CN100504340C - 易挥发性排放物的收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在密封周围采集大气试样的易挥发性排放物收集装置。此排放物收集装置具有一刚性元件，此元件形成了一低阻腔以覆盖密封件。此排放物收集装置具有一个管道，该管道带有与低阻腔流体连通的入口和一个出口，此出口可以连接到化学检测系统，以对从密封件泄漏的排放物进行大气试样的分析。

Description

易挥发性排放物的收集装置
横向参考
本申请与转让给与本申请相同受让人的美国专利6029506(1997年11月12日提交，名称为样本回收系统)和美国专利5129625(1990年10月9日提交，名称为活负载包装系统(live loaded packing system))相关，由此这些参考专利合并于此作为参照。
技术领域
本发明总地涉及一种排放物(emission)保存和收集装置。更明确地是，本发明涉及一种在密封件周围的空气中采集排放物准确试样的装置。
背景技术
车间和工厂利用过程控制装置来控制处理过程中流体的流动。过程控制阀常常被用于制造消费物品或商品，例如燃料，食品以及衣物。甚至中型工厂也可能使用着上百个控制阀和许多个泵。大多数现代化工厂在生产消费商品的过程中利用挥发性有机化合物(VOC’S)。几乎所有现代化工厂都经历过将VOC排入到空气中。这些排放物经常从非故意的源头泄漏出来，诸如工艺物料流中所包含的阀门，泵和管道。这些来自非故意的源头的排放物经常被称作为“易挥发性排放物”。在处理中受控的物质在这里会被称作流体，尽管它可能是一种气体或一种多相介质。
许多过程控制装置具有可旋转的轴，用于控制过程参数。例如，控制阀通过改变可移动阀塞的阀杆的位置来控制流体的流动。阀杆可以上下滑动，或它可以通过旋转来改变阀塞的位置。阀杆相对于密封件运动。此密封件防止工艺流体泄漏到大气中或外界。
在操作中，阀杆可以相对于阀门密封件每秒钟两次那么频繁地移动。在极端情况下，阀杆可以相对于阀门密封件移动每秒钟五十次之多。阀杆的频繁移动以及苛刻的工作条件，例如大的温度起伏，苛刻的操作助剂以及在密封表面附近的磨粒都会加速阀杆密封件的退化。近来在密封材料和密封持续性上的改善大幅度地增加了阀杆密封件的服务寿命；但是，所有的阀门密封件最终都会退化并将工艺流体泄漏到环境中。因此，监视控制阀门密封件的泄漏成为了一个问题。
其它诸如泵的过程控制装置也具有旋转轴。因此，对于围绕泵轴的密封件来说发生泄漏是非常普遍的。通常在工厂中出现的另一种密封装置是管凸缘或柔性管接头。在管子中的振动，以及由于老化和暴露于元件中而造成的密封件退化在过程控制系统中产生泄漏并于是造成不期望的排放。
在过去的几年中，美国政府和外国政府已经对有害化学品和合成物向大气的排放有所警觉。因此，美国政府已经持续地建立和实施了更严格的标准来防止诸如VOC的污染物向环境的排放。美国环境保护局(EPA)是负责建立和执行新法规的联邦机构。
VOC在工业生产中是很普遍的。特别是，苯、甲苯以及1，1，1-三氯乙烷是在制造业中广泛使用的三种VOC。EPA已经公布了法规来规定从控制阀和工厂的VOC的最大许可泄漏量。为了达到此标准，工厂经理必须建立工厂的监测措施。此措施包括对VOC泄漏测量值的记录以及向EPA报告这个测量值。
为了符合其中一个EPA法规，工厂必须确定有多少个阀门正在泄漏和每个阀门所泄漏的化学品的数量。如果一次监测确定了泄漏阀门的数量和释放VOC的数量处于一预设限度以下，那么根据法规就可以减少检测或调查频率。这对例如有200,000个调查点的大型工厂是非常重要的。这就需要花费高昂的成本在工厂中维持一定人员来持续地监测这200,000位置。因此，最小限度泄漏的准确报告显著地减少为达到EPA法规所付出的努力和花费。
由于自动排放检测系统不会立即成为可能，所以绝大多数的工厂正在使用便携式仪器来执行“漫游式监测”。漫游式监测需要亲临测量点，并且测量和记录从每个调查点的排放。相对于不需要亲临界调查点的自动测量系统来说，这种方法效率非常低。
除了亲临调查点并测量排放的低效率之外，此系统也有其它毛病。例如，在有风的天气中，风可以将排放物吹走使便携式装置无法测出排放物。另外，泄漏可能与阀杆的位置有关。磨损、有凹痕或弯曲的阀杆可能在某个位置不会产生泄漏可是会在另一位置上会发生严重的泄漏。便携式仪器在亲临现场时才能进行一次测量，但是，自动系统在一天24小时内都可以对排放物进行报告。
便携式仪器典型地使用一种采样探针，来向便携式仪器内的传感器传送围绕探针尖端并在密封件一小块区域附近的一小份的空气试样。对于使用采样探针程序上的要求包括探针绕着密封件的整个圆周运动并且驻留在检测到最大泄漏的地方。因此，测量只在密封处一小部分上执行而且“整体”泄漏没有被测量到。另外，也有可能由于诸如致动器框架或阀帽的障碍物造成采样探针难于围绕密封运动。
现有的自动挥发性排放物检测系统在过程控制系统中不是主流。存在少量代替或原始设备。这些设备通常放置经历着最苛刻的工况的阀门上。探测是重要的，这是因为立即修复泄漏的阀门可以将所需的监测减少到最少，并且可以极大地减少为符合EPA标准所需的花费。自动报告系统的另一个优点包括了更有效的早期报警系统。这个自动系统可以警告操作人员即将发生的密封件失效。如果排放物是可燃的，有毒的或危险的，检测可使预防性措施在危险状况发生前进行。
对于任何排放物检测系统来说具有两个基本功能。首先，此系统必须通过某种采集系统获得准确的大气试样，然后它必须处理此试样以检测出目标化学物的浓度。采集系统提供一个有待分析的未被污染、均匀并且未稀释的试样非常重要。
自动挥发性排放物传感器系统的永久性安装会减少“手动检测”以及便携式仪器的使用，并且增加了测量的准确性。但是，永久性安装的排放物传感器也存在不准确的试样采集系统的问题。这些被安装的排放物传感器也必须要应对试样保存的问题，这个问题会由于空气紊乱而产生。因此对于便携式仪器或自动排放物检测系统来说，本发明的一个目的就是提供一个装置，它可以有效地采集密封件附近的准确的空气试样，从而可以使化学检测系统准确地测量排放物。
发明内容
因此，本发明的一个目的就是提供一个低成本并且可靠的挥发性排放物收集装置。
本发明的另一个目的就是提供一个用于采集均匀挥发性排放物试样的高效的收集机构。
本发明的再一个目的就是提供一种低阻腔，用来捕获密封件附近的大气试样，并且向排放物检测系统传送试样以确定是否存在着挥发性排放物。
提供了一种用于在密封附近采集大气试样的挥发性排放物收集装置。此排放物收集装置包括：刚性元件，它成形为形成一个低阻腔，该低阻腔覆盖密封件，此刚性元件具有一管道，该管道具有多个围绕该刚性元件内周边的内部入口，该入口与低阻腔流体连通，用于均匀地采样所述密封件附近的大气，该管道还具有与其流体连通的出口，该出口与排放物检测系统流体相连，该排放物检测系统可以对大气进行分析以检测从密封件泄漏的排放物。
在优选实施例中，此收集装置被制成两件，其主要由一基底和一盖部构成。管道可以通过在基底和盖部被组装之前最初在它们中一个的配合表面上形成凹陷而形成。在密封件周围更均匀、准确的大气试样可以从低阻腔处通过收集装置抽取，此收集装置具有围绕密封件并在密封件附近的多个等间隔的入口。
附图说明
在参考下面的详细描述和附图会对本发明的特征和优点有最好的理解。
图1示出了与过程控制装置和工艺管线成一体的排放物收集装置的处理部分；
图2是根据本发明的结合在图1所示的过程控制阀上的排放物收集装置的放大剖面图；
图3示出图2中所示的排放物收集装置的基底的俯视图。
具体实施方式
本发明提供了一种在密封件附近用于采集大气准确试样的排放物收集装置，从而可以对密封件进行排放物检测。此排放物收集装置是整体排放物检测装置的一部分，用于确定正在发生泄漏的密封件的排放物。
密封泄漏件可以存在于多个处理元件中，如泵2，工艺管线8，管凸缘6以及控制阀20。根据本发明，排放物收集装置(ECD)可被组装到每个可能有排放物泄漏问题的处理元件上。三个例子被示出在图1中，其中控制阀20以剖面图示出。阀门ECD12被放置在控制阀20的阀杆30的周围并且被固定到阀帽21上。管凸缘ECD22被示为组装到管凸缘6上。第三个例子示出了一个组装到泵2上的泵轴ECD 32以使其安装在泵轴3的周围。一个化学检测系统16被用于从ECD 12、22和32经由抽吸管13、14和15抽出大气试样，用来确定是否存在不可接受程度的挥发性排放物。
化学检测系统16优选地是被设计成在由ECD所提供的试样中检测目标化学物的非常小的含量那种类型。百万分之十的灵敏度对一个标准化学检测系统来说是非常容易达到的。在这些极小的含量中，排放物通常处于气相。对于这些类型的检测系统来说，通常使用一种集成的试样回收系统来通过抽吸作用将气体从关键区域(critical area)移走。试样回收系统的例子在美国专利6,029,506中描述，并且作为参考结合在这里。
现在参考图2，图2示出了图1中圆圈区域7的一个更详细的剖面图，解释了本发明的概念。虽然将结合阀门2对本概念进行说明，可是对于本领域的技术人员来说相同的概念也可以应用于管凸缘6、泵2或其它存在从密封件泄漏排放物问题的装置上。如图所示，阀门ECD 12主要包括了基底29和盖部28。此阀门ECD 12被安装到阀帽21上并且用于在密封件33和阀杆30的周围形成低阻腔37。
低阻腔37作为一种保护腔进行操作，将密封件33周围的大气与可能出现的空气湍流或风屏蔽。这种屏蔽或防风有助于防止不准确的读数。重要的是排放物在没有不适当的干扰情况下上升并从低阻腔37逸出。因此低阻腔的目的就是保持排放物从密封件表面的自然流动。为了保持这种自然流动，对本领域技术人员来说应该清楚的是，低阻腔必须设计成可防止过量地累积排放物，同时在试样被采样和针对排放物检测之前可防止试样被外部气流稀释。
垫圈45也可以被用于盖住一部分的低阻腔37以减少外部条件的影响，这些外部条件可能会影响或干扰密封件周围的大气。另外，垫圈45可盖住一部分低阻腔而利于在低阻腔37中排放物少量积累。在另一个实施例中，盖部28可以被用于盖住一部分的低阻腔37并且优化在排放物试样上的累积以及环境影响。
基底29的一个更详细的视图被示出在图3中。基底29具有一个通孔59以允许阀杆插入或在泵的情况下允许泵轴插入。本领域技术人员应该认识到可以确定这个孔59的尺寸以形成一个低阻腔，以便在它安装到密封件上时，允许排放物的自然流动。为了从低阻腔提供更均匀的大气试样，此优选实施例包括了多个分布在通孔59周围并靠近通孔59的入口31。将入口31取向成垂直于上升的排放物可以防止不希望的试样滞留于凹处(pocket)中。提供了管道42来将入口31和出口39互相连接。接管35可以装配在基底和盖部之间，或安装在盖部或基底内，以允许出口39连接到一个抽吸管。
入口31，管道42和出口39可用多种方式建立，例如，可以通过铣削、激光蚀刻、等离子切割、锻造或模制在基底、盖部、或在两者上形成凹陷。为了在密封周围提供均匀的大气试样，优选地是当盖部和基底配合在一起而形成管道42时，入口设计成具有相同的孔口直径。还是优选的，管道的总体横截面积大于每个入口的累加横截面积。这种设计的目的就是在通过化学检测系统进行试样采集过程中在每个入口31上提供一个相同的压降。相同的压降会从整个低阻腔提供相同的试样流动并且为排放物分析提供均匀的试样。
在前面已经详细描述了本发明的优选实施例。在不背离本发明精神和范围的前提下，可以进行各种修改和添加。因此，本描述只是作为本发明的示例给出而不是对本发明范围的限制。例如，排放物收集装置可以集成另外的特征来提供额外的功能。例如，阀门ECD可以作为用于图2所示的阀填料组(valve packing set)的保持元件或作为凸缘的一个整体部分。本发明的其他方面、目的和优点可以从对附图、说明书和权利要求的研究中获得。

Claims (10)

1、一种挥发性排放物收集装置，包括：
刚性元件，它成形为形成一个低阻腔，该低阻腔覆盖密封件，此刚性元件具有一管道，该管道具有多个围绕该刚性元件内周边的内部入口，该入口与低阻腔流体连通，用于均匀地采样所述密封件附近的大气，该管道还具有与其流体连通的出口，该出口与排放物检测系统流体相连，该排放物检测系统可以对大气进行分析以检测从密封件泄漏的排放物。
2、根据权利要求1所述的排放物收集装置，其中，刚性元件将阀杆密封组件固定到阀体上。
3、根据权利要求1所述的排放物收集装置，其中，此刚性元件还包括：
基底，该基底具有沿配合表面形成的凹陷；以及
盖部，用于附着到此配合表面上来形成管道。
4、根据权利要求3所述的排放物收集装置，还包括一个垫圈，用于密封配合表面。
5、根据权利要求1所述的排放物收集装置，还包括一个通过限制流向低阻腔和从低阻腔排出的气流来优化低阻腔的阻抗的垫圈。
6、根据权利要求3所述的排放物收集装置，其中，所述管道具有一个基本上圆形的部分并且具有径向供给部分，该径向供给部分将入口连接到所述基本上圆形的部分上。
7、根据权利要求1所述的排放物收集装置，还包括一垫圈，该垫圈通过对空气流和排放物流产生阻抗来优化防风能力和易挥发性排放物积累。
8、根据权利要求1所述的排放物收集装置，其中，每个所述入口具有相等的横截面面积。
9、根据权利要求8所述的排放物收集装置，其中，该管道的整体横截面积大于每个入口的累加横截面积。
10.根据权利要求1所述的排放物收集装置，还包括盖部，该盖部通过对空气流和排放物流产生阻抗来优化防风能力和易挥发性排放物积累。
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