專利名稱：易揮發性排放物的收集裝置的制作方法
技術領域：
本發明總地涉及一種排放物(emission)保存和收集裝置。更明確地是，本發明涉及一種在密封件周圍的空氣中采集排放物準確試樣的裝置。
背景技術：
車間和工廠利用過程控制裝置來控制處理過程中流體的流動。過程控制閥常常被用于制造消費物品或商品，例如燃料，食品以及衣物。甚至中型工廠也可能使用著上百個控制閥和許多個泵。大多數現代化工廠在生產消費商品的過程中利用揮發性有機化合物(VOC’S)。幾乎所有現代化工廠都經歷過將VOC排入到空氣中。這些排放物經常從非故意的源頭泄漏出來，諸如工藝物料流中所包含的閥門，泵和管道。這些來自非故意的源頭的排放物經常被稱作為“易揮發性排放物”。在處理中受控的物質在這里會被稱作流體，盡管它可能是一種氣體或一種多相介質。
許多過程控制裝置具有可旋轉的軸，用于控制過程參數。例如，控制閥通過改變可移動閥塞的閥桿的位置來控制流體的流動。閥桿可以上下滑動，或它可以通過旋轉來改變閥塞的位置。閥桿相對于密封件運動。此密封件防止工藝流體泄漏到大氣中或外界。
在操作中，閥桿可以相對于閥門密封件每秒鐘兩次那么頻繁地移動。在極端情況下，閥桿可以相對于閥門密封件移動每秒鐘五十次之多。閥桿的頻繁移動以及苛刻的工作條件，例如大的溫度起伏，苛刻的操作助劑以及在密封表面附近的磨粒都會加速閥桿密封件的退化。近來在密封材料和密封持續性上的改善大幅度地增加了閥桿密封件的服務壽命；但是，所有的閥門密封件最終都會退化并將工藝流體泄漏到環境中。因此，監視控制閥門密封件的泄漏成為了一個問題。
其它諸如泵的過程控制裝置也具有旋轉軸。因此，對于圍繞泵軸的密封件來說發生泄漏是非常普遍的。通常在工廠中出現的另一種密封裝置是管凸緣或柔性管接頭。在管子中的振動，以及由于老化和暴露于元件中而造成的密封件退化在過程控制系統中產生泄漏并于是造成不期望的排放。
在過去的幾年中，美國政府和外國政府已經對有害化學品和合成物向大氣的排放有所警覺。因此，美國政府已經持續地建立和實施了更嚴格的標準來防止諸如VOC的污染物向環境的排放。美國環境保護局(EPA)是負責建立和執行新法規的聯邦機構。
VOC在工業生產中是很普遍的。特別是，苯、甲苯以及1，1，1-三氯乙烷是在制造業中廣泛使用的三種VOC。EPA已經公布了法規來規定從控制閥和工廠的VOC的最大許可泄漏量。為了達到此標準，工廠經理必須建立工廠的監測措施。此措施包括對VOC泄漏測量值的記錄以及向EPA報告這個測量值。
為了符合其中一個EPA法規，工廠必須確定有多少個閥門正在泄漏和每個閥門所泄漏的化學品的數量。如果一次監測確定了泄漏閥門的數量和釋放VOC的數量處于一預設限度以下，那么根據法規就可以減少檢測或調查頻率。這對例如有200,000個調查點的大型工廠是非常重要的。這就需要花費高昂的成本在工廠中維持一定人員來持續地監測這200,000位置。因此，最小限度泄漏的準確報告顯著地減少為達到EPA法規所付出的努力和花費。
由于自動排放檢測系統不會立即成為可能，所以絕大多數的工廠正在使用便攜式儀器來執行“漫游式監測”。漫游式監測需要親臨測量點，并且測量和記錄從每個調查點的排放。相對于不需要親臨界調查點的自動測量系統來說，這種方法效率非常低。
除了親臨調查點并測量排放的低效率之外，此系統也有其它毛病。例如，在有風的天氣中，風可以將排放物吹走使便攜式裝置無法測出排放物。另外，泄漏可能與閥桿的位置有關。磨損、有凹痕或彎曲的閥桿可能在某個位置不會產生泄漏可是會在另一位置上會發生嚴重的泄漏。便攜式儀器在親臨現場時才能進行一次測量，但是，自動系統在一天24小時內都可以對排放物進行報告。
便攜式儀器典型地使用一種采樣探針，來向便攜式儀器內的傳感器傳送圍繞探針尖端并在密封件一小塊區域附近的一小份的空氣試樣。對于使用采樣探針程序上的要求包括探針繞著密封件的整個圓周運動并且駐留在檢測到最大泄漏的地方。因此，測量只在密封處一小部分上執行而且“整體”泄漏沒有被測量到。另外，也有可能由于諸如致動器框架或閥帽的障礙物造成采樣探針難于圍繞密封運動。
現有的自動揮發性排放物檢測系統在過程控制系統中不是主流。存在少量代替或原始設備。這些設備通常放置經歷著最苛刻的工況的閥門上。探測是重要的，這是因為立即修復泄漏的閥門可以將所需的監測減少到最少，并且可以極大地減少為符合EPA標準所需的花費。自動報告系統的另一個優點包括了更有效的早期報警系統。這個自動系統可以警告操作人員即將發生的密封件失效。如果排放物是可燃的，有毒的或危險的，檢測可使預防性措施在危險狀況發生前進行。
對于任何排放物檢測系統來說具有兩個基本功能。首先，此系統必須通過某種采集系統獲得準確的大氣試樣，然后它必須處理此試樣以檢測出目標化學物的濃度。采集系統提供一個有待分析的未被污染、均勻并且未稀釋的試樣非常重要。
自動揮發性排放物傳感器系統的永久性安裝會減少“手動檢測”以及便攜式儀器的使用，并且增加了測量的準確性。但是，永久性安裝的排放物傳感器也存在不準確的試樣采集系統的問題。這些被安裝的排放物傳感器也必須要應對試樣保存的問題，這個問題會由于空氣紊亂而產生。因此對于便攜式儀器或自動排放物檢測系統來說，本發明的一個目的就是提供一個裝置，它可以有效地采集密封件附近的準確的空氣試樣，從而可以使化學檢測系統準確地測量排放物。
發明內容
因此，本發明的一個目的就是提供一個低成本并且可靠的揮發性排放物收集裝置。
本發明的另一個目的就是提供一個用于采集均勻揮發性排放物試樣的高效的收集機構。
本發明的再一個目的就是提供一種低阻腔，用來捕獲密封件附近的大氣試樣，并且向排放物檢測系統傳送試樣以確定是否存在著揮發性排放物。
提供了一種用于在密封附近采集大氣試樣的揮發性排放物收集裝置。此排放物收集裝置是一個剛性元件，它形成了一低阻腔形以覆蓋密封。此排放物收集裝置具有一個管道，該管道具有一個與低阻腔流體相連的入口和一個可以連接到排放物檢測系統上的出口，此檢測系統用于分析大氣從而確定是否從密封件處有過量的排放物泄漏出來。在優選實施例中，此收集裝置被制成兩件，其主要由一基底和一蓋部構成。管道可以通過在基底和蓋部被組裝之前最初在它們中一個的配合表面上形成凹陷而形成。在密封件周圍更均勻、準確的大氣試樣可以從低阻腔處通過收集裝置抽取，此收集裝置具有圍繞密封件并在密封件附近的多個等間隔的入口。
在參考下面的詳細描述和附圖會對本發明的特征和優點有最好的理解。
圖1示出了與過程控制裝置和工藝管線成一體的排放物收集裝置的處理部分；圖2是根據本發明的結合在圖1所示的過程控制閥上的排放物收集裝置的放大剖面圖；圖3示出圖2中所示的排放物收集裝置的基底的俯視圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種在密封附近用于采集大氣準確試樣的排放物收集裝置，從而可以對密封件進行排放物檢測。此排放物收集裝置是整體排放物檢測裝置的一部分，用于確定正在發生泄漏的密封件的排放物。
密封泄漏件可以存在于多個處理元件中，如泵2，工藝管線8，管凸緣6以及控制閥20。根據本發明，排放物收集裝置(ECD)可被組裝到每個可能有排放物泄漏問題的處理元件上。三個例子被示出在圖1中，其中控制閥20以剖面圖示出。閥門ECD 12被放置在控制閥20的閥桿30的周圍并且被固定到閥帽21上。管凸緣ECD 22被示為組裝到管凸緣6上。第三個例子示出了一個組裝到泵2上的泵軸ECD 32以使其安裝在泵軸3的周圍。一個化學檢測系統16被用于從ECD 12、22和32經由抽吸管13、14和15抽出大氣試樣，用來確定是否存在不可接受程度的揮發性排放物。
化學檢測系統16優選地是被設計成在由ECD所提供的試樣中檢測目標化學物的非常小的含量那種類型。百萬分之十的靈敏度對一個標準化學檢測系統來說是非常容易達到的。在這些極小的含量中，排放物通常處于氣相。對于這些類型的檢測系統來說，通常使用一種集成的試樣回收系統來通過抽吸作用將氣體從關鍵區域(critical area)移走。試樣回收系統的例子在美國專利6,029,506中描述，并且作為參考結合在這里。
現在參考圖2，圖2示出了圖1中圓圈區域7的一個更詳細的剖面圖，解釋了本發明的概念。雖然將結合閥門2對本概念進行說明，可是對于本領域的技術人員來說相同的概念也可以應用于管凸緣6、泵2或其它存在從密封件泄漏排放物問題的裝置上。如圖所示，閥門ECD 12主要包括了基底29和蓋部28。此閥門ECD 12被安裝到閥帽21上并且用于在密封件33和閥桿30的周圍形成低阻腔37。
低阻腔37作為一種保護腔進行操作，將密封件33周圍的大氣與可能出現的空氣湍流或風屏蔽。這種屏蔽或防風有助于防止不準確的讀數。重要的是排放物在沒有不適當的干擾情況下上升并從低阻腔37逸出。因此低阻腔的目的就是保持排放物從密封件表面的自然流動。為了保持這種自然流動，對本領域技術人員來說應該清楚的是，低阻腔必須設計成可防止過量地累積排放物，同時在試樣被采樣和針對排放物檢測之前可防止試樣被外部氣流稀釋。
墊圈45也可以被用于蓋住一部分的低阻腔37以減少外部條件的影響，這些外部條件可能會影響或干擾密封件周圍的大氣。另外，墊圈45可蓋住一部分低阻腔而利于在低阻腔37中排放物少量積累。在另一個實施例中，蓋部28可以被用于蓋住一部分的低阻腔37并且優化在排放物試樣上的累積以及環境影響。
基底29的一個更詳細的視圖被示出在圖3中。基底29具有一個通孔59以允許閥桿插入或在泵的情況下允許泵軸插入。本領域技術人員應該認識到可以確定這個孔59的尺寸以形成一個低阻腔，以便在它安裝到密封件上時，允許排放物的自然流動。為了從低阻腔提供更均勻的大氣試樣，此優選實施例包括了多個分布在通孔59周圍并靠近通孔59的入口31。將入口31取向成垂直于上升的排放物可以防止不希望的試樣滯留于凹處(pocket)中。提供了管道42來將入口31和出口39互相連接。接管35可以裝配在基底和蓋部之間，或安裝在蓋部或基底內，以允許出口39連接到一個抽吸管。
入口31，管道42和出口39可用多種方式建立，例如，可以通過銑削、激光蝕刻、等離子切割、鍛造或模制在基底、蓋部、或在兩者上形成凹陷。為了在密封周圍提供均勻的大氣試樣，優選地是當蓋部和基底配合在一起而形成管道42時，入口設計成具有相同的孔口直徑。還是優選的，管道的總體橫截面積大于每個入口的累加橫截面積。這種設計的目的就是在通過化學檢測系統進行試樣采集過程中在每個入口31上提供一個相同的壓降。相同的壓降會從整個低阻腔提供相同的試樣流動并且為排放物分析提供均勻的試樣。
在前面已經詳細描述了本發明的優選實施例。在不背離本發明精神和范圍的前提下，可以進行各種修改和添加。因此，本描述只是作為本發明的示例給出而不是對本發明范圍的限制。例如，排放物收集裝置可以集成另外的特征來提供額外的功能。例如，閥門ECD可以作為用于圖2所示的閥填料組(valve packing set)的保持元件或作為凸緣的一個整體部分。本發明的其他方面、目的和優點可以從對附圖、說明書和權利要求的研究中獲得。
權利要求
1.一種揮發性排放物收集裝置，包括剛性元件，它成形為形成一個低阻腔，該低阻腔覆蓋密封件，用于捕捉密封件周圍的大氣，此剛性元件具有一管道，管道具有與低阻腔流體連通的入口和用來與排放物檢測系統流體相連的出口，該排放物檢測系統可以對大氣進行分析以檢測從密封件泄漏的排放物。
2.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，其中，剛性元件將閥桿密封組件固定到閥體上。
3.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，其中，所述排放物收集裝置具有多個入口，它們圍繞排放物收集裝置的圓周基本上等距離地間隔開，此多個入口用來與密封件附近的大氣流體連通。
4.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，其中，此剛性元件還包括基底，該基底具有沿配合表面形成的凹陷；以及蓋部，用于附著到此配合表面上來形成管道。
5.根據權利要求4所述的排放物收集裝置，還包括一個墊圈，用于密封配合表面。
6.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，還包括一個通過限制流向低阻腔和從低阻腔排出的氣流來優化低阻腔的阻抗的墊圈。
7.根據權利要求4所述的排放物收集裝置，其中，所述管道具有一個基本上圓形的部分并且具有徑向供給部分，該徑向供給部分將入口連接到所述基本上圓形的部分上。
8.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，還包括一墊圈，該墊圈通過對空氣流和排放物流產生阻抗來優化防風能力和易揮發性排放物積累。
9.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，其中，每個所述入口具有相等的橫截面面積。
10.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，其中，入口和管道的尺寸被設定成可以通過化學檢測系統抽吸密封件周圍大氣的均勻試樣。
11.根據權利要求1所述的排放物收集裝置，還包括蓋部，該蓋部通過對空氣流和排放物流產生阻抗來優化防風能力和易揮發性排放物積累。
全文摘要
本發明公開了一種用于在密封周圍采集大氣試樣的易揮發性排放物的收集裝置。此排放物收集裝置具有一剛性元件，此元件形成了一低阻腔以覆蓋密封件。此排放物收集裝置具有一個管道，該管道帶有與低阻腔流體連通的入口和一個出口，此出口可以連接到化學檢測系統，以對從密封件泄漏的排放物進行大氣試樣的分析。
文檔編號G01N1/24GK1592849SQ02823452
公開日2005年3月9日 申請日期2002年10月4日 優先權日2001年11月28日
發明者約翰·P·迪爾格, 杰里·M·西瑟 申請人:費希爾控制國際公司