Un dispositivo de alivio de presión de proyección delantera no fragmentable (20) que comprende un disco de ruptura (22) que tiene una sección central (30) provista de una cara receptora de un exceso de presión y una sección de reborde periférico (24),

teniendo dicha sección central (30) del disco una línea de fractura (50) que se extiende alrededor de una parte de la sección central (30), teniendo dicha línea de fractura (50) regiones de extremos opuestos (52a, 52b) en relación espaciada para definir de manera cooperada una primera porción unitaria articulada (58) entre ellas, teniendo cada una de dichas regiones de los extremos un extremo más externo (52c, 52d), definiendo dicha línea de fractura (50) una parte de la sección central del disco que se rompe y se abre al aplicarle una fuerza de proyección delantera de al menos una magnitud predeterminada a dicha cara de la sección central (30) receptora de exceso de presión, un miembro de sujeción (36) montado sobre y empalmado con la sección de reborde periférico (24) del disco de ruptura en el lado de éste opuesto a la cara receptora de exceso de presión de la sección central (30) del disco y que tiene una abertura interna (40) en relación circunscrita con la sección central (30) del disco, estando provisto dicho miembro de sujeción (36) de un segmento unitario (44) que se extiende hacia dentro de dicha abertura (40) del miembro de sujeción (36), empalmando dicho segmento (44) del miembro de sujeción con la porción articulada (58) del disco en disposición superpuesta a dichas regiones de los extremos (52a, 52b) de la línea de fractura (50), caracterizado porque dicho segmento (44) del miembro de sujeción (36) de configuración plana y la totalidad del área del miembro de sujeción (44) que enfrenta la sección central (30) del disco, están en pleno empalme de contacto con la sección central (30) del disco dentro de dicha porción de reborde periférico (24) del disco; y dicho segmento (44) tiene un margen externo rectilíneo (46) que se extiende entre dichas regiones opuestas de los extremos (52a, 52b) de la línea de fractura (50) en relación espaciada hacia el interior desde los extremos respectivos más externos (52c, 52d) de la línea de fractura (50), pudiendo dicho segmento (44) desviarse por parte de la porción articulada (58) de la sección central (30) desde una primera posición a una segunda posición alrededor de una porción transversal fuera del margen rectilíneo externo de dicho segmento (46) a medida que la sección central (30) del disco gira alrededor de dicha primera porción articulada (58) durante la ruptura de la sección central (30) sustancialmente a lo largo de la extensión total de la línea de fractura (50) ante la aplicación de una fuerza de proyección delantera a la sección central del disco (30) al menos de dicha magnitud predeterminada, estando dicha porción transversal de dicho segmento (44) en condiciones de operación para absorber una parte de la fuerza de ruptura aplicada a la sección central (30) del disco y para desviar dicha parte de esa fuera de ruptura alejándola de las porciones articuladas (58) del disco para asistir en la prevención de la separación del disco central (30) de la sección de reborde (24) del disco en su porción articulada (58)

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo de alivio de presión de proyección delantera no fragmentable, utilizado para proteger equipamiento de procesamiento, receptáculos presurizados, tuberías y estructuras, de eventos de alta presión y/o dejar escapar la presión de tales equipos cuando se producen presiones en exceso catastróficas y destructivas como resultado de cualquier medio en donde una explosión es un riesgo tal como gas y explosiones de partículas de polvo. Los peligros de explosión existen en conexión con diversos tipos de gases y partículas de polvo tales como carbón, harina, azúcar, metales y plásticos. En particular, la presente invención se refiere a un disco individual de ruptura para alivio de presión y dispositivo de disco de ruptura compuesto diseñado para romperse y dejar escapar la presión de un área protegida, proceso o equipo en caso de ocurrencia de una condición de exceso de presión que exceda un valor preseleccionado. El dispositivo de disco de ruptura para alivio de presión incorpora un disco de ruptura o montaje de disco de ruptura el cual se rompe y deja escapar la presión en un área cuando ocurre una condición de exceso de presión o explosión en donde la sección del disco de ruptura o secciones del montaje de disco de ruptura se abren totalmente para aliviar la presión sin fragmentación o separación de las secciones rotas del disco o de las secciones compuestas del montaje de disco a partir de la porción de reborde remanente o porciones del montaje.

El dispositivo no fragmentable de alivio de presión se adapta para su uso en una diversidad de aplicaciones incluyendo aquellas en donde el ciclaje entre la presión positiva y negativa en el sistema protegido debe adecuarse sin la ruptura del disco o del montaje de disco y donde solamente se abre la sección del disco susceptible de ruptura o de las secciones del montaje de disco susceptibles de ruptura cuando se excede un valor de presión predeterminado en la zona protegida.

2. DESCRIPCION DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Muchos procesos industriales involucran la manipulación y procesamiento de materiales que, bajo ciertas condiciones pueden crear exceso de presiones peligrosas resultantes de conflagraciones explosivas, o una rápida elevación en la presión en procesos de fuga, fallo de los dispositivos de protección tales como válvulas reguladoras de presión y contratiempos impredecibles similares. En este sentido resultan ejemplares los procesos que involucran gases o partículas de polvo contenidas en receptáculos o tuberías que pueden incendiarse espontáneamente o producir una explosión a partir de eventos adversos tales como una chispa o similar y que resultan en reforzamientos peligrosos de presión dentro de una instalación, tubería o receptáculo de contención. Desde hace mucho para proteger receptáculos, tuberías, conductos y estructuras o áreas de presiones que exceden un valor predeterminado, se han empleado discos de ruptura individuales y discos de ruptura compuestos que usualmente tienen dos discos de ruptura separados.

Durante muchos años se han provisto escapes ante una explosión para cubrir las aberturas de alivio en receptáculos, tanques, bolsas de almacenaje y tuberías asociadas con tal equipamiento, para aliviar el exceso de presión antes que la presión excesiva dañe al equipamiento, componentes o estructuras en donde el equipamiento está en operación. Las bolsas de almacenaje o similares que están sujetas constantemente a riesgo de explosión debido a la alta concentración de polvo dentro de la bolsa. Típicamente las bolsas de almacenamiento se fabrican con una o más aberturas de alivio de presión y tienen escapes ante explosión que cierran cada abertura de alivio. Los escapes ante explosión sellan las aberturas cuando las bolsas de almacenaje operan a presiones normales positivas o negativas y entonces estallan o se abren cuando las bolsas de almacenaje están sometidas a un reforzamiento de una magnitud en exceso predeterminada para destapar las aberturas dejando escapar por tanto la presión en el interior de las bolsas de almacenamiento. Para evitar un estalle prematuro o posterior, los escapes ante explosión deben estar diseñados para estallar de manera consistente a un nivel particular de presión. El mismo tipo de peligro debe también controlarse de manera segura en relación con equipamiento de procesamiento que involucra gases combustibles o partículas de polvo, tuberías que transportan gases o fluidos cargados de polvo de una parte de un proceso a otra o a un área de recolección, receptáculos de procesamiento en los cuales una reacción de fuga o reforzamiento adverso de la presión en el receptáculo pueda ocurrir sin aviso, y otros procesos industriales en donde una explosión incontrolada o el reforzamiento excesivo de la presión constituyan un peligro sistemático a la seguridad.

Los dispositivos de alivio de presión también deben adecuar el ciclaje entre las condiciones positivas y negativas de presión en el equipo, tubería o receptáculos que requieren protección ante exceso de presión. En este sentido lo convencional reside en proporcionar un dispositivo de disco de ruptura en el cual una sección susceptible de ruptura del dispositivo incluya un área central protuberante que presenta superficies opuestas cóncavo convexas en donde la superficie convexa enfrenta la zona protegida. Este disco protuberante de ruptura de proyección delantera está en mejores condiciones para resistir condiciones de vacío dentro del área protegida con relación al caso de un disco plano de ruptura. Adicionalmente, los montajes de disco de ruptura para alivio de presión han incluido un par de áreas centrales susceptibles de ruptura teniendo uno de los discos de ruptura un material más grueso que el del otro disco de ruptura. En el caso de discos protuberantes de ruptura, las áreas cóncavo convexas de los discos están en relación alineada complementaria.

Muchos de los dispositivos de alivio de presión en el pasado y en el presente han estado provistos de líneas de fractura que definen la sección susceptible de ruptura tanto de discos protuberantes como planos. Las líneas de fractura son semicirculares en el caso de discos circulares y rectangulares en el caso de discos rectangulares de ruptura. Las líneas de fractura han sido o líneas perforadas en una superficie de un disco respectivo que definen el área de ruptura de éste, o una serie de incisiones alargadas que se extienden a través del material del disco de ruptura con membranas unitarias de disco que separan los extremos de las incisiones alargadas adyacentes. Donde están provistas las incisiones a lo largo del material del disco que definen las líneas de fractura, se coloca una capa de material susceptible de ruptura, usualmente una película de resina flexible sintética o similar, en relación superpuesta a la serie de incisiones para evitar filtración de fluido entre éstas hasta que llegue el momento de ocurrencia de tal ruptura de la sección del disco definida por las líneas de fractura. Se proporcionan en este respecto estructuras de disco de ruptura para alivio de presión con dos discos de ruptura en relación superpuesta complementaria con una capa de material flexible interpuesta entre capas adyacentes de los discos de ruptura y una banda adicional de material flexible adicional que se superpone directamente sobre una línea de fractura correspondiente.

Las líneas de fractura, sean en la forma de una línea perforada, o una serie de incisiones alargadas que definen una línea de fractura, no se extienden alrededor de la totalidad del perímetro de la porción de ruptura del disco definida por la línea de fractura, sino que tienen extremos opuestos en relación espaciada que presentan una articulación unitaria para que la sección del disco susceptible de ruptura retenga la porción rota del disco con la porción de reborde de ésta, evitando por tanto la fragmentación del disco con peligro de los fragmentos acompañantes de metal liberados en el área que rodea a la ubicación del dispositivo de alivio de presión.

No obstante la provisión de porciones articuladas anti fragmentación de las estructuras de los discos de ruptura de diseños anteriores, la construcción de tales áreas de articulación no ha sido totalmente satisfactoria para adecuar una multiplicidad de eventos y condiciones de exceso de presión. Si el ancho del área de articulación es muy grande, el valor de la presión al cual la sección susceptible de ruptura cede se compromete en oportunidades resultando... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de alivio de presión de proyección delantera no fragmentable (20) que comprende un disco de ruptura (22) que tiene una sección central (30) provista de una cara receptora de un exceso de presión y una sección de reborde periférico (24), teniendo dicha sección central (30) del disco una línea de fractura (50) que se extiende alrededor de una parte de la sección central (30), teniendo dicha línea de fractura (50) regiones de extremos opuestos (52a, 52b) en relación espaciada para definir de manera cooperada una primera porción unitaria articulada (58) entre ellas, teniendo cada una de dichas regiones de los extremos un extremo más externo (52c, 52d), definiendo dicha línea de fractura (50) una parte de la sección central del disco que se rompe y se abre al aplicarle una fuerza de proyección delantera de al menos una magnitud predeterminada a dicha cara de la sección central (30) receptora de exceso de presión,

un miembro de sujeción (36) montado sobre y empalmado con la sección de reborde periférico (24) del disco de ruptura en el lado de éste opuesto a la cara receptora de exceso de presión de la sección central

(30) del disco y que tiene una abertura interna (40) en relación circunscrita con la sección central (30) del disco,

estando provisto dicho miembro de sujeción (36) de un segmento unitario (44) que se extiende hacia dentro de dicha abertura (40) del miembro de sujeción (36),

empalmando dicho segmento (44) del miembro de sujeción con la porción articulada (58) del disco en disposición superpuesta a dichas regiones de los extremos (52a, 52b) de la línea de fractura (50), caracterizado porque dicho segmento (44) del miembro de sujeción (36) de configuración plana y la totalidad del área del miembro de sujeción (44) que enfrenta la sección central (30) del disco, están en pleno empalme de contacto con la sección central (30) del disco dentro de dicha porción de reborde periférico (24) del disco; y

dicho segmento (44) tiene un margen externo rectilíneo (46) que se extiende entre dichas regiones opuestas de los extremos (52a, 52b) de la línea de fractura (50) en relación espaciada hacia el interior desde los extremos respectivos más externos (52c, 52d) de la línea de fractura (50), pudiendo dicho segmento (44) desviarse por parte de la porción articulada (58) de la sección central (30) desde una primera posición a una segunda posición alrededor de una porción transversal fuera del margen rectilíneo externo de dicho segmento (46) a medida que la sección central (30) del disco gira alrededor de dicha primera porción articulada (58) durante la ruptura de la sección central (30) sustancialmente a lo largo de la extensión total de la línea de fractura (50) ante la aplicación de una fuerza de proyección delantera a la sección central del disco (30) al menos de dicha magnitud predeterminada,

estando dicha porción transversal de dicho segmento (44) en condiciones de operación para absorber una parte de la fuerza de ruptura aplicada a la sección central (30) del disco y para desviar dicha parte de esa fuera de ruptura alejándola de las porciones articuladas (58) del disco para asistir en la prevención de la separación del disco central (30) de la sección de reborde (24) del disco en su porción articulada (58).

2. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicha sección central (30) del disco de ruptura (22) es de configuración plana.

3. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicho margen externo rectilíneo (46) del segmento del miembro de sujeción (44) tiene extremidades opuestas que se superponen y se extienden más allá de las porciones respectivas de los extremos opuestos (52a, 52b) de la línea de fractura (50).

4. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicha porción articulada (358) y el margen rectilíneo externo (346) están en alineación entre sí de manera longitudinal.

5. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicha sección central (30) del disco de ruptura (22) tiene una porción de borde externo que es circular, siendo dicho miembro de sujeción (36) de configuración anular con la abertura interna (40) de éste rodeando la porción de borde circular de la sección central (30) del disco de ruptura (22), en donde la sección central (30) del disco de ruptura (22) tiene una porción mayor protuberante y una porción menor plana, estando dicha porción plana del disco empalmada con dicho segmento (44) del miembro de sujeción (36), siendo dicha porción protuberante de la sección central (30) del disco (22) de figura asimétrica.

6. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 5, en donde la parte de la porción protuberante de la sección central (30) del disco de ruptura (22) lejos de la porción articulada (58) del disco es de mayor curvatura tridimensional que la curvatura tridimensional de la porción protuberante de la sección central

(30) del disco de ruptura (22) que se aproxima y se funde dentro de la porción plana de la sección central

(30) del disco de ruptura (22).

7. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicha sección central (30) del disco de ruptura (22) tiene una porción protuberante que es de figura asimétrica, en donde la porción de la sección central (30) del disco de ruptura (22) empalmada con dicho segmento (44) del miembro de sujeción (36) es de configuración plana.

8. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicho segmento (44) cuando está en su segunda posición presenta una superficie inclinada de cara hacia fuera (158) empalmada con las porciones articuladas (58) del disco (22).

9. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde dicha línea de fractura (50) se define por una serie de incisiones espaciadas, alargadas, de extremo a extremo (52) que se extienden a través de la sección central (30) del disco de ruptura (22), estando dichas incisiones (52) separadas entre sí por membranas individuales (56) que son unitarias con respecto al resto de la sección central (30) del disco (22).

10. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 9, en donde cada una de dichas incisiones (52) es de mayor longitud que el ancho de cada membrana (56) entre extremos respectivos de incisiones adyacentes (52).

11. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 10, en donde está provisto un par de dichos discos (22, 122), estando ubicados dichos discos (22, 122) con un disco (22) superpuesto al otro disco (122), existiendo una capa de material (64) entre ellos evitando el paso de fluido a través de las incisiones (52) hasta que la ruptura de las membranas (56) entre las incisiones (52) de cada línea de fractura (50, 150) de los discos respectivos resulte en la ruptura de la sección central (30, 130) de ambos discos (22, 122).

12. Dispositivo tal como se establece en la reivindicación 1, en donde la sección central (30) de dicho disco de ruptura (22) tiene una porción de borde externo que es circular, siendo dicho miembro de sujeción (36) de configuración anular rodeando la abertura interna (40) de éste la porción de borde circular de la sección central (30) del disco (22), en donde la sección central (30) del disco tiene una porción mayor protuberante y una porción unitaria menor plana, estando dicha porción plana del disco

(22) empalmada con dicho segmento (44) del miembro de sujeción (36).