CN100359186C - 在苛刻应用条件下具有改进稳定性的远程过程密封装置 - Google Patents

在苛刻应用条件下具有改进稳定性的远程过程密封装置 Download PDF

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Abstract

提供一种远程过程密封系统。所述密封系统包括至少一个远程密封组件，所述远程密封组件过联接器连接至过程压力传感器，所述联接器填充满不可压缩流体。所述不可压缩流体被至少一个吸气装置接触以降低由随着时间推移聚集的氢气的释放而引起的不稳定。一方面，一层吸气材料沉积或放置在远程过程密封组件的压力变换部分内。

Description

在苛刻应用条件下具有改进稳定性的远程过程密封装置
技术领域
本发明涉及一种过程控制和测量工业。更确切地，本发明涉及一种改良的远程过程密封装置。
背景技术
过程控制和测量工业使用过程变量传感器以远程地监视与物质有关的过程变量，所述物质例如是指在化学、造纸、石油、制药、食物和其它食物处理设备中的固体、泥浆、液体、气体。过程变量包括压力、温度、流量、水平面、混浊度、密度、浓度、化学成分和其它性质。过程变量传感器能够在过程控制回路中把与传感过程变量有关的输出量提供至控制室，从而过程能够被监视并控制。
过程控制回路能够是双线、4-20mA的过程控制回路。通过这种过程控制回路，激发电平是足够低的，从而即使在故障条件下，回路通常也不能包含足够的电能以产生火花。这在易燃的环境下特别具有优势。过程变量传感器有时能够在这样低的能量水平下运行，从而它们能够从4-20mA的回路中接收所有的电能。根据过程工业标准协议(例如HART数字协议)，过程控制回路有时能够具有叠加在双线回路上的数字信号。
过程压力传感器用于多种应用领域以在过程环境内检测压力(绝对的、标准度量或微分度量)。此外，过程压力传感器能够用于从两个不同的点(例如沿着罐的变化着的高度上)检测压差，并在罐内提供液面指示。过程安装中的两个不同间隔位置的压力测量有时需要使用一个或更多远程密封装置。另外，在一些应用中，过程的温度是如此高以至于在过程附近结构上安装压力传感器将破坏压力传感器。因此，远程密封装置主要用在压力被测量的点是分隔或过程本身的温度是太高的情况下。
如上所述，远程密封系统包括压力传感器、至少一个远程过程密封组件、在远程过程密封组件和压力传感器之间的流体联接器和在流体联接器中的填充流体。在运行过程中，薄的、柔软的隔膜和填充流体把压力传感器的压力传感元件与过程流体分离。联接器(典型为毛细管)把远程过程密封装置连接至压力传感器。当施加过程压力时，在远程过程密封装置内隔膜的被移动以把测量的压力通过联接器经由填充系统传输至压力传感器元件。被传输的压力移动压力传感器的压力-传感元件内的检测隔膜。这个位移与过程压力成正比并且被电转换成适当的电流、电压、或诸如HART(总线寻址远程传感器)等的数字输出信号。
为了确保在压力传感器内检测的压力是过程压力的精确表示，填充流体的不可压缩的是非常重要的。虽然这好象是相对直接的设计标准，但是公知的是，某些类型的油随着时间的推移将释气或产生气泡。此外，随着时间的推移，制成远程过程密封组件和/或联接器的金属可以至少在一定程度上释气。通常，通过选择高质量的填充流体、预先处理填充流体以降低随着时间的推移而释气的程度、处理包括远程过程密封组件和/或毛细管的金属以把它们释气降低到一定程度来解决。使用所有这些技术增强远程过程密封系统的长时间的稳定性。
一些应用(具体地，一些把远程过程密封组件暴露于例如超过200℃的高温和/或高真空)能够在远程过程密封系统内引起不稳定和/或误差。例如，在上述苛刻条件下的应用中，根据上述的制造技术而制造的远程过程密封系统甚至在六个月或更长时间的运行之后，仍可以渐渐地经历增加的误差或不稳定。当面对这种严峻的应用情况下使用寿命已经是可以接受的时，提供能够忍受这种苛刻条件的远程过程密封系统以使用更长的时间是非常有益的。而且，提供这种远程过程密封系统将代表对远程过程密封系统的重要改进，所述这种远程过程密封系统不仅能忍受这种苛刻条件以延长使用寿命，而且不需要附加处理步骤，通过提供所述附加处理步骤来降低或最小化填充流体和/或金属的释气。
发明内容
提供一种远程过程密封系统。密封系统包括至少一个远程过程密封组件，所述远程过程密封组件通过用不可压缩流体填充的联接器连接至过程压力传感器。不可压缩流体通过与至少一种吸气装置接触以降低由随着时间的推移而聚集的氢气引起的不稳定。一方面，一层吸气材料被沉积或放置在远程过程密封组件的压力变换部分内。
根据本发明的第一个方面，提供一种远程过程密封系统，包括：过程压力传感器，所述过程压力传感器具有至少一个压力入口；远程过程密封组件，所述远程过程密封组件与至少一个过程压力传感器的压力入口流体相通，并且适于通过填充流体把过程流体压力输送至所述至少一个压力入口，同时把过程流体与所述至少一个压力入口分离；和吸气装置，所述吸气装置放置成与系统内的填充流体接触，其中所述吸气装置放置在所述远程过程密封组件内并且与过程密封组件的压力变换部分最近。
优选地，所述吸气装置是闪蒸在远程过程密封组件的表面上的材料。
根据本发明的第二个方面，提供一种远程过程密封组件，包括：压力变换部分，所述压力变换部分包括绝缘隔膜，所述绝缘隔膜焊接至板件上以形成室；和吸气装置，所述吸气装置放置成与压力变换部分最近，并且当这种流体被引入远程过程密封组件时，适于与不可压缩填充流体接触。
根据本发明的还一方面，提供一种保持在根据上述第一方面的过程密封系统内或在根据上述第二方面的过程密封组件内的填充流体的方法，包括：将吸气装置设置成与过程密封组件的压力变换部分最近；把不可压缩填充流体与吸气装置接触以吸收释放入不可压缩填充流体中的氢。
附图说明
现在仅通过实例参照附图将说明本发明的实施方案，其中：
图1是远程过程密封系统的示意图，本发明的实施方案对所述远程过程密封系统特别有用。
图2是根据现有技术的远程过程密封组件的横截面示意图。
图3是根据本发明的实施方案的远程过程密封组件的横截面示意图；
图4是根据本发明的实施方案的远程过程密封组件的透视图。
具体实施方式
在过去，根据最严峻标准制造的远程过程密封系统仍旧随着时间的推移而产生不稳定和/或误差。事实上，理论上这种误差是由于在填充流体内氢气的逐渐聚集而产生的。也被认为，当这种系统在苛刻条件下运行时，氢气从在远程过程密封系统内的金属结构本身内迁移出来。其中，“苛刻条件”是指温度高于大约200℃或真空度低于大约0.5psia或两者同时的情况。根据本发明，氢气吸气材料放置在远程过程密封组件的填充流体系统内。这种结果对于苛刻应用条件是更耐用的系统。
图1是远程过程密封系统的示意图，本发明的实施方案对所述远程过程密封系统特别有用。系统10包括一对远程过程密封组件12、14，所述远程过程密封组件12、14是通过各自毛细管16、18而连接至压力传感器20。由于无论是现在已知或将来发展的远程过程密封组件都能够使用本发明的实施方案，所以所述的远程过程密封组件12、14的特别构造仅用于说明。远程过程密封组件12、14的每一个都包括各自的法兰22、24，所述各自的法兰22、24优选地包括适于在过程装置内安装远程过程密封装置的螺栓图案。压力变换部分26、28在每个安装法兰内放置。压力变换部分26、28放置成与过程流体接触并把过程流体的压力通过各自毛细管16、18传输至过程压力传感器20。
图2是从图1中沿截线A-A切开后的远程过程密封装置的示意截面图。图2说明了根据现有技术的远程过程密封组件12。远程过程密封组件12包括安装法兰30，所述安装法兰30包括通孔32以使压力变换部分26的轴34通过。用于安装至适宜的过程连接器的多个安装孔36放置在安装盘30内。压力变换部分26固定至轴34并放置成与过程流体接触。此部分26包括绝缘体隔膜38，所述绝缘体隔膜38在位置42和44处焊接至板件40上。隔膜38可以依赖于具体的应用由多种材料制成。这种材料包括316不锈钢、304不锈钢、钛、锆和任何适宜的合金，例如Hastelloy镍合金(Haynes国际公司的注册商标)、Inconnel600(Huntington合金公司的注册商标)、Monel400(Inco合金国际有限公司的注册商标)，或任何其他适宜的材料。典型地，面向隔膜38的内部的板件40的表面被卷绕，如附图标记46所示。板件40通常由相似的材料制成，但也可以包括附加材料，例如碳钢。在板件40的卷绕的表面和隔膜38的内表面之间的体积确定了一个室，所述室填充不可压缩的填充流体，例如硅油。然而，多种其它的填充流体能够被使用，并且本发明的实施方案可使用任何适宜的不可压缩的流体。填充流体在管道48内和向上从连接器16至压力传感器的所有通道都存在(在图2中为出示)。
图3和4分别是根据本发明的实施方案的远程过程密封组件的横截面图和透视图。图3说明相似于图2所示的远程过程密封装置12的远程过程密封组件50，并且相同的结构用相似的附图标记表示。具体地，远程过程密封组件50能够使用如图2所述的相同的安装法兰30。在改进的远程过程密封组件50和装置12之间的主要差别是装置50在被流体填充的室内包括附加的凹入部分52。优选地提供这个凹入部分以调节吸气装置54和筛网56的构造。图3说明具有孔58的吸气装置54允许填充流体通过。放置在吸气装置54的顶端的筛网56优选地是焊接至此的金属的筛网。在吸气装置54不包括孔58的实施方案中，额外的机加工可以提供凹槽或额外的凹入部分以允许填充流体在吸气装置下通过。其中，吸气装置是指任何具有固定、吸收或从被填充的室内除去气体氢的能力的结构或物质。
图4是改进的、包括法兰30的远程过程密封组件50的透视图。为了说明目的，可弯曲的绝缘隔膜已经从装置50中被移去以不仅显示出在那下面卷绕的部分，而且也显示出释放通道60，所述释放通道60在筛网和吸气装置下通过。筛网56在图4中作为在密封装置的中心部分的十字形阴影是直接可见的。
当本发明的实施方案包括在远程过程密封系统的填充流体部分内部的任何吸气材料准备时，优选地，吸气装置由薄片材料的一部分制成，所述薄片材料的一部分能够应用于远程过程密封组件的压力变换部分。这是因为薄片材料的吸气装置的构造提供增加的表面区域以促进吸气作用。此外，当本发明的实施方案扩展至在远程过程密封系统的被填充的体积内的任何类型的吸气材料时，优选地选择硅油。因此，当本发明的实施方案包括吸气装置(例如铂和/或钯)的准备时，这些不是优选材料。传统的吸气材料(例如铂和/或钯)不好的原因是这种材料被测试发现由填充流体(典型是油)的作用下成为有毒的。相反，聚合体吸气装置是优选的。已知的聚合体吸气装置在美国专利US5837158和6063307中披露。
在过去虽然使用吸气装置保持和/或产生高真空是公知的，但是在以前这种材料还没有用于在充油的非真空远程过程密封系统内保持原始的条件。据了解，当面临苛刻使用时，在远程过程密封系统中的氢气吸气装置的使用将可能增加这种系统的使用寿命。
虽然参照优选实施方案已经说明了本发明，但是本领域普通技术人员将认识到没有脱离本发明的精神和范围内在形式和具体内容上是可以变化的。例如，当根据图3说明的吸气装置54时，所述根据图3是在远程过程密封的过程压力变换部分的凹入部分内使用一层材料，确切地认为，在填充流体室内的吸气装置的制备包括任何适宜的方法和/或吸气器。例如，适宜的吸气材料能够薄镀或沉积在卷绕的表面上，或在填充流体内悬浮。此外，在吸气装置至少是有些导电的和吸气装置的导电性随着氢量的函数变化的实施方案中，确切地测量吸气装置的导电性以提供吸气量进而是密封寿命的表示。此外，相似的吸气装置实施方案能够应用于任何填充流体系统以增强性能。例如，压力传感器通常包括填充流体系统，并且本发明的实施方案能够潜在地提供相似的好处以增强或保持传感器性能。

Claims (19)

1.一种远程过程密封系统，包括：
过程压力传感器，所述过程压力传感器具有至少一个压力入口；
远程过程密封组件，所述远程过程密封组件与至少一个过程压力传感器的压力入口流体相通，并且适于通过填充流体把过程流体压力输送至所述至少一个压力入口，同时把过程流体与所述至少一个压力入口分离；和
吸气装置，所述吸气装置放置成与系统内的填充流体接触，其中所述吸气装置放置在所述远程过程密封组件内并且与远程过程密封组件的压力变换部分最近。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸气装置放置在远程过程密封组件的凹入部分内。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括安装在吸气装置上的筛网。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸气装置是闪蒸在远程过程密封组件的表面上的材料。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述筛网是金属的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸气装置是聚合体吸气装置。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述填充流体是硅油。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述远程密封组件由不锈钢构成。
9.根据权利要求1所述的系统，其中吸气装置的导电性被测量并且是远程密封装置的产品寿命的诊断指示。
10.一种远程过程密封组件，包括：
压力变换部分，所述压力变换部分包括绝缘隔膜，所述绝缘隔膜焊接至板件上以形成室；和
吸气装置，所述吸气装置放置成与压力变换部分最近，并且当这种流体被引入远程过程密封组件时，适于与不可压缩填充流体接触。
11.根据权利要求10所述的组件，其中所述吸气装置放置在室内的凹入部分内。
12.根据权利要求10所述的组件，其中所述板件包括相对绝缘体隔膜的内表面的卷绕部分。
13.根据权利要求10所述的组件，进一步包括放置在吸气装置和绝缘体隔膜之间的筛网。
14.根据权利要求10所述的组件，其中所述板件包括在吸气装置下延伸的通道。
15.一种保持在根据权利要求1的过程密封系统内或在根据权利要求10的过程密封组件内的填充流体的方法，包括：
将吸气装置设置成与过程密封组件的压力变换部分最近；
把不可压缩填充流体与吸气装置接触以吸收释放入不可压缩填充流体中的氢。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述不可压缩填充流体是油。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述油是硅油。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述填充流体设置在远程过程密封系统内。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述填充流体设置在压力传感器内。
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