CN114173885B - 自燃化学品的消除系统和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于自燃化学品的消除系统，其中物质由危险区捕获或控制，并在缺氧环境中送入汽化器。物质在与氮气混合时被加热至汽化。混合物通过反应柱离开所述系统。所述系统由氧传感器、烟雾探测器和温度传感器监控。

Description

自燃化学品的消除系统和使用方法

技术领域

本申请一般涉及用于不稳定物质的安全系统，更具体地说，涉及一种用于自燃化学品的消除系统，所述系统可防止火灾，允许泄漏物质的安全和受控反应，并允许将其从其所在区域安全移除。

背景技术

不稳定物质的安全系统在所属领域是众所周知的，并且是减轻意外反应对周围设备、人员或过程造成的损害的有效手段。自燃物质用于半导体制造和其它行业，这些行业得益于化学反应和其它工艺。自燃物质在与氧气和/或水接触时会自燃，从而导致这些物质的意外泄漏极其危险。

与自燃物质相关的一个常见问题是其效率和安全性有限。例如，储存或工艺设备的意外泄漏会导致财产火灾，并可能导致人员受伤。在半导体应用中，风险更为复杂，因为空气中燃烧产物的任何出口都会损害此类设施的空气质量要求，并可能导致生产的长期损失以完成清理。

因此，尽管在不稳定物质的安全系统方面取得了很大进展，但仍存在许多缺点。

附图说明

所附权利要求书中阐述了本申请实施例的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述将最佳地理解实施例本身、优选使用模式及其进一步的目标和优点，其中：

图1是根据本申请优选实施例的自燃化学品消除系统的示意图；

图2是图1的优选实施例的横截面前视图；

图3是图1的危险区的简化示意图；

图4是图1的危险区的优选实施例的横截面前视图；

图5是图1的汽化器的优选实施例的横截面前视图；

图6是图1的反应柱的优选实施例的横截面前视图；

图7是控制过程的示意图，包括在图1的系统中消除自燃物质的顺序；且

图8是图1的系统的优选使用方法的流程图。

虽然本申请的使用系统和方法容易受到各种修改和替代形式的影响，但其具体实施例已在附图中以示例的方式示出，并在本文中详细描述。然而，应理解，本文对特定实施例的描述并不旨在将本发明限制于所公开的特定实施例，相反，其意图是涵盖属于所附权利要求书所定义的本申请的精神和范围内的所有修改、等效者及替代例。

具体实施方式

下面提供本申请的系统和使用方法的说明性实施例。当然，应了解，在任何实际实施例的开发中，将做出许多实现特定的决策以实现开发人员的特定目标，例如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束将随着实现的不同而变化。此外，应理解，这样的开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本发明的所属领域的普通技术人员来说，这将是一项常规任务。

根据本申请的系统和使用方法克服了通常与不稳定物质的常规安全系统相关的上述一个或多个问题或风险。具体而言，本申请的发明可防止泄漏的自燃物质燃烧，并允许消除和处理反应的副产物。下文讨论了系统和使用方法的这些和其它独特特征，并在附图中进行了说明。

系统和使用方法将从附图和随附说明中理解，包括其结构和操作。本文介绍了所述系统的几个实施例。应理解，不同实施例的各种组件、部件和特征可以组合在一起和/或相互交换，所有这些组件、部件和特征都在本申请的范围内，即使并非所有的变化和特定实施例都在附图中示出。还应理解，本文明确考虑各种实施例之间的特征、元件和/或功能的混合和匹配，以便所属领域的普通技术人员将从本公开中了解到，特征、元件和/或功能，除非另有说明，否则一个实施例的和/或功能可独立使用，或视情况并入另一实施例。

本文所描述的优选实施例并非旨在穷尽或将本发明限制为所公开的精确形式。选择和描述本发明是为了解释本发明的原理及其应用和实际用途，以使所属领域的其它技术人员能够遵循本发明的教导。

现在参考附图，其中类似的参考字符识别贯穿多个视图的对应或类似元件，图1和2分别描绘了根据本申请优选实施例的自燃消除系统的示意图和横截面前视图。应了解，系统101克服了通常与传统不稳定物质控制系统相关联的上述问题或风险中的一个或多个。

在预期的实施例中，系统101包括危险区103，其配置为通过液体排放管109或其它此类通道将自燃物质与汽化器105流体连通。系统101还包括反应柱107，所述反应柱107通过蒸汽管道111或其它此类通道与汽化器105和危险区103流体连通。

现在参考图3，描述了危险区103的特征。可以设想，危险区103是能够密封301或以其它方式配置以创建封闭系统的容器、腔室、隔室或任何其它空间，例如机柜。危险区103限制对密封空间301的进入303。以此方式，通过蒸汽管道111和与排气吸入系统流体连通的反应柱107之间的流体连通，可将危险区103保持在略低于环境压力的水平。

危险区103还包括重力捕集池307，用于收集任何泄漏的自燃物质。危险区103的理想配置最小化了所有潜在的收集特征305，例如汇集位置、吸收性物质、封闭的子区、狭窄通道或任何其它表面或特征，在这些表面或特征中，除了重力捕集池307之外，液体或蒸汽可以避免有效的净化等。

在图4所示的优选实施例中，危险区103是机柜413，其配置使得泄漏的自燃液体401落入倾斜的池403并收集在配备有池加热器407的贮槽块405中。池温度传感器445有助于对池加热器407的控制。连接到液体排放管109的池净化端口409允许通过贮槽净化阀411用设施氮气净化液体排放管109，以清除氧气和水分。倾斜池403配置为容纳一定量的泄漏自燃液体401，直至达到危险区防护液位443。

在优选实施例中，危险区103中泄漏的任何自燃液体401被收集并保持在倾斜池403中，直到贮槽净化阀411关闭。当贮槽净化阀411关闭时，自燃液体401在重力作用下通过液体排放管109输送至汽化器105。

至少有两个氮气引入源和至少两个环境空气引入危险区103的源。氮气引入的主要源经由高流量氮气阀417经由高流量端口415供应。选择高流量氮气阀417的流量，以便在关闭任何进入门/端口后，快速、完全地净化危险区103中的环境空气。

环境空气引入的主要方式由高流量空气阀419通过高流量端口415供应。选择高流量空气阀419的流量，以在打开任何进入门/端口之前，将大气中的氧气水平快速完全恢复到危险区103，以防止人类操作员暴露在危险区103内的缺氧环境中。由高流量氮气阀417和高流量空气阀419引入危险区103的所有气体成分通过蒸汽管道111排出。

二次氮气引入源由低流量氮气阀423通过低流量端口421供应。二次环境空气引入源由配平空气阀425通过低流量端口421供应。选择低流量氮气阀423和配平空气阀425的流量，以缓慢改变危险区103内的氧氮比。由低流量氮气阀423和配平空气阀425引入危险区130的所有气体成分通过蒸汽管道111排出。

通过将氧气浓度保持在低水平，防止危险区103内的任何自燃物质泄漏着火。为便于泄漏检测，氧气浓度不应为零。O2传感器(氧浓度传感器)427被配置为提供算法中使用的反馈数据，以控制低流量氮气阀423和配平空气阀425，以实现并维持目标氧浓度，所述目标氧浓度低到足以防止火灾，但高到足以导致足以产生HSSD(高灵敏度烟雾探测器)429传感范围内的反应产物。

O2传感器427中分析的O2样本通过O2传感器样本端口431从危险区103中提取，并通过O2传感器返回端口433返回。O2传感器427可通过O2传感器净化阀435的氮气净化防止自燃化学蒸汽过度污染。

在HSSD 429中分析的HSSD(高灵敏度烟雾探测器)样品通过HSSD样品端口437从危险区103中提取，并通过HSSD返回端口439返回。HSSD 429可通过HSSD净化阀441进行氮气净化，防止自燃化学蒸汽过度污染。

现在参考图5，描绘了汽化器105的优选实施例。汽化器105的尺寸应确保危险区103内可用的最大泄漏容量通过危险区液体防护液位443(见图4)下的危险区103内的防护和汽化器液体防护液位505下的汽化器105内的容积的组合来调节。

在优选实施例中，通过液体排放管109从危险区103进入汽化器105的泄漏自燃液体401被收集，然后由产生自燃蒸汽507的汽化器加热器501加热。汽化器加热器501使用来自嵌入在汽化器105底座中的汽化器温度传感器503的反馈进行控制。在加热的同时，净化氮气由汽化器净化阀509引入汽化器105，并通过汽化器净化管511进入。汽化器净化氮气和自燃蒸汽507混合并汇聚在汽化器头部513处，并通过喷嘴515退出至反应柱107。在整个蒸发过程中，护罩氮气进入护罩端口519，所述端口已被允许流过护罩阀517。所述护罩气体流经护罩环形空间521，并在离开喷嘴515的自燃蒸汽507周围形成环形惰性护罩523。

应理解，一些不稳定的化学品或自燃物质需要其它条件来安全控制其蒸发速率。因此，预计汽化器将采用此类环境输入来控制所述化学品或物质的燃烧或汽化。具体地说，系统可以在没有汽化器的情况下操作，或者在汽化器加热器被汽化器冷却器替换的情况下操作。

现在参考图6，描述了反应柱107的优选实施例。离开汽化器105的蒸汽和通过蒸汽管道111离开危险区103的蒸汽进入反应柱107。所有进入反应柱的自燃蒸汽均使用环境空气完全反应或消除。反应柱107的顶部被配置成与排气口(例如设施或建筑物排气吸入装置)流体连通。通过进气环601吸入的环境消除空气在通过旋流叶片605之前通过环境温度传感器603。

旋流叶片605将转速传递给净化空气，而净化空气将转速传递给进入反应柱107的所有其它蒸汽。反应柱107内流动的旋转起到稳定过程的作用，从而产生充分混合的轴对称反应，阻止在这些类型的反应中生成的固体粘附到组分表面。消除空气首先接触自燃蒸汽，并在穿过环形惰性护罩523(见图5)后在起始点607处开始消除反应。自燃物质与空气之间的反应导致固体副产物被阻止沉积在喷嘴515或护罩环521上，因为反应是由惰性护罩523在这些部件上方引发的。

可使大量超过反应自燃蒸汽507所需的化学计量量的恒定或变化量的消除空气流过反应柱107以热稀释反应过程并确保自燃蒸汽507的完全反应。以此方式，当自燃蒸汽621通过蒸汽管道111离开危险区103，沿同轴管道609向下移动，并通过环形端口611进入反应区域时，剩余反应完成时，存在过量空气。

通过环形端口611的自燃蒸汽621与二次消除区域613中的消除空气混合并反应。一级消除区619和二次消除区613中的反应产物构成出口气体615，所述出口气体615与吸入反应柱107的过量消除空气进行热稀释，充分反应并相对冷却。来自出口温度传感器617的数据用作限制汽化器105内液体自燃物质的热输入的第二方法。

现在参考图7，描述了本发明的优选实施例的控制过程701。过程701包括就绪状态703，其中系统101准备执行正常程序以使用其中的自燃物质，以及进入状态705以打开危险区103。HSSD 429(反应柱107中的意外热响应，导致出口温度传感器617处测得的温度升高到环境温度603处测得的温度以上)或通过手动激活可触发警报。来自任何控制状态的警报将系统101发送到消除状态709。一旦进入消除状态709，系统101内的条件被监控，并且当认为其中没有反应时，消除状态709移动到消除后状态711，然后移动到恢复状态713。检查系统101，如果清除715转换到备用状态707，如果没有，则返回到消除状态709。可以从就绪状态703或备用状态707达到进入状态705，其中允许打开危险区103。消除状态709、消除后状态711、恢复状态713和清除715检查组合形成消除序列。

就绪状态703的目的是关闭和固定危险区103，并在其中实现目标O2浓度。给定配置的目标O2浓度可根据危险区103中存在的特定自燃化学进行调整，但其选择应满足以下条件：1)足够低，以消除自燃物质着火的可能性，从而防止火灾损坏危险区103内的任何部件，和2)不等于零，以便在发生自燃化学品泄漏的情况下产生最小量的反应产物以激活HSSD 429。

就绪状态703通常在危险区103被打开之后从进入状态705进入。就绪状态控制算法可首先确保满足某些条件，例如门关闭和锁定。然后，控制过程通过首先操作高流量氮气阀，将危险区103内的O2浓度强制至目标。随着O2浓度的降低，使用低流量氮气阀和配平空气阀来实现并保持目标O2浓度。

当处于就绪状态703时，贮槽净化阀411始终打开，以确保液体排放管路109完全没有氧气，以便快速到达池的自燃化学品泄漏不会在其内部发生反应，从而导致可能阻碍流向汽化器105的固体沉积物。HSSD 429由系统101持续监控。

消除状态709负责对检测到的自燃物质泄漏的初始响应及其最终消除反应。一旦产生警报，在后续控制状态需要之前，保护某些传感器免受不必要的自燃化学蒸汽的影响非常有用。因此，O2传感器净化阀435打开以克服样品流。O2传感器净化完全冲洗O2传感器，并通过O2传感器取样口431和O2传感器返回端口433进入危险区103，防止自燃物质蒸汽进入。类似地，在初始检测反应产物后，HSSD 429样品无效，通过打开HSSD净化阀441，使净化气体完全冲洗HSSD 429，并通过HSSD样品端口437和HSSD回流端口439进入危险区103，可以保护装置不受自燃蒸汽的影响。高流量氮气阀417也在报警后立即打开，以在目标浓度水平下清除危险区103中的所有剩余氧气，并停止机柜413内的进一步反应。当高流量氮气进入机柜413时，其会置换所有氧气、微量反应产物和自燃化学蒸汽。所有置换的气体成分通过蒸汽管道111被排放至反应柱107。由高流量氮气阀419和/或低流量氮气阀423提供的氮气净化可在整个消除状态709中继续进行。

贮槽净化阀411可在报警后立即关闭或保持打开，直到满足特定应用条件。例如，当汽化器加热器501工作以达到所需的汽化器温度设定点时，贮槽净化阀411可以保持打开。关闭贮槽净化阀411，允许泄漏的自燃液体403排放至汽化器105。当自燃物质液体403进入汽化器105时，蒸汽507可由两个原因中的一个或两个原因产生：1)来自汽化器加热器501的直接热量输入，和/或2)由汽化器净化阀509引入的干燥氮气蒸发。自燃蒸汽507和汽化器净化氮气离开汽化器喷嘴515，并与通过反应柱107吸入的消除空气反应。结合通过反应柱107的消除空气的恒定质量流量，汽化器105的控制允许系统控制反应柱107中的温升。

上述消除状态709功能继续，直到完全处理汽化器105中泄漏的自燃液体403。汽化器105中自燃液体403的耗尽可通过反应柱107中的热响应来检测。当出口温度传感器617和环境温度传感器603之间的差值趋向于零时，假定汽化器105中的自燃物质完全消除。所述状况导致过渡到后消除状态711。

消除后状态711的目的是鼓励在将氧气重新引入危险区103之前，将所有残余泄漏的自燃物质完全消散。尽管汽化器105中的物质已完全蒸发并消除，但在液体排放管109、贮槽块405的内壁上以及可能在危险区103内的其它表面上仍存在残留液膜的可能性。消除后状态711提供一段时间，以允许并促进残余自燃物质从系统101内的所有表面完全蒸发，并将相应的残余蒸汽输送至反应柱107。

汽化器加热器501和汽化器净化阀509在整个消除后状态711中保持激活状态。此外，HSSD净化阀441和O2传感器净化阀435在整个消除后状态711期间保持打开状态。此外，启动贮槽加热器407，以在贮槽块405中达到并保持所需温度，以鼓励从危险区103中的所述最低收集点完全蒸发。贮槽净化阀411在整个消除后状态711中打开，以便于干燥液体管路109和贮槽块405。当某些预设时间段完成时，后消除状态711被视为完成。可以设想，当处于消除后状态711时，如果出口温度传感器617和环境温度传感器603之间的差值超过编程设定的阈值，则可以将控制配置为恢复到消除状态709。

消除后状态711完成后，系统101将进入恢复状态。恢复状态713的目的是缓慢地将氧气(环境空气)重新引入危险区103，以验证消除后过程的有效性。在恢复状态713期间，O2传感器净化阀435和HSSD净化阀441关闭，以便其各自的设备恢复采样。控制阀内件空气阀425以缓慢增加危险区103内的氧气浓度。

如果在恢复状态713期间危险区中仍有任何自燃物质，则随着氧浓度缓慢上升，其将开始反应。HSSD 429将传感这些反应产物，并使其返回消除状态709。成功完成恢复状态713包括在不重新激活HSSD 429的情况下提高氧浓度。

可以设想，实施“安全”状态可能是有利的，在所述状态下，危险区103可以被保护，因为其处于就绪状态703，但处于明显不同的控制状态。由于本发明可以是全自动的，因此所述“安全”状态的存在被用于迫使用户认识到已经检测到并消除了自燃泄漏，需要手动复位以解锁与警报相关联的安全继电器，然后在就绪状态703或进入状态705中恢复正常操作。为了描述本发明，所述“安全”状态是备用状态707。用户可以通过激活消除重置命令来确认经历了消除序列。

应理解，可通过连续迭代或循环多次执行消除序列。这些迭代可以持续，直到成功通过恢复状态，导致没有HDDS 429或热启动返回到消除状态709。迭代允许频繁检查残余自燃物质，而不是在恢复正常操作之前，在消除后状态711期间蒸发的不必要的长时间。

现在参考图8，描述了系统101的优选使用方法。方法801包括允许进入危险区以添加或检查其中的自燃物质803，关闭并限制进入危险区805，控制危险区内的环境以防止泄漏的自燃物质807的过度放热反应，允许系统监控危险区和系统其它部分的环境中是否存在泄漏的自燃物质、其副产物或构成报警条件的其它指示器809，允许系统消除任何泄漏的自燃物质811，从系统813中清除残留的泄漏自燃物质，验证漏出的自燃物质815的缺失，允许进入或从消除序列817转换，并在漏出的自燃物质被移除时恢复正常操作。

以上公开的特定实施例仅为说明性的，因为实施例可以以不同但等效的方式进行修改和实践，对于受益于本文教导的所属领域的技术人员来说是显而易见的。因此，显然，可以改变或修改上面公开的特定实施例，并且在本申请的范围和精神内考虑所有这些变化。因此，本文寻求的保护如说明书中所述。尽管以上示出了本实施例，但本发明不限于这些实施例，而是可以在不脱离其精神的情况下进行各种改变和修改。

Claims (19)

1.一种用于自燃化学品的消除系统，包括：

至少一个危险区；

至少一个汽化器；

至少一个反应柱；和

至少一个传感器，用于检测是否存在自燃物质的非预期释放；

其中所述至少一个危险区、所述至少一个汽化器和所述至少一个反应柱彼此流体连通；

其中所述至少一个传感器启动、导致停止或以其他方式改变所述系统的操作；和

其中所述危险区中存在的自燃物质通过其中的惰性气体防止燃烧，并在至少一个反应柱的氧气控制环境中消除。

2.根据权利要求1所述的系统，其中氮气被引入其中以控制所述自燃物质的所述燃烧，并且其中氮气的引入速率是通过至少一个源的至少一个端口的任意速率。

3.根据权利要求1所述的系统，其中从所述至少一个危险区通向所述至少一个汽化器的通道通过至少一个氮气源保持无氧，所述氮气源向所述至少一个汽化器引入氮气。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述自燃物质通过所述通道中引入的所述氮气保持在至少一个危险室中。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个汽化器包括至少一个加热装置和至少一个冷却装置，与其中的所述自燃物质进行热连通。

6.根据权利要求1所述的系统，其中从所述至少一个汽化器到所述至少一个反应柱的蒸汽被引入所述至少一个汽化器出口附近的氮气覆盖。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个危险区、所述至少一个汽化器或通道中的所述自燃物质通过至少一个汽化器加热器和至少一个贮槽加热器进行加热。

8.根据权利要求1所述的系统，其中氮气、热量和时间用于在重新引入氧气之前清除所述系统中的所述自燃物质，其中所述氧气逐渐重新引入，以确保不存在自燃物质。

9.根据权利要求1所述的系统，其中在消除事件后，将氧气重新引入所述危险区是逐渐的，以便于检测低水平反应产物，而不存在火焰或过度放热反应的风险。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个反应柱包括旋流叶片，所述旋流叶片被配置为混合所述反应并防止固体反应产物沉积在其中。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器在消除状态和消除后状态期间被限制取样，其中防止过度暴露于自燃物质。

12.根据权利要求1所述的系统，包括：

就绪状态；

进入状态；和

备用状态，每个备用状态能够通过来自所述系统中的传感器的警报信号转换消除状态，所述就绪状态和进入状态之间的转换；

消除状态，其中泄漏的物质在警报条件下消除；

设定一段时间的消除后状态，以确保逸出的自燃物质已经消除；和

恢复状态，开始初始化所述系统中的所述传感器，以确定其中是否存在不受控制的自燃物质。

13.一种消除根据权利要求1所述的系统提供的溢出、逸出或不受控自燃物质的方法，包括：

允许进入危险区以添加或检查其中的自燃物质；

关闭并限制进入所述危险区；

控制所述危险区内的环境，以防止泄漏的自燃物质发生过度放热反应；

允许所述系统监测所述危险区和所述系统其它部分的环境中是否存在逸出的自燃物质、其副产物或构成报警条件的其它指示器；

允许所述系统消除任何逸出的自燃物质；

从所述系统中去除残余逸出的自燃物质；

核实是否存在所述逸出的自燃物质；

允许进入或从消除序列过渡；和

当所述逸出的自燃物质被移除时，恢复正常操作。

14.一种用于自燃化学品的消除系统，包括：

至少一个危险区；

至少一个反应柱；和

至少一个传感器，用于检测是否存在自燃物质的非预期释放；

其中所述至少一个危险区和所述至少一个反应柱彼此流体连通；

其中所述至少一个传感器启动、导致停止或以其它方式改变所述系统的操作；和

其中所述危险区中存在的自燃物质被阻止在其中燃烧，并且在所述至少一个反应柱的氧气控制环境中被消除；

所述系统还包括，

就绪状态；

进入状态；和

备用状态，所述备用状态、所述就绪状态和所述进入状态中的每个能够通过来自所述系统中的传感器的警报信号与消除状态之间进行转换，所述就绪状态和所述进入状态之间的转换；

在所述消除状态下，其中泄漏的物质在警报条件下消除；

设定一段时间的消除后状态，以确保逸出的自燃物质已经消除；和

恢复状态，开始初始化所述系统中的所述传感器，以确定其中是否存在不受控制的自燃物质。

15.根据权利要求14所述的系统，其中氮气被引入其中以控制所述自燃物质的所述燃烧，并且其中氮气的引入速率是通过至少一个源的至少一个端口的任意速率。

16.根据权利要求14所述的系统，其中从所述至少一个危险区通向所述至少一个反应柱的通道通过至少一个向其引入氮气的氮气源保持无氧。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个反应柱包括旋流叶片，所述旋流叶片被配置为混合所述反应并防止固体反应产物沉积在其中。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个传感器在消除状态和消除后状态期间被限制取样，其中防止过度暴露于自燃物质。

19.根据权利要求14所述的系统，还包括：

包含封闭空间的危险区，所述封闭空间被配置为减少或消除潜在的收集特征，以促进在至少一个重力捕集池中收集自燃液体。