CN1200260C - 样品回收*** - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种用于收集来自一具有阀杆(20)的控制阀(12)的散发物样品的方法和装置。该装置包括一包围设备的至少一部分的封壳(102)和一流体连通于所述封壳(102)的引射器(140)。引射器(140)连接于一压缩空气源(30)，因而能产生一个可将散发物从封壳(102)吸入引射器(140)的压降。该装置可以包括一传感器室(114)，它可容纳用于检测从被监测设备而来的任何散发物的出现和浓度的气体传感器(200)，并且可以储存起散发物数据，将该数据传递给一设备流程控制***，并利用该数据来控制设备工作条件以减少或消除散发物。

Description

样品回收***
技术领域
本发明总的涉及用于收集流体样品的***，更具体地说，涉及一种用于收集来自加工设备的逃逸散发物质的装置和方法。
背景技术
处理挥发性有机化合物(VOC)的设备通常会遇到那些化合物从点状源(如烟囱)和非点状源(如阀、泵、安装在管道内的各配件、以及含油VOC的容器)散入大气的不希望有的问题。非点状源的散发通常被叫作“逃逸”散发，经常是由于VOC从各接点和各密封件处泄漏而造成的。各控制阀的逃逸泄漏可能是由于阀杆与阀体之间的密封件的泄漏而造成的。在阀杆频繁移动并且较大温度波动的苛刻条件下，阀通常会遇到阀杆密封件加速损坏的情况，从而造成比普通情况更大的逃逸泄漏。
虽然阀杆密封件的各种材料和设计已经可以减少逃逸散发并延长阀密封件的使用寿命，但作为识别和减少逃逸散发并符合新的、更严格的、关于散发之规定的一种措施，对逃逸散发的监测已经变得越来越重要。环境保护署(EPA)已经颁布了关于从控制阀泄漏的某些有害空气污染的最大允许泄漏量的规定，并要求对控制阀的有害空气散发进行周期性的测试。
目前用来监测逃逸散发的方法包括：利用一便携式有机物蒸汽分析仪进行人工检测。这种人工方法执行起来耗时并且昂贵，而且由于不能有效地收集来自被监测设备的逃逸散发物质，因而不能获得精确的结果。如果测量是在一暴露于风中的阀上进行，来自阀的散发物质便可能在蒸汽分析仪正确测量到散发物的浓度之前就散逸出去了。如果没有将分析仪绕着阀小心地移动以俘获所有来自阀的散发物，就不能获得精确的测量结果。人工测量方法还需要工厂人员花费大量时间进行测量，影响其它工作。
与现有的人工方法相比，对逃逸散发进行自动的监测和检测可获得很大的好处。EPA规定要以一定的时间间隔周期性地测试逃逸散发物质。测试的时间间隔可以是每月一次、每季一次、每半年一次或每年一次；如果设备操作者可以证明只有低于一定百分比的控制阀有多余的泄漏，那么就可以减少测试的频率。因此，如能实现较低百分比的泄漏阀，就可以减少每年进行测试的数量。在一个大型的设备中，测试点的总数可能达到50,000至200,000个，这样的话就能节省很大的生产成本。通过将自动的逃逸散发物传感***安装到经受着最苛刻工作条件(因而最可能产生泄漏)的阀上，就能可靠地使整个设备符合EPA的规定。与没有自动传感***的人工测试相比，可以延长对所有各阀进行测试的时间间隔，从而大大减少测试所耗费的时间和成本。
及早对泄漏阀的逃逸散发物质的检测还能及时地作出维修，从而减少散发出来的有害物质的数量，并减少物料损耗。对逃逸散发物质的精确检测可提供一早期的警报***，它可以向设备操作者警告一个潜在的阀密封件失效状况，并且能在发生过多泄漏之前采取预防性的措施。
然而，在一工业环境中采用一自动的逃逸散发物传感***需要设计一个能有效的收集从设备的一个构件中发出的逃逸散发物质并且将该散发物传送至气敏传感器的样品回收***。这种样品回收***必须能传送一以已知流动速率的样品流，以允许气敏传感器对逃逸散发物质的浓度进行精确和一致的测量。这种样品回收***必须能低成本地制造，并采用在普通设备很容易获得的能源，以将安装成本降至最低。该***必须适用于承受着***危险的有害区域，需要本质上安全的、防***的电气设备。还必须能在苛刻的环境下工作，包括接有软管的、高湿度、高温和低温、振动等情况。该***还必须简单而且可靠，以将维护成本降至最低。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于，提供一种可自动地收集来自设备的散发物质的装置和方法，并适合于工业使用。本发明的另一个目的在于，提供一种可精确地、一致地收集逃逸散发物质的装置和方法。本发明的另一个目的在于，提供一种可以在有害环境中安全地收集散发物质的装置。本发明的另一个目的在于，提供一种可利用现有的气动能源来收集散发物质的装置和方法。本发明还有一个目的在于，提供一种安装简单、低成本的装置。本发明的又一个目的在于，提供一种只需很少的维护作业就能收集散发物质的装置和方法。本发明的又一个目的在于，提供一种可收集散发物数据并储存该数据以便以后检索的装置和方法。本发明的又一个目的在于，提供一种可收集散发物数据并将该数据传送到远程设备流程控制***的装置和方法。本发明还有一个目的在于，提供一种可收集散发物数据并采用该数据对设备加以控制以减少或消除散发物的装置和方法。本发明的又一个目的在于，提供一种可收集散发物数据并将数据传送到一远程设备流程控制***，以对设备加以控制而减少或消除散发物的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于收集来自设备的散发物的装置，该装置包括一包围设备的至少一部分的阀帽封壳。该装置还包括一流体连通于所述阀帽封壳的引射器。可以是设备设备气源的压力流体源连接于引射器，因而压力流体可流过引射器，产生一个可将任何散发物从阀帽封壳吸入引射器的压降。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于收集设备散发物并且将数据储存起来以便以后检索的装置。该数据用来控制设备工作条件，以较少或消除散发。该数据还可以传送到一独立的流程控制***，该***可以控制设备工作条件，以减少或消除散发。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于收集来自设备的散发物的方法，包括如下步骤：借助一罩壳包围所述设备的至少一部分；连接一与罩壳流体连通的引射器；以及向引射器供给压力流体，从而在所述引射器中产生一压降，藉以将散发物从设备吸入引射器。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，可以更清楚地理解本发明的特征和优点，附图中：
图1是本发明一实施例的流程框图，它示出了结合在一逃逸散发传感***中的一个样品回收***的主要构件；
图2是根据本发明的一个样品回收***的示意图；
图3是示出图2所示样品回收***的阀帽封壳之细节的剖视图；
图4是图2所示样品回收***的引射器之细节的剖视图。
虽然本发明很容易有各种改型和变化形式，但以下还是结合附图对本发明的特定实施例进行了描述。然而，应该理解，本发明并不限于所揭示的特定形式。而是本发明旨在覆盖如所附权利要求限定的、落入本发明精神和范围内的所有改型、等价和变化的形式。
具体实施方式
首先请参见图1，它是本发明一实施例的流程框图，其中示出了结合在一逃逸散发物传感***10中的一个样品回收***100的各主要构件。其中有一个散发源12，从中可将一样品流14吸入样品回收***100。样品流14可包括从散发源12发出的任何一种散发物(也叫作分析物)。样品回收***100包括阀帽封壳102、传感器室114和引射器140。一气敏传感器阵列200和热动力传感器阵列280位于传感器室114中。样品流14从阀帽封壳102被吸入传感器室114，从而使气敏传感器阵列200和热动力传感器阵列280暴露于样品流14。随后，样品流14进入引射器140。一压缩气体源30向引射器140提供压缩空气32，在引射器140内产生一个压降，从而将样品流14通过传感器室114吸入引射器140。压缩空气32和样品流14在引射器140内混合，形成一混合物36排入大气。该样品回收***100结合有一个远程校准***300，该校准***是布置成可以将少量的被测分析物注入样品流，以便自动地校准气敏传感器。
此外，还设置了通信和控制***400，以处理传感器输出数据，并且对逃逸散发物传感***10进行控制和通信。通信和控制***400包括传感器接口电路402、微控制器404、存储器406、通信接口电路800和功率转换电路900。
气敏传感器阵列200和热动力传感器阵列280连接于传感器接口电路402，该接口电路可以处理来自传感器阵列的信号，并把处理过的信号提供给微控制器404。与本案同时申请的、申请人为John P.Dilger和Nile K.Dielschneider、题为“高频测量电路”的美国专利申请NO.＿＿(代理人案卷号FEMR：013)揭示了一种合适的气敏传感器和传感器接口电路，该专利申请的内容可援引在此以作参考。微控制器404将来自于传感器的数据储存在存储器406中，并可利用这些来自于逃逸散发物传感***10的传感器数据来启动控制动作，以减少或消除散发。例如，微控制器404可以关闭位于散发源12上游的一个阀，使流体停止通过散发源12，藉以停止由于流体泄漏而造成的散发。或者，微控制器404可以改变散发源12本身的工作条件，以减少或消除逃逸散发。微控制器404可以利用通信接口电路800向上游的阀、散发源12、或者是可以用来减少或消除散发的其它任何工厂设备提供这些控制信号。
微控制器404还可以用通信接口电路800向一流程控制***40提供传感器数据。逃逸散发物传感***10可以进行逃逸散发物的测量，并且立即将合成的传感器数据传送给一独立的流程控制***40。或者，逃逸散发物传感***10可以将每次测量的传感器数据储存起来，以便在以后由流程控制***40来检索。
通信接口电路800还可以接收来自流程控制***40的数据和控制指令。流程控制***40可以用来自逃逸散发物传感***10的传感器数据来启动控制动作，以减少或消除散发。例如，流程控制***40可以如上所述的那样关闭上游的阀或改变散发源12的工作条件，以减少或消除散发。
功率转换电路900接收电能，这些电能可通过与流程控制***40通讯连接进行传送，并以合适的电压向通信和控制***400提供电能。
逃逸散发物传感***10可以用来检测来自于散发源12的各种流体的出现，并测量其浓度。该***还可以检测来自散发源的有害、有毒或污染物质，或者检测其损失受到关注的无害物质的泄漏。该逃逸散发物传感***可以用来检测来自任何散发源的散发物质，特别是来自于可能散发有害物质的工业处理设备。例如：控制阀、截止阀、或安装在携带有害气体的管线上的泵；搅拌机、螺旋输送机、或安装在含有有害流体的过程容器上的其它设备；以及热交换器、反应器和其它含有有害流体的过程容器。当逃逸散发物传感***10检测到散发物质时，逃逸散发物传感***10可以利用该数据控制流程，以减少或消除散发。或者，可以将该数据传递给一个流程控制***40，该***可以响应这个信号来控制流程，以减少或消除散发。
现请参见图2，它是用于图1所示逃逸散发物传感***的样品回收***100的示意图。该样品回收***100包括一阀帽封壳102、回收总管106、传感器室114和引射器140。阀帽封壳102是由一可围绕预期会发出散发物质的散发源12的表面积的罩壳构成的。回收总管106的一端连接于阀帽封壳102，而另一端连接于传感器室114，并且可以允许一样品流从散发源流入传感器室114。回收总管106最好是用316不锈钢管制成，或者是其它合适的耐腐蚀材料制成。
传感器室114包含气敏传感器阵列200，并且还能包含一热动力传感器阵列(未图示)。传感器室114的出口116是引射器140的入口。在传感器室114的入口处设置了一个限流孔118，以提供气动限流作用。限流孔118在传感器室内造成压降，有助于引射器140的设备。限流孔118可以用蓝宝石、不锈钢或对于来自被监测设备的散发物质呈惰性的其它适当的材料制成。
一个细粒过滤器120沿回收总管106定位，以收集夹带在样品流中的任何细粒。在传感器室114的入口和引射器140的出口处分别设置了火焰通道限制器124和126。在不同的位置上布置了微型阀130、132和134，以使样品回收***的各个部分相互隔绝。微型阀130可以用来使阀帽封壳102和传感器室114相互隔绝。微型阀132可以将周围空气吸入传感器室114，通过关闭微型阀130并打开微型阀132和134，就可以对气敏传感器进行基线校准。
远程校准***300可连接于该样品回收***，以便对气敏传感器进行校准而无需将它们取出传感器室114。含有校准物的远程校准器的分析仪312通过第一微型阀332连接至一计量腔324。计量腔324通过第二微型阀330连接至传感器室114。
传感器室114最好是用铸铝制成。该腔室的内部可以是粗加工的、或者是涂覆的或机加工的以获得一光整的表面而减少表面从样品流吸取气体。传感器室114也可以用不会受被监测散发物质影响的其它耐腐蚀材料制成。传感器室114最好是构造成一个模块单元，以便于就地更换。
现请参见图3，它是图2所示样品回收***的阀帽封壳的剖视图。如图所示，阀帽封壳102安装在一散发源12(在图中为一控制阀)上。阀帽封壳102包括一连接于回收总管106的出口104，并且还包括一开口108，以使阀帽封壳102围绕一阀杆20或散发源的其它阻挡部分20进行安装。图2所示的阀帽封壳102是设计成可以收集从阀体18与阀杆20之间的阀杆密封件16泄漏出来的气体。开口108是设计成使阀杆与阀帽封壳壁之间只有一个很小的间隙，以限制外来细粒不能进入阀帽封壳102。在阀帽封壳102内有一个挡板110，以阻止阀帽封壳102内的外来细粒进入回收总管106。
阀帽封壳102安装在散发源上，在阀帽封壳102与散发源12之间保持有一个间隙112。这样就会产生一个低阻抗的气动限制，从而允许空气流过间隙112和阀帽封壳102，进入回收总管106。这空气流可将散发源发出的任何逃逸散发物质带入回收总管106，向前再进入传感器室。这种连续的空气流还可以防止散发源12的散发物积聚在阀帽封壳中。由于逃逸散发物质积聚之后的集成效应，会导致一个错误的高传感器读数。
阀帽封壳可以由两个或更多个构件组成，以便于在阀帽封壳102必须围绕阻挡零件时的安装。因此，如图3所示，可以将由垂直方向分成两半构成的阀帽封壳102围绕阀杆20安装而无需拆除安装在阀杆顶部的阀致动器(未图示)。该阀帽封壳102最好是用316不锈钢或其它合适的耐腐蚀材料制成。
图4是示出图2的样品回收***100的引射器140之细节的剖视图。引射器140可以与传感器室114形成一体，或者构成为一单独的装置。一压缩空气源30可向一微型调节器144提供压缩空气，该调节器向引射器140提供调制压缩空气34。压缩空气可以提供使来自阀帽封壳102的样品流14经传感器室114吸入引射器140的动力。压缩空气源30可以是通常在设备内用来调节气动控制阀或操作气动设备的空气供给设备，但也可以采用其它的加压气体或液体源。微型调节器144是通常工业用的小压力调节器。微型调节器144可降低并调节压缩气体的压力，以控制样品流14，并使压缩空气32的损耗为最小。
第一级腔室146接收来自于微型调节器144的调制压缩空气34，并将该空气排入第一级喷管148。第一级喷管148是管状的，带有一可将空气排入第二级喷管152之喉部的喷孔154。第二级腔室150连通于回收总管106和第二级喷管152的喉部。第二级喷管152也是管状的，其横截面积大于第一级喷管148，其喷孔156向大气排气。
工作时，调制压缩空气34进入第一级腔室146，并流入第一级喷管148。随着调制压缩空气34进入第一级喷管148的出口限流区域，其速度增大。高速的压缩空气流排入第二级喷管152，夹带走第二级腔室150的空气，并在第二级腔室150中产生压降。这种压降可引发一从阀帽封壳102、经回收回收总管106进入第二级腔室150的样品流14。样品流14可携带来自于散发源12的任何逃逸散发物通过样品回收***，使气敏传感器阵列200和热动力传感器阵列280暴露于散发物。调制压缩空气34和样品流14在第二级喷管152中混合，混合物36被排向大气。
引射器140可以用不锈钢或其它耐腐蚀材料制成。第一级喷孔154和第二级喷孔156最好是用蓝宝石制成。
引射器140是设计成可产生一通过样品回收***100的、已知质量流的样品流14。样品流14的流速取决于第一级喷孔154、第二级喷孔156、传感器室入口孔118的直径和调制压缩空气34的压力。样品回收***100在样品流速为大约0.425立方英尺/小时(0.012立方米/小时)的情况下能理想地工作。当第一级喷孔的直径为0.011英寸(0.28mm)，第二级喷孔的直径为0.024英寸(0.61mm)，传感器室入口孔的直径为0.013英寸(0.33mm)，调制压缩空气的压力为大约3.0磅/平方英寸(0.21巴)时可获得这流速。然而，引射器140可能需要不同的尺寸和工作条件，以有效地收集来自各种散发源的散发物。
通过控制进入引射器140的调制压缩空气34的压力，就能控制第二级腔室150内的压降，因而可以控制样品流14通过回收总管106和传感器室114的速度。此外，只要给定引射器140、回收总管106和传感器室114的几何形状以及第一级腔室146入口处的压缩空气压力，就可以计算样品流14的质量流。
样品回收***100的这种设计可以无需用一质量流传感器来测量经过回收总管106的样品流。所述的***还可以无需在散发源附近设置泵或风扇来收集样品流，因而是一种简单并且低成本的设计。最后，该样品回收***可以设计成符合EPA采样规定。
在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以对所述的和所示的技术和结构做成很多改型和变化。因此，应该理解，文中所述的方法和装置仅仅是为了说明而不是限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一用于收集来自一具有阀杆(20)的控制阀(12)的散发物样品的***，该***包括：
一包括一出口(104)的阀帽封壳(102)，该阀帽封壳包括一可沿垂直方向分成两半的罩壳，以使所述阀帽封壳围绕阀杆安装；
一具有一入口(118)和一出口(116)的传感器室(114)；
一将所述传感器室入口连接于所述封壳出口的回收总管(106)；以及
一引射器(140)，它连接于所述传感器室(114)的出口(116)，并且连接于一压力流体源(30)，因此，流过引射器的压力流体可产生一压降，从而引发一从所述封壳流出，经过传感器室后流入引射器的样品流，该样品流在所述引射器内与压力流体混合，并从那里排出；
一连接于所述传感器的通信和控制***(400)，用以产生可表示从所述控制阀中吸出的所述散发物之浓度的数据；以及
一远程地连接于所述通信和控制***(400)的流程控制***(40)，用来接收所述数据；
其中，所述通信和控制***(400)和所述流程控制***(40)中的至少一个***利用由所述通信和控制***(400)产生的所述数据来减少所述散发物。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述封壳(102)可形成一个对于所述控制阀的低阻抗约束。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述引射器(140)包括一第一级喷管(148)和一第二级喷管(152)，所述第一级喷管可接收所述压力流体，并将所述压力流体排入所述第二级喷管。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，该***还包括一微型调节器(144)，它可在所述第一级喷管接收所述压力流体之前调节所述压力流体的压力。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述传感器室(114)与所述引射器(140)形成一体。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，该***还包括一流体连通于所述传感器室(114)的校准流体源。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制阀(12)包括一具有一外表面的阀杆密封件(16)，所述封壳(102)周向地围绕所述阀的所述阀杆密封件的外表面。
8.如权利要求1所述***，其特征在于，所述压力流体包括压缩空气。
9.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述通信和控制***(400)包括用于储存可表示来自所述控制阀的所述散发物之浓度的数据的装置(406)。
10.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述通信和控制***(400)包括利用所述数据来减少所述散发物的装置。
11.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述利用所述数据来减少所述散发物的装置包括一微控制器(404)。
12.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述微控制器(404)可通信地联接于所述控制阀(12)，其中，所述微控制器(404)可控制所述控制阀(12)以减少所述散发物。
13.如权利要求1所述的***，其特征在于，该***还包括一位于所述封壳(102)内的、用于阻止外来颗粒进入回收总管的挡板(110)。
14.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述流程控制***(40)利用所述数据来减少所述散发物。
15.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述流程控制***(40)可通信地联接于所述控制阀(12)，其中，所述流程控制***(40)可控制所述控制阀(12)以减少所述散发物。
CNB98811075XA 1997-11-12 1998-10-28 样品回收*** Expired - Lifetime CN1200260C (zh)

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