CN106796334B - 视镜设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于观察在压力下输送流体的加压容器、腔室或管道的内部视镜设备。所述视镜设备包括：安装在所述容器、腔室或管道中的开口上方的视镜组件，所述视镜组件包括邻近所述开口的视镜，所述视镜提供到所述容器、腔室或管道的内部的窗口；以及安装在所述视镜组件的后面和/或周围的容纳容器，用于在所述视镜组件失效的情况下容纳从所述管道中的开口排出的流体。按照这种方式，即使在视镜组件失效的情况下，加压容器、腔室或管道内的加压流体可以被安全地容纳。此外，可以在第一视镜后面设置第二视镜，在第一视镜和第二视镜之间具有液体或胶体、或者最小间隙，以降低第一视镜的失效触发第二视镜的失效的可能性，和/或，可以设置阀，以在视镜失效时自动地隔离压力系统。

Description

视镜设备

技术领域

本发明涉及一种视镜设备。本发明的实施例涉及在具有高压流体(其中一些也可以是可燃的)的情况下使用时具有增加的安全水平的视镜设备。

背景技术

视镜(sight glass)可以装配到容器、腔室和管道，以使得操作者或光学传感器能够观察容器、腔室或管道的内部，例如观察液位或行为。视镜通常包括在金属包围物以内的钢化玻璃板(通常是圆形的)。可以通过将金属包围物焊接、螺栓连接、或夹紧到容器、腔室或管道中的开口，来将视镜安装到容器。

虽然视镜通常用于多种工业，但视镜不常用于天然气处理和分配系统。其原因在于，这些系统的高压环境内的视镜失效将是灾难性，并且对石油和天然气工业造成巨大的风险。

已经进行了一些尝试，以最小化视镜失效的影响。例如，已经提出，具有与初级视镜相同的直径的次级视镜可以直接安装在初级视镜后面。然而，这样做存在问题：如果初级视镜在压力下失效，来自失效的初级视镜的碎片将冲击次级视镜，并导致其也发生失效。CN202778414、CN202580005、US4415235、GB1487056、GB909527和EP2159619中描述了一些之前的改进视镜安全性的尝试。

本发明的实施例寻求解决这些问题，并且改善在高压系统中使用视镜时的安全性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于观察在压力下输送流体的加压容器、腔室或管道的内部视镜设备，所述视镜设备包括：

安装在所述容器、腔室或管道中的开口上方的视镜组件，所述视镜组件包括邻近所述开口的视镜，所述视镜提供到所述容器、腔室或管道的内部的窗口；以及

安装在所述视镜组件的后面和/或周围的容纳容器，用于在视镜组件失效的情况下容纳从所述管道中的开口排出的流体。

按照这种方式，即使在视镜组件失效的情况下，加压容器、腔室或管道内的加压流体可以被安全地容纳。

虽然容纳容器可以与包括单个视镜的视镜组件结合使用，但在一些实施例中，所述视镜是第一视镜，且视镜设备包括第二视镜，所述第二视镜安装在第一视镜后面并与其间隔开，第一视镜和第二视镜提供到管道的内部的窗口。在视镜组件中使用第一视镜和第二视镜降低了视镜组件完全失效的可能性。如上面所讨论的，简单地一起使用两个视镜不一定导致安全性的任何改进，因为第一视镜可能产生碎片，碎片立即碰撞并打破第二视镜。已经确定了该问题的两个解决方案。首先，第一视镜和第二视镜之间的空间可以容纳透明的液体或胶体。空间内的这种材料用于减缓来自第一视镜的碎片，并且还将施加在第二视镜上的压力均布在其表面上(在空间内没有液体或胶体材料的情况下，第二视镜上的压力将很可能集中在小区域上)。其次，作为空间内的液体或胶体的替代或附加，第一视镜和第二视镜可以定位为足够靠近，使得在第一视镜失效的情况下，来自第一视镜的碎片将在达到足以导致第二视镜失效的速度之前撞击所述第二视镜。按照这种方式，视镜之间的空间可以设定为一定距离，其一方面足以使第一视镜的失效的发生不立即传递到第二视镜，另一方面又足够小，使得来自第一视镜的碎片在撞击第二视镜时，将不会达到足以导致第二视镜失效的速度(由来自其后面的高压流体的流动驱动)。

优选地，光学传感器安装在容纳单元内，以通过视镜组件观察管道的内部。容纳容器可以包括一个或多个光学元件，以限定视镜和光学传感器之间的间接光学路径，光学传感器安装在来自初级视镜的直接路径之外。结果，如果视镜组件失效，则降低了损坏光学传感器的可能性。应当理解，限定光学路径的光学元件具有的质量小于光学传感器，且在破坏时，可能对容纳容器内的其它部件造成较小的后果性损害。另外，在可燃性流体的情况下，降低损坏光学传感器的可能性可能降低了流体被引燃的风险(因为光学传感器包括电子部件和电力供给)。

在一些情况下，抗冲击元件插设在视镜与光学元件、另一视镜、或设置在所述容纳容器的壁内或中的馈通之间。如果抗冲击元件保护光学元件或另一视镜，则其应当是透明的。应当理解，可以设置各种光学元件、视镜(在容纳容器的壁中)、以及馈通(仍在容纳容器的壁中)，且这些可以：(a)形成相对薄弱的位点，其可能易于受到碎片的损坏，以及(b)是替换起来昂贵的部件。使用抗冲击元件降低了损坏这些部件的风险。优选地，抗冲击元件是相对于视镜的平面以一角度取向的透明板。结果，碎片被重定向到例如容纳容器的壁，并且也不太可能落回到管道中。

在一些情况下，视镜组件中的每个视镜的面设置有光学涂层。

另一视镜可以安装在容纳容器的壁内，视镜设备包括安装在容纳容器的外部的光学传感器，以沿着经过视镜组件和另一视镜的光学路径来观察管道的内部。通过将光学传感器安装在容纳容器的外部，降低了损坏光学传感器的风险，以及流体燃烧的风险。优选地，在容纳容器内设置一个或多个光学元件，以限定视镜组件和另一视镜之间的间接光学路径，另一视镜安装在来自视镜组件的直接路径之外。

在一些情况下，安装在容纳容器的壁中的视镜可以与视镜组件的视镜的尺寸不同(更小或更大)。

光学传感器可以是相机、光谱仪、或者利用光学装置来观察或感测容器、腔室或管道的内部的任何其它传感器装置。

可以相对于另一视镜安装屏蔽元件，以在视镜组件失效的情况下保护另一视镜免受碎片的影响。屏蔽元件包括部分锥形的元件，其基本上围绕另一视镜，并有效地阻挡视镜组件和另一视镜之间的直接路径。

优选地，容纳单元内的压力高于大气压力，降低了视镜组件上的压力差，从而降低了失效的可能性。

优选地，容纳容器包括安装在容器的壁中的爆破片。

在一些实施例中，容纳容器的内壁的至少一部分设置有冲击吸收衬垫，以在视镜组件失效的情况下吸纳碎片。这降低了碎片的部分在容纳容器的内部反弹的风险。

在一些实施例中，围绕视镜组件安装碎片拦挡元件(retaining element)，以防止碎片落入加压容器、腔室或管道中。碎片拦挡元件可以是管或套环。

优选地，阀组件安装在加压容器、腔室或管道内部，阀组件响应于视镜组件的失效而关闭开口。这在视镜失效的情况下提供了额外的保护。阀组件的失效响应可以是自动的(例如冲击阀)，或由容纳容器中的压力传感器触发。

根据本发明的另一方面，提供一种用于观察在压力下输送流体的加压容器、腔室或管道的内部的视镜设备，所述视镜设备包括：

安装在所述容器、腔室或管道中的开口上方的视镜组件，所述视镜组件包括邻近所述开口的第一视镜，以及安装在所述第一视镜后面并与其间隔开的第二视镜，所述第一视镜和所述第二视镜提供到所述容器、腔室或管道的内部的窗口；

其中所述第一视镜和所述第二视镜之间的空间容纳透明流体或胶体。

根据本发明的另一方面，提供一种用于观察在压力下输送流体的加压容器、腔室或管道的内部的视镜设备，所述视镜设备包括：

安装在所述容器、腔室或管道中的开口上方的视镜组件，所述视镜组件包括邻近所述开口的第一视镜，以及安装在所述第一视镜后面并与其间隔开的第二视镜，所述第一视镜和所述第二视镜提供到所述容器、腔室或管道的内部的窗口；

其中所述第一视镜和所述第二视镜足够靠近，使得在所述第一视镜失效的情况下，来自所述第一视镜的碎片将在达到足以导致所述第二视镜失效的速度之前撞击所述第二视镜。

优选地，第一视镜和第二视镜间隔开的距离在0.5mm到10mm之间。更优选地，第一视镜和第二视镜间隔开的距离在0.5mm到5mm之间。更优选地，第一视镜和第二视镜间隔开的距离在0.5mm到2mm之间。更优选地，第一视镜和第二视镜间隔开的距离在1mm到2mm之间。

根据本发明的另一方面，提供一种用于观察在压力下输送流体的加压容器、腔室或管道的内部的视镜设备，所述视镜设备包括：

安装在所述容器、腔室或管道中的开口上方的视镜组件，所述视镜组件包括邻近所述开口的视镜，所述视镜提供到所述管道的内部的窗口；以及

安装在所述容器、腔室或管道内部的阀组件，所述阀组件响应于所述视镜组件的失效而关闭所述开口。

按照这种方式，即使在视镜组件失效的情况下，加压容器、腔室或管道内的加压流体可以被安全地容纳。

优选地，阀组件包括瓣阀，其在正常条件下处于打开位置，且其在视镜组件失效的情况下，由通过视镜组件来自加压容器、腔室或管道的流体的流动推动到关闭位置。优选地，瓣阀通过瓣阀的两侧之间的压力差保持在关闭位置中。

应当理解，管道或容器可以容纳加压流体，其可以容纳天然气、可燃气体或液体烃类。

如果视镜在高压系统中使用时发生失效，该系统提供了更高的安全水平。高压流体将被容纳。在一些实施例中，高压流体将被隔离，且将自动地关闭流动以改善操作者的安全性。

在管道或容器容纳可燃气体和/或天然气的情况下，本发明的实施例将是特别有利的。

还优选的是，视镜设备的容纳容器部分地或完全地位于安装在容器、腔室或管道的开口上的法兰内。本发明的这样的实施例是有利的，因为其可以减少容器、腔室或管道外部的视镜设备的体积。另外，用于法兰的系统可以是高度标准化的，从而允许使用常用的工具和配件将容纳视镜设备的法兰容易地改装到许多加压系统。

优选地，视镜设备可以容纳视镜组件，其包括邻近容器、腔室或管道中的开口的多个视镜，其提供到容器、腔室或管道的内部的窗口。这样的实施例是有利的，因为单独的窗口的尺寸可以减小，这样的尺寸减小伴随着承受室、管道或容器中的压力所需的强度的降低。另外，随着所需的强度降低，视镜可以更薄，且用于它们的构造的玻璃光学质量降低，从而降低了成本。

在一些实施例中，优选的是，通过视镜中的至少一个对容器、腔室或管道进行照明，且通过至少一个其它视镜使用光学传感器来观察容器、腔室或管道。这样的情况可以是有利的，因为其可以减少光学传感器所经历的炫光，增加其灵敏度。另外，这样的实施例可以允许使用多个光源和/或光学检测器，其每一个被优化为用于观察室、容器或管道中的不同的性质。

优选的是，通过至少一个外围视镜对容器、腔室或管道进行照明，且通过中间视镜使用光学传感器来观察容器、腔室或管道。这样的实施例可以是有利的，因为在这样的装置中进一步减少了光学传感器所经历的炫光(glare)。

优选地，次级密封可以包括至少一个高压连接器。在次级密封中包括高压连接器是有利的，因为其提供了允许向和从位于视镜容器内的任何光学传感器传送功率和数据的手段，而不损害视镜设备提供的次级容纳容器的完整性。

还优选的是，使用屏蔽件在视镜设备失效的情况下保护高压连接器免受碎片的影响。这样的实施例可以是优选的，因为它将有助于在视镜或初级密封失效的情况下防止视镜设备的完全失效。

优选地，视镜设备还可以包括压力传感器。在视镜设备中包括压力传感器可以被期望作为当视镜设备中的压力升高时警示用户的手段，可以作为警报系统的一部分。

优选地，这样的警报系统还可以包括安装在容器、腔室或管道内的阀组件，阀组件响应于压力传感器。这样的系统可以是有利的，因为其可以允许，在初级密封或次级密封、或两个密封都失效的情况下，使视镜设备与腔室、容器或管道隔离。这里，整个管道、腔室或容器由于失效的视镜设备而被损坏的风险被大大降低。

优选地，阀可以包括瓣阀、球阀或双阻塞排放阀。

还优选的是，使视镜设备包括干燥体。干燥体的包括将减少次级容纳容器中水或水蒸气的存在，从而可能延长容置在该容器中的任何电气、机械、化学或结构部件的使用寿命。

另外，还优选的是，视镜设备进一步包括脱氧体。次级容纳容器中的脱氧体的存在可以导致降低容纳在该容器中的任何部件或设备的氧化。如果容纳在管道、腔室或容器中的可燃物质泄漏到次级容纳容器中，氧气水平的降低还可以降低爆炸或火灾的风险。

附图说明

现在将参考以下附图通过示例来描述本发明，在附图中：

图1是穿过气体管道形式的容器的示意截面图；

图2示出了安装到容器的本发明的实施例的一部分的示意透视图；

图3示意性图示了根据本发明的一个实施例的双视镜组件；

图4示意性地图示了根据本发明的另一实施例的双视镜组件；

图5示意性地图示了包括双视镜组件、次级容纳容器和紧急瓣阀的视镜设备，其中成像装置(或其它光学部件)安装在次级容纳容器的外部；

图6示意性地图示了包括双视镜组件、次级容纳容器和紧急瓣阀的另一视镜设备，其中成像装置(或其它光学部件)安装在次级容纳容器的内部；

图7示意性地图示了安装到容器的本发明的实施例的透视图；

图8示意性地图示了根据本发明的另一实施例的法兰安装的视镜组件；

图9示意性地图示了根据本发明的又一实施例的法兰安装的视镜组件；

图10示意性地图示了安装在T型件中的法兰安装的视镜组件；以及

图11示意性地图示了还包括紧急阀的法兰安装的视镜组件。

具体实施方式

图1示出了气体管道的示意截面图，其可以形成用于输送气体的国家传输系统(NTS)的一部分。气体管道10包括容纳气体12的区域和容纳液体14的区域。容器(在这种情况下是气体管道10)内的气体相对于大气压力处于升高的压力。例如，气体可以具有高于大约20个大气压的压力。在一些情况下，气体可以具有高达大约400个大气压的压力。可以看出，如果液体污染物14存在于气体管道10中，则液体污染物可以聚集在气体管道10的最低点，从而形成液体污染物的池。在一些情况下，例如对于快速流动气体，可能的情形是，液体可能不汇聚在管道的底部。替代地，例如，液体可能围绕管道的内圆周形成完整的环状流，尽管即使在这种情况下，可以预期大部分的液体将落到管道的底部。在任意情况下，期望具有对管道内的事件的可视性。

图2示出了次级容纳容器16，其在分接点18处经由支管安装到气体管道10。次级容纳容器16容纳光学器件，且在一些情况下容纳成像装置，其能够通过由支管18在气体管道10中提供的开口来观察气体管道10的内部。

图3示意性地图示了双视镜组件，其设计为改善在将视镜与高压系统一起使用时的安全性。双视镜组件包括安装在法兰安装件1内的初级视镜2。初级视镜2是由合适的光学透明材料形成的压力额定视镜，且设计和测试为超过其将被安装的系统的最大设计压力。法兰安装件1是能够将加压流体保持在容器内的刚性安装件。通气孔3可以设置在法兰安装件1内，以允许气体从容器的内部被清除和排出到容器和视镜组件的外部。通气孔3有效地提供了容器、腔室或管道的内部与容器、腔室或管道的外部(以及次级容纳容器的外部，如果有的话)之间的通道，且可以处于打开状态(其中，来自容器、腔室或管道内部的气体在其自身压力下释放)和关闭状态(其中，气体不发生释放)。该布置可以用于从初级视镜2附近清除相对较高的氧含量和湿气。在一些情况下，湿气可能引起冷凝，且通气孔3可以与加热器(未示出)组合使用，加热器与初级视镜2热连通，以移除、减少或防止在视镜2上形成冷凝。具有与初级视镜2相似的直径的次级视镜5安装在初级视镜2后面，初级视镜2与容器中的开口相邻(且从而与容器内的高压流体相邻并接触)，且次级视镜5远离开口，且不与容器内的高压流体接触(除非初级视镜2失效)。次级视镜5安装在法兰安装件4内，且法兰安装件4直接(或间接)安装到法兰安装件1。一空间6设置在初级视镜2和次级视镜5之间，且该空间容纳、且优选地基本上填充有液体或胶体。液体或胶体可以是通常用于光学耦合的折射率匹配液体。这些用于光学耦合，并且液体与玻璃的任一侧的折射率匹配以提高耦合的效率。这些可从多家供应商获得。如果视镜用于允许对管道的光学介入以用于拉曼或吸纳光谱分析的目的，则应当注意，因为光谱仪还会接收来自两个视镜之间的液体或胶体的信号。然而，对于简单的成像系统，这将不成为问题。液体或胶体也可以是在系统操作的波长中透明的任何液体或胶体。视镜2和视镜5之间的间隙是较小距离(例如几毫米)，从而防止初级视镜2失效的情况下的来自初级视镜2的碎片的加速。这是有利的，因为碎片的动量(其为确定碎片导致第二视镜失效的可能性的主要因素)是碎片冲击时质量和速度的乘积。碎片的质量是固定的，但是通过减小速度(使用液体或胶体填充)和/或通过减小加速度施加的持续时间(通过减小待行进的距离-即视镜之间的间隔6)，可以减小冲击时的速度，从而减小动量。液体或胶体还防止了可能导致第二窗口失效的点压力积累。特别地，在初级视镜失效的情况下，压力峰值被均衡(液体或胶体使得施加在次级视镜5上的力比其它情况下更均匀地分布在其表面上)。如果具有类似的直径的第二视镜直接安装在第一视镜后面，则很可能的是，如果初级视镜在使用高压流体操作时发生失效，则碎片将冲击次级视镜。如本实施例的情况，当两个视镜之间的空间填充有透明液体或胶体时，液体或胶体吸纳并减轻碎片对第二视镜的冲击。应当理解的是，通过将第一视镜和第二视镜定位得足够靠近，在第一视镜失效的情况下，来自第一视镜的碎片将在达到足以导致第二视镜失效的速度之前撞击第二视镜，且更优选地，在其比此更慢地行进时。应当理解，可以仅依靠在初级视镜和次级视镜之间使用适当的间隔，而不存在液体或胶体填充。然而，优选地，双视镜组件既在初级视镜和次级视镜之间设置了适当的间隔，并且还具有适当的液体/胶体填充。

第一视镜和第二视镜之间的实际最佳间隔可以高度依赖于诸如以下的考虑：

(a)可能的失效模式(例如，来自管道中已有的碎片的冲击，或第一视镜中的机械裂纹)；

(b)涉及的流体压力；以及

(c)空间是否填充有液体或胶体。

合适的间隔距离可能在毫米的数量级。例如，第一视镜和第二视镜可以隔开在0.5mm和10mm之间。更优选地，在0.5mm和5mm之间。更优选地，在0.5mm和2mm之间。更优选地，在1mm和2mm之间。

图4示意性地图示了图3的变型，其中，初级视镜2和次级视镜5两者都安装在它们的相应的安装件1、4内，并相对于以下一个或多个成角度：(a)视镜安装件的平面，(b)垂直于支管的纵向轴线的平面，以及(c)从安装在次级视镜5后面的光学传感器到容器中的光学视轴。通过按照这种方式以一定角度安装视镜，可以减少进入其它光学部件的反射光(或是从容器外部通过视镜投射到容器中的光，或是从容器内部发射或反射穿过视镜到容器外部的光学传感器的光)。优选地，为了减少反射，角度大于0°但小于约10°。成角度的视镜还增加了视镜对垂直于视镜安装件所施加的压力(和冲击)的厚度，并且允许冲击力的一些被偏转而不是被视镜吸纳。换言之，成角度的视镜还可以增加视镜组件对压力和冲击的顺应性，从而改善安全性。为了在这方面实现显著改善，则优选地使用大于约10°的角度。

作为次级视镜的附加或替代，次级压力容纳容器(SCV)可以安装在视镜组件后面或周围。图5示意性地图示了这样的布置的示例。在图5的情况下，次级容纳容器16设置为次级视镜的附加，但在替代实施例中，次级容纳容器可以设置为次级视镜的替代。在初级视镜(以及次级视镜，如果装配有次级视镜)失效的情况下，高压流体容纳在次级容纳容器内。图5还示出了在高压系统中的安装阀，其提供了额外的安全性。安装阀可以与次级视镜和次级容纳容器中的一个或两个一起设置，或作为其替代。从图5可以看出，阀单元32、33、34竖直地安装在现有管道或压力容器35中的开口处的法兰安装件的上方。在这种情况下，阀单元32、33、34是双阻塞-排放阀单元，其包括第一阻塞阀34、第二阻塞阀32、以及排放阀33，排放阀33允许第一阻塞阀34和第二阻塞阀32之间的容积的排出。使用法兰安装件31将瓣阀(flap valve)单元30、31竖直地安装在阀单元32、33、34的法兰安装件上方。使用法兰安装件1将初级视镜2安装在瓣阀单元30、31上方。使用法兰安装件4将次级视镜5安装在初级视镜2上方。将次级容纳容器16竖直地安装在次级视镜5上方。

次级容纳容器(SCV)16设计为满足并符合管道规范，并且能够容纳高压系统的全部设计压力。次级容纳容器16旨在在初级视镜(以及次级视镜，如果存在的话)失效的情况下容纳过程流体。次级容纳容器16限定安装在次级视镜5的安装件4上的封闭的腔室。应当理解，如果不使用次级视镜，则次级容纳容器16将安装在初级视镜2的安装件1上。上升的套环或碎片管8安装在视镜5周围，以在初级和次级视镜组件失效的情况下最小化落回管道中的碎片量。在碎片管8内，设置有用于光纤或光管13的透镜组件9。透镜组件9放置在视镜5上或旁边，以允许光经由光纤或光管13传输到视镜5并通过视镜5和2投射，同时最小化反射。光纤或光管以及透镜组件可以允许(光的，例如激光的)线、形状和图案通过视镜5、2投射并进入下方的管道中。透镜组件9可以通过附接(未示出)到碎片管8而方便地安装就位。光纤或光管13允许来自光源的光从次级容纳容器外部入射。光纤或光管13经由压力额定馈通15进入次级容纳容器16，压力额定馈通15允许维持次级容纳容器16的压力额定值(即是说，馈通15不会成为将次级容纳容器整体的压力额定值降低到不可接受的水平的系统弱点)。替代地，如将在下文进一步解释的，照明装置可以安装在压力容纳容器16的外部(或内部)，而不使用光纤或光管，并通过次级容纳容器16壁中的合适的视镜或其它光学元件来投射光，以照亮管道或压力容器。

次级容纳容器16的内壁衬有材料(吸纳内衬)11，其适合于捕捉、吸纳和保持由视镜组件的失效产生的碎片，从而减少对次级容纳容器16内的部件的冲击事件，并因此最小化对这些部件的损坏。在一些实施例中，该内衬可以是SCV的整个容积，除了使光进入和离开管道所需的光学路径之外。反射镜、二色的或其它反射表面17以一角度安装在次级容纳容器内，以使得沿着光学路径反射照明，这使得成像传感器与视镜组件不在一条直线上。反射镜17以一定角度反射光或某些波长的光、使得在视镜失效的情况下，其它(成像)部件不在碎片的直线上。反射镜17可以具有孔以允许一些光通过，或可以不是完全反射的，并可以作为分光器。钢化或刚性部件19(钢化玻璃或类似物的部分)以一定角度安装在次级容纳容器16内。这是为了防止来自视镜组件和反射镜的碎片击中可能与视镜组件成直线安装的次级视镜或透镜、以及馈通。在本示例中，用于将光引入或提取出次级容纳容器16的光纤21经由压力额定光纤馈通22(类似于上文所述的馈通15)进入次级容纳容器。这设置在次级容纳容器的与视镜组件相对的壁内。钢化部件19的存在用于保护光纤21、馈通22、以及相关联的透镜，或者其它聚焦、过滤或改变进入或离开次级容纳容器16的光学路径的光学部件20。钢化部件19以一定角度安装，使得撞击它的来自视镜组件的任何碎片被重定向到吸纳内衬(并由其吸纳)，从而减少碎片落回到管道中的可能性。

在本实施例中，相机和照明系统26、27安装在SCV外部。这样做的一个原因是，当系统用于可燃气体系统时，在初级窗口失效的情况下，可燃气体可能存在于SCV中。加压可能损坏相机和照明系统，并产出火源(来自相机和照明系统中存在的电气部件)。相机和照明系统26、27包括相机外壳窗口26，且成像和/或照明装置27包括相机、激光器、LED或其它光学部件，其允许从次级容纳容器16外部获得图像、或注入光。为了使成像和/或照明装置27设置有经由次级容纳容器16进入管道的光学路径，第三视镜25(其可以是“次级”视镜，如果次级容纳容器16和管道之间的视镜组件仅包括单个(初级)视镜2)设置在次级容纳容器16的侧壁中(在来自初级视镜的碎片的直线之外)。第三视镜25可以小于(或大于)初级视镜2和/或次级视镜5。视镜25经由视镜安装件24安装到次级容纳容器16中的开口，其通常允许相机或其它部件安装在次级容纳容器16的外部，同时具有进入次级容纳容器16的视野。在这种情况下，安装视镜安装件24的开口由侧室提供，所述侧室从次级容纳容器16的主室延伸到视镜安装件24所装配的开口端。这使得视镜25远离来自初级视镜2和次级视镜5的直接碎片路径。从图5可以看出，在相机27和管道的内部之间经由反射镜17提供光学路径，反射镜17(在本示例中)以直角重定向光。

第三视镜25、以及光纤馈通15、22中的每一个安装在次级容纳容器16的壁内，且相对于吸纳内衬11有效地凹陷。为了在视镜组件失效的情况下保护这些元件(透镜、视镜或其它部件)免受反弹碎片的影响，套环或屏蔽件23装配在它们周围。屏蔽件23可以采用部分锥形的金属套环的形式，其宽端抵靠次级容纳容器的壁安装在其要保护的视镜或其它部件周围，且其窄端向次级容纳容器16的内部延伸。应当理解，锥体的向内突出(窄的)部分可以延伸超出内衬11的表面。

爆破片28或其它压力释放元件可以设置在次级容纳容器16的壁内。其可以链接到压力释放系统，以在视镜组件失效的情况下安全地移除气体。当视镜组件失效并且次级容纳容器中的压力增加时，爆破片自动爆裂，从而向压力释放系统排气。可以指定爆破片爆裂的压力。次级容纳容器也可以具有压力开关，其在观测到高于预期的压力时被激活。如下文详细描述，这可能触发外部警报，或激活自动阀关闭。

优选地，在正常操作中，次级容纳容器16内的压力被保持在高于大气压力、但是低于加压容器、腔室或管道内的压力的水平。按照这种方式，视镜组件上的压差减小，从而降低失效的可能性，并且如果发生失效，则降低失效的严重性。

瓣阀30设置在视镜组件的管道/容器侧，且布置为/配置为，当在次级容纳容器中检测到高压时、或如果在初级视镜组件前部的容积中检测到流体的流动，则自动关闭。虽然使用的阀的类型可以是具有膜片激活的全孔球阀、或由压力传感器信号触发的激活阀，但优选地，使用瓣阀，如果存在流动，则其将自动关闭抵靠密封。当视镜组件完好时，瓣阀30保持在其打开位置，这允许视线向下通过瓣阀单元、双阻塞和排放单元，并进入下方的管道或容器。如果视镜组件失效，则流体将从管道流动通过(破裂的)视镜组件，并进入次级容纳容器(如果不设置次级容纳容器，则到大气)。这种流体流中的一些推动瓣阀30，瓣阀30从其打开位置移动到关闭位置，在该关闭位置中，其接触并压靠在瓣阀单元的内部上的密封环36上。可以预期，瓣片的管道侧上的压力可以高于瓣片的视镜侧上的压力，且该压力差将用于将瓣阀30保持就位并抵靠密封件36，防止流体从管道进一步逃逸。在一些情况下，瓣片可以通过弹簧(未示出)偏置到其打开位置，流体流动克服弹簧偏置以关闭瓣阀30，而压力差足以将瓣阀30保持在其关闭位置并抵抗弹簧偏置。在其它实施例中，瓣阀可以设置有偏置元件，其利用保持/释放元件(同样未示出)将阀偏置到关闭位置(在这种情况下，不需要依赖流体流动和压力差)，保持/释放元件设置为，其在正常操作期间将瓣阀30保持在打开位置(抵抗偏置)，并且在视镜组件失效的情况下释放瓣阀30，允许偏置元件将瓣阀30移动到关闭位置中。保持/释放元件本身可以以多种方式被触发从而释放瓣阀30，或者响应于感测流体流动、压力变化或视镜破裂的传感器，或者被手动激活，或者在这些变化的直接影响下。

现在参考图6，其示意性地示出了替代实施例，其中，相机和照明系统26、27安装在次级容纳容器16以内。图6的所有其它元件与图5相同，且将不再进行描述。相机和照明系统26、27安装在次级容纳容器16内，安装在安装板37上、或直接安装在法兰36上，法兰36安装到次级容纳容器16中的开口。如图6所示，相机和照明系统26、27安装在次级容纳容器16的侧室内，从而降低了来自视镜组件的失效的碎片到达并损坏相机和照明系统26、27的可能性。为了支持相机和照明系统26、27，额定系统压力的馈通(未示出，但通过安装板36设置)安装在次级容纳容器16的壁中，以允许电力、数据和图像传输进出次级容纳容器16。数据和图像也可以通过无线或蓝牙系统来传输，从而减少对馈通的需求。

尽管上文描述了相机(其在次级容纳容器的内部或外部)，但是，在实践中可以使用多种其它光学和/或成像系统。例如，光谱仪可以用于测量从管道内发射或吸纳的光的波长。在一些情况下，所有可以监测的是返回的光信号的功率，其中，使用激光器将光注入到管道中。在这种情况下，相机可以替代为“功率计”，或能够表征返回光的性质的任何其它装置。

从上述描述中，将理解，通过提供以下特征中的一个或多个，在视镜组件中实现额外的安全性：

(a)在组件中设置第二视镜，使两个视镜之间具有透明的液体或胶体。

(b)第二视镜可以放置在距离初级视镜的最佳距离处，以便在初级视镜失效的情况下，降低碎片的加速和动量。

(c)设置安装在视镜组件后面的次级压力容纳容器，其即使在初级视镜组件故障时也容纳过程压力。

(d)经由次级容纳容器中的(多个)视镜来设置观察和照明端口，其直径可以小于初级视镜或视镜。也可以存在设计为满足过程压力的光纤或光管馈通。

(e)耐冲击玻璃可以安装在SVC内，在次级视镜前方、并与其成一定角度，以便在初级视镜组件失效的情况下偏转来自它的碎片。

(f)反射镜(或其它反射部件)可以放置在SCV中，以反射到初级视镜的照明，并反射来自初级视镜的图像。这允许次级视镜不与初级视镜组件成直线，从而降低由来自初级视镜组件的碎片导致的产生冲击的可能性。

(g)可以在次级视镜或馈通周围安装保护屏蔽件，以便在视镜组件失效的情况下，减少碎片撞击次级容纳容器的壁上的视镜(或其它部件)的可能性。

(h)次级容纳容器可以衬有吸纳材料，其将减少来自次级容纳容器内的视镜组件的碎片的反弹和对次级视镜的损坏。

(i)视镜和其它光学部件可以以一定角度放置，以减少反射并偏转碎片。

(j)为了使落回到管道或压力容器中的碎片最少化，可以将管件(或类似物)安装在初级视镜组件的上表面上。当竖直安装时，从初级视镜排出的碎片落回到次级容纳容器的底板上，并且防止其返回管道。

(k)视镜组件和次级容纳容器可以与合适的截止阀结合使用，以将视镜系统与过程压力隔离。该阀可以手动激活、在次级容纳容器中的压力增加时自动触发、或者是在发生流动时关闭的瓣阀。

(l)次级容纳容器中的压力可以高于大气压力，以便降低初级视镜组件两侧的压力差。

改进的操作可以通过以下方式实现：

(i)如果压力系统已经超过(水、烃、酒精、酸或其它的)露点，则可以加热初级视镜组件以避免冷凝。

(ii)可以在初级视镜组件下方设置小通气孔，以允许从阀和视镜之间的容积中清除大气空气，从而降低氧气和水蒸气水平。

(iii)次级视镜也可以作为针对危险区域中的应用认证(e.g.ATEX)使用的外壳中的窗口。

第三视镜或光纤馈通被设计和测试为与视镜组件相同(或更高的)压力额定值。一般来说，光学部件可以安装在次级容纳容器中，并且可以容纳透镜、滤光器、反射镜、棱镜或其它部件，以改变光或光学路径。这些光学元件和视镜可以设置有减少反射或过滤某些波长的光学涂层。如上所述，可采取各种措施以降低在视镜失效的情况下损坏这些部件的可能性。

在一些实施例中，相机可以由光谱仪(例如，吸纳光谱的或拉曼的)替代。在其它实施例中，可以设置用于测量从管道内部返回的光的水平的简单计量器。在大多数情况下，需要将光注入容器、腔室或管道，并且感测从容器、腔室或管道的内部返回的光的水平、波长、图案或其它光学特性。激光可以用于照亮容器、腔室或管道的内部，或照亮管道内的点、线、网格或任何其它图案。激光可以通过光纤被传送到次级视镜(或初级视镜，如果不存在次级视镜)。

在其最简单的形式中，次级容纳容器将允许通过单个视镜照明，并允许相机通过单个视镜来报告高压管道或容器中的活动。其它实施例将利用多个视镜以用于照明、相机、检测和分析系统。当视镜与高压系统一起使用时，该系统改善了安全性。在视镜失效的情况下，压力由多个元件控制，并且压力可以与视镜组件隔离。

系统的核心特征包括次级视镜——在初级视镜和次级视镜之间具有液体或胶体、或者最小间隙；次级容纳容器和反射元件，反射元件允许视镜与初级视镜不成直线；以及阀，其在视镜失效时自动隔离压力系统。所有这些特征单独地和协同地有助于在视镜失效的情况下安全地控制高压流体。

图7示出了法兰100内的次级容纳容器16，其在分接点18处经由支管安装到气体管道10。容纳在法兰100内的次级容纳容器16包括光学器件，且在一些情况下包括成像装置，其能够通过由支管18在气体管道10中提供的开口来观察气体管道10的内部。

图8示出了位于法兰100内的次级容纳组件16。这里，多个压力保持窗101形成视镜，其提供进入高压管道的窗口或孔。该多个压力保持窗101与法兰和相机外壳之间的密封件99一起形成加压气体管道和大气之间的初级密封。可以使用LED、光纤或其它光源102通过外围压力保持窗101来照亮高压管道，使用相机103和中央压力保持窗101对高压管道的内部进行成像。根据需要，可以使用多个透镜104来聚集返回到次级容纳容器16中的光。

相机103的操作可以由安装在次级容纳容器16内的PCB 105(其可能容纳压力传感器)来控制。另外，相机可以接收信息，并经由高压电连接器106输出图像。这样的高压电连接器106可以形成高压气体管道和大气之间的次级密封。因此，如果第一密封失效，则保护高压电连接器106不受碎片影响是重要的。在本发明的该实施例中，该保护由屏蔽件107提供。

在本发明的该实施例中，通过使用干燥体和脱氧体108降低次级容纳组件16中的水分和氧气水平。次级容纳组件16经由法兰100中的螺栓孔109固定到高压管道。

图9进一步绘示了将次级容纳装置16插入高压管道110中。在本发明的该实施例中，经由附加的连接器组件111提供进一步的照明和成像。这里，透镜112、反射镜113、光纤连接器(次级密封)114和附加的相机和/或光源115用于在次级容纳容器装置16以外提供对高压管道的成像。

图10绘示了本发明的实施例，其中次级容纳装置16安装为T型件组件120的一部分。在该实施例中，其中容纳有次级容纳装置16的法兰100通过多个螺母和螺栓夹具121安装到T型件组件120。在这样的实施例中，可以经由光纤组件122和使用反射镜123来照亮高压管道。

图11绘示了本发明的实施例，其中次级容纳装置16由一系列阀保护。在这样的实施例中，PCB 105上的压力传感器可以用于检测次级容纳装置16中的压力的增加。检测到压力增加可以触发阀的紧急关闭，以防止或减少对次级容纳容器16中的部件的损坏。另外，紧急阀的关闭可以防止次级密封失效，以及防止材料从高压管道释放到大气中。在图11所示的实施例中，在紧急情况下，次级容纳容器16可以通过瓣阀130、球阀131和双阻塞排放阀132与高压管道隔离。

Claims (15)

1.一种用于观察在压力下输送流体的加压容器、腔室或管道的内部的视镜设备，所述视镜设备包括：

视镜组件，其安装在到所述容器、腔室或管道中的开口上，所述视镜组件包括邻近所述开口的视镜，所述视镜提供到所述容器、腔室或管道的内部的窗口；

容纳容器，其安装在所述视镜组件的后面和/或周围，用于在所述视镜组件失效的情况下容纳从所述容器、腔室或管道中的开口排出的流体；以及

光学传感器，其安装在所述容纳容器内，用于通过所述视镜组件观察所述管道、腔室或容器的内部；

其中，所述视镜设备还包括次级压力容纳容器，其安装在所述视镜组件的后面或周围。

2.如权利要求1所述的视镜设备，其中，所述视镜是第一视镜，且其中，所述视镜设备包括第二视镜，所述第二视镜安装在所述第一视镜后面并与其间隔开，所述第一视镜和所述第二视镜提供到所述管道腔室或容器内部的窗口。

3.如前述权利要求任一项所述的视镜设备，其中，所述容纳容器包括一个或多个光学元件，用于限定所述视镜和所述光学传感器之间的间接光学路径，所述光学传感器安装在自视镜的直接路径之外。

4.如权利要求1或2所述的视镜设备，包括抗冲击元件，其插设在所述视镜与光学元件、相机、另一视镜、或设置在所述容纳容器的壁之内或之中的馈通之间。

5.如权利要求4所述的视镜设备，其中，所述抗冲击元件是相对于所述视镜的平面以一角度取向的透明或非透明板。

6.如权利要求1或2所述的视镜设备，其中，所述视镜组件中的每个视镜，或者其它光学元件设置有光学涂层。

7.如权利要求1或2所述的视镜设备，其中，所述光学传感器是相机。

8.如权利要求1或2所述的视镜设备，其中，所述容纳容器的内壁的至少一部分设置有冲击吸纳内衬，以在所述视镜组件失效的情况下吸纳碎片。

9.如权利要求1或2所述的视镜设备，包括围绕所述视镜组件安装的碎片拦挡元件，以防止碎片落入所述加压容器、腔室或管道中。

10.如权利要求1或2所述的视镜设备，其中，所述管道、腔室或容器容纳高压可燃气体。

11.如权利要求1或2所述的视镜设备，其中，所述管道、腔室或容器容纳天然气。

12.如权利要求1或2所述的视镜设备，其中，次级密封包括至少一个高压电连接器。

13.如权利要求12所述的视镜设备，还包括屏蔽件，用以在所述视镜组件失效的情况下，保护所述高压电连接器免受碎片的影响。

14.如权利要求1或2所述的视镜设备，还包括干燥体。

15.如权利要求1或2所述的视镜设备，还包括脱氧体。

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