CN111465883A

CN111465883A - 过程观测设备

Info

Publication number: CN111465883A
Application number: CN201880080029.1A
Authority: CN
Inventors: R·T·迈利
Original assignee: Mse Murray AG
Current assignee: Mse Murray AG
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: US20210181496A1; WO2019113716A2; EP3724710A2; CN111465883B; CH714454A2; US11435569B2; WO2019113716A3

Abstract

本发明涉及一种设备(1)尤其过程观测设备用于尤其在大型机器设备中在运行期间不中断生产和/或开发和研究过程地在线或原地观察、监测、闭环和开环控制防爆容器和反应容器内的物理化学过程流程。设备包括具有筒前端的观察筒(3)、光电或光谱照相机(6)、具有电子保护电路(5)和照明装置(4)的壳体(2)及图像处理电子器件。筒前端不具有任何点燃源且适于防爆区域中的危险区0/20或1/21。壳体能防爆且适于防爆区域中的危险区1/21和/或2/22。电源单元和数据采集、数据分析和数据记录系统被提供用于防爆区域中的危险区NH。设有光导体尤其光缆以从照明装置到筒前端传输光并从筒前端到光电或光谱照相机传输图像。设置单模或多模玻璃纤维数据线以将图像数据从光电或光谱照相机传输到数据采集、数据分析和数据记录系统。通过在筒前端侧面布置照明和监测前窗可在反应容器内进行视差测距。

Description

过程观测设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于观察、监测、控制和调节防爆反应容器内部的过程流程的设备及其用于在线或原地观察、监测、控制和调节这种过程流程的用途。

背景技术

像例如从US4,965,601中知道地，用于监测生产和/或开发和研究过程的设备尤其应用在实验室系统和/或例如石化业、化工业、制药业和/或食品业的大型机器生产系统中。为此，反应容器配备有观察窗，观察窗允许对物料流、尤其是反应步骤或反应物料的性能和状态直接进行目视观察。显然，这些观察设备及其透镜系统承受巨大的物理和化学负荷，因此必须构造成很坚固耐用。可惜，这些设备需要安装在各自容器中的较大的观察窗，但在极端负荷条件下，观察窗会以不期望的方式磨损、腐蚀、泄漏或甚至破裂，即，因此削弱设备的可用性。

因此，就像例如EP-0'996'865所公开的内窥镜或视频内窥镜设备与相对较小的观察窗一起使用。这些内窥镜设备也仅适用于本领域技术人员直接进行过程观察，即不允许电子图像评估以进行过程控制。

例如由US6'570'647公开一种用于评估观察到的过程数据的经过考验的设备，它包括至少一个光电测量探针，其具有可固定在反应器上的光学传感器头、光波导、光电传感器，光电传感器的电信号被送到计算机控制的评估单元。该设备允许同时执行不同的测量并可用于离线或在线分析。

还知道了像例如DE-198'28'688所描述的内窥镜或视频内窥镜设备，借此可以间歇地或连续地实时监测和控制过程反应器内的过程。这些设备具有光电内窥镜并辅助地具有其它非光学传感器，其信号被送到评估和控制设备。以下，内窥镜或视频内窥镜设备也被称为“过程观测设备”。

本领域技术人员应当理解，这些已知的过程观测设备并不直接适用于有爆炸危险的环境。对于这样的环境存在明确的防爆规定，如下进一步所述。

防爆属于安全技术领域并用于防止技术产品或化学产品、系统和其它装置对人员和财产造成损害。它实质上关系到爆炸形成，例如由灼热表面上的点燃(如变热的电子元件)、火花(如来自静电放电)、短波辐射和强光(如来自其能量吸收)或其它点火源被触发以及由于不允许的压力波而导致压力容器爆裂或破裂而引起的爆炸。

在各不同行业领域中，例如在矿业(矿井爆炸、甲烷或煤尘点燃)、发电厂(蒸汽锅炉)、化工业(化学反应器)、石化业(即石油和天然气工业(管道、贮油库、燃气锅炉))、制造业(磨坊或谷物仓库中的面粉粉尘爆炸)或木工行业中，均以法律规定了有效防爆(以下也称为防爆)。

因此，存在针对于防爆的各种规定、标准(如IEC或EN)和法规，例如欧盟的ATEX准则或美国的美国电气规程(NEC)。特别是，有爆炸危险的系统根据其潜在危险被划分如下：

0/20区：具有最高危险等级的区域(即，温升超过闪点)；

1/21区：具有高危险等级的区域(即，温升可能超过闪点，在此通过合适的监测设备降低爆炸可能性)；

2/22区：爆炸概率低的区域；

NH区：不具有特殊爆炸危险(非危险)的区域。

根据这些区域，所用仪器和设备须满足特殊要求。例如在2/22区不得使用具有由操作决定的点火源的设备。对于要用在1/21区中的有点燃危险的设备，即使出现功能故障也不得削弱避免点火源的有效性。在0/20区中，当设计仪器时须切断可导致点火源的几乎不可能的运行情况。尤其是这些仪器应适用于特殊应用，例如其具有耐压和/或耐火封壳或具有针对仪器本身电源(如在危险区域外)、电子电路(如借助灌封材料)、对于自发光(如使用冷光源)的特殊自身安全性或具有限制仪器温度的措施(如通过热传导)，尤其以将表面温度保持在点燃温度以下。NH(非危险)表示没有潜在危险的区域。

用于检查和观察防爆反应容器尤其化工业中的化学反应器的设备是早就已知的。例如DE-10'2013'020'896描述一种用于在防爆区域中持续检查工业生产用容器的设备。该设备具有带防爆电缆绝缘套管的防爆壳体(用于超声换能器以及相应的收发电子器件)，因此可被用在防爆区域中。可惜，该设备仅适用于材料测试，即检查开裂和腐蚀。因此无法观察过程特定参数，或者说该系统不允许对化学过程的任何过程伴随观察。

光学检查设备如今尤其被广泛使用，它尤其带有防爆的视频内窥镜壳体，在此例如如US2007/0177010所述，仅一个照相机头部模块被插入0或1危险区，而相关的带电源的母设备可仍在2或NH区中。内窥镜还仅适用于打开的、即关断的机器、化学反应容器或涡轮机的损坏和腐蚀检查。这种设备也不允许对连续生产过程的任何伴随过程的观察、分析和控制。

发明内容

本发明的任务在于提供一种过程观测设备，即用于观察和监测位于防爆区域尤其是大型机器设备中的容器或反应器内的化学和物理过程的设备，其允许在运行期间间歇地或持续地观察和监测以控制生产过程，即在任何情况下未中断生产过程地在线或原地观察和监测。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的设备尤其是适用于尤其是大型机器生产设备中的防爆区域的视频镜(过程观测设备)来完成。根据本发明的过程观测设备包括彼此分开的组件并具有可用在危险区1/21或2/22的区域中的即无点燃源的防爆壳体(保护壳体)以及可用在危险区0/20或1/21中的带有坚固的筒前端的、即无点燃源的防爆观察筒。设置有光缆或杆状光波导用于从照明装置到筒前端传输光以及从筒前端到光电照相机传输图像。设有通常约500米长的单模或多模光纤数据线以将优选非压缩的图像数据从光电照相机传输到数据采集、数据分析和数据记录系统。

在一个优选实施例中，筒前端具有至少一个观察前窗和至少一个照明前窗，其中各自前窗彼此相邻布置。在另一实施例中，筒前端具有居中布置的观察前窗和与观察前窗同心布置的照明前窗。在又一实施例中，至少一个观察前窗和/或至少一个照明前窗为双平面元件或具有柱形部段的元件或截头锥体。

显然这些前窗可配设有清洁单元(未示出)、尤其是可借此在至少其中一个前窗的外表面上产生液体流动膜或气体流动膜的单元以防止反应物料附接到这些前窗。

在本发明的一个优选实施例中，筒前端具有抗压的双重锁定部件。所述双重锁定部件具有在远侧布置的第一密封锁定部件和在近侧布置的第二密封锁定部件，其中对于所述第一密封锁定部件，在筒前端的彼此准确配合抵靠的筒部件的配合表面的每个之间均设有至少一个第一密封件，并且对于所述第二密封锁定部件，在该筒前端的彼此准确配合抵靠的筒部件的配合表面的每个之间均设有至少一个第二密封件。双重锁定部件被设计成对于至少100巴过程压力是压力密封的并在筒未被冷却时具有高达约350℃的耐热性。

在根据本发明的筒前端的改进方案中，照明前窗和/或观察前窗配设有在内部或在外部的光学装置、尤其是棱镜和/或刻面和/或光圈和/或透镜，它们以适当方式对准方向以用于例如视差测距。

此外，在该改进方案中，布置在筒前端侧面中的前窗用支持板被固定。为了最小化来自颗粒流的颗粒的附着并尽量保持光锥和图像锥免除颗粒，被颗粒环流的筒前端具有外轮廓、尤其是菱形、马蹄形或其它适于减少由颗粒流在管前端外表面上产生的磨损的流动优化轮廓。此外，筒前端的内腔可以填充有可流动的尤其可滴流的材料。

根据本发明，在壳体中设置有照明装置、电子控制电路以及光电或光谱照相机。此外，该壳体优选连接到流通装置以免引起爆炸的点燃。这种流通装置一方面使散热保护气体(尤其空气)流经壳体，另一方面使其具有增大内压，例如向壳体内引入的气体比同时被排出的气体多。有利地由阳极氧化铝制成的壳体与光电照相机和具有一般10瓦光源的照明装置接触以便散热。

在一个特定实施例中，流通装置包括保护气体供应单元，它经由供应管路与壳体连通。该供应单元包括调压器和由电子控制装置控制的节流阀。该控制装置优选也布置在壳体中。保护气体供应管路被固定到壳体的第一连接口，并且保护气体排放管路被固定至壳体的第二连接口。

显然，第一和第二连接口以及设置在壳体内的部件尤其是照明装置、电子控制电路、光电或光谱照相机、电子控制装置以及可能有的附加腹板和肋被布置成连接至壳体以形成复杂且完全可流经的空心体。该空心体允许以高对流(传热)进行快速完全的保护气体交换。各单独部件的有目的的布置允许产生流动优化的流速、即体积层流。

在另一个特殊实施例中，第一和第二连接口基本彼此沿对角对置。

根据本发明，布置在壳体中的电子控制装置经由电源线用第一防爆线缆套管被连接到外部电源单元，布置在壳体中的光电或光谱照相机经由数据线用第二线缆套管被连接到外部数据采集、数据分析和数据记录系统。通常，外部电源单元和外部数据采集、数据分析和数据记录系统不满足任何特殊的防爆需求，即它们只能被用在危险区NH中且也布置在该区域中。然而，对于本发明的设备，电源单元配设有安全装置，该安全装置确保了发光用电流是有限的以避免不允许的光强度。

根据本发明的过程观测设备的其它特殊实施例和改进方案具有从属权利要求的特征。

根据本发明的过程观测设备首次允许伴随过程在线或原地观察以控制防爆区域中的过程流程，例如在化学或石化工业中的大型反应容器中，尤其在多区反应容器(多区域反应容器)中及在异常高压下，如用于由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)制备聚合物颗粒并且例如如US-5,698,642所述，或尤其在具有异常高温的反应容器中，就像例如其用于发电站中的固体燃料燃烧时那样。

在多区反应器情况下，可在聚合期间在各聚合区域在线或原地观察塑料颗粒，观察结果被用于优化过程流程。光电装置尤其适于伴随过程的图像分析，例如用于确定当前颗粒参数如运动方向、速度、表面质量、尺寸、形状和反应容器中聚合物颗粒的填充水平等和/或用于优化当前生产过程。

在下文中，术语“在远侧布置”旨在表示筒前端区域，而与该区域中各个元件的空间姿态和布置无关。

术语“在线”或“原地”旨在表示观察不是离线或联机进行，而是直接在过程中且无需取样地进行观察。

术语“无点燃源”旨在涵盖满足以下要求的所有装置，借此设计和调节照明装置尤其是LED及其电源单元，从而即使发生故障如短路和排放峰值，也遵守针对0/20区或1/21区的区域中的设备组件的防爆要求的标准值。

附图说明

下面用实施例且借助附图来更详细解释本发明，其中：

图1是根据本发明的过程观测设备的立体示意图；

图2是根据本发明的过程观测设备的电子电路的示意图；

图3是根据本发明的打开的壳体的俯视示意图；

图4是具有至少一个光学照明光导体的本发明筒前端的第一实施例的纵截面示意图；

图5是具有三个照明前窗和一个观察前窗的本发明筒前端的前视示意图；

图6是具有至少一个光学照明光导体和不对称前窗的本发明筒前端的纵截面示意图；

图7是具有环形照明光导体的本发明筒前端的第二实施例的纵截面示意图；

图8是具有环形照明光导体和不对称前窗的本发明筒前端的另一实施例的纵截面示意图；

图9是具有侧设前窗的本发明筒前端的优选实施例的纵截面示意图；

图10是根据图9的实施例的仰视示意图；

图11是根据图9的实施例的立体示意图；

图12是具有附加支持板的根据图9的实施例的纵截面示意图。

附图标记列表

1过程观测设备；2保护壳体；3观察筒；3'筒前端；4照明装置；5电子保护电路；6光电或光谱照相机；7保护气体供应管路；8保护气体排放口，泄压阀；9调压器；10用于附接到容器或反应容器的支架；11电子控制装置；12节流阀；13第一连接口；14第二连接口；15壳体内部；16电源线；17电源单元；18数据线；19数据采集、数据分析和数据记录系统；20控制器显示屏；21光学照明光导体；21'附加照明光导体；21”环形照明光导体；22内窥镜；23光学像导体；24透镜；25报警装置；31观察前窗；32照明前窗；32'第二照明前窗；32”第三照明前窗；32”'环形照明前窗；33图像与光导体托座；34前窗支架；35筒套；36筒闭合件；37筒套底部；38非对称观察前窗；39非对称照明前窗；41观察前窗密封件；42照明前窗密封件；43前密封件；44第一密封锁定部件；45像导体密封件；46光导体密封件；47筒套密封件；48筒闭合件密封件；49第二密封锁定部件；51双重锁定部件；53刻面；54投影光学器件；55透镜系统；56支持板；57筒前端内部。

具体实施方式

图1的立体示意图清楚示出根据本发明的过程观测设备1的各个组件的布置。特别是，观察筒3以其筒前端3'伸入具有最高危险等级的区域，即进入0/20区或1/21区。对于本发明而言必需的是筒前端3′和观察筒3不具有活动部件。保护壳体2设有用于固定到容器或反应容器的支架10，以尤其确保与容器或反应容器无故障连接。控制器显示屏20允许读取设备专属数据如温度、内压等。壳体2满足针对1/21区或2/22区中的壳体的IEC/EN条件，即具有根据这些准则的所谓处于压力下的“防爆”流通装置7、8、9、12、15，以为壳体2充满保护气体尤其是空气并对其施加约5至20毫巴、优选约10毫巴的增大内压。为此，壳体连接到保护气体供应管路7和保护气体排放口8。为此，壳体与保护气体供应管路7和保护气体排放口8相连。保护气体供应从NH区被送入并借助调压器9和由电子控制装置11控制的节流阀12在1/21区或2/22区中被调节。通过电源线16确保电力供应。其长度例如超过300米至500米的数据线18将照相机数据连通至布置在NH区中的数据采集、数据分析和数据记录系统19。NH区中的报警装置25允许监测布置在保护壳体中的那些电子控制装置11。显然，数据采集、数据分析和数据记录系统19在另一改进方案中包括至少一个分析模块，利用该分析模块可以确定和测量控制和调节所需要的运行参数以优化上述过程流程，以将该设备作为基于视频的单元用于对期望特征参数的伴随过程的实时测量、控制和调节优化。例如在多阶段过程的情况下，用于控制和调节优化所期望和/或所要求的和/或通过相应设置的图像分析模块所确定的这样的特征参数例如为：

-固体、气泡、液滴的速度；

-固体颗粒、气泡、液滴的尺寸分布(如气体中的固体颗粒的粒径分布(PSD)；

-表征固体颗粒形貌的参数(破碎颗粒数、形状系数(如球形度、长宽比、凸度等)；

-表征当前过程条件(如松散/非松散状态)的参数；

-在不利的过程条件下触发警报的阈值(如废物报警)；

-用于距离测量的特征参数(如散料的表面高度)；

-基于图像数据确定的且对过程控制和调节有意义的其它参数。

图2示出本发明的过程观测设备1的电子电路及其在特殊危险区中的空间布置的示意图。在此清楚看见在0/20区(或1/21区)中仅设有无源部件，即仅观察筒3以其筒前端3'伸入该区域。在后的保护壳体2以坚固稳定的支架10紧固至待观察的容器或反应器(未示出)。在保护壳体2的壳体内腔15中布置有照明装置4、光电或光谱照相机6、用于照明装置4的电子保护电路5和用于调节壳体内部15中的保护气流及其所产生的内压的电子控制装置11。在非危险NH区设有电源单元17、数据采集、数据分析和数据记录系统和报警装置25。

图3所示的根据本发明的打开的壳体2的俯视示意图清楚示出电子组件布置。光学的尤其是光纤的照明光导体21将照明装置4的光引入观察筒3并进一步引入筒前端3'。例如具有杆状透镜或纤维束的光导体尤其是内窥镜像导体23将图像信息从筒前端3'经由透镜24传导回内窥镜22的光电照相机6。照明装置4和电子控制装置11优选布置在壳体内腔15中，使得从第一连接口13流到第二连接口14的保护气体围绕照明装置4和电子控制装置11持续流动。此外，如果壳体内部超压例如在壳体打开时降低，则控制装置11以无电压地关断所有电子组件。控制器显示屏20安装在保护壳体2的盖部中，并且尤其还示出内部温度(通常为-15℃至5℃)、相对湿度和内压。

支架10允许过程观测设备1被牢固固定到容器或反应器。保护壳体2有利地由阳极氧化铝制成，而观察筒3具有由不锈钢制成的筒套35。

图4示出根据本发明的筒前端3'的第一实施例的纵截面示意图，其具有至少一个光学照明光导体21。根据本发明，筒前端3'具有抗压的双重锁定部件51。双重锁定部件51包括在远侧的第一密封锁定部件44和在近侧的第二密封锁定部件49，在此，对于第一密封锁定部件44，在彼此准确配合抵靠的筒部件的各配合表面之间，尤其在筒闭合件36和前窗支架34之间、照明前窗32和前窗支架34之间以及观察前窗31和前窗支架34之间分别设有至少一个第一前密封件43、至少一个照明前窗密封件42和至少一个观察前窗密封件41，而对于第二密封锁定部件49，在彼此准确配合抵靠的筒部件的各配合表面之间，尤其在筒闭合件36和筒套35之间、筒套35和图像与光导体托座33之间、图像与光导体托座33和光学像导体23之间以及图像与光导体托座33和照明光导体21之间分别设有至少一个第二筒闭合密封件48、至少一个筒套密封件47、至少一个光导体密封件46和至少一个像导体密封件45。双重锁定部件针对至少100巴过程压力是压力密封的。当筒3未冷却时，筒前端3'的耐热性高达约350℃。显然，可通过适当冷却筒前端3'提高这种耐热性。

在本发明的筒前端3'的另一改进方案中，它具有附加的照明光导体。图5所示的具有多个照明光导体的筒前端3'的前视示意图可以除照明前窗32外还看到第二照明窗32'和第三照明窗32”以及最大化的观察前窗31。这些窗被保持在前窗支架34中，其通过筒封闭件36被连接到筒套35。

图6所示的根据本发明的具有至少一个光学照明光导体的筒前端3'的纵截面示意图示出呈不对称截头锥体形式的照明前窗39和呈不对称截头锥体形式的观察前窗38。不对称的实施方式允许将筒前端3'非正交地固定到容器或反应器并造成对容器或反应器内部的不同观察视角。显然，在该实施例中也可设置多个不对称的照明窗。图6所示的密封元件对应于图4中的密封元件并满足第一密封锁定部件44的要求。本领域技术人员在已知上述实施例的情况下还可马上提供第二密封锁定部件49以实施双重锁定部件51。

图7所示的本发明筒前端3'的第二实施例的纵截面示意图示出居中布置的像导体23，像导体23具有与其同心布置的环形照明光导体21”。此外，相关的端侧前窗31和32具有锥形侧面以尤其避免侧壁上的反射和辐射损失。蓝宝石玻璃已被证明是用作本发明过程观测设备的前窗的尤其适用的材料。

图8所示的本发明筒前端3'的另一实施例的纵截面示意图在端侧示出不对称截头锥体形观察前窗38和具有不对称截头锥体形侧面的环形照明前窗39。相关的照明光导体21”可由环形光纤束形成。这些实施方式允许形成关于筒轴线成角度的观察和检测方向，尤其是用于距离测量。

图9所示的纵截面清楚示出前窗31、32也可布置在筒前端3'侧面中，尤其当视野应对准容器下部区域时，这对于用于确定填充高度的视差测距是有利的。为此，第一光学照明光导体21优选经由透镜系统55连接到照明前窗32，以便能在宽度和深度上尽可能大地照明区域。此外，附加照明光导体21'连接到投影光学器件55以使视差测距所需的投影光结构化或图案化，投影光学器件55例如用于投影网格或线图案，如已知的用光学测量和瞄准仪的刻度或以最简单的方式分为两部分的明/暗场。光学像导体23连接到观察前窗31的刻面53，因此可至少基本检测到照亮的图像范围。在该实施例中，第一密封锁定部件44侧向地布置在筒前端3'中的光学元件31、32之间，且第二密封锁定部件49设置在其后。

应当理解，筒前端3'的内部可以填充有填料，尤其是填充有可流动或滴流的材料以尤其使爆炸风险最小化。

图10示出图9所示的筒前端3'的实施例的仰视图并清楚示出保持在筒套35的底部37中的两个前窗31、32的布置，其几何偏移对于视差测距是必需的。

图11所示的图示示出了如图9和10所述的实施例，即这样的实施例，筒前端3'伸入反应容器并因此经受反应容器内的颗粒流的作用。为了减少相关磨损和颗粒附着，能以合适的方式设计筒前端的外轮廓，尤其呈菱形、优化流动或具有马蹄形横截面。应当理解，本领域技术人员可采取进一步措施来抵消由定位引起的磨损，尤其通过安装挡板或产生使颗粒偏转的逆流。应当理解，例如用于颗粒的视差测距的光锥和图像锥可在不采用这些措施的情况下得到保持，因此可以改善图像质量。

如图12示意性所示的根据图9的实施例的纵截面具有附加的支持板56。支持板56旨在防止物料附着，物料附着会降低例如视差测距的测量结果的分辨率和准确性，支持板56可由任何抗静电材料、尤其是带有或不带有切口的金属材料或透明材料制成。在此所示的实施方式包括分别用于照明光导体21、21'的单独的前窗32、32'，这便于投影光学器件54或透镜系统耦合至光导体上。

应当理解，观察筒和/或其筒前端能固定地或可移位地被固定到容器或反应器，尤其可伸入容器内腔。特别是，可以在筒前端的外侧上设置棱柱体以便例如将照明和观察范围转至容器下部。此外，位于保护壳体内的一些组件和部件可无点燃源地构成。特别是，电子控制电路可被注封或者照相机也可被封装。照相机可通过远程控制器来控制并具有例如达到1000fps(每秒传输帧数)的帧速或例如在MP(百万像素)范围内的图像分辨率。对于像导纤维，最好遵守小于6至10厘米的弯曲半径。光源还可被连接到散热肋片和可设置用于将光(优选地来自LED)分别耦合入光导体或光线束中的特殊部件。在筒前端的光辐射通常具有对于连续光的约600毫瓦的辐射功率，或20毫瓦每平方毫米，即200流明。在优选实施例中，保护壳体被设计用于5至20豪巴(优选10豪巴)的过压并由良好导热的金属、尤其是阳极氧化铝制成。筒前端分别保持例如零下50℃至100℃或150℃的未冷却的过程温度，并且利用冷却套可从最高1500℃温度进行冷却，且可承受最高42巴或65巴的过程压力。观察筒可以是刚性的、也可以是柔性的并且有几米长。当然，本过程观测设备还可配备尤其有不同的帧频、分辨率、单色或彩色分辨率等的不同的光电照相机。显然还可以远程调节光学特性如焦点、放大率或光强度。也可代替连续光使用脉冲照明光用于观察，该照明光与照相机的图像记录顺序相协调。

本过程观测设备的优点对本领域技术人员而言是显而易见的并且尤其可以从其稳固性、易操作和高分辨率的图像处理中看出。尤其是该过程观测彻设备已被证明是安全且耐环境影响的，其抗振动、耐腐蚀、耐化学性、防雨、耐潮、耐盐雾、耐冻/冰雨、防爆、耐磨损、耐沙尘，并具有很高的光学和机械稳定性，由于紧密闭合的机械连接点和受保护的输入和输出连接件防止异物入侵，屏蔽电磁干扰且可在任意地方使用。尤其是，本发明的过程观测设备允许检查核工程设施和制药厂或石化或石油业中的容器或反应器。

Claims

1.一种设备(1)、尤其是过程观测设备，其用于尤其在大型机器设备中且在运行期间、即不中断生产和/或开发和研究过程地观察、监测、控制和调节防爆反应容器内部的化学和物理过程流程，

所述设备(1)具有带有筒前端(3')的观察筒(3)、光电或光谱照相机(6)、带有电子保护电路(5)和照明装置(4)的壳体(2)、电源单元(17)和带有图像处理电子器件的数据采集、数据分析和数据记录系统(19)，

其特征在于，所述设备包括分区布置的组件，从而所述筒前端(3')无点燃源并且适用于防爆区域、尤其是防爆区域中的危险区0/20或1/21，

其中所述壳体(2)适用于防爆区域、尤其是防爆区域中的最高危险区1/21和/或次高危险区2/22，

其中所述电源单元(17)和所述数据采集、数据分析和数据记录系统(19)适用于防爆区域、尤其是防爆区域中的危险区NH，

其中设置有光导体尤其是光缆(21,23)用于从照明装置(4)到所述筒前端(3')的光传输和用于从筒前端(3')到所述光电照相机(6)的图像传输，

设有单模或多模光纤数据线(18)用于将图像数据从所述光电照相机(6)数据传输至所述数据采集、数据分析和数据记录系统(19)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述筒前端(3')具有防爆的双重锁定部件(51)，所述双重锁定部件(51)具有远侧布置的第一密封锁定部件(44)和近侧布置的第二密封锁定部件(49)，其中对于所述第一密封锁定部件(44)，在筒前端(3')的彼此准确配合抵靠的筒部件(31和34,32和34,34和36)的每个配合表面之间均设有至少一个第一密封件(41,42,43)，对于所述第二密封锁定部件(51)，在筒前端(3')的彼此准确配合抵靠的筒部件(23和33,33和21,33和35,35和36)的每个配合表面之间均设有至少一个第二密封件(45,46,47,48)，其中所述双重锁定部件(51)的至少一个第一密封件和至少一个第二密封件被设计成对于约100巴过程压力是压力密封的且具有至少150℃的耐过程温度性。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述筒前端(3')具有

a)彼此相邻布置的至少一个观察前窗(31)和至少一个照明前窗(32)，或者

b)居中布置的观察前窗(31)和与所述观察前窗同心布置且优选呈环形的照明前窗(32)，

其中

c)至少一个观察前窗(31)和/或至少一个照明前窗(32)或共用的照明和观察前窗(未示出)被设计为双平面光学元件形式或呈不对称截头锥体形。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述至少一个观察前窗(31)和所述至少一个照明前窗(32)和/或所述共用的照明和观察前窗被布置在所述筒前端(3')的端侧或侧面并且尤其由蓝宝石玻璃制成。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述照明前窗和/或观察前窗(31,32)配设有位于内部或外部的光学装置、尤其是棱镜和/或刻面(53)和/或光圈(54)和/或透镜(55)，它们以适当方式对准方向以用于距离测量。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，布置在所述筒前端(3')侧面中的前窗(31,32,32')用支持板(56)被固定，以尤其使来自颗粒流的颗粒附着最小化。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，被环流的所述筒前端(3')具有外轮廓，尤其具有菱形的、流动优化的或呈马蹄形的横截面，其适于减小颗粒在伸入容器内的筒前端(3')的外侧面上的附着和由颗粒流引起的磨损。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述筒前端(3')的内腔填充有可流动、尤其是可滴流的材料。

9.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，该筒前端(3')的各自前窗(31,32)中的至少一个设有清洁单元(未示出)、尤其是可借此间歇或连续地在各前窗(31,32)中至少一个的外表面上产生液体流动膜或气体流动膜的单元。

10.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述壳体(2)连接到“防爆”流通装置(7,8,9,12,15)以便保护气体、尤其是空气流过该壳体并使所述壳体具有约5至20毫巴、优选约10毫巴的增大内压。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述流通装置(7,8,9,12,15)包括保护气体供应单元(未示出)，所述保护气体供应单元具有连通到所述壳体(2)的保护气体供应管路(7)、连通到所述壳体(2)的保护气体排放口(8)尤其是泄压阀以及调压器(9)和由布置在所述壳体(2)中的电子控制装置(11)控制的节流阀(12)，其中所述保护气体供应管路(7)被固定到所述壳体(2)的第一连接口(13)，所述保护气体排放口(8)被固定到所述壳体的第二连接口(14)。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述第一连接口、所述第二连接口(13,14)和设置在所述壳体(2)内的照明装置(4)、电子保护电路(5)、至少一个光电或光谱照相机(6)、电子控制装置(11)和或许附加的腹板、肋或挡板(未示出)被布置成它们形成复杂且能被完全流经的空心体(15)，所述空心体与所述筒前端(3')的内腔连通，所述空心体(15)以高对流和流动优化的流速(体积层流)执行时间优化(快速)且完全的保护气体交换。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，伸入所述反应容器内的所述筒前端(3')包括用于其屏蔽的、尤其呈布置在流入侧的遮板形式的机构。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述筒前端(3')设有用于其冷却的例如呈水冷冷却套形式的机构。

15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据采集、数据分析和数据记录系统(19)包括至少一个分析模块，利用所述分析模块确定和测量用于控制、调节和优化所述过程流程所需的参数，以将该设备用作基于视频的测量单元来伴随过程实时测量控制和优化所需的参数。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述分析模块具有多个和/或不同的光电和/或光谱照相机，所述光电和/或光谱照相机具有不同的记录功能例如帧频、具有不同的亮度和/或颜色分辨率的单色或彩色图像分辨率、和/或具有如焦点、放大率或光强度的不同光学特性和/或具有不同的图像处理电子器件。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，能远程调节这些照相机，例如调节其焦点和变焦。

18.将根据权利要求1所述的设备的用于尤其在大型机器设备中且在运行期间即不中断生产和/或开发和研究过程地在线或原地观察、监测、控制和调节防爆反应容器内部的化学和物理过程流程的用途。