CN101344464B

CN101344464B - 在线阀采样系统

Info

Publication number: CN101344464B
Application number: CN2008101338626A
Authority: CN
Inventors: P·措林格
Original assignee: Neotecha AG
Current assignee: Neotecha AG
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: ATE514932T1; CN101344464A; EP2015048A1; US8074528B2; US20090013805A1; EP2015048B1

Abstract

本发明涉及一种在线阀采样系统，其连接到输送管导管上并将工艺介质样品提取到接收容器或接受器中以用于测试。该阀采样系统通过提供填密筒来提供用于处于升高的和波动的温度范围的腐蚀性工艺介质的弹性密封机构，该填密筒具有PTFE材料的薄膜，该薄膜由至少一个O形环偏置，以在阀轴和填密筒的升高部分之间提供密封。

Description

在线阀采样系统

技术领域

本发明大体涉及阀。更具体地，本发明涉及一种连接到导管的在线(in-line)阀采样系统，其将工艺介质样品提取到接收容器或接受器中以用于测试。该阀采样系统为处于升高的和波动的温度范围的腐蚀性的或磨损性的工艺介质提供了弹性的密封机构。

背景技术

采样装置用于各种应用，诸如化学，食品和药品，能源工业，以收集工艺介质的样品用于测试和/或分析。这些采样装置通常采用阀的形式，其在打开时能够从附连的管道或导管提取液体、气体或者其它工艺介质。一些采样装置需要中断工艺，此时系统临时地关闭并取得代表性样品。可对各种工艺介质进行采样，包括水、燃料、饮料和有毒物质。当对无毒介质进行采样时，不存在有害溢出的危险。但是，当对危险介质或贵重介质进行采样时，溢出和浪费将成为问题。

某些采样装置允许经由连接管线或管路将采样介质从导管移入接受器中。当对腐蚀性的或磨损性的材料进行采样时，这种环境使得该材料的腐蚀作用危害系统的完整性。这限制了在阀的寿命中的行程或循环的数量。另外，当工艺介质是腐蚀性材料时，采样系统中使用的阀也变得容易受腐蚀的影响。当系统经受温度升高和波动时，这种状况会恶化。

可使用多种构造以尝试和限制在阀的操作中的腐蚀作用。一种构造在阀轴上使用衬层，该阀轴带有完全氟化的含氟聚合物(如与

的密封)。此处提到的

材料是完全氟化的含氟聚合物，其包括但不限于PTFE，PFA，TFM或NXT。但是，因为由升高的或波动的温度所引起的

材料的热膨胀，所以难以获得完全密封。另外，

对的密封由于轴的线性移动而产生不希望的磨损。因而，需要在升高的和波动的温度下具有对腐蚀性工艺介质环境的足够密封特性的阀采样系统。上文提及的缺点和其它缺点通过本发明而克服，此处参考详细描述、附图和权利要求对本发明进行描述。

发明内容

本发明的实施例针对采样系统，其包括安装在工艺管道中用于接收流过管道的工艺介质样品的阀单元。采样装置包括构造为用于容纳具有阀孔的阀单元的阀单元主体。在打开位置，该阀孔供给工艺介质样品，并且在其关闭位置防止从管道提取工艺介质样品。阀轴布置在阀单元主体内并且衬有PTFE。阀轴包括头部并在关闭位置由弹簧偏置，使得头部与阀孔形成密封。操作杆连接到阀轴上并具有从打开位置到关闭位置的移动范围。填密筒(packing cartridge)围绕阀轴定位并具有第一切除部分和内壁。该内壁衬有PTFE并与阀轴接触。该筒接收O形环，该O形环在阀单元主体和轴之间施加密封力，以防止不希望的工艺流进入阀单元主体。接受器连接到阀单元主体并构造为用于接收样品介质。

附图说明

图1图示了根据本发明实施例的关闭的阀采样系统的简化轮廓视图。

图2图示了根据本发明实施例的图1所示的打开的阀采样系统的简化轮廓视图。

图3是根据本发明实施例的阀采样系统的剖视图。

图4是根据本发明实施例的阀采样系统的密封区域的剖视图。

图5图示了根据本发明实施例的用于阀采样系统的填密筒。

图6图示了本发明的可选实施例，其中阀采样系统的接受器部分是注射器。

图7图示了处于打开位置的图6所示的注射器构造。

图8是使用大体示于图6和图7中的一种注射器的采样系统的详细视图。

具体实施方式

图1图示了采样系统10的示范性实施例，该采样系统10具有阀单元主体100和直接安装到工艺管道110中的接收单元或采样单元105。采样系统10可经由阀凸缘115a和115b附连到管道110上。阀凸缘115a和115b是典型地用于阀导管连接的类型，其具有围绕凸缘115a和115b的圆周隔开的多个螺栓或连接器116以及保持螺母117。阀主体100包括固定螺钉127和六角螺母128，并沿工艺管道110的工艺流轴线定位。例如，采样单元105可包括用于接收样品的接受器或瓶子106，其与阀单元主体100可分离地连接。采样单元105还包括用于在填充瓶子时从瓶子106中排出空气的出口107。例如，瓶子106可以是带有ISO GL 45螺纹的标准玻璃、PFA或不锈钢，以使出口107经由1/4英寸NPT连接而到达孔108。可选地，也可根据正在被采样的工艺介质和与采样介质相关联的多种安全和污染因素来使用注射器收集接受器(如下文所述)。

阀轴120居中地布置在阀单元主体100内，并且从顶部125延伸到下部126。例如，轴120可以是紧固于阀单元主体100内的PFA封装的不锈钢。轴120包括当阀单元100处于关闭位置时与底座采样孔155接合的成形阀轴头部150。弹簧圈140使轴120偏置以形成在阀轴头部150和采样孔155之间的密封。采样孔155连接到采样通道160，该采样通道160延伸进入瓶子106并提供用于从工艺管道110到采样容器或瓶子106的沉积采样介质的路径。阀轴头部150具有锥形构造，但是可以使用其它形状以通过底座151提供与采样孔155的密封，以便防止当阀单元100处于关闭位置时工艺介质流入通道160。

图2图示了处于打开位置的采样系统100。行程杆(stroke lever)或操作杆130(在图1中以虚线显示)固定地连接到轴120上，并且当采样工艺介质将要从管道110沉积在瓶子106中时促动。操作杆130离开阀单元主体100延伸一段距离且可包括把手部分131，以便操作者的方便和安全的使用。当逆时针旋转操作杆130以进行促动时，轴120在阀主体100内向上移动。当轴120向上移动时，阀轴头部150离开底座151，从而打开采样孔155，以允许工艺介质从管道110经由通道160流入到瓶子106中。当轴120向上移动时，定位于阀主体100的弹簧支承腔141内的螺旋弹簧140由弹簧凸轮部分142压缩，从而提供对轴120的向下偏置。操作杆130由螺旋弹簧140弹簧加载且通过螺旋弹簧140的线性移动而促动，例如逆时针90°，当将杆130释放时(称为“安全杆”)，螺旋弹簧140迫使轴120进入关闭位置。为了防止不希望的促动，可将操作杆130锁住。可以用螺柱127和螺母128调整杆130的行程，以调节采样介质填充接受器106的速度。当对介质进行采样时，必须保证样品以管道中的物品和样品都不与外部空气或任何外来物质进形接触的方式从管道110中抽取并充入瓶子106。另外，当在采样工艺结束时移除瓶子收集器106时，用于瓶子106的分离机构必须能够防止样品的溢出或逸出。

填密为任何阀的基本部分，其围绕轴120包裹以保证在阀单元主体100内的平滑的垂直移动并提供密封以防止工艺泄漏。如前文所述，轴120是包裹于PFA中的不锈钢。在某些腐蚀性的环境中，密封材料也是

PFA，这就导致

对

的密封。这种密封构造有时是必须的，以满足只有某些特定国家才有的尤其是在高腐蚀性应用中的排放标准。例如，德国行政法规TA Luft和VDI 2440排放标准测试在某些工艺工业中要求通过用于阀排放的阀柄的泄漏少于1ppm。因此，

包裹的轴120在阀主体100内的线性移动与

密封的组合难以达到在升高的和波动的温度下的必须的密封要求以满足严格的排放标准。温度波动在-20℃到200℃的范围内。这主要是因为当阀单元内部的温度升高时，Teflon受热并因为其高的热膨胀属性而膨胀。另外，在冷流工艺中，可改变填密和轴之间的密封。

图3是图1和图2所示的采样系统单元10的详细剖视图。布置于阀单元主体100内的轴120通过螺旋弹簧140沿向下方向偏置。如上文所述，当阀打开时，轴120向上移动，从而从底座151上释放阀轴头部150。这允许工艺介质自管道110经由采样孔155进入采样通道160。初级轴密封件310定位于管道110连接的上方，并且用来在轴120和阀主体单元100之间形成密封。初级密封件310产生对轴120的水平力，以在升高的和波动的温度下保持密封布置。次级轴密封件320垂直地布置于螺旋弹簧140和初级密封件310之间。贝氏(Belleville)垫圈330垂直地布置于次级密封件320和初级密封件310之间。出口孔350位于初级密封件310和次级密封件320之间，以允许用于出口管线(未显示)的连接通过阀单元释放渗透，或者连接泄漏检测装置。

图4是采样系统单元10的初级密封区域310和次级密封区域320的剖视图。初级密封区域310包括筒410，第一O形环415，第二O形环420和唇缘部分430。例如，筒410可以是TFM^TM或NTX，TFM^TM是3M公司Dyneon的商标名，NTX是DuPont的商标名，它们是改性聚四氟乙烯(PTFE)氟塑料，其保持了具有更低熔化速度的传统PTFE的抗化学特性和抗热特性。筒410包括内壁412和切除部分411及413。第一O形环415定位于第一切除部分411内并布置于筒壁412和阀单元主体100之间。第二O形环420定位于第二切除部分413内并布置于筒壁412和阀单元主体100之间。因为轴120的壁部121和筒410的壁部412衬有Teflon，所以轴120的线性移动可引起腐蚀性的磨损，从而危害阀单元的密封特性。通过围绕轴120定位O形环415和420，在阀单元主体100和轴120之间施加力以保持轴120和内部筒壁412之间的密封。尽管O形环415和420显示为与阀单元主体相重叠，但在安装之后，O形环被压缩到位置内，以提供对轴120的必须的力以便产生上述密封。筒410的唇缘部分430布置于第二切除部分413和延伸臂435的下方。延伸臂435具有向下弯曲的半径且用于当在阀单元主体100内提升轴120时擦去硬颗粒。这防止任何危害密封的硬颗粒进入轴120和筒壁412之间的密封区域。如图所示，延伸臂435与轴120重叠，但在安装之后，提供轴120和延伸臂435的一侧436之间的接触。

次级密封区域320包括具有第一切除部分452和第二切除部分453的L形环451。第一切除部分452包括内壁461并容纳O形环460。第二切除部分453包括内壁454并容纳O形环450。通过O形环450和460对轴120施加沿方向A的力。尽管O形环450显示为与阀单元主体100相重叠且在O形环460和内壁461之间显示有间隔。但是，在安装之后，O形环450和460压缩，从而在L形环451和轴120之间形成密封。贝氏垫圈330布置于L形环451和垫片470之间。特别地，贝氏垫圈330的第一端458接触L形环451的下部455。贝氏垫圈330的第二端459接触垫片470的上壁471。当温度波动改变PTFE的尺寸时，贝氏垫圈330通过在阀单元主体100内的垂直压缩允许这种膨胀。

图5图示了填密筒410的截面图。当筒410预先装入到阀单元主体100内时，其围绕轴120从而形成周缘密封。可理解的是，筒410是预先装入到阀单元主体100中的整体的阀部件，其带有接收轴120的居中布置的通道510。为了便于阐述，此处将筒描述为具有第一半筒和第二半筒。筒410包括第一半筒505a和第二半筒505b，并且带有布置为通过其中的通道510。通道510构造为用于接收轴120作为初级密封区域310。第一半筒505a包括升高部分520a，520b，切除部分411a和413a以及唇缘部分430a。类似地，第二半筒505b包括升高部分520c，520d，切除部分411b，413b以及唇缘部分430b。第一半筒505a具有自升高部分520a延伸到唇缘部分430a的公共内壁412。同样地，第二半筒505b具有自升高部分520c延伸到唇缘部分430b的公共内壁412′。各个切除部分411a，411b，413a和413b均构造为接收O形环。例如，切除部分411a接收布置于内壁412和阀单元主体100之间的O形环415。切除部分413a接收布置于内壁412和阀单元主体100之间的O形环420。切除部分411b接收布置于内壁412′和阀单元主体100之间的O形环(未显示)。切除部分413b接收布置于内壁412′和阀单元主体100之间的O形环(未显示)。应该理解的是，因其环绕轴120延伸，故布置于切除部分411a和411b内的O形环是同一个O形环。类似地，因其环绕轴120延伸，故布置于切除部分413a和413b内的O形环是同一个O形环。如上文所述，唇缘部分430a包括延伸臂435a，唇缘部分430b包括延伸臂435b。

筒410的内壁412，412′具有升高环515a，515b，515c和515d。升高环515对应于切除部分411a，升高环515b对应于切除部分413a。类似地，升高环515c对应于切除部分413b，升高环515d对应于切除部分411b。应该理解的是，切除部分411a和411b是相同的切除部分，这是因为筒410的边界构造围绕轴120布置。同样地，切除部分413a和413b是相同的切除部分，这是因为筒410的边界构造围绕轴120布置。升高环515a，515b，515c和515处的壁412和412′具有大约1mm的厚度。初级密封件310沿着升高环515a，515b，515c和515d以及轴120存在。O形环415和420施加力以使衬有Teflon的升高环压靠覆有Teflon的轴120。因为初级密封件实际存在的区域(升高环515a，515b，515c和515d)较薄，所以O形环415和420围绕轴120施加足够大的力，以形成密封并防止当轴120在阀单元主体100中线性移动时从管道110中流出不希望的介质。这样，筒410通过使用成对的O形环提供预先装入的填塞盒，以在阀单元主体100和轴120之间提供可以承受升高的和波动的工艺温度的弹性的和可靠的Teflon对Teflon的密封。

图6图示了本发明的可选的实施例，其中阀601的接受器部分是注射器610。当采样介质的总容积是必须的时，使用这种采样装置。例如，注射器610到阀主体620的连接可使用通用的插接(bayonet)型适配器625。再次，阀采样系统600定位于工艺管道110中，阀601通过操作杆107打开。注射器610包括缸体611和活塞612。采样系统600包括阀轴650和注射器轴651。操作杆630连接到注射器轴651。在图6所示的关闭位置中，阀轴头部655与底座656接合。在该关闭位置，轴650通过与图1-4所示的实施例的弹簧螺旋140相类似的螺旋弹簧660偏置。

图7图示了处于打开位置的注射器构造采样系统600。当操作杆630移动到打开位置时，注射器轴65 1迫使阀轴650离开底座656，从而打开阀601以使得阀轴头部655从底座656上脱离。这允许工艺介质通过孔670进入注射器610的缸体611。如果采样系统600受压，则样品将流进注射器610的缸体611，从而移动活塞612。如果采样系统600处于真空状态，则必须通过将活塞612拉动离开管道110而将样品从管道110拉动进入缸体611。当释放操作杆630时，弹簧640使注射器轴651朝向其关闭位置返回地偏置，这迫使螺旋弹簧660移动阀轴650，从而使得阀轴头部655与底座656接合。

图8是使用图6和图7所示的一种注射器的采样系统的更详细的视图，其更好地解释该实施例中初级密封区域和次级密封区域的定位。首先，填密筒810，O形环815和O形环820与填密筒410，O形环415和O形环420相同。因此，在此处省略了对这些参考的详细描述。填密筒810围绕阀轴650定位并提供轴650和阀主体620之间的密封。定位于筒810内的O形环815和O形环820形成施加于阀单元主体620和轴650之间的力。如上所述，参考图5，筒810是预先装入到阀单元主体620内的整体的阀部件，其带有接收阀轴650的居中布置的通道510。位于筒810内的O形环815和O形环820产生施加于阀单元主体620和轴650之间的力。贝氏垫圈830位于筒810的下方。O形环850和860位于贝氏垫圈830的下方，此处O形环850经由O形环860对轴650施加力。

尽管参考某些优选的实施例对本发明进行了公开，但是对所描述的实施例的大量的修改、变更和变换是可行的，而不脱离权利要求所限定的本发明的领域和范围。因此，本发明不意图局限于所描述的实施例，而是具有权利要求的文字及其等同物所限定的全部范围。

Claims

1.一种采样装置，其具有安装在工艺管道中用于接收流过所述管道的工艺介质样品的阀单元，所述采样装置包括：

阀单元主体，其构造为用于容纳所述阀单元，所述阀单元具有阀孔，所述阀孔在打开位置供给所述工艺介质样品，并且在关闭位置防止从所述管道中提取所述工艺介质样品；

阀轴，其布置于所述阀单元主体内并且衬有聚四氟乙烯，所述阀轴包括头部，所述阀轴被弹簧偏置在所述关闭位置，使得所述头部与所述阀孔形成密封；

操作杆，其连接到所述阀轴上，并且具有从所述打开位置到所述关闭位置的移动范围；

填密筒，其围绕所述阀轴定位，所述填密筒具有第一切除部分和内壁，所述内壁衬有聚四氟乙烯并且与所述阀轴相接触，所述第一切除部分接收O形环以在所述阀单元主体与所述阀轴之间施加密封力，以便防止工艺流进入所述阀单元主体，所述填密筒还包括形成在所述第一切除部分处的所述内壁上的薄的升高环形部分，所述升高环形部分衬有聚四氟乙烯并与所述阀轴相接触以在所述升高环形部分与所述阀轴之间形成密封；和

接受器，其连接到所述阀单元主体上，并且构造为用于接收所述样品介质。

2.根据权利要求1所述的采样装置，其特征在于：所述O形环是第一O形环，所述填密筒还包括：

第二O形环；和

第二切除部分，其接收所述第二O形环以在所述阀单元主体与所述阀轴之间施加密封力，以便防止工艺流进入所述阀单元主体。

3.根据权利要求1所述的采样装置，其特征在于：所述采样装置还包括位于所述填密筒上方的贝氏垫圈，所述贝氏垫圈允许所述填密筒和所述阀轴的热膨胀。

4.根据权利要求3所述的采样装置，其特征在于：所述O形环是第一O形环，所述填密筒是初级轴密封件，所述采样装置还包括：

次级轴密封件，其位于所述贝氏垫圈上方，所述次级轴密封件具有位于第一切除部分和第二切除部分内的第二O形环和第三O形环，所述第二O形环在所述阀单元主体与所述第二O形环之间施加密封力，所述第二O形环定位为对所述阀轴施加力。

5.根据权利要求2所述的采样装置，其特征在于：所述填密筒还包括位于所述第二切除部分下方的唇缘部分。

6.根据权利要求5所述的采样装置，其特征在于：所述唇缘部分还包括延伸臂，其具有构造为用于当所述阀轴在所述阀单元主体内提升时擦去硬颗粒的向下弯曲部。

7.根据权利要求1所述的采样装置，其特征在于：所述阀单元主体还包括布置于所述接受器与所述阀孔之间并连接所述接受器与所述阀孔的采样通道，所述采样通道构造为用于将采样介质从采样孔输送到所述接受器。

8.根据权利要求7所述的采样装置，其特征在于：所述阀单元主体还包括采样出口，其从所述接受器延伸到所述阀单元主体的外部表面，所述采样出口构造为在所述接受器接收所述工艺介质样品时从所述接受器中排出空气。

9.根据权利要求1所述的采样装置，其特征在于：所述接受器是注射器。

10.根据权利要求1所述的采样装置，其特征在于：所述接受器是可分离地连接到所述阀单元主体上的瓶子。

11.根据权利要求9所述的采样装置，其特征在于：所述注射器由可分离地连接到所述阀单元主体上的缸体所限定。

12.根据权利要求11所述的采样装置，其特征在于：所述采样装置还包括布置于所述缸体内的活塞，所述活塞构造为用于在所述采样装置处于真空压力配置时提取工艺介质。