用于过程分析器系统的保护装置的制作方法

专利名称:用于过程分析器系统的保护装置的制作方法
本发明涉及防爆过程分析器系统，该系统具有过程测试和自动化设备，至少一个过程分析器和用于例如易燃或易爆的危险环境或者用于防护危险物质对于人体的伤害的保护装置。
该保护装置保护分析器系统的环境和操作人员免遭设备中危险物质的伤害。所述保护装置也保护测量仪器免受周围环境中有害物质的损害。这种保护装置，除了在化学工业和制药工业中的建筑物内必不可少外，就是在诸如精炼厂或勘探区域所谓露天设施的情况下也是特别重要的。
过程测试和自动化设备用于各加工工序进行测量、调整和控制。过程分析器对各物质或物质样品实行自动分析，为此，必须做好过程准备系统、辅助材料或辅剂系统以及处理系统的准备和提供。除了碳氢化合物工业的加工过程之外，过程分析器系统还能够被用于同加工爆炸性物质有关的过程，以及利用粉末的、毒性的、致癌的或者其他有损于健康的危险物质的那些过程。所使用的装备，在工业法规上被划分为需要监测的设施。
可能存在的分析与测量方法是一些已知用于建立化学亲和力或反应的化学分析方法，及电化学测量方法，诸如常常与滴定法有关的电位测定法、电量分析法、伏安测量法、电流分析法或极谱分析法等。这些分析也可能同具有电磁辐射的分子、原子间相互作用有关，也可能涉及电子跃迁的激发和由于能量辐射以及发射和吸收造成的能量状态。过程分析器还可以研究被研究的物质对电场或磁场的反作用，以及其质谱、电导率、介电性和顺磁性。最后，测量被研究物质在热学和力学方面的参数。
众所周知，这样的分析器系统都是安装在中心或非中心实验室内。如果分析是在位于处理工厂中心位置上进行的话，那么样品必须逐一地从过程中采取，并且由专人送往实验室以便馈送给分析器系统。但是，样品的状态在传送的过程中可能有变化。再者，在取样和分析之间存在难以避免的时间延迟，这也是个缺点。另外还有一个缺点，那就是仅仅那些孤立的取样被分析，因此仅仅出于偶然的量测是可能的。所以，人们设法在现场安装和操作分析器系统，从而为利用过程分析器进行连续分析提供了可能性，并且这种测量过程既可以连续地进行、又可以按照一定测量周期不连续地进行。为此目的，人们已知将该系统安置在一个固定的用墙围住的或者可移动的由所谓“分析器掩体”结构组成的容器内。这样的可移动的分析器掩体，在例如Benke出版公司81年11月出版的“分析器掩体”一书中就有描述。书中所述的那些分析器掩体，均可以用于操作和维修分析器及其辅助设备之目的。虽然它们都较理想地适用于许多方面的应用，但是，这种体积相对比较大的装备可能仍有不少缺陷。
其缺陷之一是鉴于危险的、有害于人体健康的物质，不得不采取复杂、昂贵的防护措施。这种防护费用比，例如仅仅处理电信号的测试装置费用高得多。对于后者说来，实际上仅仅采取适当的防爆措施和避免外部环境的渗透才是必要的。
在存在爆炸危险的区域内，过程分析器或装备必须达到防爆规则中所规定的保护类型和建筑标准，规范中的标准是VDE O165，0 171;EN50014至50020、50028、50039和IEC 79-10。
再者，为了量测的需要，过程分析器必须避免环境的影响，以便确保测量的准确性、稳定性和测量的再现性，并且免除电子元件的早期老化。为了经济上和安全上的理由，除防止气候的影响外，还必须对腐蚀性的环境加以防护。
实践中，实行防护是把各个防爆分析器单独地安放在各个分析器掩体内，而且设法对所述掩体进行通风，这样的做法很不适当，或者耗费了大量的费用。因此，分析器掩体常常是靠自然通风的方式来通风的。在安放有好几个分析器系统的掩体内，用防爆风扇来强行通风，这种方式也是已知的。为了强制净化的目的和经济上的理由，气流是从周围环境取出的并且必须被净化、过滤、干燥并可随它的状态而变化。常常有必要对炸药和(或)毒性物质的混合物(例如硫化合物)的过量阈值进行监测。这些措施不仅费用大，而且运行操作也不安全。为了避免发生外部爆炸危险和保护环境免遭分析器系统中的可燃物质引起的爆炸，除了空气净化措施之外，用户还不得不使用防爆分析器系统。
即使在分析器掩体有外部通风的情况下，尤其是掩体内安放了几个分析器系统的话，当开启单个分析器系统时，可能排放出的易燃物质的数量会导致超过较低的空气/瓦斯混合气体的爆炸极限，因此危险是存在的。为安全起见而断开掩体内其余分析器系统和所有电器设备，这种做法在实际运用中绝大多数情况下是不允许的。
因此，不可避免的是每个分析器必须安放在其各自的防爆结构物内的。可能的爆炸防护类型是油密封、过压密封、沙密封、耐压密封，从而增加可靠性和真正的安全性。
由于爆炸防护装置的机械结构的原因，尤其是耐压密封情况下，将妨碍对分析器内部零部件进行使用前的检查，这是种缺点，并导致较长的检修时间而降低了仪器使用率。此外，故障探测十分复杂，这是因为爆炸保护装置开启后，分析器不是停止运行就是必须连续不断地对环境进行检测，以确保无爆炸危险。第三个麻烦的可能性是采用特种工作保护(例如“hot work approval”)以保证无事故维修或故障探测。另一个缺点是，信号线通道穿过有耐压密封的外壳，其数目受到限制，而分析器系统的其他装置的全部信号装置必须有爆炸保护。如果装设有评估计算机的话，则也必须采取防爆措施，这将再次导致采取技术复杂和费用昂贵的预防措施。
带有掩体的分析器系统的另一个缺点是，由于系统的尺寸的原因，使得安装位置不能随便选择。因为人员有可能进入掩体，所以还必须保持那些出口通道对工作人员畅通无阻。为安全起见，如果有另外的人员监护并在紧急情况下提供帮助的话，那末，可以仅仅由一名工作人员发生接触。这样，分析器系统就不能安放在所监测的作业现场，因此，必须装设有长的供给线路和泵送设备。其结果必然造成空间和时间上间隙，这对量测说来是个缺点。
所以，已知的那些分析器系统，都不能象从经济和测量两方面考虑所希望的那样用于作业现场和范围。
本发明的问题就在于提供一种前面所述的分析器系统，这种系统的制作和运行都很经济，并且其使用率也有所改进。
这个问题的解决办法如下在自撑式的密封护罩内至少装配有一个占据罩内大部分位置的可抽出的支撑构件，该支撑构件的前侧与关闭抽取通路的第一门构件相连接，该支撑构件承载至少一个过程分析器，至少一个采样准备装置，至少一个辅助材料系统，以及关于电信号单工或双工通讯装置，该支撑构件经柔韧的供应和处理管道与固定的护罩部件连接，护罩进出口安装有一个门，该门的关闭装置经由监测装置与爆炸和(或)环境保护装置相连接，其连接方式应使只有在安全状态下门才能开启，在护罩外面至少装有一个键盘和用于现场检查整个系统的观测装置。
在不脱离本发明的精神实质的情况下，对本发明可以做出一些进一步的改进。
特别是由于护罩小的原因，本发明是非常经济合理的。这种分析器系统完全可以在工厂内组装和调试，因此，在安装现场只需很少的检验和组装费用。其尺寸也使它能够在靠近作业现场找到安装位置，致使不需要长的因而造价昂贵的供给和卸料线路或者回收处理和压力提升装置。本发明的基本优点就在于爆炸和风雨防护用一个单一护罩就能达到，以便在护罩内形成防爆区域。这样，爆炸防护借助护罩而不是通过分析器的结构物来实现，所以分析器可以采用标准设计。其结果，操作人员无需特殊训练，而且维修中也不需要特殊的零备件或工具。
另外，可以实现免遭危险物质损害的最佳防护。因为壳体能够紧紧地关闭，因而仅仅需要相对比较小的净化量。通过利用一自给自足的环流来提供清洗和净化循环是可能的。所以，可以使用高效的惰性气体，并可以实现大量的自给自足的辅助材料的供应。这也有可能大大降低护罩内空调设备的制造和运行费用。
本发明的另一个重要优点是，当护罩关闭时，分析器系统结构严紧。如果支撑构件从护罩内抽出，则能保证替换、修理和维护设备的最佳可接近性。
本发明还有一个重要的优点是，分析器系统的使用率高。实际试验表明，其使用率可达90%。这是因为全部设备都安置在“无爆”的环境里，从而允许按照需要的数量利用标准敏感装置。甚至还有可能在护罩内安置大范围的评估电子设备，而在爆炸防护方面无需特殊限制。借助电子故障诊断系统，关闭护罩的情况下可以进行功能监视和故障检测。还可以将诊断数据远程传送给中心站，并且可以针对可疑的误差范围对测试信号进行连续监视。故障诊断系统减少了修理次数，在该系统内通常包括误差的内探测和定位。此外，所需要的诊断人员最少。
在这种故障诊断系统的方案中可以使用试探和试验的试测方法和仪器。对于适合在防爆方案中使用的设备没有限制。因为利用了造价低廉的标准结构，所以关于线路的走向和设置都没有技术上和经济上的限制。
因为迅速替换整个分析器系统(例如为了在车间内进行大修)是可能的，所以其利用率也可以增加。为此，只需要拆去门构件和相连的支撑构件，并且换上备用构件。借助内部范围内的空气调节，设备中的系统误差和故障被减少。偶然出现的故障能由故障诊断系统立即探测并且指示出来。
内部范围的防爆措施，为自由选择分析器的组合方式提供了可能性。这在使用改进的组合测量方法以及实行相关的大量的量测方面具有优越性。本发明在关于操作人员及环境防护方面还有许多优点。由于与监测装置相结合的门构件处于关闭状态，进入护罩内部是以在危险状态防止打开的办法来控制的。这样，维护工作也可以由未经训练的人员完成，并且爆炸防护与维护人员小心操作无关。因为非常严紧，所以关于内部气体循环的隔离护罩的要求被满足。这就有可能毫无困难地对整个护罩采用“外部通风”和“过压密封”的防护类型。就使用经济来说，上述这两种防护类型对使用的限制最小。由于使用了惰性气体作为净化和引燃保护，因此没有易燃气体饱和的危险。压力密封的护罩要求最少的点燃保护气体量，也不需要持久净化和补偿漏泄损失。因为内部范围内轻微过压的结果，就有可能阻止外部空气的任何渗透。
当使用点燃保护气体时，建造无防爆设计的冷却或加热装置是可能的。如果自给自足的循环水是用于分析器冷却的目的，那么，当冷却水必须从外部水源供给的时候，就不需要设置水处置装置。
为了防爆所必需的用来避免死角的惰性防护气体环流，可以以简单的方式与空气调节相结合，以便能够保证所规定的内部区域的温度，而与所安装的(大多数是小型的)特殊分析器系统、复杂的处理系统以及外部条件无关。
防护罩也使在相同的防爆条件下，安装分析器运行所必需的全部辅助性系统成为可能，而与诸如冷、热、腐蚀等外界条件无关。
关于防护罩，值得指出的是，免除爆炸物质、风雨以及接触有损健康的物质的防护得以保障。由于自动门的作用，自动驱动代替了调试、接通和断开系统。当程序化的安全程序释放自动门系统时，才允许操作人员进入护罩内。当护罩内确保有足够的防爆保护，也就是当整个系统的设备不再为操作人员所能接近时，分析器系统才能开始运行。
除了经济优点和利用率高之外，本发明进一步的优点是事故危险最小。因为诊断系统遍布整个分析器系统的所有设备，并且由于相应的重复量测的结果使操作非常清楚而避免了固有误差，所以清楚的探测各个设备的误差成为可能。这使得只有当分析器系统处于正常安全运行状态的时候，才有可能开、关防护罩并使其进入运行状态。这包括检查热表面和电气设备点燃易燃混合气体的能力，以及为了排除有害健康的危险，在开启防护罩之前，将惰性气体与氧气混合。但是，在进入运行操作之前，防护罩内必须没有大气中的氧气。由于不需要单独地给设备提供防爆装置，因而也就不必处理这种装置。这样，就不存在在对产生可能导致事故的运行误差的各个装置进行压力或过压密封时，所具有的危险。显然也没必要考虑安装设备时的相关组合条件，而对其他如内在安全防护类型则必须予以考虑。
下面结合实施例和附图对本发明进行更详细地描述，其中图1是分析器系统的方框电路图。
图2是分析器系统的纵向剖视图。
图3是与图2相应的几个并列的分析器系统的横向剖面图。
图4是与图2相应的分析器系统的部件分解图。
图5是与前面几幅附图相应的几个分析器系统的透视图。
图1以图解方式说明过程分析器系统的各个部件和子系统，以及各部件间的相互作用。这样，过程40通向物质取样41，抽样供给42通向抽样准备6。然后准备好的样品被传送给由双工线路连接到电子控制和信号转换部件5的一个或几个分析器4。在分析器4和控制部件5之间，指令沿一个方向被变换，而测试信号则沿着另一个方向被变换。控制部件5可以连接到控制室43和实验室44。为了分析器系统的运行，必须具有至少一个由校准系统8提供的校准手段、辅助材料或佐剂(adjuvant)49以及处理装置45。分析器系统还包括气体密封罩2，和故障诊断装置46，该故障诊断装置经由控制和信号处理部件47连接到，例如试验车间48。故障诊断装置46从控制和信号处理装置47接收指令，并且使诊断信号沿着相反方向返回。
根据图2，分析器系统1包括支撑式护罩2、可以抽出的支撑构件3、若干个分析器4、电子控制装置5、采样准备装置6、冷却系统7和校准系统8。图2表示的是支撑构件3已经从护罩2内抽出的状态，使得可以从两侧自由地观察，而由第一个门9充当其前壁。为容易观察起见，图2上没有再现出安装支撑构件3的伸缩轨道。支撑构件3作为分析器4、电子控制装置5和采样准备装置6的组装架。这是些技术上高质量的部件和设备。其它为分析器系统运行所必需的辅助设备，如冷却系统或存储箱及辅助材料管道(如校准系统)都固定地安置在护罩2内。虽然这些设备原则上也能够安装支撑构件3上，但是就更广泛的分析器系统来说，如图2所示那样提供第1区域10来安放支撑机件3，而第2区域11来安装不动的设备，这种布置方案具有其优越性。利用装配在前面的第二个门12，提供通向第二区域11的入口，可以设想，并不是经常需要进入区域11，因此第二个门12最好以可拆卸方式用螺钉拧固在护罩2上，这样就可以利用相对简单的密封办法对门缝进行密封。为了关闭第一个门9，提供了若干靠压缩空气操作的沿门缝四周均匀分布的气缸或类似装置(未示出)。操纵控制部件14，在所述设备上产生均匀的作用，从而使第一个门9被均匀地牢固地压在护罩2的相应的密封表面上。这些措施使护罩2被第一和第二两个门9，12关闭所形成的门缝有可能高度密封住，致使护罩2有非常严密的全面的气体密封。
在护罩2上面装设了突起的人字屋顶13。屋顶13充分地向护罩2的窄的侧面伸出，以便使之完全遮盖住支撑构件3的抽取区域，并且还保护通向区域11的入口。在屋顶13下面或第二个门12的墙外面，装有与冷却系统7连接的占面积很大的冷凝器。在凸起的人字屋顶表面下面装有带过滤保护的空气入口16。进入的空气可以从顶盖下封闭屋顶的其他区域逸出。在密封护罩2内，容器顶部的下面有一根空气导管17由冷却系统7通往第一区域10，使得在所表示的实施例中按顺时针方向的冷却循环得以实现。
图3说明几个相类似的如图2所描述的分析器系统，如何按节省空间的并置方式来设置的。图3所分析器系统的例子有不同的设计。最上面的系统只装有伸延到护罩2全长的单一的排气口，而后表面由墙封闭。因为通过支撑构件3能够观察全部部件，所以就有可能将护罩2的后部安装在，例如在墙上。
还有，在上面提到的实施例中，有位于第一区域10内的支撑构件3和靠绞接的门18来关闭的用来装设那些固定部件的第二区域11。
第三个分析器系统包括两个支撑构件3，每一个都可以按箭头所示方向从护罩2的一窄侧面移出。底部的分析器系统基本上符合前节所说明的那种系统，图中仅仅示出处于护罩关闭状态中的分析系统。代替绞接门是如图所示的可用螺钉拧紧的门。
在支撑构件3的对着第一个门9的相反的一端，装有用于连接所有辅助材料管道以及那些供给或除去被分析物质的管道的连接件19。除了那些直接为分析目的所需要的材料外，辅助材料包括冷却剂和热蒸汽。这些连接件用软管20连在支撑构件3上。软管20还包括传送电的控制和测试信号的导线和电源线。
在图3中，还可以看到伸缩轨道21，支撑构件3就是沿着伸缩轨道21被引导的。还可以看到采用多层结构的第一个门9的横截面，其内层是由绝热材料制成，而外层则是由不透气的材料制成。这种多层结构与护罩墙的结构相适应。
图4进一步说明了分析器系统的各个部件，为清楚起见，采取分解部件图。在支撑构件3上装有如下部件未画出的样本准备装置(它的安装位置以斜划线表示)未画出的一个或多个分析器(其安装位置以横线表示)与样本准备和分析部件相连接的未画出的测量装置、关于电导线的连接部件51。用于排列和固定电源、电信号和测量线路的接线部件52，和包含有故障诊断系统的电子控制器5。故障诊断系统包括一台电子计算机，该计算机经过传感器与所监测的部件相连接。
电子控制器5还包括一个用于第一个门9的开启和关闭的监测系统。这一系统也与传感器相连，借此来监视危险的极限值。如果所述的极限值被超过，那么开启第一个门9将会导致爆炸危险，或者以其他方式(例如毒气逸出)危及操作人员的安全。所以，开关监测装置确保只有当发热的表面冷却到燃点温度以下，净化和喷射装备已投入运行。致癌物或毒气已经尽可能清除，和过压或真空状态已经尽可能恢复到正常压力之后，才允许关闭第一门9。这样自动地预防了危险情况。还要保证当分析器系统投入运行时，将已经进入的空气中氧气吹干净，并且只有当检查了全部安全装备之后设备才投入运行。
用于开关监测系统的主要传感器是所谓的监控传感器，安装在护罩2内所有关键位置上。如果探测到危险，则明显地会被护罩外面的指示或装置显示出来，并且给出声响或光的警报。同时，所描述的与开启门有关的那些措施被实行，以便排除危险情况。
这样的监控传感器23可以安装在上空气导管17中和下空气导管22中同第一区域10相连接的位置上，或者关于冷却系统7的入口/出口处。此外，全部管道通路和从护罩出来的出口都采用防爆的方式来制造。挨着装在空气导管17或22入口处的监控传感器，装有风扇24和加热器25。空气导管22可以与地板槽沟一起制造或者直接通入后者，以便搜集来自系统内部的水滴。此外，下面的空气导管22可用来对护罩2加固。
在本实施例中，在其上空气导管17的上面装有喷射装置26(可以按照抛物面冲洗机原理工作)，用以对支撑构件3及其上面的所有部件喷洒液体。
在护罩的右手区域内将冷却装置安装在第二个门12的背面，它包括空气冷凝器71和水热交换器72。在本实施例中，第二个门12也用作为排除冷却热量的冷凝器。可以清楚地看到冷却装置7在上下空气导管17、22之间为冷却媒质提供了连接。在本实施例中，主要的电连接部件31装在第二门12上并且与未画出的外部主开关相连接。在左、右内部区域之间安装有隔板27。
图5表示与图3相应的几个分析器系统如何并排安装并且连接成密集的部件，而不限制对分析器4的观察。可以看到，连接管道19被从作业处引出到分析器系统。如果如图所示的那样，将若干支撑构件3并置，那么其优越性在于，在第一个门9的外侧可装设操作，显示及监视部件28、29、30。操作部件特别可以控制辅助材料的供给和卸除。
护罩2的典型尺寸是，基础表面为0.7×1.2米，而高度为2.2米。
权利要求
1.装配有过程测试和自动化装置，至少一个过程分析器和用于例如易燃或易爆环境和/或用于带有有害于人体健康的危险物质场合的防护装置的过程分析器系统，其特征在于一在自撑式的密封护罩内(2)至少装配有一个占据护罩内大部分位置的可抽出的支撑构件(3)；-该支撑构件的前侧与关闭抽取通路的第一个门构件(9)相连接；-该支撑构件承载至少一个过程分析器，至少一个采样准备装置，至少一个辅助材料系统，以及关于电信号的单工或双工通讯装置；-该支撑构件(3)经柔韧的供应和处理管道(20)与固定的护罩部件连接；-护罩(2)的进出口安装有一个经监测装置连接到爆炸和/或环境保护装置的门关闭装置，其连接方式应使只有在安全状态下门才能开启；-在护罩的外面装有至少一个键盘和用于现场检查整个系统的观测装置。
2.根据权利要求
1的过程分析器系统，其特征在于其中支撑构件(3)可以被充分地拉出。
3.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中护罩墙壁具有至少带有一个中间绝缘材料层的多层结构。
4.根据上述权利要求
之一关过程分析器系统，其特征在于其中第一个门构件(9)可以借助气动气缸或者等效的机械或液压装置来关闭。
5.根据权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中在护罩(2)内装配有一个喷射装置(26)或清洗装置。
6.根据权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中护罩内装配有不漏水的板槽或集水容器。
7.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中支撑构件(3)可以从护罩(2)窄的一侧抽出。
8.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中支撑构件(3)携带一个同全部主要分析器和辅助装置相连接的故障诊断系统。
9.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中在护罩内部有校准材料贮存器。
10.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中装配有一个完整的自给自足的冷却水系统。
11.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中护罩(2)分成安放支撑构件(3)的第一区域(10)和安装固定设备的第二区域(11)。
12.根据权利要求
11所述的过程分析器系统，其特征在于其中护罩内装有供进入第二区域(11)用的第二个门构件(12)。
13.根据上述权利要求
之一的过程分析器件系统，其特征在于其中护罩(2)安装有人字屋顶(13)。
14.根据权利要求
13所述的过程分析器系统，其特征在于其中该屋顶(13)充分凸起复盖住支撑构件(3)的抽取范围。
15.根据权利要求
14所述的过程分析器系统，其特征在于其中沿着伸出到支撑构件(3)的抽取范围上方的屋顶，设置用于悬挂保护围板的装备。
16.根据上述权利要求
之一的过程分析器系统，其特征在于其中护罩内部有空气调节设备。
专利摘要
描述一种用于在具有危险环境和物质的工业加工过程中保护过程测试和自动化装置，特别是参数测量设备的掩体式防护装置。该防护装置有一个装有可抽出的支撑构件的自撑式护罩，在支撑构件上装有至少一个分析器、一个样本准备装置、一个辅助材料系统和一个关于电信号的单工或双工通讯装置。本发明适用于爆炸防护和风雨防护。
文档编号B01L99/00GK87102346SQ87102346
公开日1987年10月7日 申请日期1987年3月24日
发明者鲁道夫·塞德尔 申请人:本克仪器与电器公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan