專利名稱：樣品回收系統的制作方法
背景技術：
A．發明領域本發明總的涉及用于收集流體樣品的系統，更具體地說，涉及一種用于收集來自加工設備的逃逸散發物質的裝置和方法。
B．對相關技術的描述處理揮發性有機化合物(VOC)的設備通常會遇到那些化合物從點狀源(如煙囪)和非點狀源(如閥、泵、安裝在管道內的各配件、以及含油VOC的容器)散入大氣的不希望有的問題。非點狀源的散發通常被叫作“逃逸”散發，經常是由于VOC從各接點和各密封件處泄漏而造成的。各控制閥的逃逸泄漏可能是由于閥桿與閥體之間的密封件的泄漏而造成的。在閥桿頻繁移動并且較大溫度波動的苛刻條件下，閥通常會遇到閥桿密封件加速損壞的情況，從而造成比普通情況更大的逃逸泄漏。
雖然閥桿密封件的各種材料和設計已經可以減少逃逸散發并延長閥密封件的使用壽命，但作為識別和減少逃逸散發并符合新的、更嚴格的、關于散發之規定的一種措施，對逃逸散發的監測已經變得越來越重要。環境保護署(EPA)已經頒布了關于從控制閥泄漏的某些有害空氣污染的最大允許泄漏量的規定，并要求對控制閥的有害空氣散發進行周期性的測試。
目前用來監測逃逸散發的方法包括利用一便攜式有機物蒸汽分析儀進行人工檢測。這種人工方法執行起來耗時并且昂貴，而且由于不能有效地收集來自被監測設備的逃逸散發物質，因而不能獲得精確的結果。如果測量是在一暴露于風中的閥上進行，來自閥的散發物質便可能在蒸汽分析儀正確測量到散發物的濃度之前就散逸出去了。如果沒有將分析儀繞著閥小心地移動以俘獲所有來自閥的散發物，就不能獲得精確的測量結果。人工測量方法還需要工廠人員花費大量時間進行測量，影響其它工作。
與現有的人工方法相比，對逃逸散發進行自動的監測和檢測可獲得很大的好處。EPA規定要以一定的時間間隔周期性地測試逃逸散發物質。測試的時間間隔可以是每月一次、每季一次、每半年一次或每年一次；如果設備操作者可以證明只有低于一定百分比的控制閥有多余的泄漏，那么就可以減少測試的頻率。因此，如能實現較低百分比的泄漏閥，就可以減少每年進行測試的數量。在一個大型的設備中，測試點的總數可能達到50，000至200，000個，這樣的話就能節省很大的生產成本。通過將自動的逃逸散發物傳感系統安裝到經受著最苛刻工作條件(因而最可能產生泄漏)的閥上，就能可靠地使整個設備符合EPA的規定。與沒有自動傳感系統的人工測試相比，可以延長對所有各閥進行測試的時間間隔，從而大大減少測試所耗費的時間和成本。
及早對泄漏閥的逃逸散發物質的檢測還能及時地作出維修，從而減少散發出來的有害物質的數量，并減少物料損耗。對逃逸散發物質的精確檢測可提供一早期的警報系統，它可以向設備操作者警告一個潛在的閥密封件失效狀況，并且能在發生過多泄漏之前采取預防性的措施。
然而，在一工業環境中采用一自動的逃逸散發物傳感系統需要設計一個能有效的收集從設備的一個構件中發出的逃逸散發物質并且將該散發物傳送至氣敏傳感器的樣品回收系統。這種樣品回收系統必須能傳送一以已知流動速率的樣品流，以允許氣敏傳感器對逃逸散發物質的濃度進行精確和一致的測量。這種樣品回收系統必須能低成本地制造，并采用在普通設備很容易獲得的能源，以將安裝成本降至最低。該系統必須適用于承受著爆炸危險的有害區域，需要本質上安全的、防爆炸的電氣設備。還必須能在苛刻的環境下工作，包括接有軟管的、高濕度、高溫和低溫、振動等情況。該系統還必須簡單而且可靠，以將維護成本降至最低。
因此，本發明的一個目的在于，提供一種可自動地收集來自設備的散發物質的裝置和方法，并適合于工業使用。本發明的另一個目的在于，提供一種可精確地、一致地收集逃逸散發物質的裝置和方法。本發明的另一個目的在于，提供一種可以在有害環境中安全地收集散發物質的裝置。本發明的另一個目的在于，提供一種可利用現有的氣動能源來收集散發物質的裝置和方法。本發明還有一個目的在于，提供一種安裝簡單、低成本的裝置。本發明的又一個目的在于，提供一種只需很少的維護作業就能收集散發物質的裝置和方法。本發明的又一個目的在于，提供一種可收集散發物數據并儲存該數據以便以后檢索的裝置和方法。本發明的又一個目的在于，提供一種可收集散發物數據并將該數據傳送到遠程設備流程控制系統的裝置和方法。本發明還有一個目的在于，提供一種可收集散發物數據并采用該數據對設備加以控制以減少或消除散發物的裝置和方法。本發明的又一個目的在于，提供一種可收集散發物數據并將數據傳送到一遠程設備流程控制系統，以對設備加以控制而減少或消除散發物的裝置和方法。
發明概要根據本發明的一個方面，提供了一種用于收集來自設備的散發物的裝置，該裝置包括一包圍設備的至少一部分的閥帽封殼。該裝置還包括一流體連通于所述閥帽封殼的引射器。可以是設備設備氣源的壓力流體源連接于引射器，因而壓力流體可流過引射器，產生一個可將任何散發物從閥帽封殼吸入引射器的壓降。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用于收集設備散發物并且將數據儲存起來以便以后檢索的裝置。該數據用來控制設備工作條件，以較少或消除散發。該數據還可以傳送到一獨立的流程控制系統，該系統可以控制設備工作條件，以減少或消除散發。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用于收集來自設備的散發物的方法，包括如下步驟借助一罩殼包圍所述設備的至少一部分；連接一與罩殼流體連通的引射器；以及向引射器供給壓力流體，從而在所述引射器中產生一壓降，藉以將散發物從設備吸入引射器。
附圖簡要說明通過以下結合附圖的詳細描述，可以更清楚地理解本發明的特征和優點，附圖中
圖1是本發明一實施例的流程框圖，它示出了結合在一逃逸散發傳感系統中的一個樣品回收系統的主要構件；圖2是根據本發明的一個樣品回收系統的示意圖；圖3是示出圖2所示樣品回收系統的閥帽封殼之細節的剖視圖；圖4是圖2所示樣品回收系統的引射器之細節的剖視圖。
雖然本發明很容易有各種改型和變化形式，但以下還是結合附圖對本發明的特定實施例進行了描述。然而，應該理解，本發明并不限于所揭示的特定形式。而是本發明旨在覆蓋如所附權利要求限定的、落入本發明精神和范圍內的所有改型、等價和變化的形式。
對較佳實施例的詳細描述首先請參見圖1，它是本發明一實施例的流程框圖，其中示出了結合在一逃逸散發物傳感系統10中的一個樣品回收系統100的各主要構件。其中有一個散發源12，從中可將一樣品流14吸入樣品回收系統100。樣品流14可包括從散發源12發出的任何一種散發物(也叫作分析物)。樣品回收系統100包括閥帽封殼102、傳感器室114和引射器140。一氣敏傳感器陣列200和熱動力傳感器陣列280位于傳感器室114中。樣品流14從閥帽封殼102被吸入傳感器室114，從而使氣敏傳感器陣列200和熱動力傳感器陣列280暴露于樣品流14。隨后，樣品流14進入引射器140。一壓縮氣體源30向引射器140提供壓縮空氣32，在引射器140內產生一個壓降，從而將樣品流14通過傳感器室114吸入引射器140。壓縮空氣32和樣品流14在引射器140內混合，形成一混合物36排入大氣。該樣品回收系統100結合有一個遠程校準系統300，該校準系統是布置成可以將少量的被測分析物注入樣品流，以便自動地校準氣敏傳感器。
此外，還設置了控制和通信系統400，以處理傳感器輸出數據，并且對逃逸散發物傳感系統10進行控制和通信。控制和通信系統400包括傳感器接口電路402、微控制器404、存儲器406、通信接口電路800和功率轉換電路900。
氣敏傳感器陣列200和熱動力傳感器陣列280連接于傳感器接口電路402，該接口電路可以處理來自傳感器陣列的信號，并把處理過的信號提供給微控制器404。與本案同時申請的、申請人為John P．Dilger和Nile K．Dielschneider、題為“高頻測量電路”的美國專利申請NO．_(代理人案卷號FEMR013)揭示了一種合適的氣敏傳感器和傳感器接口電路，該專利申請的內容可援引在此以作參考。微控制器404將來自于傳感器的數據儲存在存儲器406中，并可利用這些來自于逃逸散發物傳感系統10的傳感器數據來啟動控制動作，以減少或消除散發。例如，微控制器404可以關閉位于散發源12上游的一個閥，使流體停止通過散發源12，藉以停止由于流體泄漏而造成的散發。或者，微控制器404可以改變散發源12本身的工作條件，以減少或消除逃逸散發。微控制器404可以利用通信接口電路800向上游的閥、散發源12、或者是可以用來減少或消除散發的其它任何工廠設備提供這些控制信號。
微控制器404還可以用通信接口電路800向一流程控制系統40提供傳感器數據。逃逸散發物傳感系統10可以進行逃逸散發物的測量，并且立即將合成的傳感器數據傳送給一獨立的流程控制系統40。或者，逃逸散發物傳感系統10可以將每次測量的傳感器數據儲存起來，以便在以后由流程控制系統40來檢索。
通信接口電路800還可以接收來自流程控制系統40的數據和控制指令。流程控制系統40可以用來自逃逸散發物傳感系統10的傳感器數據來啟動控制動作，以減少或消除散發。例如，流程控制系統40可以如上所述的那樣關閉上游的閥或改變散發源12的工作條件，以減少或消除散發。
功率轉換電路900接收電能，這些電能可通過與流程控制系統40通訊連接進行傳送，并以合適的電壓向通信和控制系統400提供電能。
逃逸散發物傳感系統10可以用來檢測來自于散發源12的各種流體的出現，并測量其濃度。該系統還可以檢測來自散發源的有害、有毒或污染物質，或者檢測其損失受到關注的無害物質的泄漏。該逃逸散發物傳感系統可以用來檢測來自任何散發源的散發物質，特別是來自于可能散發有害物質的工業處理設備。例如控制閥、截止閥、或安裝在攜帶有害氣體的管線上的泵；攪拌機、螺旋輸送機、或安裝在含有有害流體的過程容器上的其它設備；以及熱交換器、反應器和其它含有有害流體的過程容器。當逃逸散發物傳感系統10檢測到散發物質時，逃逸散發物傳感系統10可以利用該數據控制流程，以減少或消除散發。或者，可以將該數據傳遞給一個遠程的設備流程控制系統40，該系統可以響應這個信號來控制流程，以減少或消除散發。
現請參見圖2，它是用于圖1所示逃逸散發物傳感系統的樣品回收系統100的示意圖。該樣品回收系統100包括一閥帽封殼102、回收總管106、傳感器室114和引射器140。閥帽封殼102是由一可圍繞預期會發出散發物質的散發源12的表面積的罩殼構成的。總管106的一端連接于閥帽封殼102，而另一端連接于傳感器室114，并且可以允許一樣品流從散發源流入傳感器室114。總管106最好是用316不銹鋼管制成，或者是其它合適的耐腐蝕材料制成。
傳感器室114包含氣敏傳感器陣列200，并且還能包含一熱動力傳感器陣列(未圖示)。傳感器室114的出口116是引射器140的入口。在傳感器室114的入口處設置了一個限流孔118，以提供氣動限流作用。限流孔118在傳感器室內造成壓降，有助于引射器140的設備。限流孔118可以用藍寶石、不銹鋼或對于來自被監測設備的散發物質呈惰性的其它適當的材料制成。
一個細粒過濾器120沿回收總管106定位，以收集夾帶在樣品流中的任何細粒。在傳感器室114的入口和引射器140的出口處分別設置了火焰通道限制器124和126。在不同的位置上布置了微型閥130、132和134，以使樣品回收系統的各個部分相互隔絕。微型閥130可以用來使閥帽封殼102和傳感器室114相互隔絕。微型閥132可以將周圍空氣吸入傳感器室114，通過關閉微型閥130并打開微型閥132和134，就可以對氣敏傳感器進行基線校準。
一個遠程校準器可連接于該樣品回收系統，以便對氣敏傳感器進行校準而無需將它們取出傳感器室114。含有校準物的遠程校準器的分析儀304通過第一微型閥306連接至一計量腔308。計量腔308通過第二微型閥310連接至傳感器室114。
傳感器室114最好是用鑄鋁制成。該腔室的內部可以是粗加工的、或者是涂覆的或機加工的以獲得一光整的表面而減少表面從樣品流吸取氣體。傳感器室114也可以用不會受被監測散發物質影響的其它耐腐蝕材料制成。傳感器室114最好是構造成一個模塊單元，以便于就地更換。
現請參見圖3，它是圖2所示樣品回收系統的閥帽封殼的剖視圖。如圖所示，閥帽封殼102安裝在一散發源12(在圖中為一控制閥)上。閥帽封殼102包括一連接于回收總管106的出口104，并且還包括一開口108，以使閥帽封殼102圍繞一閥桿20或散發源的其它阻擋部分20進行安裝。圖2所示的閥帽封殼102是設計成可以收集從閥體18與閥桿20之間的閥桿密封件16泄漏出來的氣體。開口108是設計成使閥桿與閥帽封殼壁之間只有一個很小的間隙，以限制外來細粒不能進入閥帽封殼102。在閥帽封殼102內有一個擋板110，以阻止閥帽封殼102內的外來細粒進入回收總管106。
閥帽封殼102安裝在散發源上，在閥帽封殼102與散發源12之間保持有一個間隙112。這樣就會產生一個低阻抗的氣動限制，從而允許空氣流過間隙112和閥帽封殼102，進入回收總管106。這空氣流可將散發源發出的任何逃逸散發物質帶入回收總管106，向前再進入傳感器室。這種連續的空氣流還可以防止散發源12的散發物積聚在閥帽封殼中。由于逃逸散發物質積聚之后的集成效應，會導致一個錯誤的高傳感器讀數。
閥帽封殼可以由兩個或更多個構件組成，以便于在閥帽封殼102必須圍繞阻擋零件時的安裝。因此，如圖3所示，可以將由垂直方向分成兩半構成的閥帽封殼102圍繞閥桿20安裝而無需拆除安裝在閥桿頂部的閥致動器(未圖示)。該閥帽封殼102最好是用316不銹鋼或其它合適的耐腐蝕材料制成。
圖4是示出圖2的樣品回收系統100的引射器140之細節的剖視圖。引射器140可以與傳感器室114形成一體，或者構成為一單獨的裝置。一壓縮空氣源30可向一微型調節器144提供壓縮空氣，該調節器向引射器140提供調制壓縮空氣34。壓縮空氣可以提供使來自閥帽封殼102的樣品流14經傳感器室114吸入引射器140的動力。壓縮空氣源30可以是通常在設備內用來調節氣動控制閥或操作氣動設備的空氣供給設備，但也可以采用其它的加壓氣體或液體源。微型調節器144是通常工業用的小壓力調節器。微型調節器144可降低并調節壓縮氣體的壓力，以控制樣品流14，并使壓縮空氣32的損耗為最小。
第一級腔室146接收來自于微型調節器144的調制壓縮空氣34，并將該空氣排入第一級噴管148。第一級噴管148是管狀的，帶有一可將空氣排入第二級噴管152之喉部的噴孔154。第二級腔室150連通于總管106和第二級噴管152的喉部。第二級噴管152也是管狀的，其橫截面積大于第一級噴管148，其噴孔156向大氣排氣。
工作時，調制壓縮空氣34進入第一級腔室146，并流入第一級噴管148。隨著調制壓縮空氣34進入第一級噴管148的出口限流區域，其速度增大。高速的壓縮空氣流排入第二級噴管152，夾帶走第二級腔室150的空氣，并在第二級腔室150中產生壓降。這種壓降可引發一從閥帽封殼102、經回收總管106進入第二級腔室150的樣品流14。樣品流14可攜帶來自于散發源12的任何逃逸散發物通過樣品回收系統，使氣敏傳感器陣列200和熱動力傳感器陣列280暴露于散發物。調制壓縮空氣34和樣品流14在第二級噴管152中混合，混合物36被排向大氣。
引射器140可以用不銹鋼或其它耐腐蝕材料制成。第一級噴孔154和第二級噴孔156最好是用藍寶石制成。
引射器140是設計成可產生一通過樣品回收系統100的、已知質量流的樣品流14。樣品流14的流速取決于第一級噴孔154、第二級噴孔156、傳感器室入口孔118的直徑和調制壓縮空氣34的壓力。樣品回收系統100在樣品流速為大約0．425立方英尺／小時的情況下能理想地工作。當第一級噴孔的直徑為0．011英寸，第二級噴孔的直徑為0．024英寸，傳感器室入口孔的直徑為0．013英寸，調制壓縮空氣的壓力為大約3．0磅／平方英寸時可獲得這流速。然而，引射器140可能需要不同的尺寸和工作條件，以有效地收集來自各種散發源的散發物。
通過控制進入引射器140的調制壓縮空氣34的壓力，就能控制第二級腔室150內的壓降，因而可以控制樣品流14通過回收總管106和傳感器室114的速度。此外，只要給定引射器140、回收總管106和傳感器室114的幾何形狀以及第一級腔室146入口處的壓縮空氣壓力，就可以計算樣品流14的質量流。
樣品回收系統100的這種設計可以無需用一質量流傳感器來測量經過回收總管106的樣品流。所述的系統還可以無需在散發源附近設置泵或風扇來收集樣品流，因而是一種簡單并且低成本的設計。最后，該樣品回收系統可以設計成符合EPA采樣規定。
在不偏離本發明精神和范圍的情況下，還可以對所述的和所示的技術和結構做成很多改型和變化。因此，應該理解，文中所述的方法和裝置僅僅是為了說明而不是限制本發明的范圍。
權利要求
1．一種用于收集來自一散發源的散發物的裝置，包括a)一適于圍罩所述散發源的至少一部分的封殼；以及b)一流體連通于所述封殼并且連接于一壓力流體源的引射器，所述壓力流體流過所述引射器，從而產生一個可將所述散發物從所述封殼吸入所述引射器的壓降。
2．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述封殼可對于所述散發源形成一個低阻抗約束。
3．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述封殼包括多個可圍繞所述散發源的至少一部分的構件。
4．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述引射器包括一第一級噴管和一第二級噴管，所述第一級噴管可接納所述壓力流體，并將所述壓力流體排入所述第二級噴管。
5．如權利要求4所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括一微型調節器，它可以在所述第一級噴管接收所述壓力流體之前調節所述壓力流體的壓力。
6．如權利要求5所述的裝置，其特征在于，該裝置包括一設置在所述封殼和所述引射器之間的傳感器室，所述散發物從所述封殼流出，經過所述傳感器室，被吸入所述引射器。
7．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述傳感器室與所述引射器形成一體。
8．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括一設置在所述封殼和所述傳感器室之間的總管。
9．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括一流體連通于所述傳感器室的校準流體源。
10．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述散發源包括一具有帶一外表面的閥桿密封件的閥，所述封殼周向地圍繞所述閥的所述閥桿密封件的所述外表面。
11．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壓力流體包括壓縮空氣。
12．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述壓力流體包括壓縮空氣。
13．一種用于將來自一散發源的逃逸散發物輸送至一傳感器的裝置，包括a)用于收集來自所述散發源的逃逸散發物的罩殼裝置；b)流體連通于所述罩殼裝置的、用于容納所述傳感器的容納裝置；以及c)流體連通于所述容納裝置的傳送裝置，用于產生一個壓降，以使來自于所述散發源的所述散發物經過所述容納裝置而被吸出，從而使所述傳感器暴露于所述逃逸散發物。
14．如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述傳送裝置包括一第一級噴管和一第二級噴管。
15．如權利要求14所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括流體連通于所述傳送裝置的調節裝置，以便調節所述壓降。
16．如權利要求13所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括用于提供流體連通于所述容納裝置的校準流體的裝置。
17．一種用于收集關于來自一散發源的散發物之數據的系統，包括a)一適于包圍所述散發源的至少一部分的封殼；b)一流體連通于所述封殼并且連接于一壓力流體源的引射器，所述壓力流體可流過所述引射器，從而產生一個可將所述散發物從所述封殼吸入所述引射器的壓降；c)設置在所述封殼和所述引射器之間的至少一個傳感器，用于產生可表示由所述引射器從所述散發源吸出的所述散發物之濃度的數據；以及d)用于儲存所述數據的裝置。
18．如權利要求17所述的系統，其特征在于，所述數據被傳送給一流程控制系統。
19．如權利要求18所述的系統，其特征在于，所述流程控制系統可根據所述散發物數據來控制設備的工作條件，以減少所述散發物。
20．一種用于減少來自一散發源的散發物的系統，包括a)一樣品回收系統，它具有一引射器，該引射器流體連通于一包圍所述散發源的至少一部分的一封殼，并且連接于一壓力流體源，以便產生一個壓降而將所述散發物從所述封殼吸入所述引射器，該系統還有一用于檢測所述散發物的傳感器；以及b)一連接于所述傳感器的通信和控制系統，用于產生可表示從所述散發源抽出的所述散發物之濃度的數據。
21．如權利要求20所述的系統，其特征在于，該系統還包括一遠程地連接于所述通信和控制系統的流程控制系統，用于接收所述數據而控制所述散發源，以減少所述散發物。
22．如權利要求21所述的系統，其特征在于，所述通信和控制系統包括用于儲存可表示來自所述散發源的所述散發物之濃度的數據的裝置。
23．如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述通信和控制系統包括利用所述數據來控制所述散發源以減少所述散發的裝置。
24．一種用于收集來自一散發源的散發物的方法，包括如下步驟a)借助一罩殼包圍所述散發源的至少一部分；b)設置一與所述罩殼流體連通的引射器；以及c)向所述引射器供給壓力流體，從而在所述引射器內產生一壓降，藉以將來自所述散發源的所述散發物吸入所述引射器。
25．如權利要求24所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟在將所述壓力流體供給到所述引射器之前，對所述壓力流體的壓力加以調節。
26．如權利要求25所述的方法，其特征在于，所述罩殼可形成一對于所述散發源的低阻抗約束。
全文摘要
本發明揭示了一種用于收集來自閥或其它散發源(12)的逃逸散發物的方法和裝置。該裝置包括一包圍設備的至少一部分的封殼(102)和一流體連通于所述封殼(102)的引射器(140)。引射器(140)連接于一壓縮空氣源(30),因而能產生一個可將散發物從封殼(102)吸入引射器(140)的壓降。該裝置可以包括一傳感器室(114),它可容納用于檢測從被監測設備而來的任何散發物的出現和濃度的氣體傳感器(200),并且可以儲存起散發物數據,將該數據傳遞給一設備流程控制系統,并利用該數據來控制設備工作條件以減少或消除散發物。
文檔編號G01N1/24GK1278912SQ98811075
公開日2001年1月3日 申請日期1998年10月28日 優先權日1997年11月12日
發明者J·P·迪爾格 申請人:費希爾控制產品國際公司