专利名称:温度测量器件的制作方法
本发明涉及一种测量容器内的流体环境的温度的器件和方法。
全辐射高温计一测温目标管组合体和由套管保护的热电偶通常用作测量反应釜中温度的传感器。热电偶，它的保护套管和测温目标管必须由在置于暴露在外的反应条件下赋有可接受的寿命的材料构成。如果反应温度十分高，如水煤浆不完全氧化的情况下温度可达3000°F(1649℃)，温度传感器的上述部分，不管用什么材料，在反应条件下，能指望的寿命是有限的，即200至300小时。然而，有可能延长这些部件的使用寿命，也就是用周期性测温和在不测温时将部件从反应釜及其流体环境中取出的办法来延长工作时数，也就是说超过了工作时数，这些部件仍可使用。这样的取出是很化时间的，因为温度测量要求经常进行，如每半小时测一次，可以对它这样评价即取出企图要保护的部件是消耗人工的，故在经济上是不合算的。
本发明提供了为周期性测量容器中的流体环境温度的器件和操作法，该器件和操作法减少了在操作中对人工的需求，本发明还提供了一种为置换用于监测在容器中进行的过程的温度传感器而不需将过程停止的器件和操作方法。
本发明提供了测量容器内流体环境温度的器件，上述器件包括(a)一个腔体，它与容器密封联接并开口于容器内以形成一个容纳上述流体环境的一部分的一个小室;(b)一个温度传感器，它可以在第一位置和第二位置之间移动，靠在上述第一位置，(ⅰ)上述温度传感器至少有一部分是在上述腔体之内，和(ⅱ)上述温度传感器是不与上述流体环境的其余部分接触，而靠在上述第二位置，(ⅲ)上述温度传感器至少有部分是在上述腔体的外边并与上述流体环境的上述的其余部分接触以致可获得上述的温度测量;(c)当上述温度传感器在上述第一位置和上述第二位置之间移动时，为防止在上述流体环境的上述部分与上述流体环境的上述其余部分之间的大量的对流运动而设的器具;和(d)维持上述腔体内的上述流体环境的上述部分的温度低于上述流体环境的其余部分的温度的装置。
本发明的器件以开口于容器内部的腔体为特色，该腔体容纳了容器的流体环境的一部分(为方便起见，在腔体内的流体环境部分称为腔体流体环境，而在容器中的其余的流体环境称为容器流体环境)腔体可以是任何的合适的形状，其尺寸是依能容纳一支可移动的温度传感器而定，在下文中将描述之，故在温度传感器相对于腔体移动时，腔体可不与传感器接触。起初，腔体流体环境将需要被冷却到一个温度，使该温度不至于对传感器的工作寿命起不利的影响。这种冷却是用了和腔体相结合的冷却机构来实现的。由于腔体的流体环境的温度要比容器流体环境温度低些，腔体的方位必须确定以使在两个环境之间不发生由于它们的密度差引起的自然对流。于是，腔体应该定向使腔体内的流体环境不会由于重力作用而流出腔体。为了至少有一部分最接近容器流体环境，腔体具有园柱形状被认为是方便而可优先考虑的。
为了防止较冷的腔体流体环境与容器流体环境之间的显著的对流运动，腔体具有与此有关的结构。通过将这类对流运动减至最低程度而且在某些情况下全部阻止该对流运动，在该两个流体环境之间几乎没有什么传热。然而，由于辐射和/或导热，仍会有一些热量从容器内部传到腔体的流体环境。这部分传热应予以关注，可连续使用冷却机构以维持腔内流体环境温度在所要求的水平。一种较好的冷却机构是一个夹套，大约至少是腔体的一部分，该部分的夹套装载着循环着的传热介质，诸如盐水，淡水或蒸汽。
本发明的器件中的温度传感器是在第一位置和第二位置间可移动的。第一位置定位于使温度传感器至少有一部分在腔体内并使整个温度传感器不与容器的流体环境接触。第一位置是在两次温度测量之间的期间被使用，并且正如前面讨论过的，为温度传感器提供一个冷却的地点。第二位置定位于使温度传感器至少有一部分在腔体的外边并且与容器内的流体环境接触，并在实现这类环境温度的测量时使用。
温度传感器最好是一种保护套管一热电偶的组合件或是全辐射高温计一测温目标管的组合件。用套管保护的热电偶可以是常规的设计，该设计包括一根细长的管子，在它的探头的里面含有热电偶的结点中的一个结点。该结点和它相连的导线用粉末陶瓷材料以常规的方法固定在管子内部。热电偶的另一结点位于细长的管子的另一端并以导线与上面所说的第一结点相连。它的位置一般在管子的外部。
全辐射高温计一测温目标管组件包括一根空心的细长目标管和一只辐射高温计，它通过管子的内部，观察到管子的探测端。全辐射高温计在任何时刻都不与流体环境接触。
在上面的两种实例中，当温度传感器处于第二位置时细长管子的探头便是与容器流体环境接触的温度传感器的那部分。
温度传感器在第一位置和第二位置之间的移动最好是用动力来实现。已发现用压缩空气操作的双动式汽缸是特别的合适，因为汽缸的活塞杆可以很容易地装到优先择用的，如刚才描述的温度传感器的细长管部分的末端，靠它，细长管在轴向跟随活塞杆的往复运动。更好的是一种，有空心活塞杆的双动气压式汽缸，因为细长管可部分地装入空心活塞杆内部。这种在空心活塞杆与细长杆之间的固定是处于它们相应的末端。靠了管子的这种固定方式，就可以实现细长管的如下面所描述的方式的很方便的置换。
本发明还涉及到对容器内的流体环境温度的周期性测量的操作方法，上述操作包含(a)提供一个开口于上述流体环境并与容器密封连接的腔体，上述腔体从而容纳一部分上述流体环境;(b)将至少一部分的温度传感器置于上述腔体内;(c)将上述流体环境的一部分保持在上述腔体内而上述流体环境的其余部分当上述温度传感器处在(d)和(f)中所述的上述位置和在上述位置之间移动时基本上不发生相对于另一部分的对流运动;(d)从上述腔体移动上述温度传感器至少一部分到一处于上述流体环境的其余部分之内的位置，在该位置上定位温度传感器以提供温度测量所要求的输出读数;(e)获得上述温度测量;和(f)在获得上述温度测量之后，将称至在(d)的上述位置的温度传感器的那部分回复至上述腔体。
该操作包括将温度传感器的至少一部分装入开口于流体环境的腔体。腔体，由于开口于流体环境，将包含它的一部分。在腔体内的流体环境的那部分相对于其它部分保持着无显著的对流运动。这种显著对流运动的免除是本发明的操作的特别重要的特征，因为在流体环境的这部分和其余部分之间的传热可降低到最低，如果不去阻碍它的话。在腔体内的流体环境一开始就降到并维持在一个所要求的比流体环境的其余部分的温度要低的温度。例如，当将本发明的器件用于盛有温度高达3000°F(1649℃)的流体环境的容器中时，该器件可以用来将腔体温度维持在70°F(21℃)至200°F(93℃)的范围之内。通过辐射和导热方式从容器内部传热至腔体可将腔体温度升高至不可接受的程度，然后腔体可以用例如在腔体周围的水套冷却，温度测量通过将温度传感器的一部分从冷的腔体移至流体环境的其余部分内的测点来实现。当温度测量完毕，从冷腔体中伸出来的温度传感器的那部分又还回原处直到需要进行下一次温度测量为止。
当参看了附图，在这些图中同一数字指的是同样的零件，就可从本发明的一个优先的实施例的下述描述中更充分地理解这种和其它的有助于满足使用和经济地制造的特征，这些附图是图1是本发明的器件其温度传感器处于第一位置时的剖面图;
图2是在图1中所引的器件其温度传感器处于第二位置时的剖面图;
图3是在图1中所示的器件其温度传感器处于自器件移出时的位置;
图4是在图2中沿剖面线4-4剖切的断面图。
现在参看图1至4，可以看到本发明的器件1用数字10标出，装在以数字12标出的容器壁上。容器壁12包含一个金属外壳14和一个耐火的内衬16。这种型式的容器壁是用于其中发生高温/高压反应的容器，例如，水煤浆的不完全氧化以产生合成气体以及类似的东西。器件10当然也可用于其它类型的容器。用法兰配合18的办法获得器件10在容器壁12上的不漏液体的安装。
器件10在其靠近末端处有一中空的园筒20。从图1和2中看到，园筒20穿过容器壁12伸至容器内部。园筒20到容器内部的延伸并不是本发明的要求而是最好是这样，因为这种延伸可减少进入由园筒所定义的空间内的辐射热量而且这种延伸对温度传感器47提供了保护使它不与在容器内部运动的固体颗粒或枝状物作有害的接触。为对园筒20形成的内部空间提供冷却，设置了水套22，它套在园筒20的外表面周围。水套22备有一个进口26和一个出品24使冷却介质可在整个水套内循环，水套22是用来对在园筒20内的流体环境作初始的冷却和抵销由于从容器内部的辐射和导热的结果引起对园筒内部的传热。
园筒20和水套22，其端部与闸阀28法兰联接。法兰的装配是不漏液体的。闸阀28是常规的构造。
与闸阀28的末端法兰连接的是一个双动气压式气缸，一般用数字32标志，后者的法兰配合是一种不漏液体的配合。在双动式压缩空气操作的汽缸32的末端处是一减压阀30，它置于汽缸法兰31的某一部分之内。双动气压式汽缸32有靠近末端的板38和末端板36，它们沿着汽缸体34定义了一个中空的园柱空间，其中可滑移活塞44。活塞44与中空的活塞杆46连接，活塞杆有足够的长度，故不论活塞44的位置在哪里，活塞杆46与环状的靠近末端的活塞杆密封圈40和环状的末端活塞杆密封圈42处于密封式接触。由该两个密封圈所提供的密封是不漏液体的密封。在靠近末端的板38与末端板36间的空间是气体通路52和50。这些通气口依次与常规的，市场上可以买到的四通阀54相连接(阀54以简图形式表示)。管56提供了从压缩气源，如氮气，至阀54的一条通路。管58为阀54而且因此也为气压式汽缸32提供一个排气口。
装在中空的活塞杆46里面是管47。这种装配是靠在管47和中空的活塞杆46的末端用可移动的密封件60来完成的。这种密封件在市场上可以买到，例如纽约州的Buffalo市的Conax公司生产几种可以用于本发明的场合的这种装配件的组合。
管47为位于管47探头49里面的热电偶(图中未示)提供保护。由陶瓷材料73，示于图4，完成将热电偶及导线70和72固定在管47内的相应的位置。用保护套管，如管47，在它的里面穿热电偶在技术方面是常规的而且是众所周知的。构成管47的材料和热电偶材料的选择取决于容器内所遇到的环境。本发明的特征是管47的整体不需要用贵的合金制造因为只有管47的探测端49会遭受到强烈的容器环境。因此，管47，直到管接头48，可以由相对的不昂贵的材料构成，如不锈钢。管接头48将探头49连接到管47的其余部分。探头49，因为它要暴露在容器环境中，必须是由合适的合金做成以经得起这类环境。探头49可以是一根金属管或是一根陶瓷管随环境要求而定。能承受约2000°F(1093℃)的高温的管的典型材料是镍铬合金和镍。陶瓷管能经受约3000°F(1649℃)，它可以由二氧化硅和碳化硅制成。构成热电偶的材料取决于会遇到的温度。例如90%铂-10%铑与铂配成的电偶;和镍铬与镍铝配成的电偶分别用于温度为3100°F(1074℃)和2200°F(1204℃)的场合。当器件10用于测量水煤浆不完全氧化的过程中的温度时，已得出结论探头49最好由53%钼-47%铑合金制成，在它里面装的热电偶是由95%钨-5%铑与74%钨-26%铑配成的热电偶。
器件10依附于容器壁12上的结果会导致容器的流体环境的一部分进入器件10。在进行时，器件10至正常情况下其管47处于第一位置，如图1所示。在器件10内的流体环境是被容纳在由园筒20，闸阀28和由空心活塞杆46的内壁和管47的外壁所定义的腔体内。(这个这样被容纳的流体环境称之为腔体流体环境，以区别于容器流体环境)。在腔体流体环境与容器流体环境间的对流运动当腔体被密封时(注意，密封由法兰，紧接的密封圈40和由套筒60提供的)被减至最小，于是在腔体流体环境和容器流体环境之间基本上没有对流换热发生。因而，在第一位置上，管47，它的探头49和装在其中的热电偶不会遭受容器内的温度环境。当要求进行温度测量时，驱动阀54使压缩气体进入管50并令管52与排气管58接通。活塞44随着气缸34中压力变化的结果而动作从而将探头49置于刚才所定义的腔体之外并进入容器内部。如图2所示。当腔体仍处于密封状态时，腔体流体环境没有经受显著的对流运动。在热电偶已提供了获得所要求的温度测量的必要的输出以后，驱动阀54，向管52供气并将管50与排气管58接通。活塞44回到图1所示的位置，探头49被送回腔体并回入由园筒20提供的较冷的区域。
腔体密封的维持可以由热电偶当它置于冷却了的腔体内时，很容易地进行监视。腔体密封的泄漏将允许容器环境的流体的一部分的对流运动进入腔体，接着发生由此而引起的腔体温度的升高。热电偶会感受到这种温升并提供温度测量以提醒操作人员去重建腔体密封的完整性。
即使本发明的器件延长了温度传感器的工作寿命，周期性的温度测量最终还是消耗了温度传感器的所指望的寿命。一旦温度传感器不能再工作了，它必须更换。如图中所示的实施例，温度传感器的更换可以很方便地并且可以在容器中的反应继续的情况下进行。
参看图3，首先，驱动阀54向管52充灌压缩气体。阀54的动作将管50与排气管58接通。活塞44允许返回到全部缩回的位置。尽管由该套筒提供的流体密封的保持仍完整无缺，套筒60还是松开着的以便让管47可在轴向向后移动。这种后移将使探头49后缩并清除了闸27的障碍。然后闸27下落到关闭的位置。容器内的压力现在与在闸27末端的器件10的那部分隔离开了。排气口30打开以释放在闸27的末端发现的任何压力。然后将套筒60完全松开，并解除管47和中空活塞杆46间的装配，从而管47可被撤出和拿走。一支新管可以重新插入它的位置上，并将套筒60拧紧以提供对流体的密封。然后将闸27提升，将管47向前移动到在园筒20内所要求的位置并将套筒进一步拧紧以将管47固定装配在活塞杆46上去。现在该器件是处于图2中的位置，并准备继续操作。必须注意，套筒60是设计成适用于静态和动态的密封，并允许管47事先定位。
权利要求
1.一种用于测量在容器内的流体环境温度的器件，上述器件包括(a)一个腔体，开口于上述容器内部并与容器密封连接以形成一个包含上述流体环境的一部分的腔体；(b)一个温度传感器，它可在第一位置与第二位置间移动，在上述第一位置处借以使(i)上述温度传感器的至少有一部分是在上述腔体的里面，和(ii)上述温度传感与上述流体环境的其余部分是不接触的，和在上述第二位置处借以使(iii)上述温度传感器的至少有一部分是在上述腔体的外面，而且与上述流体环境的其余部分接触以获得上述的温度测量；(c)当上述温度传感器正在上述第一位置和上述第二位置上和之间移动时，防止在上述流体环境的上述部分与上述流体环境的其余部分之间的显著的对流运动的装置。(d)为保持在上述腔体中的上述流体环境的上述部分处于低于上述流体环境的其余部分的温度的装置。
2.权利要求
1所要求的器件，其特征是上述器件附加地包括了动力设施以实现上述温度传感器的上述的移动。
3.权利要求
1所要求的器件，其特征是上述腔体至少部分是由园筒壁所限定。
4.权利要求
1和3所要求的器件，其特征是在(d)中所述的上述装置是一个冷却夹套，冷却流体流过该夹套，上述冷却夹套至少包围着上述腔体的一部分。
5.权利要求
1或2所要求的器件，其特征是上述温度传感器包括一支在细长中空管中的热电偶，上述热电偶靠近上述细长中空管的探头。
6.权利要求
2所要求的器件，其特征是上述的动力设施是一只双动压气式汽缸。
7.权利要求
6所要求的器件，其特征是上述压气式汽缸的活塞杆是一中空的管子，上述细长管装配到上述中空管中并有一末端在上述中空管的内部。
8.权利要求
7中所要求的器件，其特征是上述细长管是装配在上述空心管子的末端，在那里上述空心管的内表面和上述细长管的外表面的一部分构成了上述腔体部分。
9.权利要求
8中所要求的器件，其特征是，上述的部分(c)所述的装置另外还完成对上述的细长管的装配并包括为阻止上述的显著的对流运动用的密封。
10.为周期性测量容器中流体环境温度的操作方法，上述操作包括(a)提供一个密封连接到上述容器并开口于上述流体环境的腔体，从而使上述腔体容纳一部分上述的流体环境;(b)将温度传感器至少有一部分置于上述腔体内;(c)当上述温度传感器正处在(d)和(f)所述的两个位置以及正在上述两位置间移动时，保持上述腔体中的上述流体环境的上述部分和上述流体环境的其它部分相互间基本上不发生对流运动;(d)至少将上述温度传感器的一部分移至上述流体环境其余部分内的某处借以使上述温度传感器进入测试位置以提供为获得上述温度测量所要求的输出;(e)进行上述温度测量;和(f)在完成上述温度测量之后，将被移至(d)中位置的上述温度传感器的那个部分返回到腔体。
11.权利要求
10中所要求的操作，其特征是在上述腔体中的上述温度是保持在70°F(21℃)到200°F(93℃)的范围内。
12.权利要求
10中所要求的操作，当上述温度传感器与上述流体环境的上述其余部分处于基本上热平衡时，在那里完成上述所要求的输出。
专利摘要
本发明涉及一种测量在容器内的流体环境温度的器件和操作方法。该器件以开口于容器之内并容纳流体环境的一部分的腔体为特色。提供了为防止腔体内的流体环境的一部分与流体环境的其它部分之间的显著的对流运动的结构。提供了一种可在腔体内的一个位置移动至流体环境的其余部分中的一个位置的温度传感器。腔体保持在低于流体环境的温度。本发明还涉及到周期性测量容器内流体环境温度的操作方法。
文档编号G01K1/14GK86107606SQ86107606
公开日1987年10月14日 申请日期1986年11月7日
发明者M·达尔·梅伊斯 申请人:陶氏化学公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan