DE2421563A1

DE2421563A1 - Ueberdruckeinrichtung fuer eine hochdruckanlage

Info

Publication number: DE2421563A1
Application number: DE2421563A
Authority: DE
Inventors: Jun Albert Quincy Butler; Robert Maxwell Douglas; Hugh Joseph Thibodeaux
Original assignee: Dart Industries Inc
Current assignee: Dart Industries Inc
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1974-05-03
Publication date: 1974-11-28
Also published as: GB1444475A; JPS589305B2; DE2421563C3; US3902515A; BE814526A; JPS5015123A; DE2421563B2; FR2296804A1; CA1006415A

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - DIpI.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

PATENTANWÄLTE

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8 MÜNCHEN 2.

BRÄUHAUSSTRASSE 4

DART INDUSTRIES INC., P.O. BOX 37, PARAMUS· NEW JERSEY 07652 / USA

Überdruckeinrichtung für eine Hochdruckanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ablassen des Druckes in einem Kessel einer Hochdruckanlage. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Überdruckeinrichtung mit einer verbesserten B>ruchscheibe.

In verschiedenen Prozessen tritt eine Reaktion in einem . abgeschlossenen Kessel bei relativ hohem Druck auf. Beispiels-

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weise wird bei bestimmten Polymerisationsprozessen ein Autoklav-Reaktorkessel verwendet, der unter Dauerdrücken

bis zu 28OOkg/cm arbeiten muss. Um das Risiko eines Unglücks, welches mit dem Durchgehen eines Prozesses verbunden ist, wenn der Druck im Kessel rasch in eine gefährliche, selbstzerstörerische Höhe gelangt, zu verringern, wurden Überdruckeinrichtungen vorgesehen, die automatisch den Druck innerhalb des Kessels ablassen, wenn der Schwellwert eines gefährlichen Druckes erreicht ist. Eine bekannte Überdruckeinrichtung enthält eine Bruchscheibe, längs welcher ein Druckunterschied herrscht. Eine erste Oberfläche der Scheibe ist dem Innendruck des Kessels ausgesetzt, während ihre gegenüberliegende Oberfläche einem relativ niedrigeren Druck, wie z.B. dem atmosphärischen Druck, ausgesetzt ist. Wenn der Druckunterschied an der Scheibe einen Betriebswert um einen vorherbestimmten Betrag überschreitet,~ so bricht die Scheibe mechanisch auseinander und öffnet den Kessel zum niedrigeren Druck hin.

In der Praxis ist es wünschenswert, dass ein Druckkessel über einen Bereich von Drücken, beispielsweise zwischen

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1400 kg/cm bis 2500 kg/cm , arbeitet, abhängig vom Produkt oder dem Material, das hergestellt werden soll. Die allgemeine Charakteristik des Durchgehens einer Reaktion in einem Kessel, der eine Bruchscheibe verwendet, hat jedoch den Betrieb auf einen relativ engen Bereich von Drücken einge-r engt. Es wurde erkannt, dass der Druckanstieg in einem durchgehenden Reaktorkessel sehr rasch sein kann und der Kessel zerstört werden kann, wenn nicht der Druckunterschied, bei dem die Scheibe zerbricht, so bestimmt wird,

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dass er wesentlich grosser ist als der gewünschte Arbeitsdruck. Ein Sicherheitsfaktor von dieser Grössenordnung stellt das Ansprechen der Scheibe auf den wachsenden Druck sicher, bevor zerstörerische Höhen erreicht werden.

Während Hochdrucksysteme, welche Überdruckscheiben mit Sicherheitsfaktoren verwenden, einen relativ befriedigenden Betrieb ermöglichen, so machten es die relativ niedrigen Druckunterschiede zwischen Betriebsdruck des Kessels und Brechdruck der Scheibe undurchführbar, den Kessel über einen Bereich von verschiedenen Betriebsdrücken ohne Ersetzen der Bruchscheibe gegen eine andere Bruchscheibe, die für den gewünschten neuen Betriebsdruck geeignet ist, zu betreiben. Ein derartiger Wechsel der Bruchscheibe machte deshalb ein Ablassen des Druckes und ein Leerlaufenlassen des kompletten Systems ebenso wie ein Ablassen nach einem Wechsel der Bruchscheibe, um Luft aus der Einheit herauszulassen, nachdem sie der Atmosphäre ausgesetzt gewesen war, notwendig. Dies bringt eine relativ lange Liegezeit der Anlage mit sich, was wegen der verlorenen Produktionszeit kostspielig ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb,' eine verbesserte Überdruckeinrichtung für eine Hochdruckanlage zu schaffen.

Dabei soll eine verbesserte Art einer Bruchscheibe für eine Überdruckeinrichtung für ein Hochdrucksystem geschaffen werden.

Die Brüchscheibe soll zum Betrieb über einen weiten Bereich

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von Betriebsdrücken in einer Hochdruckanlage geeignet sein.

Es soll nicht mehr notwendig sein, eine Scheibe gegen eine andere zu ersetzen, wenn der Betriebsdruck geändert wird.

Xn obereinStimmung mit den allgemeinen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung enthält eine Hochdruckanlage einen Reaktorkessel, der zum Betrieb bei relativ hohen Drücken ausgelegt ist, eine Bruchscheibe mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche der Bruchscheibe dem Innendruck P_v des Kessels ausgesetzt ist, und eine Einrichtung zur Bildung eines variablen Drucks P an der zweiten Oberfläche der Bruchscheibe.

In Verbindung mit weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist eine zweite Bruchscheibe mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche vorgesehen. Die erste Oberfläche der ersten Bruchscheibe ist dem Innendruck P.. des Kessels, und die erste Oberfläche der zweiten Scheibe ist dem relativ niedrigeren Druck P ausgesetzt. Zur BiI-

dung eines variablen, dazwischen liegenden Drucks P_n an den zweiten Oberflächen der Bruchscheiben sind weitere Einrichtungen vorgesehen.

In Übereinstimmung mit weiteren Eigenschaften der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzeugung eines dazwischenliegenden Druckes P an den zweiten Oberflächen der ersten und zweiten Scheiben so ausgelegt, dass dieser dazwischen-

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liegende Druck derart automatisch variiert, um längs der ersten Scheibe einaiDruckunterschied Δρ von im wesentlichen konstantem Betrag aufrechtzuerhalten, wenn der Betriebsdruck P_vo des Kessels vom vorherbestimmten Niveau auf ein anderes, vorbestimmtes Niveau geändert wird. Es sind weiterhin Mittel zum Anzeigen eines unerwünschten und überhöhten Ansteigens des Innendrucks P_v des Kessels über das Betriebsdruckniveau P_v_ und zum Begrenzen des dazwischenliegenden Druckes (Zwischendruckes) P_ zu einem vorherbestimmten Wert vorgesehen, wenn der Kesseldruck ansteigt. Der Druckunterschied ΛP darf in diesem Fall ansteigen und verursacht das nachfolgende Zerbrechen der ersten und zweiten Scheiben und den Abfall des inneren Kesseldrucks, bevor eine Zerstörung des Kessels auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hochdruckreaktoranlage mit einer Überdruckeinrichtung, welche in Übereinstimmung mit Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 2 ein detailliertes Blockdiagramm einer Drucksteuerungseinrichtung, welche in der Anlage von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 ist ein vergrösserter Schnitt, der eine Bruchscheibeneinrichtung zeigt, welche bei der Überdruckanlage von Fig. 1 benützt wird, und

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Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines Teiles einer Druckvers tärkerpumpe.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung für einen Hochdruckprozess gezeigt, beispielsweise für einen Äthylen-Polymerisationsprozess, der einen Reaktorkessel 10 verwendet. Ein Material wird in den Kessel bei relativ hohem Druck eingeführt und die im Kessel 10 stattfindenden Reaktionen finden bei relativ hohem Druck statt. Der Kessel ist entsprechend so auf-

2 gebaut, um Drücken, welche bis zu 2800 kg/cm betragen können, zu widerstehen.Das Beschickungsmaterial, wie Äthylen, wird dem Reaktor durch die Eingangsleitung 12 zugeführt. Die Reaktionsprodukte können aus dem Kessel durch eine Auslassleitung 14 abgeführt werden, die in einem Auslassblock 16 des Kessels vorgesehen ist. Die Kenntnis des Reaktionsprozesses und Steuerung der Beschickung, welche den Druck ändert, gestattet das Vorherbestimmen des Betriebsdruckes P_vo des Kessels. Der Betriebsdruck P„_Q kann in kontrollierter Weise durch das Wechseln der Betriebsparameter des Prozesses, des Beschickungsmaterials oder durch Ändern des Reaktionsprozesses selbst, geändert werden.

Der Kessel ist vor Durchgeh-Reaktionen und Selbstzerstörung durch eine Bruchscheiben-Überdruckeinrichtung geschützt, welche eine erste Bruchscheibe 18 enthält, die am Auslassblock des Kessels angebracht ist, und eine erste Oberfläche 20, welche dem Innendruck P_v des Kessels ausgesetzt ist, aufweist. Eine Einrichtung dient dem Erzeugen eines variablen Druckes P_Q an der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche 22 dieser Scheibe. Obwohl die Scheibe 18 eine vorherbestimmte Bruch- oder Berstdruckcharakteristik

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aufweist, kann sie über einen Bereich' von Kess.elbetriebsdrücken P_v_ verwendet werden, wobei an der Oberfläche 22 ein Druck P_Q vorgesehen ist, der derart variiert, um einen Druckunterschied ΔΡ_β längs der Scheibe 18 aufrechtzuerhalten, der im wesentlichen konstant bleibt, wenn der Betriebsdruck P_v_ sich vom ersten Niveau zu einem anderen Niveau ändert. Der Druck P _Q wird in kontrollierter Weise beispielsweise dann geändert, wenn ein Wechsel von einer Prozessreaktion zu einer äderen stattfindet. Eine Einrichtung ist sowohl für das Elnschliessen eines Fluid, das den Druck P- an der Oberfläche 22 .verursacht, und zum öffnen des Kessels 1O, wenn die Scheibe 18 während einer Durchgeh-Reaktion zerbricht, vorgesehen. Die gezeigte Einrichtung enthält eine zweite Scheibe 24, ein Rohr 23, das sich zwisehen den Scheiben 18 und 24 erstreckt, und ein Öffnungsrohr 26. Eine erste Oberfläche 28 der Scheibe 24 ist dem

öffnungsdruck P , wie dem atmosphärischen Druck, ausgea

setzt, während die zweite Oberfläche 30 dem Zwischend. ck P ausgesetzt ist, der ebenfalls an der Oberfläche 22 der Scheibe 18 anliegt. Der Zwischendrück P wird an den Oberflächen der Scheiben 18 und 24 durch ein Fluid, wie synthetisches öl, gebildet, das von einer Versorgungsquelle 32 hergeleitet wird und unter Druck durch eine Pumpe 34 über eine Leitung 36 und ein Rohr 23 an die zweiten Oberflächen"der Scheiben 18 und 24 transportiert wird. Der Zwischendruck P_Q kann sich automatisch ändern, erhöht sich durch den Betrieb der Pumpe 34 und erniedrigt sich durch den Betrieb eines Druckablassventils 40, das zwischendie Leitung 36 und die Fluidversorgungsquelle 32 gekoppelt ist. Wie später mehr detailiert beschrieben werden wird, steigt der Druck P_Q durch den Betrieb der Pumpe

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34 automatisch an, wenn der Betriebsdruck P innerhalb des Kessels 10 anwächst/ und wird durch den Betrieb des Ventils 40 automatisch verringert, wenn der Betriebsdruck P innerhalb des Kessels 10 abnimmt.

Eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Bruchscheibe 18 über einen relativ weiten Bereich von Betriebsdrücken, wobei die Scheibe eine vorherbestimmte Bruch- oder Berstdruckcharakteristik aufweist. Wie vorher beschrieben, weist die Bruchscheibe eine Berstcharakteristik auf, wobei der Berstdruck in etwa 120 % des Kesselbetriebsdrucks P_vn beträgt. Die Druckscheibe 18 wird so ausgewählt, um diese gewünschte Berstcharakteristik für Betriebsdrücke nahe dem relativ unteren Ende des Bereiches für die Kesselbetriebsdrücke zu erzeugen. Bei diesem niedrigen Betriebsdruck ist der Zwischendruck P im wesentlichen nahe dem öffnungsdruck P_ und ein Druck-

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unterschied ^Pq/ der längs der Scheibe 18 unter diesen Bedingungen herrscht, ist gleich dem niedrigsten Betriebsdruck des Kessels. Wenn der Betriebsdruck P_VQ des Kessels zu einem höheren Betriebsniveau anwächst, so erhöht sich der Druck P_n automatisch, um den Druckunterschied ^P_n im wesentlichen über dem Bereich der Arbeitsdrücke konstant zu halten, wobei der Bruch der Scheibe 18 verhindert wird. Wenn in ähnlicher Weise der Arbeitsdruck P _ von einem relativ hohen Niveau verringert wird, so verringert sich der Druck P_Q automatisch, um den Druckunterschied χΔΡ_ konstant zu halten. Die Reglereinrichtung für den Zwischendruck erfüllt automatisch die Bedingung: AP_n = P_vn - P_n = k, so lange kein Durchgehen des Kessels angezeigt ist. Zu diesem

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Zeitpunkt wird jedoch ein weiteres„Anwachsen von P verhindert, so dass Λ-Scheibe verursacht.

hindert, so dass Λ^ρ _η anwachsen kann, und das Brechen der

Der Zwischendruck P_Q wird automatisch geändert, um sich den gewünschten Änderungen im Kesselbetriebsdruck P durch eine Drucksteuerungseinrichtung anzupassen. In Fig. 1 ist ein Druck-Spannungs-Wandler 42 vorgesehen, der ein elektrisches Ausgangssignal E mit einer Amplitude, welche proportional zur Grosse des Innendrucks des Kessels 10 ist, erzeugt. Dieser Wandler ist an der Hochdruck-Beschickungsleitung 12 mit dem Reaktorkessel 10 gekoppelt. In ähnlicher Weise ist ein Druck-Spannungs-Wandler 44 mit der Leitung gekoppelt und seine Ausgangsspannung E_ ist proportional dem Zwischendruck P_Q in der Leitung 36 und an der Oberfläche 22 der Scheibe 18. Diese Signale werden einer Steuereinrichtung 46 zugeführt, welche die Signale vergleicht und den Betrieb der Pumpe 34 oder des Ventils 40 verursacht, um den Druckunterschied ΔP konstant zu halten, wenn der Kesseldruck P„ sich ändert. Wenn der Kesseldruck P_v anwächst, so betätigt die Steuereinrichtung 46 die Pumpe 34. Die Pumpe 34 (Fig. 4) enthält beispielsweise eine Druckverstärker-Pumpenanordnung mit einem Kolben 35, der innerhalb eines Zylinders 36 angeordnet ist und Kolbenflächen 39 und 41 mit hohem bzw. niedrigem Druck aufweist. Ein Ausgangssignal E. von der Steuereinrichtung 46 wird einer Spannung im Spannungs-Luftdruck-Wandler 47 beaufschlagt, welche das Fluss-Steuerungsventil 48 unter Energiezufuhr setzt. Dabei wird Luftdruck aus der Quelle 50 an die Niederdruckfläche 41 des Druckkolbens des Verstärkers herangeführt. Dies verursacht eine Bewegung des Verstärkerkolbens, eine

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Kompression des hydraulischen Fluids, und ein Anwachsen des Druckes P_n.bis die oben angeführten Druckverhältnisse hergestellt sind. Auf ähnliche Weise wird die Steuereinrichtung 46 bei der Anzeige einer Abnahme des Innendrucks P„ des Kessels 10 ein Signal E, verursachen, das einer Spannung im pneumatischen Wandler beaufschlagt wird,und das Druckablassventil 40 unter Energiezufuhr setzt. Dieses Ventil lässt einen Teil des hydraulischen Fluids ab und verringert dadurch den Druck P . Dieses Ventil wird in ähnlicher Weise automatisch gesteuert, bis die gewünschten Druckverhältnisse hergestellt sind.

Darüber hinaus enthält die Steuereinrichtung 46 Einrichtungen zum Verhindern eines weiteren Anwachsens des Druckes P_, wenn der Kesseldruck P„ den hergestellten Betriebs-.druck P_Q überschreitet. Wenn der Kesseldruck P den Betriebsdruck P _o überschreitet, so wird ein Durchgehen des Kessels angezeigt. Die Steuereinrichtung 46 hält den Druck P_n konstant und ein weiteres Anwachsen des Kesseldruckes P verursacht ein Ansteigen des Druckunterschiedes ΔΡ auf mehr als 120 % des Betriebsdruckes. Die Scheibe 18 wird dann zerbrechen und der Druck wird augenblicklich auch an die Scheibe 24 angelegt, die daraufhin ebenfalls zerbricht und den Kessel für den Druck P öffnet.

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In Fig. 2 ist ein detaillierteres Diagramm der Steuereinrichtung 46 von Fig. 1 gezeigt. Die Spannung E , die vom Wandler 42 herkommt und eine Amplitude auf v/eist, die dem Druck innerhalb des Kessels 10 entspricht^ weist einen relativ niedrigen Spannungspegel auf. Beispielsweise kann der Spannungspegel im Bereich zwischen 0 bis 8 Millivolt

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liegen. Dieses Signal wird ursprünglich einem Spannungs-Strom-Umformer 60 zugeführt; der nicht auf Rauschen anspricht und auf ein Ausgangsstromniveau im Bereich von ungefähr 10 bis 50 Milliampere verstärkt. Die Spannung E_n, die vom Wandler 44 abgeleitet wird und eine Amplitude proportional dem Öldruck P_Q aufweist, wird einem ähnlichen Spannurigs-Strom-Umformer 62 zugeführt. Der Ausgang I_v des Umformers 6O wird mit einem Verstärker

64 gekoppelt. Ein Ausgang I_VQ vom Verstärker 64 wird einer Registriereinrichtung 66, zusammen mit dem Ausgang I des Umformers 62, zugeführt. Die Registriereinrichtung 66 benützt diese Ausgänge, um eine Aufzeichnung der Veränderungen des Kesseldrucks und des Ölleitungsdrucks aufzuzeichnen. Der Verstärker 64 ist so ausgelegt, um sowohl eine Verstärkung als auch eine Amplitudenbegrenzung zu erzielen. Eine manuell einstellbare Begrenzungs-Steuereinrichtung 72'ist für die Benutzung durch Bedienungspersonal vorgesehen. Das Bedienungspersonal stellt durch Justieren eines Potentiometers eine obere Amplitudengrenze für den Ausgangsstrom I_VQ ein. Die .Einjangsströme I—, die höhere Ausgangsströme als die Grenzwerte im linearen Betrieb verursachen würden, zeigen tiberhöhte Kesseldrücke an. Wenn der Eingangsstrom dieses Niveau erreicht, wird ein weiteres Anwachsen der Amplitude verhindert. Da der Druck P_n in Übereinstimmung mit Änderungen von I_vo geregelt wird, wird ein begrenzter Ausgang sstrom T_^_ den Druck P_Q auf konstantem Niveau halten. Wenn so der Kesseldruck P_v einen überhöhten Wert annimmt, so wird ein weiteres Anwachsen von P_Q über den Grenzpunkt automatisch verhindert. Der Druck ·ΔΡ_η wird nicht mehr auf einen konstanten Wert eingeregelt, sondern wächst bis

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zum Berstpunkt an, wenn der Kesseldruck P anwächst.

Das Ausgangssignal I aus dem Verstärker 64 wird einer ersten Steuereinrichtung mit einem Vorspannungssteuerkreis 68, einem Verstärker 70 und einer Verhältnis-Steuereinrichtung 62 zugeführt. Diese Steuereinrichtung bewirkt ein Anwachsen des Druckes V , wenn der Betriebsdruck P auf kontrollierte Weise anwächst. Das Signal I des Verstärkers 64 wird ebenfalls einer Schaltkreiseinrichtung einschliesslich einer Vorspannungssteuereinrichtung 74, einem Verstärker 76 und einer Steuereinrichtung 78, die eine Abnahme des Druckes P bewirkt .zugeführt. Der gewünschte Druckunterschied Δ P_n längs der Scheibe 18 wird durch die Vorspannungseinrichtungen 68 und 74 hergestellt. Jede dieser Einrichtungen enthält eine Schaltkreiseinrichtung zum Kombinieren des Signales I_vo mit einem Bezugsstrom I, , -der eine Grosse hat, die der Grosse des Druckunterschieds ΔΡ_η proportional ist. Insbesondere subtrahieren die Vorspannungs- schaltkreise ein Vorspannungssignal, und die Ausgänge aus den Schaltkreisen 68 und 74 enthalten deshalb die Signale ¹WQ^-1KRS kzw. I_vo~^Ih74* ^Au9^rund der vorher angeführten Steuergleichung ist festzustellen, dass diese Funktion mit der erwünschten Änderung des Öldrucks P_ äquivalent ist, wenn der Betriebsdruck P_Q geändert wird. Das elektrische Signal ^IT/O~^Ib68^/ das dem gewünschten Öldruck P_Q in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung entspricht, wird über eine Verstärkereinrichtung 70 einer Steuereinrichtung 72 zum Vergleich mit der Amplitude des durch den Strom I dargestellten, angezeigten Öldrucks -zugeführt. Wenn diese Eingänge gleiche

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Amplituden aufweisen, so ist ihr Verhältnis gleich 1. Dieses Verhältnis wird angezeig; und signalisiert, dass der gewünschte Druckunterschied AP_Q längs der Scheibe 18 vorhanden ist und ein Anwachsen des Öldruckes P_Q unnötig ist. Wenn andererseits das Verhältnis grosser als 1 ist, so erzeugt die Steuereinrichtung 72 ein Ausgangssignal E ,

das die Betätigung des Ventils 48 und der Pumpe 34 veranlasst, bis der Öldruck P_. auf einen Wert angewachsen ist, bei dem das Verhältnis zu 1 wird. Wenn das Verhältnis in ähnlicher Weise kleiner als 1 ist, so erzeugt die Steuereinrichtung 78 einen Ausgang zum Aktivieren des Öffnungsventils 44 und zur Abnahme des Öldruckes P_Q bis eine 1:1 Verhältnis wiederhergestellt ist. Um eine innere Beeinflussung zwischen den Steuerkreisen, die die Einheiten 74, und 78 umfassen," zu-vermeiden, sind die Vorspannungssteuereinrichtung 68 und74 so eingestellt, dass ein kleiner Vorspannungsunterschied zwischen I_b68 und I_h74 besteht. Dadurch wird eine kleine Trennung in der Grosse des Druckunterschiedes ÄP_D geschaffen.

Beispielsweise wird die Vorspannungssteuereinrichtung so eingestellt, dass eine Vorspannung, die einem Druckunterschied von 1480 kg/cm entspricht, eingestellt, während die Vorspannungssteuereinrichtung 74 so eingestellt ist, dass eine Vorspannung, die einem Druckunterschied von 1500 kg/cm 'entspricht, vorgesehen ist.

Zusätzlich zur automatischen Regelung des Druckes P_Q, wenn der Betriebsdruck des Kessels 10 geändert wird, sieht das Steuersystem automatisch die Unterbrechung der Regelung

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vor, wenn im Kessel 10 ein Durchgehen der Druckverhältnisse auftritt. Ein Potentiometer in der Begrenzungssteuerung 72 wird manuell durch Bedienungspersonal eingestellt, um ein Ausgangssignal mit maximaler Amplitude aus der Begrenzungssteuerung zu erzeugen, das.dem maximalen sicheren Druckpegel entspricht, zu dem der Kesseldruck P anwachsen kann. Wenn das Eingangssignal I zur Verstärkereinrichtung. 64 auf diesen Pegel anwächst, so wird entsprechend das Ausgangssignal I aus . dem Verstärker 64 anwachsen und die durch die Komponenten 68, 70 und 72 gebildete Steuerfunktion wird in Funktion treten, um ein Anwachsen des Öldruckes zu verursachen. Wenn jedoch der Grenzpegel erreicht ist, so wird ein Anwachsen des Ausgangssignales I an den Verstärker 64 nicht durch ein Anwachsen des Ausgangssignals I_v_ aus diesem Verstärker begleitet und der zum Zeitpunkt des "Grenzwertes erreichte Druck P_Q wird keinen höheren Wert mehr annehmen. Wenn so der Grenzpunkt erreicht ist, wird die Steuerfunktion unterbrochen und der Öldruck P_ wird an einem oberen Wert festgehalten. Der Druckunterschied ΔP_D längs der Scheibe wird dann nicht mehr-langer gesteuert, um auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten zu werden und ein weiteres Anwachsen des Kesseldruckes P ergibt ein Anwachsen dieses Druckunterschiedes, bis der Innendruck P 120 % des Pegels von P„_o annimmt. Bei diesem Punkt werden die Scheiben 18 und 24 aufeinanderfolgend zerbrechen und den Kessel zur Atmosphäre hin öffnen.

Während verschiedene Schaltkreisanordnungen bei der Drucksteuer einrichtung von Fig. 2 verwendet werden können, hat

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sich herausgestellt, dass die folgenden, im Handel erhältlichen Einheiten eine zufriedenstellende Leistung gewährleisten. Die Einheiten sind bei der Foxboro Manufacturing Company of Föxboro, Massachsetts erhältlich und umfassen: Umformer 60 und 62, Modell 693AR EMF-Strom-Umformer; Vorspannungssteuerungen 68 und 74, Modell 678HZG; Verstärkereinrichtungen 64, 70 und 76, Modell 66BT mit hoher Grenzeinstellung; und Verhältnissteuereinrichtungen 72 und 78, Modell Nr. 62H, elektronische Consotrol-Steuereinrichtungen.

In Fig. 3 ist im Detail ein Ausführungsbeispiel einer Bruchscheibenanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Ausgangsblock 16 steht über einen Kanal 82 mit einem Kanal 84 _f der innerhalb eines unteren Segments'86 des Kessels 10 gebildet ist, in Verbindung. Die Ausgangsleitung 14 in Fig. 1 ist so gezeigt, dass sie einen Rohrstiitz-en 88 enthält, der am Kanal 82 angebracht ist und einen Kanal 90 umfasst, der mit dem Kanal 82 über einen Kanal 92 in Verbindung steht. Ein Hochdruck-Dichtungsring 94 ist vorgesehen und zwischen Ausgangsblock 16 und dem Kesselsegment 86 angeordnet. Ein ähnlicher Hochdruck-Dichtungsring 96 ist zwischen einem Befestigungsflansch 97 und dem Block 80 angeordnet.

Die Bruchscheibeneinrichtung enthält ein Bauteil 100, in dem in einem Stück ein Kanal 102 gebildet ist, der an einem Ende durch die erste Bruchscheibe 18, längs der der Druckunterschied A^P _D herrscht, und am gegenüberliegenden Ende durch die zweite Bruchscheibe 24 abgeschlossen ist. Die Bruchscheiben sind dünne, scheibenförmige Teile

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aus Metall, wie Stahl, und haben eine vorherbestimmte mechanische Bruchcharakteristik.°i^e Scheibe 18 ist zwischen einem konischen Ring 104 und dem Bauteil 100 angeordnet, während die Scheibe 24 zwischen einem konischen Ring 106 und einem Scheibenauflager 1O8 angeordnet ist. Diese Einrichtung ist am Ausgangsblock 16 durch ein Passtück 110 befestigt, das gegen das Scheibenauflager 108 durch einen angeschraubten Flansch 112 gedrückt wird. Unter dem Druck P_Q -stehendes, hydraulisches Fluid wird dem Hohlraum 23 über dieLeitung 36 zugeführt. Ein Auslaufventil zum koppeln des Wandlers 44 (Fig. 1) zum Hohlraum 23 ist vorgesehen. Eine Leitung 114 erstreckt sich zwischen dem Auslaufventil 113 und dem Wandler.

In Fig. 1 ist eine Öldruck-Bruchscheibe 120 vorgesehen und eine Oberfläche davon ist dem in der Leitung 36 herrschenden Druck P_ ausgesetzt. Diese Scheibe ist deshalb vorgesehen, um das System gegen Fehler zu schützen, die im Reglersystem auftreten können, wobei der Druck P_n auf einen Pegel anwachsen kann, der genügend hoch ist, dass der innere Kesseldruck P_v 120 % des Arbeitsdrucks P_vo überschreiten kann. Diese Scheibe erzeugt deshalb eine positive Sicherung gegen Störungen des Öldruckreglersystems. Die Scheibe 120 kann leicht durch Bedienungspersonal bei der Vorbereitung eines Wechsels des Betriebsdrucks des Kessels 10 installiert werden.

Es wurde damit eine verbesserte Überdruckeinrichtung für einen Kessel in einer Hochdruckanlage beschrieben. Das System benutzt eine Bruchscheiben-Überdrucktechnik und gestattet den Betrieb des Kessels über einen relativ grossen

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Bereich von Drücken, während die Notwendigkeit, die Bruchscheibe während eines derartigen Wechsels zu ersetzen, ausgeschaltet wird. Durch eine Verringerung der Liegezeit zum Ersetzen der Scheibe werden die Prozess- bzw. Verfahrenskosten verringert. Die beschriebene Anlage ist weiterhin dadurch von Vorteil, dass sie automatisch die Aufrechterhaltung eines vorherbestimmten Druckunterschiedes längs der Bruchscheibe vorsieht.

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Claims

Patentansprüche

Hochdruckanlage mit einem Reaktionskessel zum Betrieb bei relativ hohen.Drücken und einer Oberdruckeinrichtung für den Kessel, gekennzeichnet durch ein Teil (18) mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Oberflächen (20, 22) und einer vorherbestimmten mechanischen Bruchcharakteristik, wobei das Teil zerbricht, wenn ein vorherbestimmter Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche auftritt, Einrichtungen (104, 100) zum Anbringen des Teils (18), damit die erste Oberfläche (20) des Körpers (18) dem innerhalb des Kessels (10) herrschenden Druck (P ) ausgesetzt ist, und durch Einrichtungen zum Erzielen eines variablen Drucks an der zweiten Oberfläche (22) des Teils (18).
2. Hochdruckanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Teil (24), mit ersten und zweiten, einander gegenüberliegenden Oberflächen (28, 30) und einer vorherbestimmten mechanischen Bruchcharakteristik, wobei die Einrichtungen zur Zufuhr eines variablen Drucks an die zweite Oberfläche (22) des ersten Teils (18) ein Fluid enthalten und ein Hohlraum (23), der die zweiten Oberflächen (22, 30) des ersten und des zweiten Teiles (18, 24) umfasst, zum Einschliessen des Fluids vorgesehen ist, durch eine Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des

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eingeschlossenen Fluids ,und durch Einrichtungen, im die erste Oberfläche (28) des zweiten Teils (24), der unter einem Druck, der beträchtlich niedriger ist als der Druck des verschlossenen Fluids ist, auszusetzen«. .
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Kessel (10) unter einem Druck(P )arbeitet, die erste Oberfläche (28) des zweiten Teils (24) einem Druck (P,) ausgesetzt ist,

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das Fluid unter einem Druck (P_Q) eingeschlossen, ist, der zwischen dem relativ höheren Druck (P ■) und dem relativ niedrigeren Druck (P_) liegt, und. dass die Ein-

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richtungen zum Steuern des Druckes so ausgelegt sind, um einen im wesentlichen konstanten Druckunterschied (ΔP_n) zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (20, 22) des ersten Teils (18) aufrechtzuerhalten, wenn der Betriebsdruck (Ρ_γ) des Kessels (10) geändert wird.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtungen zum Ändern des Drucks des Fluids so ausgelegt sind, um ein Durchgehen der Druckbedingungen innerhalb des Kessels anzuzeigen und ein Anwachsen des Fluiddrucks (P_Q) zu verhindern, um ein Anwachsen des Druckunterschiedes (v^P ) längs des ersten Teils (18) zu ermöglichen, wenn die Durchgeh-Bedingung angezeigt ist.
5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtungen zum Ändern

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des Druckes des eingeschlossenen Fluids eine Fluidpumpe enthalten, die rait dem eingeschlossenen Fluid und mit einem Fluidbehälter in Verbindung steht, dass eine Einrichtung zum Betätigen der Pumpe für das Anwachsen des Druckes vorgesehen ist, dass eine Einrichtung mit dem eingeschlossenen Fluid zum Verringern seines Druckes gekoppelt ist, und dass eine Einrichtung zum Betätigen der Druckreduziereinrichtung vorgesehen ist, wenn der Betriebsdruck im Kessel verringert wird.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (34) einen Fluiddruckverstärker enthält.
7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Reduzieren des Druckes ein Ventil enthält, das zwischen dem eingeschlossenen Fluid und dan Behälter gekoppelt
ist.
8. ' Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Fluid eine Flüssigkeit
ist.
9. Anlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein drittes Bruchteil mit einer ersten und
einer zweiten Oberfläche und einer vorherbestimmten mechanischen Bruchfestigkeit, einer Lagerungseinrichtung des Teils, um die erste Oberfläche des dritten Teiles dem Fluid auszusetzen und um die zweite Ober-

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fläche des dritten Teiles einem relativ niedrigeren Druck auszusetzen.
10. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerpumpe einen Kolben (35) mit einer Stirnfläche mit relativ niedrigem und einer Stirnfläche mit relativ hohem Druck enthält, dass eine Einrichtung zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Stirnfläche mit hohem Druck und dem Fluid vorgesehen ist, dass eine Einrichtung zum Schaffen eines Flussweges zwischen dem Be-

- hälter mit unter Druck stehendem Gas und der Stirnfläche mit niedrigem Druck vorhanden ist, dass ein Fluss-Steuerventil innerhalb des Flussweges zum Steuern des Gasflusses von dem Behälter zur Stirnfläche mit dem niedrigen Druck und eine Einrichtung zum Betrieb des Steuerventils für das Anwachsen des Flusses des unter Druck stehenden Gases zur Stirnfläche mit niedrigem Druck vorgesehen ist, wenn der Druck im Kessel (10) anwächst.
11. Hochdruckanlage mit einer tiberdruckeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Kessel (10) zum Betrieb bei relativ hohem Druck, eine Einrichtung zur Erhöhung des Druckes innerhalb des Kessels (10) auf kontrollierte Weise, eine erste Bruchscheibe (18) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche (20, 22)„mit einer vorherbestimmten mechanischen Bruchfestigkeit, wobei die erste Scheibe eine mechanische Bruchfestigkeit hat, bei der die Scheibe bricht,

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wenn ein vorherbestimmter Druckunterschied zwischen den Oberflächen auftritt, eine zweite Bruchscheibe (24) mit einer vorherbestimmten. Bruchcharakteristik und ersten und zweiten Oberflächen (28, 30), wobei die zweite Bruchscheibe zum Brechen bei einem relativ niedrigeren Druckunterschied als die erste Scheibe ausgelegt ist, eine Einrichtung für die Anordnung und zum Aussetzen der ersten Oberfläche (20) der ersten Scheibe (18) an den Innendruck (P_v) des Kessels (1O), eine Einrichtung zur Anordnung und zum Aussetzen der ersten Oberfläche (28) der zweiten Scheibe (24) an

den Druck (P), der wesentlich niedriger ist, als a

der Druck im Kessel (10), einen Hohlraum (23) , der die zweiten Oberflächen (22, .30) der ersten und der zweiten Scheibe (18, 24) enthält, um ein hydraulisches Fluid einzuschliessen, Einrichtungen zum Erzeugen eines Druckes mit einem Druckpegel (P ),der. zwischen dem relativ höheren Druck (P ) des Kessels (10)und dem relativ niedrigeren Druck (P ) liegt, dem die erste

Oberfläche (28) der zweiten Scheibe (24) ausgesetzt ist, wobei die Einrichtung zur Druckerzeugung im Fluid eine Einrichtung zur Erhöhung des Druckes des eingeschlossenen Fluids, wenn der Druck im Kessel (10) auf kontrollierte Weise ansteigt, und zur Verringerung des Drucks des eingeschlossenen Fluids, wenn der Druck im Kessel (10) auf kontrollierte Weise abniamt, enthält, und die Einrichtung zur Erhöhung und zur Abnahme des Fluiddruckes elektrisch betriebene Flusssteuereinrichtungen enthält, weiterhin durch einen ersten, mit dem Kessel (10) gekoppelten Umformer 142),

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um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Druck im Kessel (10) proportional ist, einen zweiten, mit dem Hohlraum (23) zum Einschliessen des Fluids gekoppelten Umformer (44), um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Druck des umschlossenen Fluids proportional ist, durch Einrichtungen, die den Ausgang des ersten Umformers (42) mit einer elektrischen Vorspannung (74, 68) kombinieren, wobei die elektrische Vorspannung eine Amplitude aufweist, die einem vorherbestiiranten Druckunterschied proportional ist, der zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche (2O, 22) der ersten Scheibe (18) herrscht, Einrichtungen (78, 72) zur Bildung des Verhältnisses zwischen dem letzteren Signal und dem elektrischen Signal, das dem dazwischenliegenden Druck proportional ist, und zur Bildung eines ersten Ausgangssignals, um den Druck des Fluids zu erhöhen, wenn der Kesseldruck (1O) anwächst, und um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, um den Druck des Fluids zu verringern, wenn der Druck im Kessel (10) abnimmt, und durch eine Einrichtung, die das Anwachsen des Fluiddrucks verhindert, wenn das Ausgangssignal des ersten Umformers (42) einen vorher festgelegten Pegel überschreitet.

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