用于测量和分析管路污染物的系统及方法

专利名称：用于测量和分析管路污染物的系统及方法
技术领域：
本发明涉及用于测量污染物的系统和方法，更具体说来，涉及管路 内的流体流中的污染物的动态取样、测量和分析，以有助于控制这些污 染物。
背景技术：
在与能源工业结合使用的当前可在市场上获得的燃气轮机和其它 临界气体或流体流系统会对存在于过程流体流内的诸如固体污染物 (即，颗粒)、液体污染物、和/或液体气溶胶之类的污染极其敏感。作 为示例，固体污染物会起作用而磨损旋转部件、淤塞热交换器、污染冷 却液、阻塞处理设备、以及影响许多其它处理和设备问题。另一方面， 液态污染物会随着时间的流逝而聚集或凝结，并会随着容积的增大而沿 管路的侧面和底部行进并影响流体流的效率。同样，液体气溶胶或液滴 虽然质量很小，但会同样随着时间的流逝而聚集和堆积，并对流体流系 统中的下游设备具有破坏作用。
为了使这种污染的发生最小化，已结合这些流体流系统应用了过滤 和分离设备，以便能够将存在于流体流内的污染物从该处移除。目前， 大多数的制造商已经为他们的燃料和原料气流动系统订立了清洁度要 求规范。为了适应这种要求，已将现代过滤器和分离器设计成高效移除 颗粒污染物。但是，仍会存在与液态污染物或液体气溶胶相关的问题。 此外，选择能够适当移除恰当污染物的过滤和分离设备会是一项艰难的 任务。特别地，存在多种可用的适于处置与不同应用场合相关的不同污 染物的过滤和分离设备。结果，除非获知流体流内的污染物以及它们的 特性，否则会选择、购买并继而安装不适当的过滤和分离设备。在许多 情况下，未能使用最优的或至少适当的过滤和分离设备会导致不适当地 移除污染物，从而导致损坏下游设备。此外，由于因不充分地移除污染物而导致的不良性能，系统的运行成本会显著增高。
即使有可能使用了适当的过滤器和分离器，也会需要附加的校验步 骤，以确保流体系统内的污染物正得到适当控制。当前，对能源工业管 路内的流体流污染物进行的大多数试验通过收集用于随后进行场外分 析的流体流的样品来实现。但是，在许多情况下，特别是在无法以等动 态的方式收集样品时，不可能获得充分准确的样品。换言之，如果进入 取样系统的流体并不呈现出与加压过程流体流中的流体流相似的速度 和动能，则不会收集到流体流内的污染物的准确代表性样品。此外，目 前，收集到的样品必须邮寄或运输到第三方实验室，在第三方实验室样 品被搁置并等待进行测量和分析。在该时期期间，样品会发生改变，并 且污染物通常会损耗至样品容器。而且，由于多种污染物的性质可能是 具挥发性的，并由于目前规程的耗时的方法，导致许多污染物样品从未 寄出以进行分析。
但是，可使用例如颗粒分析仪或计数器来测量那些确实得到检测的 样品，以确定污染物的数量或程度，并由此确定流体流的清洁度。颗粒 分析仪的示例包括光散射分析仪，例如激光束，以及凝结核颗粒计数器， 可利用两者中的任一者检测过程流体流内的收集到的样品的颗粒污染 的程度。不过，无论分析仪或计数器会是多么灵敏或准确，由于收集到 的样品可能不是流体流内的污染物的适当代表，因此，对收集到的样品 进行的后续分析也不可能提供流体流内的污染物程度的准确表示或实 时确定。
而且，对于污染物的数量或程度的认识并不必然有助于识别出污染 物的起因。在特定情况下，可能重要的是了解污染物的构成或由来，以 便可以实施适当的措施以控制污染物的起因。例如，如果污染物的起因 可能来自化学添加剂或润滑油，或者简单地由管路内的不适宜条件所导 致，则对于起因或由来的认识会有助于使因这种起因或由来而导致的污 染物的产生最小化。
由于收集到的样品内的污染物和流体流内的污染物几乎总是不同， 因此，期望的是提供一种允许进行相对快速而准确的取样以便对污染数 据进行测量和分析的方法，这些数据能够在随后用于选择最优的过滤和 分离设备，以便控制正被分析的流体流内的污染物的存在。

发明内容
在一个实施方式中，本发明提供了 一种用于测量和分析管路污染物的 系统。该系统包括用于与管i^合的第一组件，并且从该第一组件可以获 得第一流体流样品以测量气溶胶污染物。在实施方式中，该第一组件可设 有第一组件探针，该第一组件探针用于延伸到管路中，用于以等动态的方 式收集流体流样品，以确保能够在随后测量管路内的污染物的代表量。该 第一组件还可设有颗粒计数器，该颗粒计数器与探针流体连通，用于测量 流体流样品内的气溶胶颗粒的数目和尺寸。可在随后将所得到的信息用于 获得气溶胶颗粒的质量含量，以允许选择适当的提取工艺，从而控制管路 内的气溶胶污染物的存在。该系统还包括用于与管^#^的第二组件，并 且从该第二组件可以获得第二流体流样品以对气溶胶污染物进行色镨分 析。在实施方式中，管路上的与第一组件和第二组件接合的位置可以是同 一位置。可替代地，管路上的与第一组件和第二组件接合的位置相对于彼
此呈空间定位。在实施方式中，第二组件可^殳有第二组件探针，该第二组 件探针用于延伸到管路中，用于以等动态的方式收集流体流样品，以确保 能够在IC^分析管路内的气溶胶污染物的代表量。第二组件还可设有瓶， 该瓶联接于第二组件探针，用于容置从第二组件探针导引的流体流样品。 还可进一步设置色脊仗，该色镨仪与瓶流体连通，用于确定流体流样品的 组分，以便识别出气溶胶污染物的由来。这样，可实施纠正措施，以使气 溶胶污染物的存在最小化。
本发明还提供了一种用于测量和分析管路污染物的方法。在实施方式 中，该方法包括最初将第一探针延伸到管路内的流体流中，使得能够在随 后测量气溶胶污染物。然后，可以以等动态的方式将第一流体流样品收集 在第一探针中。接着，可将收集到的第一流体流样品从第一探针导引到颗 粒计数器中。此后可在颗粒计数器内测量流体流样品内的气溶胶颗粒的数 目和尺寸。随后可将所得到的信息用于获得气溶胶颗粒的质量含量。对于 质量含量的认识可允许选#^当的提取工艺，从而控制管路内的气溶胶污 染物的存在。该方法进一步包括将第二探针延伸到管路内的流体流中，使 得能够在随后确定流体流样品的组分，从而识别出气溶胶污染物的由来。 在一个实施方式中，将第二探针延伸在管路内包括在将第二探针延伸到 管路的同一区域中之前，移出第一探针。作为替代，可将第一探针和第二 探针放置在相对于彼此呈空间定位的位置处。接着，可将第二流体流样品以等动态的方式收集在第二探针中。在实施方式中，可相对于彼此大致同 时地收集以等动态的方式所收集的第一流体流样品和第二流体流样品。此 后，可将收集到的第二流体流样品从第二探针导引到色脊义中。在一个实 施方式中，在将第二流体流样品导引到色谱仪中之前，可将该第二流体流 样品存储在瓶内。接着，可确定流体流样品的组分，以便识别出气溶胶污 染物的由来，从而可实施纠正措施，以使气溶胶污染物的存在最小化。
本发明还提供了用于测量和分析管路污染物的另一种方法。该方法包 括在初始时在相对于彼此呈空间定位的位置处将第 一探针和第二探针延 伸到管路内的流体流中，使得能够在IC^确定污染物。接着，可大致同时 将第一流体流样品和第二流体流样品以等动态的方式收集在它们相应的 探针中。然后，可将收集到的第一流体流样品从第一探针导引到颗粒计数 器中，同时可将收集到的第二流体流样品从第二探针导引到色镨仪中。在 实施方式中，可在被导引至色"*^之前，将收集到的第二流体流样品存储 在瓶中。1^#，可在颗粒计数器内测量第一流体流样品内的气溶胶污染物 的数目和尺寸。随后可将这些信息用于获得气溶胶污染物的质量含量，以
允许选^it当的提取工艺，从而控制管路内的气溶胶污染物的存在。此夕卜， 可确定第二流体流样品的组分，以便识别出气溶胶污染物的由来，从而能
够实施纠正措施，以使气溶胶污染物的存在最小化。


图1A-B示出了一种根据本发明的一个实施方式的用于直接测量流 体流中的污染物的组件。
图2示出了一种与图1A-B中所示的系统结合使用的测量探针。
图3示出了 一种用于分析图1A-B中所取样的流体流的组分的组件。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于测量流体流中的污染 物的另一组件。
图5示出了一种与图4中所示的系统结合使用的过滤片。
具体实施例方式
参照图1A-B，在一个实施方式中，本发明提供了一种用于测量和分 析诸如管路11之类的流体流系统内的污染物的系统10。在实施方式中， 系统10可包括设计成经由取样管口 lll接合管路ll的污染物测量组件 12。如所示，管口 111可沿管路11置于任何所需要的点处，并提供开 口，组件12可经该开口与管路11内的流体流连通。为了在组件12可 以不与其处于接合时或在组件12不在使用中时防止流体流经取样管口 111逸出，取样管口 lll可包括诸如隔离阀112之类的阀，能够例如经 由轮子113在开启位置和闭合位置之间致动该阀。
根据一个实施方式，组件12包括探针13，该探针13设计用于将来 自管路ll内的流体样品传送至诸如装置15之类的污染物测量装置。为 此，可将探针13制成为从外部环境越过隔离阀112向下延伸穿过取样 管口 111并延伸到管路ll中，在管路11处，探针13可与流体流连通。 为了确保与管路ll内的流体流之间的最佳连通，可将探针13定位成使 得其末端131充分延伸到流体流中。在一个实施方式中，末端131可延 伸越过管路ll的壁114至少约2.0英寸。此外，为了确保对流体流内的 污染物进行适当的测量，可将探针13沿管路11定位，在管路11处， 流体流的速度可在约1英尺/秒至约60英尺/秒之间。在实施方式中，可 将探针13的末端131定位成大致横向于探针13的轴线X，并且更具体 说来，大致垂直于探针13的轴线X。这样，可将末端131设置成大致 平行于管路11内的流动方向，以侵J吏流入探针13的末端131中的流体 的流动最优化。虽然利用图1A中所示的设计进行设置，但应该注意到， 可以利用多种其它设计来设置末端131，例如，末端131可以以一定角 度相交，例如45度，前提是末端131的位置可以使得流体流能以最优 化的方式进入探针13，并且探针13能以等动态的方式收集流体流的样 品。如上所述，等动态取样涉及以与由管路11内的流体流所呈现的流 速大致相似的流速收集探针13内的流体样品。通过采用等动态取样， 就能收集带有代表着沿管路ll的污染物程度的污染物程度的流体样品。
由于探针13会暴露于管路11内的恶劣环境，因此，探针13可由能 够耐受这种恶劣环境的强固的材料制成。例如，探针13可由诸如1/8 英寸或1/4英寸不锈钢管件之类的不锈钢制成。当然，可以使用诸如金 属、金属合金之类的其它相似的材料，前提是那些材料能耐受管路11内的恶劣环境。
组件12还可包括插入引导件14，以允许探针13与取样管口 111上 的隔离阀112之间的接合。在一个实施方式中，引导件14可与图2中 所示的引导件相似。通常，引导件14可包括探针13可经其延伸的本体 部分21。在实施方式中，本体部分21可起到向探针13提供支承并维持 探针13在取样管口 111和管路ll内的位置(即，居中和提升)的作用。 引导件14还可在其远端22附近包括联接机构23，以允许导引件14与 取样管口 lll上的隔离阀112之间的紧固接合。在实施方式中，联接机 构23可以是设计成被紧固地接收在隔离阀112中的互补螺紋开口 (未 示出)内的螺紋部分。虽然示出为螺紋部分，但联接机构23可具有本 领域中公知的其它设计，前提是这些设计允许联接机构23紧固地接合 隔离阀112。此外，可利用任何设计来设置引导件14，前提是这种设计 能维持探针13在取样管口 lll和管路ll内的位置。为了进一步确保紧 密配合式接合，在一个实施方式中，可在联接机构23和探针13之间设 置诸如O形环或任何其它相似的橡胶或有延展性的密封件之类的密封 件(未示出)，以便使流体流从隔离阀112的任何逸出最小化。
再看图1A-B，组件12可进一步包括定位在与探针13的末端131 相对的出口端132处的诸如探针岡130之类的阀。在一个实施方式中， 能在开启位置和闭合位置之间致动探针阀130，以控制来自管路11内的 流体流出探针13并流入到测量装置15中。
组件12还可包括联接至测量装置15的通路16，以允许流体流离开 并从装置15内排出。在一个实施方式中，沿通路16可定位有流量计17， 以便测量流经组件12的流体流的速率(即，速度)。由此，如必要，可 对流经组件12的流体流速率调整并设定成大致匹配管路11内的流体流 速率，从而可在组件12内收集等动态样品，用于污染物测量。在实施 方式中，流量计17可以是任何可在市场上获得的、能够测量流体流速 率的流量计。
为了调整流经组件12的流体流速率，可在通路16上，例如在位于 测量装置15与流量计17之间的流量计17的上游设置流量阀18。在一 个实施方式中，流量阀18可以是针型阀，该针型阀能够在开启位置和 闭合位置之间致动，以便例如在等动态的条件下改变和设定流体流速 率。在实施方式中，可将组件12设计成测量呈液体气溶胶形式的污染 物。为此，测量装置15可以是诸如任何可在市场上获得的激光颗粒计 数器之类的光散射计数器。如图1A-B中所示，激光颗粒计数器15能包 括入口 151,探针13内的流体流可经该入口 151而被导引到颗粒计数器 15中。在一个实施方式中，入口 151可设计成与探针阀130联通。例如， 入口 151可设有能够被探针阀130以互补的方式接收的形状。在这种情 况下，可在入口 151与探针阀130之间的接合处设置密封件(未示出)， 以便大致消除任何通过该处发生的流体流泄漏或使其最小化。作为替 代，可在探针阀130与入口 151之间提供转接器(未示出)，以允许探 针阀130与入口 151之间的接合。
在实施方式中，可将激光颗粒计数器15设计成接收经由探针13以 等动态的方式收集的来自管路11的流体流样品，以便确保可测量管路 ll内的污染物的代表量。此外，应该注意，还可在计数器15内以及在 整个组件12中维持管路压力和温度，以便在测量的过程中，使另外的 气溶胶颗粒不会汽化或冷凝。
如上所述，颗粒计数器15可以是任何可在市场获得的激光计数器， 并且通常能设计成接收流体流样品。 一旦将流体流样品导引到计数器15 内，就可允许流体流样品流经颗粒测量流动池。设置在计数器15内的 激光二极管或任何合适的光源可穿过流动池传送光束。可将光束导引穿 过并垂直于所取样的流体流样品。通过流体流行进的气溶胶液滴或颗粒 可起到散射激光束的作用。而后能经由镜子或透镜将被散射的激光导引 至光学分析仪。此后，该光学分析仪能将光能处理成电能。源自颗粒的 电脉冲能被记录为具有对应尺寸的颗粒。在实施方式中，颗粒尺寸测量 可以是大致为球形的气溶胶颗粒或液滴的直径测量。通常，存在于商用 气体管路内的流体流中的气溶胶颗粒或液滴的尺寸能够变化，并且能够 归类于直径达约IOO微米。能够继而对直径测量进行计算，以提供对应 的球形体积。然后，球形体积可通过使液体密度乘以该球形体积而转换 成质量。而后，能在相同时期期间，将经过特定时期而测量到的所有颗 粒的质量加在一起，并与所取样的流体流的质量相比较，由此提供气流 中的气溶胶质量含量的测量。该信息可随后用于确定诸如过滤器、分离 器之类的液体气溶胶提取工艺的定型和选择，例如佩里设备公司(Perry Equipment Corp.)的Gemini Purasep⑧过滤器(美国专利No. 6，168，647 ) 和佩里设备公司的立式气体聚结器。应该认识到，虽然结合流体流管路11加以^^开，但是组件12可适 于与立式或卧式设计的例如可在市场上获得的气体聚结器一起^f吏用。当 与这种聚结器结合使用时，在实施方式中，对于聚结器，通过在不使用 例如结合管路中的取样管口所使用的隔离阀的情况下，组件12与聚结 器的联接可直接实现。
现参照图3，除了具有污染物测量组件12以外，系统IO还可包括 色谱组件30，用于确定流体流中的诸如气溶胶颗粒之类的污染物的由 来。那样，就能确定测量到的气溶胶是否源于液体冷凝或源于管路11 中。在实施方式中，色镨测量能用来确定流体(即，气体)的露点温度。 特别地，如果管路11的运行温度低于流体的露点温度，则能够将冷凝 假定为这种气溶胶的起因。
根据一个实施方式，可将与污染物测量组件12相似的色镨组件30 设计成经由与图1A中的取样管口 lll相似的取样管口 301来进入到管 路11的内部。这种取样管口 301可以沿管路11定位在任何所需要的点 处，并且在实施方式中，取样管口 301可以是管口 lll或可以自管口 111 空间地定位。就可沿管路11的特定部分执行取样且特定部分可仅设有 一个取样管口的情况来说，可将组件12从管口 111上卸下，并更换以 组件30，用于适当的取样和测量。否则，可设置不同的取样管口，以使 每个取样管口支承不同的取样和测量组件。如上所述，可结合管路11 上的取样管口 301i殳置诸如隔离阀302之类的阀，以例如通过轮303打 开或闭合通向管路ll内的流体流的通路。
在一个实施方式中，色镨组件30包括探针31,该探针31与探针 13大致相似，设计成将来自管路ll内的流体样品提取并传送到收集瓶 35，用于随后进行色镨分析。为此，可将探针31制成越过隔离阀302、 向下延伸穿过取样管口 301并延伸到管路ll中，在管路11处，它可与 流体流连通。为了确保与管路ll内的流体流的最佳连通，可将探针31 定位成使其末端311充分延伸到流体流中。与探针13的末端131相似， 末端311可延伸越过管路11的壁114至少约2.0英寸。此外，为了确保 对流体流进行适当取样，可沿管路11定位探针31，在管路ll处，流体 流的速度可在约1英尺/秒至约60英尺/秒之间。如所示，末端311可以 以一定角度相交，例如45度，以便使流入末端311中的流体的流动最 优化。当然，可利用其它设计来设置末端311，例如，与探针13中的末端131的横向位置相似的设计。无论如何设计，末端311均应允许通过 探针13对管路11内的流体流进行等动态取样。
与探针13—样，由于组件30中的探针31会暴露于管路11内的恶 劣环境，因此，探针31可由能够耐受这种恶劣环境的强固的材料制成。 例如，探针31可由不锈钢管件制成。当然，可以使用诸如金属、金属 合金之类的其它相似的材料，前提是那些材料可耐受管路11内的恶劣 环境。
组件30还可包括插入引导件33，以允许探针31与取样管口 301上 的诸如阀302之类的隔离阀之间的接合。在一个实施方式中，引导件33 可包括探针31可经其延伸的本体部分34。在实施方式中，本体部分34 可起到向探针31提供支承，并维持探针31在取样管口 301和管路11 内的位置(即，居中或提升)的作用。根据一个实施方式，引导件33 可包括螺紋部分，以使得引导件33能够被紧固地接收在隔离阀302中 的互补螺紋开口 (未示出)内。也可使用本领域中公知的其它设计，前 提是这些设计允许与隔离阀之间的紧固接合。为了进一步加强紧密配合 式接合，在一个实施方式中，可在引导件33和探针31之间设置诸如0 形环或任何其它相似的橡胶或有延展性的密封件之类的密封件(未示 出)，以便使流体任何流经隔离阀112的逸出最小化。
如图3所示，组件30进一步包括与探针31处于连通的收集瓶35。 在实施方式中，瓶35可以是压力容器，它能够容置从管路ll收集到的 流体样品，用于随后进行色镨分析。瓶35可在相对端处包括阀351和 352，以控制收集到的流体样品到瓶35中的进出。用于结合本发明使用 的瓶的示例包括产自如德克萨斯州糖城Welder工程公司(Welder Engineering Company )的公司的标准样品瓶(Standard Sample Cylinder )。
根据本发明的一个实施方式，可在瓶35与探针31之间设置导管36, 以控制收集到的流体样品流入瓶35中的流动。特别地，导管36可在靠 近引导件33的端部处设有第一阀361，用于控制收集到的流体从探针 33流入导管36中的流动。导管36还可在靠近瓶35的阀351的相对端 处设有第二阀362。在实施方式中，阀362可用来从探针33内清除流体 流。明确说来，在特定情况下，探针33可包含来自先前所收集到的流 体样品的残余，这会干扰本次收集。为了从探针33清除先前的流体样品，可致动阀362，从而可在收集前从探针33清空来自管路ll内的流 体流的容积。
为了分析瓶35内的收集到的流体流样品，组件30可包括与瓶35 处于流体连通的诸如气相色镨仪37之类的色镨仪。在一个实施方式中， 可在阀352与色镨仪37之间布置通路371，从而一旦致动阀352,就可 将收集到的流体流样品从瓶35内释放出来，并导引到气相色镨仪37中， 用于进行色镨分析。
作为替代， 一旦被收集到瓶35内，就可将瓶35与组件30脱离接 合，并使其联接于位于例如现场移动实验室或非现场实验室之类的实验 室中的色谱仪37，用于进行色谱分析。
在实施方式中，色镨仪37可以是任何可在市场上获得的、能够识 别出所取样的流体流的组分的色镨仪。例如， 一种这样的色镨仪可以是 产自加利福尼亚州帕洛阿尔托市的瓦里安>^司(Varian， Inc.)的 CP-4900 Micro-GC。 一般来说，色镨仪是利用填充柱技术来将流体(例 如，气体)或混合物分离成其组分，用于随后进行分析的仪器。通过采 用色谱分析法，能确定所取样的流体流中的各组分的存在和数量。此外， 由于各个组分的浓度能对例如流体的最终热阀或性质产生影响，知晓这 些浓度能有助于对例如涡轮发动机进行调节以实现有效操作和排放控 制。通过由色镨仪提供的分析所获得的关于组分的数据还可用来对流体 流系统的碳氢化合物露点进行建模。在实施方式中，露点信息可用来校 验系统IO中的液体气溶胶污染物的由来。
碳氢化合物露点可以是诸如天然气系统之类的流体流系统的重要 物理特性，它应该在流体调节设备的设计或实现之前确定。例如，如果 流体温度低于碳氲化合物露点，则液体气溶胶会形成为从流体冷凝出的 液体。了解到这个情况允许实施适当的过滤和/或分离工艺。另一方面， 如果流体处于其露点或低于其露点，那么会不得不对流体进行加热以便 例如将溶液中的液体气溶胶颗粒保持为蒸汽。对于管路还可能常见的 是，在碳氢化合物露点附近操作以需要进行绝缘和伴热(外部管路加 热)，从而阻止例如寒冷的晨气在管路产生不必要的液体。
现参照图4，就有可能需要收集和测量固体颗粒污染物的情况来说， 系统10还可设有诸如固体测量组件40之类的另外的污染物测量组件。在实施方式中，组件40可与图1中的组件12大致相似，除了不具有颗 粒计数器15以外，组件40可设有用于收集来自流体流的固体污染物的 过滤器座45。
为了避免重复，并为了便于讨论，现将在除了过滤器座45以外组 件40的部件可与组件12中的那些部件大致相似的前提下对组件40进 行描述。与组件12—样，可将组件40设计成经由取样管口 411和隔离 阀412接合管路11，可在开启位置和闭合位置之间致动该隔离阀412， 以便在组件40可以不与其处于接合时或在组件40不在使用中时防止流 体流经取样管口 411逸出。
组件40还可包括探针43，该探针43设计成将来自管路11内的流 体样品传送至过滤器座45。为此，可将探针43制成从外部环境越过隔 离阀412，向下延伸穿过取样管口 411并延伸到管路11中，在管路11 处，探针43可与流体流连通。在实施方式中，探针43可包括末端431， 该末端431以在与探针13的末端131结合的图1A中所示的"&计相似的 设计进行设置。然而，应该了解到，可以利用多种其它设计来设置末端 431,例如，末端431可以以一定角度相交，例如45度，前提是末端431 的位置可使得管路ll内的流体流能以最优化的方式进入探针43，以允 许对流体流的样品进行等动态收集。与探针13 —样，由于探针43会暴 露于管路ll内的恶劣环境，因此，探针43可由能够耐受这种恶劣环境 的强固材料制成。例如，探针43可由诸如不锈钢、金属合金之类的金 属或任何其它能够耐受管路11内的恶劣环境的材料制成。
组件40还可包括插入引导件44,以允许探针43与取样管口 411上 的隔离阀412之间的接合。在一个实施方式中，引导件44可与图2中 所示的引导件14相似。通常，引导件44起到向探针43提供支承，并 维持探针43在取样管口 411和管路11内的位置(即，居中和提升)的 作用。引导件44还可起到向探针43提供与取样管口 411上的隔离阀412 之间的紧固接合的作用。为了进一步确保紧密配合式接合，在一个实施 方式中，可在与图2中的部件23相似的联接机构和隔离阀412之间， 设置诸如O形环或任何其它相似的橡胶或有延展性的密封件之类的密 封件(未示出)，以便使任何流体流的经隔离阀412的逸出最小化。
除了上述情况以外，系统40还可包括定位在与探针43的末端431 相对的出口端432处的诸如探针阀430之类的阀。在一个实施方式中，可在开启位置和闭合位置之间致动探针阀430，以控制来自管路11内的 流体流出探针43并流入到过滤器座45中。
组件40还可包括联接至过滤器座45的通路46，以允许流体流离开 并从座45内排出。在实施方式中，沿通路46可定位有流量计47，以便 测量流经组件40的流体流的速率。如必要，可通过流量阀48将流经组 件40的流体流速率调整并设定成大致匹配管路11内的流体流速率，从 而可将等动态样品导引穿过组件40以进行收集。在实施方式中，流量 阀48可定位在流量计47与过滤器座45之间。
如上所述，可将组件40设计成经由过滤器座45收集用于随后进行 测量的固体污染物。为此，在一个实施方式中，过滤器座45可设有入 口 451,该入口 451设计成与探针阀430处于流体连通。如必要，可在 探针阀430和过滤器座45的入口 451之间设置通道433，从而可经该通 道433将所取样的流体流导因到过滤器座45。过滤器座45还可设有出 口 452，该出口 452联接于通路46，以将所取样的流体流从座45排出 到通路46中。为了使各个入口 451和出口 452与相应探针阀430和通 路46之间的接合处的流体流泄漏最小化，可在这种接合处定位有诸如 Swagelok⑧装配件之类的密封件(未示出)。
过滤器座45还可包括腔室49，该腔室49内可定位有用于收集固体 污染物的滤芯51 (图5 )。为了出于放置或更换滤芯51的目的而进入到 腔室49，参见图5，在实施方式中，过滤器座45可设计成包括能够彼 此接合和分离的相对部分52。如图5中所示，各个部分52可包括凹处 53，该凹处53设计成当两个相对部分52彼此接合时形成腔室49。为了 达到期望的程度，可绕着腔室49沿周向设置例如O形环54之类的密封 件，以向腔室49提供大致紧密的密封。在一个实施方式中，为了将密 封件54保持在腔室49周围，可绕着各凹处53设置互补槽道55，从而 可将密封件54的一部分定位在一个槽道55内，而密封件54的其余部 分被接收在另一槽道55内。
为了允i午各个凹处53与相应的入口 451或出口 452之间的流体连 通，各个部分52可在凹处53与相应的入口 451或出口 452之间的接合 处设有开口 56。此外，由于在收集流体流样品的过程中会将相当大的高 压导引经过过滤器座45，因此为了保持住部分52相对于彼此的接合， 过滤器座45可设有能够经受该相当大的高压的接合机构。在一个实施方式中，各个部分52可设有互补孔57，这些互补孔57可彼此大致对正， 并能够接收穿过这些互补孔57的例如螺母和螺栓、螺钉、或任何其它 相似的部件。当然，可利用其它的设计来设置部分52，从而可相对于彼 此保持住部件52。例如，可使用夹具、扣件或本领域中已知的其它机构。
在实施方式中，滤芯51可以采用允许其被接收在腔室49内的形状。 在示于图5中的实施方式中，滤芯51的形状是圆形，例如盘状。但是 应该注意到，滤芯51可以以任何几何形状进行设置，前提是可将它接 收在腔室49内。为了适当地收集固体污染物，根据本发明的一个实施 方式，滤芯51可由一片具有足够的孔隙率以使气体或液体能够经其流 动、同时使固体污染物能够被截留在其上的例如拉长的尼龙制成。由于 管路ll内的条件在不同管路中会变化，因此滤芯51的孔隙会需要例如 在直径方面、在数量方面或在两方面发生变化，以便适当地满足取样条 件。 一旦完成取样，就可从过滤器座45上卸下滤芯51，用于随后测量 和分析收集到的固体污染物。
由于组件40与组件12之间的区别主要在于污染物测量装置，即， 组件12具有颗粒计数器15,而组件40具有过滤器座45，就所期望的 情况来说，在本发明的一个实施方式中，座45连同其中的滤芯51可取 代组件12中的颗粒计数器15。换言之，可将颗粒计数器15从组件12 中卸下并代之以过滤器座45,反之亦然。在管路11的特定部分可能不 具有足够数目的取样管口的情况下，可以采用这种办法。当然管路11 可设置足够数目的取样管口 ，从而使组件12和组件40可各自接合单独 的取样管口，如与在用于色谱分析的组件30中也会出现的情况一样。
在操作中，根据将要进行的测量的类型，可使用上文结合系统10 进行论述的组件中的每个、某些或全部。但是，在启用组件前，在能够 进行流体流的测量之前在初始时会需要沿管路11装设各个组件。特别 地，在将组件与取样管口接合之前，可在初始时沿管路的一部分计算流 体流速度，在该部分管路处可收集用于测量的样品流体流，以查看该速 度是否会在适当的范围内。在实施方式中，适合于进行测量的流体流速 度的范围可从约l英尺/秒到约60英尺/秒。在实施方式中，如果流体流 速度在该适当的范围内，则可将诸如引导件14之类的插入引导件插入 到隔离阀112中并使插入引导件与之固定。
应该注意到，文中将结合组件12及其部件进行论述。但是，由于组件30和组件40可具有与组件12大致相似的部件，因此，应该明白， 文中对于组件12的描述同样可适用于组件30和40。
随后，可将探针13经已固定的引导件14、越过隔离阀112插入到 取样管口 111中，并插入到流体流中。在实施方式中，可将探针13的 末端131放置成越过取样管口 111与管路11之间的接合处至少约2.0英 寸。而后，如必要，可将探针阀130致动到开启位置中以清除(即，倾 空)探针13中多余的流体、颗粒或其它组分。此后，可将诸如激光计 数器15之类的污染物测量装置连同流量计17和相关的通路16 —起附 连于探针13。利用流量计17，可确定流经组件12的流体流速度。就所 需要的情况来说，可调整流量阀18，以便在例如等动态的条件下改变和 设定流体流速度。继而，可将管路ll内的流体流导引到末端131中， 并使其能够沿探针13行进，越过探针阀130，经激光计数器15的入口 151,并行进到激光计数器15中。已被启动的激光计数器15随后可执 行颗粒计数并测量存在于流体流中的颗粒尺寸。基于针对计数和尺寸而 获得的数据，而后可计算经过特定时期而测量到的颗粒的质量，并将其 与在相同时期期间所取样的流体流的质量相比较。由此，两个计算出的 质量之间的差异能提供气流中的气溶胶质量含量的测量。随后可将该信 息用于确定液体气溶胶提取工艺的定型和选择。
在组件12所进行的测量的过程中或随后，可沿管路11启动组件30， 从而可通过色i普分析法识别出由组件12测量到的诸如气溶胶颗粒之类 的污染物的由来。那样，如果污染物源于如在加工过程的压缩、干燥或 处理阶段期间添加至管路的化学品或润滑油，或源于流体流自身，则可 实施校正措施。如上所述，在启动组件30之前，可实施与为组件12提 供的装设过程相似的装设过程。
通过将管路中的流体流导引到末端311中，并使其能够沿探针31、 经导管36、越过瓶35的阀351而行进到瓶35中，可以以等动态的方式 将流体流的样品收集在瓶35内。 一旦收集在瓶35内，流体流样品就可 被导引到用于进行色镨分析的气相色镨仪37中。将收集到的样品从瓶 35导引到色谱仪37中可经由通路371来实现。作为替代，可将瓶35 与组件30脱离接合，并联接于定位在例如现场移动实验室或场外实验 室之类的实验室中的色镨仪37，用于进行色谱分析。
从色谦仪所提供的分析而获得的关于组分的数据可用于确定所取样的流体流中的各组分的存在和数量，以允许识别出流体流系统内的污 染物的由来。数据还可用于对流体流系统的碳氢化合物露点进行建模。 碳氩化合物露点可以是流体流系统的重要物理特性，这是由于如果流体 温度低于碳氢化合物露点，则液体气溶胶会形成为从流体冷凝的液体。 知道了这种情况则允许实施适当的过滤和/或分离工艺。另一方面，如 果流体流处于或低于其露点，则会不得不加热流体流，以将例如溶液中 的液体气溶胶颗粒保持为蒸汽。
就所期望的情况来说，还可沿管路11启动组件40，以便以等动态 的方式收集流体流样品，并随后针对管路11内的固体污染物的代表性 存在对其进行测量。此外，如上所述，在启动组件40之前，可实施与 为组件12提供的装设过程相似的装设过程。
在一个实施方式中，可将管路ll内的流体流导引到末端431中，并 使其能够沿探针43、越过探针阀430、经过滤器座45的入口 451而行 进到过滤器座45中，并行进穿越座45中的滤芯51。由于其孔隙，滤芯 51可使流体流能够移动穿越滤芯51，同时在其上截留固体污染物。随 后，可将滤芯51从座45上卸下，并测量收集到的污染物。在一个实施 方式中，可将滤芯51放置在干燥箱内，以便从滤芯51中蒸发出湿气。 应该了解到，滤芯51应该是大致没有湿气的，以便提供最优的质量测 量。此外，所期望的是，当放置在干燥箱内时，可将滤芯51放置在培 养皿上。随后，可将滤芯51从干燥箱中移出，并使其能够在干燥器桶 中冷却。干燥器桶可以简单地是带盖的、具有诸如硅胶之类的干燥剂的 罐状物。使得滤芯51能够在干燥剂桶中冷却至室温可防止滤芯51重新 吸收来自空气的湿气。
而后，可在天平上称重滤芯51，并将其带有收集到的固体污染物的 质量与其先前测量到的不带有收集到的固体污染物的质量进行比较。此 外，可在计数显微镜下观察滤芯51或其照片，以确定固体颗粒的数目 和尺寸，以便提供样品的颗粒尺寸分布。而后可将这些数据用于选择与 流体流系统结合实施的适当的过滤和分离工艺。
如上所述，可将系统10设计成允许将组件12与组件30同时使用， 或允许将组件12与组件40和组件30同时使用。作为替代，如果仅设 置一个取样管口 ，则可以以如上所述的任何组合并相继地使用各个组 件。此外，由于组件共有多种共有特征，包括引导件和探针，因此在一个实施方式中，可设想例如取决于需要应用哪种组件而可卸下组件12 中的颗粒计数器15，并以组件30的瓶35和色镨仪37进行替代，或以 组件40的过滤器座45进行替代。同样，可以以可互换的方式在各个组 件中使用探针13、探针31和探针43。当然，如果希望，可仅设置一个 探针用于与所有的组件一起使用。在这种实施方式中，可在取样后，将 探针从一个组件上卸下，并联接于另一个组件，用于随后对管路ll中 的流体流进行取样。
尽管已经结合本发明特定的实施方式对其进行说明，但是应该了 解，是能够进行进一步修改的。此外，本申请旨在涵盖本发明的任何变 型、用途或改型，这些变型、用途或改型包括偏离本公开但是落在本发 明所属技术领域中的已知或惯常手段的范围内的偏差内容。
权利要求
1.一种用于测量和分析管路污染物的系统，所述系统包括(a)用于与管路接合的第一组件，从所述第一组件能够获得流体流样品以测量气溶胶污染物，所述第一组件具有第一组件探针，其用于延伸到所述管路中，用于以等动态的方式收集所述流体流样品，以确保能够在随后测量所述管路内的污染物的代表量；和颗粒计数器，其与所述探针流体连通，用于测量所述流体流样品内的气溶胶颗粒的数目和尺寸，这种信息能够在随后被用来获得所述气溶胶颗粒的质量含量，以便允许选择适当的提取工艺，从而控制所述管路内的气溶胶污染物的存在；以及(b)用于与所述管路接合的第二组件，从所述第二组件能够获得流体流样品以对所述气溶胶污染物进行色谱分析，所述第二组件具有第二组件探针，其用于延伸到所述管路中，用于以等动态的方式收集所述流体流样品，以确保能够在随后分析所述管路内的气溶胶污染物的代表量；瓶，其联接于所述第二组件探针，用于容置从所述第二组件探针导引的所述流体流样品；和色谱仪，其与所述瓶流体连通，用于确定所述流体流样品的组分，以便识别出所述气溶胶污染物的由来，从而能够实施纠正措施，以使气溶胶污染物的存在最小化。
2. 如权利要求l所述的系统，其中，所述第一组件^针和所述第二组 件探针中的每个包括末端，所述末端设计成使所述管路内的流体流入所述 探针中的流动最优化。
3. 如权利要求l所述的系统，其中，所述第一组件探针和所述第二组 件探针中的每个包括末端，所^J^端定位成大致横向于相应的所述探针的 轴线.
4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述颗粒计数器是光散射计数器。
5.如权利要求l所述的系统，其中，所述第一组件和所述第二组件中的每个进一步包括流量计，用于测量流经相应的所述组件中的每个的流体
6.如权利要求l所述的系统，其中，由所述第一探针和所述第二^# 收集的所述流体流的it;变的范围从约1英A/秒至约30英X^/秒。
7.如权利要求l所述的系统，其中，所述第一组件和所述第二组件中 的每个进一步包括引导件，探针能够延伸穿过所述引导件，以便将所述探 针维持在所述管路内的大致居中或提升的位置中。
8.如权利要求l所述的系统，其中，所述第一组件和所述第二组件中 的每个设计成在同 一位置处相继地与所述管^*^。
9.如权利要求l所述的系统，其中，所述第一组件和所述第二组件中 的每个以相对于彼此呈空间定位的方式与所述管^^。
10.如权利要求l所述的系统，进一步包括用于与所述管5^^的第 三组件，从所述第三组件能够获得流体流样品以测量固体污染物，所述第 三组件具有第三组件探针，其用于延伸到所述管路中，用于以等动态的方式收集 所述流体流样品，以确保能够在随后测量所述管路内的污染物的代表量；过滤器座，其与所述探针流体连通，用于接收来自所述探针的所述流 体流样品；和设置在所述过滤器座内的滤芯，所述流体流样品能够被导引穿过所述 滤芯，使得能够将固体污染物收集在所述滤芯上，以使在随后计算收集到 的质量，以允许选择适当的提取工艺，从而控制所述管路内的固体污染物 的存在。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述过滤器座包括腔室，所述 滤芯能够被设置在所述腔室内。
12.如权利要求10所述的系统，其中，所述滤芯设有足以允许流体流 穿过所述滤芯、同时使得固体污染物能够被截留在所述滤芯上的孔隙。
13.如权利要求10所述的系统，其中，所述第三组件进一步包括流量 计，用于测量流经所述第三组件的流体itil度。
14.如权利要求10所述的系统，其中，所述管路上与所述第三组件接 合的位置和与所述第一组件及所述第二组件接合的位置是同一位置。
15.如权利要求10所述的系统，其中，所述管路上与所述第三组件接 合的位置相对于与所述第一组件及所述第二组件接合的位置中的每个呈 空间定位。
16. —种用于测量和分析管路污染物的方法，所述方法包括将第一探针延伸到管路内的流体流中，使得能够在随后测量气溶胶污 染物；以等动态的方式将第 一流体流样品收集在所述第 一探针中； 将收集到的所述第 一流体流样品从所述第 一探针导引到颗粒计数器中；在所述颗粒计数器内测量所述流体流样品内的气溶胶颗粒的数目和 尺寸，这种信息能够在随后被用来获得所述气溶胶颗粒的质量含量，以便允许选#^当的提取工艺，从而控制所述管路内的气溶胶污染物的存在；将第二探针延伸到管路内的所述流体流中，使得能够在随后确定所述 流体流样品的组分，以便识别出所述气溶胶污染物的由来；以等动态的方式将第二流体流样品收集在所述第二探针中；将收集到的所述第二流体流样品从所述第二探针导引到色镨仪中；并且确定所述流体流样品的组分，以便识别出所述气溶胶污染物的由来，从而能够实施纠正措施，以使气溶胶污染物的存在最小化。
17.如权利要求16所述的方法，其中，延伸所述第一探针和所述第二 探针的步骤包括将相应的所述探针的末端设置在管路中具有适当流体流 和足够流体5^il度的区域内。
18.如权利要求16所述的方法，其中，延伸所述第二探针的步骤包括 在将所述第二探针延伸到所述管路的同 一 区域中之前，将所述第 一探针从 所述管路内移出。
19. 如权利要求16所述的方法，其中，延伸所述第一探针和所述第二 探针的步骤包括将相应的所述探针放置在相对于彼此呈空间定位的位置 处。
20. 如权利要求16所述的方法，其中，以等动态的方式收集第一流体 流样品和第二流体流样品的步骤包括调整相应的所述探针中的所述流体 流以匹配所述管路内的所述流体流。
21. 如权利要求16所述的方法，其中，以等动态的方式收集第一流体 流样品和第二流体流样品的步骤包括大致同时收集所述第一流体流样品 和所述第二流体流样品。
22. 如权利要求16所述的方法，其中，导引收集到的所述第二流体流 样品的步骤包括在将所述样品导引到所述色镨仪中之前，将所述样品存 储在与所述第二探针连通的瓶内。
23. 如权利要求16所述的方法，进一步包括将第三探针延伸到管路内的流体流中，使得能够在随后测量固体污染物；以等动态的方式将第三流体流样品收集在所述第三探针中；将收集到的所述第三流体流样品从所述第三探针导引到过滤器座中并使所述第三流体流样品穿越所述过滤器座中的滤芯；并且将固体污染物收集到所述滤芯上，并在随后计算所述滤芯上收集到的 质量，以允许选g当的提取工艺，从而控制所述管路内的固体污染物的 存在。
24.如权利要求23所述的方法，其中，延伸所述第三探针的步骤包括: 在将所述第三探针延伸到所述管路的同 一 区域中之前，将所述第 一探针或 所述第二探针从所述管路内移出。
25.如权利要求23所述的方法，其中，延伸所述第三探针的步骤包括: 将所述第三探针放置在相对于所述第一探针和所述第二探针中的每个呈 空间定位的位置处。
26.如权利要求23所述的方法，其中，以等动态的方式收集所述第三 流体流样品的步骤包括与所述第 一流体流样品和所述第二流体流样品大 致同时地收集所述第三流体流样品。
27. —种用于测量和分析管路污染物的方法，所述方法包括在相对于彼此呈空间定位的位置处将第 一探针和第二探针延伸到管 路内的流体流中，使得能够在l^确定污染物；以等动态的方式大致同时将第一流体流样品收集在所述第一探针中 并将第二流体流样品收集在所述第二探针中；将收集到的所述第一流体流样品从所述第一探针导引到颗粒计数器 中并将收集到的所述第二流体流样品从所述第二探针导？ 1到色脊仗中；在所述颗粒计数器内测量所述第一流体流样品内的气溶胶污染物的 数目和尺寸，这种信息能够在随后被用来获得所述气溶胶污染物的质量含 量，以便允许选择适当的拔:取工艺，从而控制所述管路内的气溶胶污染物 的存在；并且在所述色镨仪内确定所述第二流体流样品的组分，以便识别出所述气溶胶污染物的由来，从而能够实施纠正措施，以使气溶胶污染物的存在最 小化。
28.如权利要求27所述的方法，其中，导引收集到的所述第二流体流 样品的步骤包括在将所述样品导引到所述色镨仪中之前，将所述样品存 储在与所述第二探针连通的瓶内。
29.如权利要求27所述的方法，进一步包括在相对于所述第一探针和所述第二探针的位置呈空间定位的位置处 将第三探针延伸到所述管路内的流体流中；与所述第一流体流样品和所述第二流体流样品大致同时地将第三流 体流样品以等动态的方式收集在所述第三探针中；将所述第三流体流样品从所述第三探针导引到过滤器座中并使所述 第三流体流样品穿越所述过滤器座中的滤芯；并且将固体污染物收集到所述滤芯上，并在随后计算所述滤芯上收集到的 质量，以允许选^it当的提取工艺，从而控制所述管路内的固体污染物的 存在。
全文摘要
提供了一种用于测量和分析管路污染物的系统。该系统包括用于与管路接合的第一组件，从该第一组件能够以等动态的方式收集用于测量气溶胶污染物的第一流体流样品。该系统还包括用于与该管路接合的第二组件，从该第二组件能够收集用于对气溶胶污染物进行色谱分析的第二流体流样品。该系统可进一步包括用于与该管路接合的第三组件，从该第三组件能够获得用于测量固体污染物的流体流样品。随后可利用关于气溶胶污染物和固体污染物的信息来选择适当的提取工艺，以控制管路内气溶胶和固体污染物的存在。另一方面，可利用来自色谱分析的信息识别出气溶胶污染物的由来，以便能够实施纠正措施，从而使管路内气溶胶污染物的存在最小化。还提供了一种用于测量和分析管路污染物的方法。
文档编号G01N1/00GK101568819SQ200680056844
公开日2009年10月28日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者大卫·布恩斯, 托马斯·博容, 马克·斯科特 申请人:派瑞设备公司