荧光示踪剂在制浆和造纸过程中的诊断应用的制作方法

专利名称：荧光示踪剂在制浆和造纸过程中的诊断应用的制作方法
技术领域：
本发明液涉及造纸系统中工艺流体泄漏检测，附加地以及污染流体的适当的响应处理。更准确地说，本发明涉及使用含荧光剂作为泄漏检测的组合物，以及定量控制进入造纸系统的化学处理剂的给料速率。
在造纸体系中，含水体系至少由一种使用至少一种温度调节流体的工艺流体组成，该调节流体通常的水基温度调节水，如冷却水。这些液体被保持在独立的管线或其它区域内，以防止一种液体与另一种液体的掺杂。然而，通过温度调节流体使用该工艺流体通常要求这些流体紧贴近，如在热交换器壁或表面的两侧通过。这些不同液体的贴近将产生严重的而且是不可避免的液体间泄漏的危险，因此，至少一种液体被另一种液体污染。因为在绝大多数场合，这些液体的组成大不一样，所以工艺流体/温度调节流体泄漏的结果将是极为严重的。
温度调节流体通常为水，且含有比工艺流体少得多的溶质或其它非水的物质。温度调节水中的非水物质通常为无机物和有机物，不管是天然存在的还是作为化学处理剂添加的，它们均只以相当少的量存在。相反，工艺液体中非水物质的浓度不仅仅使得温度调节液体中的浓度变得很小，而且这些非水物质经常包含有大量的有机物。
工艺流体泄漏至温度调节流体不仅使工艺流体损失，大大地增加了整个的制造成本，而且将导致温度调节流体体系的严重污染。温度调节流体泄漏至工艺流体不仅使温度调节流体损失，使得温度调节流体的处理程序产生偏差，而且将严重地污染工艺流体。这些不同的流体不是用来以任何方式进行相互接触或混合的，并且，当由于泄漏使一种流体与另一种流体的一些部分混合时，一种不仅是检测这些泄漏，而且还进行定位和/或定量的方法将对生产过程极为有利。
本发明的目的是提供一种在造纸过程中在至少一种温度调节流体和至少一种工艺流体之间泄漏的检测方法。本发明的目的是提供一种在工业过程中确定在至少一种温度调节流体和至少一种工艺流体之间泄漏位置的方法。本发明的目的是提供一种在工业过程中确定在至少一种温度调节流体和至少一种工艺流体之间泄漏量的方法。本发明的目的是提供一种根据在工业过程中一种温度调节流体和/或一种工艺流体对它们之间泄漏的检测、定位和/或定量的响应处理方法。本发明的这些目的和其它的目的将在下面详细地讨论。
在已添加处理成分的造纸体系中，保持该组分适当的供料量对最佳性能是至关重要的。处理成分不适当的供料速率能产生严重的问题。测定处理成分浓度的一种普通的方法集中在测量处理配方中活性成分的量(例如，聚合的助滤剂和助留剂)。由于下列问题之一或多个缘故，因此那种方法常常不能令人满意由体系液体或包含在液体中的物料的本底干扰；分折方法使用庞大和贵重的设备；费时、费力的分析与连续监测不匹配，并且由于体系内的活性成分的降解或沉积引起读数不精确。
本发明涉及线上检测加至造纸体系的处理成分的量。添加处理成分以改善水质，如通过使用助留剂和助滤剂。
根据加至体系的起始浓度，非消耗的或体系惰性的示踪剂同处理成分成比例。这是示踪剂的标准。如果处理成分以等于或大于所要求的速率添加的活，加至处理成分的示踪剂的浓度将成比例地增加。浓度的增加可与所要求的或理论的标准进行比较，从而确定性能，即进行标准颜色强度对比的试样是否显示处理成分为所期望的浓度。如果不是的话，就有几种可能性存在着有害于设备的处理不足；存在着对废液的处理过度；或造成体系内的水连同化学处理剂一起意想不到的流失。前两种可能性涉及校正处理成分的剂量。第三种可能性需要对体系进行检查。
化学处理的供料速率(剂量)通常是一个又依赖于若干复杂和可变因素的估计值。在操作条件改变时，剂量也将改变，因此需要准确和精确地监测示踪剂。体系以不同速率对剂量改变产生响应，直至达到平衡为止。
授予John Hoots的美国专利4,783,314披露了一种使用荧光示踪剂监测冷却水体系中处理成分性能的完整的分析方法。1988年10月4日申请的待批申请258131号披露了一种借此能进行连续监测的测量仪。这些参考文献的出版物随后将引入作为参考。
在废液体系中，示踪剂必须是可输送的而没有变化。在实际使用过程中，处理成分将消耗掉。如果处理剂的实际性能与理论性能(假设的消耗速率)相等的话，示踪剂对处理成分的比率将增加。因此，用作产物或处理成分性能指标的示踪剂必须满足若干标准首先，基于连续或半连续，所选的化学剂必须是可检测的。浓度测量必须是准确的、可再现的，并且能对许多不同的水质(即洁净水、混浊水、硬水、软水等)进行测量。其次，示踪物质不能是用于工业化冷却的水中已大量存在的物质。第三、示踪剂的测试不能受通常存在于冷却水中的其它化合物的干扰或使测试发生偏差。第四，示踪剂必须不会降低化学处理剂自身的活性配料的功效。第五、由于示踪剂与处理成分必须一起添加，因此，相对于配料、储存、冻熔回收等而言，选作示踪剂的物料必须与活性物质(处理成分)相容。最后，示踪剂不能是有毒的，或在排放时不会出现任何环境问题。理论上，用于示踪剂的任何物料都应该是可完全生物降解的。
本发明涉及一种含杂质和处理成分的造纸体系的监测方法，以在包含将水溶性荧光示踪剂添加至造纸体系的操作条件下测定处理量，体系中所述示踪剂的用量与处理成分的用量成正比，并且对造纸环境是惰性的。从含处理成分和示踪剂的体系中取出试样液，并将取出的试样进行包含将示踪剂浓度与标准浓度进行对比的分析，以测定试样中示踪剂的浓度。在与标准值比较测得处理成分用量的差异后，通过改变造纸体系中水的体积或处理成分的用量而调节该用量，从而将处理成分的浓度维持在可接受的操作范围。
本发明的另一实施方案包括提供一测量仪，该测量仪包括有分析器、监测器和泵组。分析器有用来接收造纸体系循环水试样的并测量示踪指示剂浓度特性的流通池，并且还有将该特性转换成电压模拟的转换器。监测器用来接收所述的电压模拟并连续地将它与表示在处理成分消耗时的标准示踪剂的电压标准进行比较，当该对比产生非标准性能时，该监测器产生输出信号；泵组用来以预定的用量引入成比例的处理成分和示踪剂，输出信号控制泵组以改变处理成分的用量。
本发明还提供了一种在造纸过程中工业化工艺流体和温度调节流体之间泄漏的检测方法，包括对至少一种这些流体的至少一个试样进行分析，从而检测其中特征化合物的存在和/或浓度，并不时地检测至少一种这些流体中的特征化合物的浓度变化和/或浓度梯度。在优选的实施方案中，至少一种这些流体是水基流体。在另一优选实施方案中，所进行的分析是荧光分析，或高压液相色谱和荧光分析的结合。
通常，荧光示踪剂的浓度直接由示踪剂浓度对辐射的校准曲线来确定。这种对比能确定浓度范围，并且在该范围能观察到线性辐射响应。在更高的示踪剂浓度时，能观察到与标准响应的负偏差。示踪剂的浓度还能直接从校准曲线来确定，或能将试样简单地稀释，直至示踪剂的浓度落在线性辐射响应范围内为止。对于过度稀释的试样，技术上需要增加荧光示踪剂的浓度(例如液-液萃取)，直至该浓度位于所希望的浓度范围。
利用便宜的便携设备，通过适当选择荧光组分，以瞬间或连续为基础，通常能实现示踪剂量从万亿分之几(ppt)至百万分之几(ppm)的定量就地测量。此外，通过选择适当的光谱特性的示踪剂还可以使用多重示踪剂。照此，能在造纸体系内定量各种荧光示踪剂的组合和处理给料。例如，在造纸体系内，可使用含单一新颖荧光示踪剂的四个独立的处理步骤加上一个含两种荧光示踪剂的辅助处理步骤。在这种情况下，五步处理的每种荧光示踪剂和相应的各自的浓度均能进行定量。除了能定量复杂组合的各处理给料以外，还能获得环境可接受的并不含在造纸体系被降解的或在其中沉积的荧光化合物，并且能以较低的费用获得。
本发明一般能通过下述方式实施(a)将一种或多种荧光示踪剂直接加至造纸体系；(b)将一至六种(或甚至更多)荧光示踪剂掺入含有其它成分的化学处理组合物中，并将所述的处理组合物应用至造纸体系，以维持该体系的适当操作；(c)将含荧光示踪剂的一至六种化学处理成分(或甚至更多)直接加入造纸体系中，或加入导入该体系的液体给料中；(d)添加荧光示踪剂，以致在造纸体系内各示踪剂的浓度为1ppt至100ppm，优选为1ppb-10ppm，最佳为10ppb至2ppm。
与高浓度相比(增加线性检测器响应对示踪值比值损失机会)，为了保证示踪剂充分分散并有效地脱离各种干扰，希望使用低浓度示踪剂。
本发明的一个目的是使用选自过渡金属类的示踪剂，以确定处理成分的性能，与此同时，使操作者能定量地确定其它未补偿的化学应力。
因此，能监测等同性能的处理成分的用量(如果需要，调节用量)，并在相应调节产品用量的同时，能分别确定任何显著的化学应力或操作状态应力。
示踪剂加至体系的水中，其用量与处理成分成正比，在处理成分中示踪剂的用量通常为0.5％(重量)，或每100ppm处理成分为0.5ppm。
将要进行监测的体系试样通过线上分析器，该分析器自动地进行分析，显示出示踪剂的浓度(ppm)，如果其浓度超出设定范围，将产生与供应处理成分的泵相应的控制电压，如果检测到应力，将对泵施加另一控制。
可以使用Brinkman Pc-8ol探针比色计(570毫微米的滤光片)采用比色法或分光光度测定法。将样品液导入其中浸有光纤(双重)探头的流通池中。其中一根光纤把入射光透过工艺液流照至流通池内的镜上，反射光又反向透过工艺液流进入一光纤内，然后通过另一光纤到达比色分析器元件上，如箭头所示。比色计有导出示踪剂浓度的反射光特性的电模拟信号的转换器。由转换器放出的电压启动刻度盘指示器和连续线性记录器的打印元件。设定的点电压监测器(未画出，但同前述实施方案中的一样)将不断地测定(监测)由比色计产生的电压模拟，如果产生非标准性能的话，将发出一信号，从而相应地改变提供化学处理的泵的供料速率。
根据电极产生的电信号和示踪剂浓度之间的关系，可以采用离子选择电极测定惰性示踪剂离子(很好的例子是K*)浓度。通过校准(电位或电流对浓度)，能将试样电极处的离子浓度浓度转换至对示踪剂离子不敏感的参比(标准)电极的浓度。为了提供对示踪剂的连续监测，可以将电极直接浸入共同构成流通池的冷却水流中，或可将冷却水穿过已将离子选择电极和参比电极插入其中的外流通池。
除了刚提到的反馈外，连续检测和总反馈以控制处理组合的送料速率的方法便于另外的诊断检查。通过下面的记录仪或原始打印记录，容易察觉到偏差、反常现象以及系统故障，并能视具体情况进行校正。例如，以示踪剂的监测为基础，即使将产物的浓度保持恒定，第一天性能记录的审查(在体系平衡后)表明消耗了10磅处理成分，而第二天的记录为二十磅(该例的连续)。因此需要调查这种规模的产物用量的急剧上升，调查可能表明，在体系内发生了严重的泄漏，而并不只是一点偏差或反常现象，需要进行校正以解决水的流失问题。
连续的监测记录能表明有忽略不计的短期高浓或低浓反常现象。另一方面，相当长的持续时间或连续的高浓或低浓处理的校正不能忽略不计，而需要调查。如果记录确定需要比所认为的更多或更少的处理成分，那么能通过不同的等式来估测或甚至计算出改变的速率，这是由于打印不仅确定了时间而且确定了浓度的改变。因此，操作者能估测或计得产品供料速率的增加或减少，更容易地使体系恢复平衡，然后使供料速率保持稳定状态。
当成比例地供给两种处理成分，即一种产品以两倍于第二种产品的速率用高速率泵给料，第二产品由其供料速率直接受第一产品限制(控制)的泵来配料时，可以采用只使用单一惰性示踪剂来监测一对处理成分。由于该示踪剂与这两种处理成分之一成正比，因此通过本发明的定义，它也与另一成分成正比。与现今的手选取样，将其送至分析室，等待分板报告，然后人工地调节泵控制器上的钮相比，本发明具有许多优点。手选取样大不了就是对要进行的数据分析取平均值，而且这时的数据分析表示的是某一时间以前的过去的性能，而不是瞬间实时为基础的、目前的性能(部分表示本发明的特征)。
温度调节流体包括冷却水，如只通过一次的冷却水，再循环冷却水，其它非直接接触的冷却水；加热水，如巴氏灭菌水；和其它类似物。温度调节流体和工艺流体通常是非直接接触的，以便从流体源至接收器的热交换，在此热交换过程中，这两种流体通过良导热体挡板而被隔开，该挡板被称为传热界面。至少由一个有工艺流体侧和冷却流体侧的传热挡板组成的，在密闭壳内的组件被称为热交换器。简单的热交换器可以由位于另一管(壳)内部中央的管组成。在这种壳-管热交换器中，工艺流体通常流过内管，而冷却流体流过内管和壳之间的环隙。在并流或顺流热交换器中，两种液流在同一方向上流动。在逆流热交换器中，两种液流以相反的方向流动。不管热交换器的种类或复杂性，它们所共有的特性就是在有工艺流体侧和相对的冷却流体侧的传热界面上进行传热。
由于热交换器内通常只有单一的隔开流体的热交换表面或壁，因此，温度调节流体和工艺流体间的泄漏最常见地是在热交换器内发生。此外，在这样的表面或壁上通常有温度梯度，大量液流至少沿着这样的表面或壁的一侧流动，这种情况将产生材料应力导致断裂。
不管泄漏是怎样发生的，就通过交叉污染所产生的比重的问题而言，这些流体之间的不同通常是一个控制因素。由于造纸体系的用水经常用腐蚀抑制剂、污垢抑制剂，可能的生物杀伤剂以及其它制剂处理，因此甚至极少量的这些制剂都可能严重地污染工艺用水中的物料。温度调节流体和工艺流体间的交叉污染将导致上述的比重问题，使温度调节流体处理剂的选择局限于那些具有更小潜在危害但比最化处理效果稍差的制剂。本发明的方法在某些例子中可打破上述的局限，而对更有效的制剂开放。
此外，在本发明的一个实施方案中，该方法包括，在对泄漏进行检测和/或定量时，污染流体的适当处理的响应启动。因此在本发明的优选实施方案中，释放污染物至其中之一流体中的泄漏的检测和/或定量还将使至少一种能有有效降低这种污染的有害作用的处理剂对污染流体起作用。在另一优选实施方案中，这样的处理剂的响应启动还确定了加至污染流体中的、能有效降低这种污染的有害作用的、这种处理剂的用量。
在工艺流体污染前的冷却水通常具有下述特性pH值为约6.5-约9.5，溶质最高浓度为约10000ppm，悬浮的或胶态的固体的浓度最高不大于约200ppm。造纸体系中的工艺流体对于组成特性来说甚至比冷却水更不敏感。工艺流体经常是(但不总是)有机基的，通常有很宽的非水物质浓度范围，包括溶质、胶态的和悬浮的固体、以及不混溶的流体。许多工艺流体含有有机物，因此主要问题是这些有机物对温度调节流体的污染，在其它工业用水过程中，工艺流体可代之以含有对于温度调节流体的污染而言是主要问题的无机材料。
特征化合物是流体之一的通常成分的标记型式，例如带用荧光基团的聚合的冷却水处理剂。示踪剂优选选自那些通过本方法所采用的分析方法易于检测的示踪剂。这些分析方法包括荧光分析，HPLC和荧光分析的结合，离子电极分析，比色分析，过渡金属分析，HPLC和其它检测方法如光吸收分析、柱后衍生、电导率等的结合，其中一些方法将在下面进行更详细的描述。荧光发射分光仪根据发射光的量和所存在的荧光物质的量之间的比例，通过荧光发射光谱法能检测到特定的物质并进行定量。当光能(包括紫外光和可见光)导入样品池中时，在其中的荧光物质将吸收该光能，并以比吸收光波长更长的光的形式发射该光能。
发射光的量由光检测器测定。实际上，该光线是通过光学滤光片导入样品池中的，结果是，所传送的光具有已知的波长，该波长被称之为激发波长，并常用毫微米(nm)来表示。发射光同样通过滤光片进行筛选，结果是测得已知波长或已知波长光谱的发射光的量，该波长被称之为发射波长并也常用毫微米来表示。当希望或需要测量低浓度的特定的特质或各种物质时(这对于本发明的方法而言情况总是这样的)，设置选择用于基本上是最佳低级测量的、激光波长如发射波长特定组合的滤光片。
荧光发射光谱法是用于本发明的方法的优选分析技术之一。某些水处理剂对于带荧光基团的衍行生物是敏感的，例如美国专利5,128,419(1992年7月7日授予D.W.Fong和J.E.Hoots)中所披露的，该专利公开在此引入作为参考，其中，公开了通过先存在的带有羰基型侧基的聚合物(转)酰胺化衍生而得到的带荧光侧基的聚合物的衍生物。当然，带荧光侧基的水处理聚合物可以通过除(转)酰胺化衍生法以外的方法来制备。其它的荧光化学示踪剂和监测技术是已知的，例如美国专利4,783,314(1988年11月8日授予I.E.Hoots和B.E.Hunt)中所披露的，该专利公开在此并入作为参考，其中，配合荧光监测而采用了惰性荧光示踪剂，如2-萘磺酸的钠盐和酸性黄染料。
通常，绝大多数荧光发射光谱法均有较好的实践性程度，因此优选进行没有以任何方式隔离荧光示踪剂的分析。于是，有某一本底荧光度。在低本底荧光度的例子中，尽管甚至在低荧光化合物浓度时仍采用了激光波长和发射波长的某些组合，但相对强度(相对于标准浓度的标准荧光化合物而测得的，并指定相对强度为例如100)或荧光或示踪剂对本底的比值可很高，例如100/10或500/10，并且上述的比值可代表分别为10和50的相对性能(在相同的条件下)。对于绝大多数冷却水本底而言，在某一合适浓度，相对性能至少为约5的化合物非常适于用作荧光示踪剂，或适于用作水处理聚合物等的标记剂，及其类似物，这时这类化合物含有用于标记反应的适当的反应基团。当本底中有相当高荧光度的特定的化学物种时，可选择示踪剂激发和/或发射波长，以使由于这样的物种的存在引起的示踪测量的任何干扰等于零或至少使之最小化。
一种通过荧光发射光谱法和其它分析方法的化学示踪剂的连续线上监测方法描述于美国专利4,992,380(1991年2月12日授予B.E.Moriarity,J.J.Hickey,W.H.Hoy，J.E.Hoots和D.A.Johnson)中，该专利公开在此并入作为参考。HPLC-荧光组合分析高压液相色谱法(“HPLC”)和荧光示踪剂的荧光分析的组合对于本发明的泄漏检测方法是一个强有力的手段，特别是在使用很低量的荧光示踪剂时，或所遭遇的本底荧光另外还将干扰荧光分析的效果时。
HPLC-荧光分析法使得示踪剂化合物能与流体母液分开，然后能测量示踪剂的浓度。对于在严重污染的流体中进行少量示踪剂的测量，HPLC-荧光分析是特别有效的。
也可有效地采用HPLC方法，使示踪化合物与流体母液分开，以便随后采用不同于荧光分析的示踪检测法，并且这些示踪检测法非限定性地包括光吸收法，后柱衍生法，电导率法等等。比色计分析可以采用比色法或分光光度法来检测和/或定量化学示踪剂。比色法是根据化学物种吸收紫外光或可见光的能力而对其进行测定的一种方法。一种比色分析技术是将空白或标准溶液(含已知浓度的示踪剂物种)与被检测的液体试样的目测比较。另一种比色方法是分光光度法，其中，借助于如光电池或光电倍增管的检测器，在特定的波长测量入射光束和透射光束的强度比。使用比色探针，光纤(双重)探针，如Brinkman PC-80探针(570nm滤光片)，将样液导入其中浸有所述探针的流通池中。其中一根光纤通过样液将入射光照在流通池内的镜上，反射光通过样液返入一光纤内，然后通过另一光纤照到含比色计的比色分析器元件上。该比色计有一个能产生该示踪剂浓度的反射光特性的电模拟信号的转换器。由该转换器发射的电压启动刻度盘指示器和连续线记录仪打印装置。可以采用设定值电压监测器，以恒定地测定或检测由比色计产生的电压模拟，并且可根据示踪剂信号的检测(如下所述)，可以将响应信号送至响应处理剂供料线上，以变更供料速率。这样的比色分析技术和为之可以使用的设备描述于美国专利4,992,380中(1991年2月12日授予B.E.Moriarity，J.J.Hickey，W.H.Hoy，J.E.Hoots和D.A.Johnson)，在此并入作为参考。适于与比色技术一同使用的化学示踪剂包括，显示出光吸收的过渡金属(如下所述)和物质，该光吸收可从存在于体系流体中的其它物种的光吸收中检测出；或那些与成色剂反应产生光吸收的物质，该光吸收可从存在于体系流体中的其它物种光吸收中检测出。离子选择电极分析通过直接测定含水体系中特定离子示踪剂的电势，离子选择电极可以用来测定惰性化学示踪剂的浓度。这些电极只对选择的离子物料和溶于液体中的气体响应，因此上述示踪剂在要进行测量的环境中必须为离子化(或是溶解的气体)。离子选择电极工作原理同pH电极一样，根据在离子传导薄层两侧要被测量的离子(或气体)浓度差，在薄膜上产生的电势。固定电极内的浓度，因此电势随该电极中的离子(或气体)的浓度而变化。通过校准(电势或电流对浓度的比值)，能将该试样电极的离子(或气体)浓度变成对示踪剂离子不敏感的参比或标准电极的浓度。为了提供连续的示踪剂的监测，可以直接将电极浸入一液流中(总起来说包含流通池)，或者可以将被监测的流体通过已将离子选择电极和参比电极插入其中的外部排列的流通池(external Row cell)。离子选择电极示踪剂监测技术和为之使用的设备描述于美国专利4,992,380中(1991年2月12日授予B.E.Moriarity，J.J.Hickey，W.H.Hoy，J.E.Hoots和D.A.Johnson)，该专利公开在此引入作为参考。过渡金属分析通过一种或多种已知技术能定量地测量过渡金属化合物(过渡金属离子，羟基阴离子，阳离子以及相应的配合物)。优选的技术是上述的比色分析。另一技术是分子吸收。以紫外区和可见光区的分子吸收取决于分子的电子结构。所吸收的能量使电子从低能态轨道升至高能态轨道上。因为在任何分子中只有某些状态是可能的，所以对于给定的分子只能以某些频率吸收能量，并且在基态和激发态之间的能差必须等于累加的能量。在分子吸收的某一频率时，输入能量的强度大于输出能量的强度，并且是对吸收的测量。可以将被监测的流体试样与根据含已知浓度的过渡金属(或其它合适的示踪剂物种)的标准溶液制得的校正曲线(吸收对浓度)进行比较，从而检测并确定示踪剂的浓度。过渡金属示踪剂的分子吸收技术描述于美国专利4,992,380(1991年2月12日授予B.E.Moriarity，J.J.Hickey，W.H.Hoy，J.E.Hoots和D.A.Johnson)中，该专利公开在此引入作为参考。
对于给定的方法，可根据一种或多种优选的分析技术来选择化学物种，或者可根据一种或多种优选的化学示踪剂来选择分析技术。在优选的实施方案中，选作示踪剂的化合物应溶于工业过程中的温度调节流体和工艺流体的至少一种中，更优选的是能溶于这两种流体中，并且至少是在响应液中希望的浓度。例如，可以将示踪剂加入温度调节流体中，并在工艺流体中监测示踪剂的存在，在工艺流体中有示踪剂只能是通过泄漏而产生的。当然因发生这样的泄漏而在工艺流体中的期望的浓度大大低于加入或维持在温度调节流体中的上述示踪剂的浓度。然而，如果加入至流体中的示踪剂浓度的降低只是要被监测的浓度，那么它在另一液体中的溶解度通常是不相干的。在优选的实施方案中，选作示踪剂的化合物应能稳定在至少一种的流体中，优选稳定在这两种流体中，对示踪剂预期的使用寿命，或由于降解、沉淀、络合或其它现象所致的示踪剂的损失应是可预测的和可补偿的，特别是不仅希望检测示踪剂某一量的存在，而且希望确定其浓度或浓度变化时。在优选的实施方案中，各化合物的组合可选作示踪剂。
为测量这种示踪剂的存在和/或浓度而选择的分析技术应能使这样的测量不分离示踪剂，更优选的是应能使这样的测量连续和/或在线测量。在优选的实施方案中，为测量示踪剂的存在和/或示踪剂浓度而选择的分析技术应使这样的测量能提供能启动或调节加至借助该技术检测到的泄漏而污染的流体中的适当的化学处理剂的信号。
本发明方法的一个实施例方案包括，将化学示踪剂加至一种，但优选一种流体中，这两种流体为温度调节流体和工艺流体；并通过对这种示踪剂是有效的分析技术监测加至流体中的示踪剂浓度。在优选的实施方案中，当相同的流体不仅接收示踪剂给料而且进行监测时，进行该监测是用来测定在至少一个潜在泄漏位置如热交换器上在接收流体中示踪剂的浓度降低。在另一优选实施方案中，本发明的方法包括，将示踪剂加至温度调节流体和工艺流体之一、优选加至一种流体中；并通过对这种示踪剂有效的分析技术，监测另一流体中这种示踪剂的浓度。在优选的实施方案中，当一种流体接收示踪剂而另一种示踪剂进行监测时，进行该监测是用来确定在至少一个潜在的泄漏位置如热交换器上，在监测液中这种示踪剂的任何存在，更优选的是其浓度。
在本发明的某些实施方案中，该方法包括取出温度调节流体和/或工艺流体试样，优选在所有规定的示踪剂后添加取样位置取样的预备步骤，以确定基线条件。也可以采用这样的预备基线条件的确定，以使示踪化学剂的选择机会变窄，或确定和/或改变示踪剂后添加取样位置的选择。在某些优选实施方案中，取样位置在至少一个热交换器管线的进口和出口处，并且可以沿这样的热交换器的温度调节液流侧和工艺液流侧之一或两者。如果估计的泄漏或最大问题的泄漏的是从“A”流体漏至“B”流体(A流体是温度调节流体或工艺流体之一，而B流体是另一种)，那么，通过上述的本发明的“示踪剂浓度降低”的型式只监测A流体是可行的。因为在接收污染侧的监测常常对泄漏的检测和定量更为敏感，所以优选代之以监测B流体来检测示踪化学剂的出现。然而，在给定的工业装备中对B流体进行监测可能不是最实际的。例如，与A流体的管线相比，B流体管线更不易接近进行监测。B流体可能对监测提供不理想的环境，或对只通过不理想的方法来进行监测有影响。因此，在对污染的流体或处在被污染危险中流体进行监测是优选的实施方法时，实际情况将使该方法变得更不理想。
通过在至少一个潜在泄漏位置优选在所有潜在泄漏位置如在水体系中的至少一个热交换器，优选所有热交换器的至少出口处，优选在进口和出口处对待监测的流体取样，能使潜在的泄漏位置变窄。例如，当在逆流体系许多串联排列的热交换器每一个的进口和出口处对B流体(污染流体或潜在污染流体)进行监测时，示踪化学剂在第一出口处的出峰能准确定位包含沿B流体流道方向泄漏的第一热交换器；如果该监测还包括确定这种示踪剂的浓度和/或该浓度的变化速率的话，使用如各流体的流速这样的操作参数，能计算出在该热交换器处的泄漏量。在第一泄漏位置下游的B流体中，示踪剂浓度的增加将准确定位附加的泄漏位置，在下游热交换器中B流体中测量示踪剂浓度没有增加，将从推测的种类中排出该热交换器。另外，对于逆流流动体系，如果也监测A液流的话，从A流体的第一泄漏指示将发生在其最上游的泄漏热交换器上，对于B液体是在最其下游的泄漏热交换器上。因此，当有多个泄漏位置时，如果以任何方式的监测灵敏性在下游减少的话，在逆流体系中，当监测两种流体时，在一个流动液流中监测灵敏性的下降被另一种流动液流中灵敏性的增加所抵消。
通常，希望使用实际情况中最少量的示踪化学剂，并且，加到流体中的示踪剂量必须对所希望的测量至少是有效的量。很少以大大超过最小有效量的用量将示踪剂加入流体中，这是因为这样做对于证明相应的成本和对由在其中存在的示踪化学剂所起的两种流体的有害作用是正确的通常没有实际意义。要添加至示踪剂接收液的化学示踪剂用量(有效量并不是大大过量)将随许多因素而变化，这些因素包括(但不局限于)所选择的示踪剂和监测方法，所述监测方法的本底干扰电势，推测的或潜在的泄漏的数量，监测方式(线上连续的、半连续的、slug ang sample、等等)。通常，加至一种或另一种流体中示踪剂的用量至少足以提供约0.1ppm、优选至少约10或100ppm或更高的示踪剂浓度。
在不脱离如下述权利要求所规定的本发明的原理的范围下，能改变在此所述的本发明方法的组成、操作和排列。
权利要求
1.一种对含杂质和处理成分的造纸体系进行监测以测定在操作条件下处理量的方法，其包括如下步骤向造纸体系添加其用量与体系中处理成分的量成正比的水溶性荧光示踪剂，该荧光示踪剂对造纸环境是惰性的；从该体系中取出含处理成分和示踪剂的样液，并对该取出的试样进行分析，该分析包括将示踪剂浓度与标准浓度进行比较以测定试样中示踪剂浓度的步骤；和改变造纸体系内水的体积或处理成分的用量，从而维持处理成分在可接受的操作浓度范围。
2.根据权利要求1的方法，其中，在造纸体系的不同位置重复取样步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中处理成分是生物杀伤剂。
4.根据权利要求1的方法，其中，荧光示踪剂选自2-萘磺酸和酸性黄7。
5.一种在造纸体系中控制处理成分用量的方法，其中，已加入的处理成分与对体系惰性的示踪剂成正比，该方法包括提供一测量仪，该测量仪包括有分析器，监测器和泵组；所述分析器有用来接收造纸体系循环水试样的并测量示踪剂浓度特性的流通池，并且还有将该特性转换成电压模拟的转换器；监测器用来接收所述的电压模拟并连续地将它与表示处理成分消耗时的标准示踪剂的电压标准进行比较；当该对比产生非标准性能时，该监测器产生输出信号；泵组用来以预定的用量引入成比例的处理成分和示踪剂，输出信号控制泵组以改变处理成分的用量。
6.根据权利要求5的方法，其中通过利用电子辐射来照射该试样而产生示踪剂特性。
7.根据权利要求6的方法，其中示踪剂是荧光的，并且试样通过陶瓷圆柱体形的流通池，该圆柱体是透光的，并经照射，这样可以测量示踪剂的发射率。
8.根据权利要求5的方法，其中，处理成分的标准浓度在0.5ppm-100ppm的预定范围，其中，根据成比例示踪剂浓度，监测器有限制和限定的可调的低设定值和高设定值，其中当到达低设定值时，该监测器产生一输出信号以增加泵组的输出，当到达高设定值时，产生一信号以中止增加泵的输出。
9.根据权利要求8的方法，其中泵组包括有恒定地运转以提供大部分处理成分和示踪剂用量的主泵，和由信号控制以提供剩余的用量的调整泵。
10.根据权利要求5的方法，其包括取一循环水体的操作源作为试样，将该试样通过要在其中分析的流通池，并将分析试样返回至液流中的试样线路。
11.根据权利要求5的方法，其中，示踪剂特性是通过用光度计照射试样所产生的辐射能。
12.根据权利要求11的方法，其中示踪剂是荧光的，并包括将试样通过透光的并用光照射的石英圆柱体。
13.一种在造纸体系中检测从工艺流体至温度调节流体泄漏的方法，该方法包括在工艺流体中维持至少一种示踪化学剂，该示踪化学剂不是所述温度调节流体的通常成分；使所述工艺流体和所述温度调节流体的至少一种在至少一个位置上进行至少一种分析；并且，其中，当所述的流体进行所述的分析时，所述的分析至少检测所述种类的示踪化学剂的存在，并至少测定所述种类的示踪化学剂的浓度。
14.根据权利要求13的方法，其中所述的化学示踪剂种类为合成地带有所述工艺流体的正常成分，或与所述工艺流体的正常成分相干。
15.根据权利要求13的方法，其中所述的分析测定与被分析的流体中的所述种类的化学示踪剂浓度成正比的所述种类化学示踪剂的光谱和化学特性。
16.根据权利要求13的方法，其中所述工艺流体和所述温度调节流体的至少一种在潜在的泄漏位置上进行分析。
17.根据权利要求13的方法，其中所述各类的化学示踪剂种类至少是一种荧光化合物，所述的分析至少包括荧光并且是在线分析。
18.根据权利要求13的方法，其中所述的处理成分是生物杀伤剂。
全文摘要
本发明涉及对含有杂质和含有处理成分的造纸体系进行监测以确定在操作条件下处理量的方法，其包括向造纸体系添加与体系中处理成分的量成正比的水溶性荧光示踪剂，该荧光示踪剂对造纸环境是惰性的。本发明的另一实施方案包括提供一测量仪，该测量仪包括有分析器，监测器和泵组；本发明还提供一种在造纸体系中检测在工业工艺流体和温度调节流体间泄漏的方法。
文档编号D21F7/00GK1130700SQ95117400
公开日1996年9月11日 申请日期1995年9月26日 优先权日1994年9月26日
发明者卡伦·R·塔伯根 申请人:纳可化学公司