및 도 2는 지나가도록 유도되는 할당된 유체 라인(3) - 여기서 그 유체 라인은 구부러진 상태로 도면의 평면으로부터 밖으로 유도되도록 제공됨 -을 갖춘 파열 판(2) 형태의 파열 요소, 파열 판이 그의 에지(5)에 고정되는 배출 라인(4), 보어(6), 파열 스파이크(7) 및 가열 라인(8)을 갖춘 본 발명에 따른 연결 피스(1)들을 통한 횡단면도를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 파열 요소들, 즉 벽 블록으로부터 드릴링에 의해 선삭된(turned) 파열 판(도 3a), 강요된 점진적인 부풀어오름에 의해 파열되는 오목한 파열 판(도 3b), 및 파열 블레이드를 갖춘 파열 판(도 3c)을 도시한다. 파열 판(도 3b 및 도 3c)은 클램핑에 의해 에지에 고정된다.
도 4a 및 도 4b는 두 개의 열 교환기(9)들을 연결하는 본 발명에 따른 연결 피스(1), 및 WO 2009/000642 호에 따른 혼합 요소(10)들을 또한 갖춘 두 개의 횡단면도를 도시한다.
도 5a 내지 도 7b는 폐쇄 위치(도 5a, 도 6a, 도 7a) 및 개방 위치(도 5b, 도 6b, 도 7b)에 차단 판(2)들을 갖춘 상이한 밸브들을 구비한 본 발명에 따른 연결 피스(1)들을 통한 횡단면도들을 도시한다. 유체 라인(3) 및 배출 라인(4) 그리고 배출 라인(8)들이 또한 도시되어 있다. 차단 판(2)은 전단 링(10)(도 5a 및 도 5b) 또는 스프링(11)(도 6a 및 도 6b) 또는 유지 고정기구(12)(도 7a 및 도 7b)에 의해 고정되는 연동장치(9)에 연결되며, 고정기구는 실시예에서 버클링 로드이며, 여기서 과잉 압력의 효과 하에서 변위가 발생한다.
예 1 :
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 연결 피스가 본 예에 따라 사용된다.
이러한 형태에서, 두 개의 열 교환기 라인들(각각 길이 3 m)이 연결 피스에 의해 연결된다. 연결 피스로부터 떨어지게 유도되는 배출 라인(4)이 제공되며, 상기 배출 라인은 열 교환기 라인들을 통해 이송되는 유체의 규칙적인 유동로 내에 놓이지 않으나 그와 접촉하게 된다. 파열 판(2)은 정상 작동 중의 배출을 방지한다. 임계 과잉 압력의 존재 하에서, 파열 판은 절단 블레이드 크로스(7)에 대해 가압되며, 그에 의해 파열되며, 그 결과로 배출 라인이 유체의 배출을 위해 해제된다.
규칙적인 간격들로, 파열 판 및 유체의 샘플들이 릴리프 보어(6)를 통해 취해지기 이전에 압력 및 온도가 센서들에 의해 체크된다. 혼합 요소(10)는 유체의 온도, 점도 및 압력 균등화를 달성한다. 열 교환기들 및 연결 피스의 내경은 108 mm가 된다.
작동 중에, 이러한 요소는 90 ℃의 온도 및 30 바의 압력에서 셀룰로오스-NMMO-물 용액(셀룰로오스 12.9%, NMMO 76.3%, 물 10.8%, 모두 중량% 임)에 대해 테스트되었다. 상기 용액은 압력 하에서 펌프에 의해 제 1 열 교환기의 내측으로 도입되었다. 필터는 라인 내의 압력을 유지하기 위해서 제 2 열 교환기의 단부에 위치되었다.
불규칙적인 온도들 및 압력들은 시험 작동 중에 온도 및 압력 센서(6)들에서 확인될 수 없었다. 파열 판은 100 바의 모의(simulated) 과잉 압력에서 파열되며, 그 결과로 압력은 정상 작업 압력 미만으로 떨어진다.
유체 샘플들은 릴리프 보어(6)에서 규칙적인 간격들로 취해졌으며, DSC 분석에 의해서 이들의 열적 안정성에 대해 검사되었고 "새로운" 셀룰로오스-NMMO-물 용액의 안정성과 비교되었다. 심지어 여러 날들의 가동 시간 이후에도, 파열 판의 영역에 있는 셀룰로오스-NMMO-물 용액의 열적 안정성의 감소가 "새로운" 용액과 비교하여 확인되지 않았다.
예 : 2
다음 조성을 갖는 스피닝 용액으로서 사용하기 위한 폴리머 용액은 스피닝 용액 제조로부터 스피닝 용액을 스피닝 기계 내에서 처리할 때까지 분배 피스들로서의, 본 발명에 따른 연결 피스들 및 열 교환기들을 포함하는 열 교환기 라인 시스템을 통해 전달되었다.
MoDo Crown Dissolving-DP 510-550 및 Sappi Saiccor DP 560-580 형태의 셀룰로오스들의 혼합물을 포함하는 스피닝 화합물이 다음의 조성 : 셀룰로오스 12.9%, 아민 산화물 (NMMO-N-메틸모르폴린-N-산화물) 76.3%, 물 10.8%로 연속적으로 제조되었다.
그 용액의 준비는 수성 효소 전-처리 이후에 이루어졌으며 현탁액의 준비는 97 ℃ 내지 103 ℃의 온도의 반응 용기 내에서 진공 하에 과잉 물의 증발에 의해 수행되었으며, 반응 용기를 통해 연속적인 유동이 통과하였다. 공지된 안정제들이 용매 NMMO/물을 안정화하기 위해 첨가되었다. 셀룰로오스 용액의 안정화는 갈산 프로필에스터에 의해 공지된 방식으로 이루어졌다. 그 용액의 안전-성향의 준비(safety orientated preparation)를 위해서, 중 금속 이온 함량이 제어되었으며 (금속 이온들 및 비철 금속 이온들의)총 매개변수로서의 10 ppm의 값이 초과되지 않았다.
준비된 용액의 밀도는 실온에서 1200 kg/㎥가 된다. 셀룰로오스 재료 혼합 구성요소들에 의해 조절되는 스피닝 화합물의 영점 전단 점도는 75 ℃에서 측정될 수 있으며 최대 15,000 Pas가 된다. 스피닝 프로세스에서 선택된 프로세싱 온도에 따라서, 영점 전단 점도가 500 내지 15,000 Pas 범위에서 변할 수 있다. 스피닝 용액의 구조적 점성 거동으로 인해, 점도는 선택된 프로세싱 온도에 따라서 스피닝 전단률들에서 100 Pas 미만의 범위로 떨어지며 또한 스피닝 용액 내의 셀룰로오스 농도에 따라서 변한다.
온도 측정 및 점도 측정의 목적을 위해, 폴리머 재료가 통과 중에 샘플링 개구들의 연결 피스들 상에서 샘플링되었으며, 연결 피스에 제공된 파열 판은 파열 면적의 ㎟ 당 특정 처리율을 위한 크기를 가진다.
분배 피스를 통한 샘플링 개방 폴리머 재료kg/ 파열판 면적㎟의 치수를 갖는 파열판 사양 온도 ℃ 온도 편차, 단위 ± ℃ 90 ℃에서 점도(
Figure pct00001
), 단위 Pas 		90 ℃ ±에서 점도 편차(
Figure pct00002
), 단위 Pas
반응기 0.11 101.5 2.4 1270 98
열 교환기 이후 0.08 96.5 0.8 2080 85
필터 이후 0.05 97.3 1.3 1550 73
펌프 분배 이후 0.15 95.8 0.9 2200 67
분배 스피닝 기계 0.04 91.5 1.1 3650 54
온도 및 점도에 대한 편차들은 10 번의 개별 측정들과 그 평균값을 취함으로써 확인되었다.

Claims (15)

  1. 연결 피스의 내부를 배출 라인(4)으로부터 분리하고 외측 에지(5)에 의해 배출 라인에 고정되는 과잉 압력 해제 구성요소(2)에 의해 점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스(1)에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소는 미리조정된 과잉 압력의 존재하에 배출 라인을 자유롭게 하기 위해서 제공되며 상기 연결 피스의 내부에 혼합 요소가 제공되며, 상기 혼합 요소는 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에서 유체 유동을 철저히 혼합하는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소는 연결 피스의 내부로부터 뒤에 설정되는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소는 파열 요소, 바람직하게 파열 판 또는 과잉 압력 밸브인 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    과잉 압력의 존재하에서, 과잉 압력 해제 구성요소는 연결 피스의 내부를 향하는 그의 면적의 대면적인, 적어도 70%를 자유롭게 하는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 피스는 연결 피스의 열 절연에 의해서 및/또는 가열 또는 냉각 요소(8)들에 의해서 온도-조절될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소 이전에, 바람직하게 상기 과잉 압력 해제 구성요소 직전에, 연결 피스의 내부로부터 유체를 샘플링하기 위한 보어(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게 파열 판의 직전에 온도 및/또는 압력 센서를 수용하기 위한 보어(6)를 가지며, 상기 보어는 선택적으로, 연결 피스의 내부로부터 유체를 동시에 샘플링하는데 적합한 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 보어는 폐쇄가능한 밸브인 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소는 파열 요소이며, 연결 피스 내의 과잉 압력의 존재 하에 상기 파열 요소가 절단 요소에 대해 가압되고 그에 따라 파열 개방되는 방식으로 절단 요소, 바람직하게 파열 스파이크(7) 또는 블레이드가 배출 라인 내에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소는 연결 피스의 내부의 방향으로 중심으로 구부러지는, 바람직하게 볼록 또는 오목하게 구부러지는 파열 요소인 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 열 캐리어 채널(8)이 과잉 압력 해제 구성요소의 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과잉 압력 해제 구성요소는 배출 라인의 내벽의 유지 고정기구에 클램프 고정, 바람직하게 플랜지-장착되는 것을 특징으로 하는,
    점성 유체를 운송하기 위한 온도-조절 연결 피스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 연결 피스를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열 교환기 라인을 통해 점성 유체를 운송하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 점성 유체는 열적으로 불안정한 것을 특징으로 하는,
    열 교환기 라인을 통해 점성 유체를 운송하는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 점성 유체는 셀룰로오스 용액인 것을 특징으로 하는,
    열 교환기 라인을 통해 점성 유체를 운송하는 방법.
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