用於遠程監測流體中的汙染物的系統和方法
2023-04-28 01:28:01 2
專利名稱：用於遠程監測流體中的汙染物的系統和方法
技術領域：
本發明涉及遠程監測系統，具體涉及被設計用來遠程監測工藝管道內的汙染物水
平的光學監測系統。
背景技術：
當前的商用燃氣輪機以及其它結合工業過程使用的關鍵氣體或流體流系統可能 對出現在工藝流體流中的諸如固體汙染物(即微粒)、液體汙染物和/或液體氣溶膠的汙染 物是非常敏感的。例如，固體汙染物能夠磨損旋轉部件、妨礙熱交換器、汙染冷卻液、堵塞工 藝設備、以及影響產品質量和許多其它工藝問題和設備問題。另一方面，液體汙染物能夠隨 時間積累和結合，並且能夠隨著體積的增大而沿著管道的側部和底部移動，並影響流體流 的效率。同樣，液體氣溶膠或液滴雖然質量較小，但同樣能夠隨時間積累和增大，並且對流 體流系統的下遊設備產生破壞性的影響。 為了儘量減少這種汙染的發生，已經結合這些流體流系統採用了過濾和分離設 備，使得能夠將出現在流體流中的汙染物從其中去除。目前，大部分製造商已經開發出針對 他們的工藝氣體流系統的清潔度要求規範。為了適應這些要求，已經設計了新的過濾器和 分離器以高效地去除微粒汙染物。然而，液體汙染物或液體氣溶膠的問題可能仍然存在。此 外，對能夠對正確的汙染物提供足夠的去除的過濾和分離設備進行選擇可能是一項困難的 任務。 特別地，存在適合於處理與不同應用相關的不同汙染物的可用的過濾設備和分離 設備。因此，除非具有關於流體流中的汙染物以及它們的特點的知識，否則可能會選擇、購 買並隨後安裝不適當的過濾設備與分離設備。在許多情況下，由於未能採用最優或至少適 當的過濾設備和分離設備，可能導致對造成下遊設備損害或造成對產品質量的不利影響的 汙染物的不充分的去除。此外，由於對汙染物的不充分去除而導致的較差的性能，系統的運 行成本可能顯著提高。 即便可能使用適當的過濾器和分離器，可能需要額外的驗證步驟來保證流體系統 內的汙染得到充分的控制。目前，大部分對能源工業管道內的流體流汙染物的測試是通過 收集流體流的樣品以用於後續的非現場分析而實現的。然而，在許多情況下，可能得不到充 分準確的樣品，尤其是在樣品不能被等動態地收集的情況下。換句話說，如果進入採樣系統 的流體不表現出與加壓處理流體流中的流體流相似的速度和動能，則可能收集不到流體流 中的汙染物的準確代表。另外，目前必須將所收集到的樣品郵寄或運輸到第三方實驗室，樣 品在該第三方實驗室被放置並等待進行測量和分析。在此期間，樣品可能改變，並且汙染物 經常會被樣品容器丟失。 此外，管道內的汙染水平常常會突然並且快速地升高。例如，在不及時進行檢測以 避免對昂貴的設備的損壞的情況下，氣溶膠顆粒能夠快速積累並達到危險的水平。目前的 汙染物顆粒檢測器通常缺乏遠程且連續地監測管道內的氣溶膠汙染物、並且當汙染物顆粒 達到特定閾值水平時提供立即的通知和警報的能力。應該認識到，此後提及的汙染物顆粒或"顆粒"可以包括液體顆粒、固體顆粒和氣溶膠顆粒。 因此，存在對能夠遠程且連續地監測流體流中的汙染物顆粒水平、並且能夠在達 到閾值水平時產生警報的系統的需要。
發明內容
在一個實施例中，本發明提供一種遠程汙染物監測系統，該系統可以包括監測器， 用於測量管道內的流體流中的汙染物水平，並且用於產生與流體流中的汙染物有關的數 據。該系統還包括遠程設置的數據處理器，該數據處理器與所述監測器通信，以便從所述監 測器接收數據以用於評估。還可以提供第二數據處理器，其與所述遠程設置的數據處理器 通信以用於接收所評估的數據。在一個實施例中，所述第二數據處理器可以與所述監測器 通信。 在另一個實施例中，本發明提供了一種遠程汙染物監測系統，該系統可以包括至 少一個數據處理器，其連結到通信網絡，並且配置為接收數據更新和通知。該系統還可以包 括至少一個汙染物監測器，用於連續地監測管道內的流體流中的汙染物水平，並在通信網 絡上分發與流體流中的汙染物有關的數字數據。遠程設置的數字數據處理器可以經由該通 信網絡與該汙染物監測器以及至少一個數字數據處理器通信。該遠程設置的數字數據處理 器能夠從該通信網絡訪問該數字數據，並且能夠經由該通信網絡向所述至少一個數字數據 處理器傳輸與該數字數據相關的數據更新和通知。 在另一個實施例中，本發明提供一種管道汙染物監測器，用於遠程監測管道內的 液體氣溶膠汙染物。該管道汙染物監測器可以包括探頭，用於延伸到所述管道內，並且等動 態地採樣管道內的流體以確保能夠隨後測量管道內汙染物的代表性的量。該管道汙染物監 測器還可以包括分析器，該分析器能夠從所述探頭接收採樣流體、用光源照明該採樣流體 並收集來自被照明的採樣流體中的汙染物顆粒的散射光。該管道汙染物監測器還可以包括 至少一個檢測器，用於從所述分析器接收所述散射光，並且將該散射光轉換為電信號，在一 個實施例中，該電信號可以與汙染物顆粒的大小成比例。該管道汙染物監測器還可以包括 處理器，用於從所述檢測器接收所述電信號，並將該電信號轉換為與汙染物顆粒有關的數 字數據，例如顆粒分布和顆粒大小。然後該處理器可以將該數字數據傳輸到通信網絡以便 分發到至少一個數字數據處理器以用於顯示和評估。 在另一個實施例中，本發明提供用於所述管道汙染物監測器的分析器。該分析器 可以包括流通池(flow cell)，該流通池具有入口、出口和其間的通道。在一個實施例中，流 通池可以是透明的。流通池能夠在所述入口處接收來自所述探頭的採樣流體，並且能夠導 引該採樣流體通過所述通道並流出所述出口。流通池中的所述通道可以作為採樣空間。流 通池可以由各種透明材料製成，例如，石英、玻璃、塑料、藍寶石等。該分析器還可以包括光 源，諸如雷射二極體，用於在所述通道的包含採樣流體的部分傳播聚焦光束，從而當汙染物 顆粒通過接觸該聚焦光束而被照明時能夠產生散射光。該分析器可以包括收集透鏡組件， 用於收集散射光並將該散射光傳遞到諸如光電倍增管的檢測器，以用於進一步的處理。
在另一個實施例中，本發明提供了一種監測管道內的汙染物的方法。該方法包括 1)將探頭插入管道，用於等動態地採樣該管道內的流體以確保能夠隨後測量該管道內汙染 物的代表性的量；2)等動態地採樣該管道內的流體；3)用光源照明所述採樣流體；4)收集
6來自被照明的採樣流體中的顆粒的散射光；5)將該散射光轉換為電信號，該電信號可以與
汙染物顆粒的大小成比例；6)將該電信號處理為與汙染物顆粒相關的數字數據；以及7)經
由通信網絡將該數字數據分發給至少一個數字數據處理器以用於顯示和評估。
在另一個實施例中，本發明提供了一種管道汙染物監測器，其可以包括1)探頭，
用於延伸到管道內以等動態地採樣管道內的流體，以確保能夠隨後測量管道內氣溶膠汙染
物的代表性的量；2)石英流通池，其具有入口 、出口和其間的通道，其中能夠在入口處接收
採樣流體、並且導引該採樣流體通過所述通道並流出所述出口 ；3)光源，諸如雷射二極體，
用於在所述通道的包含採樣流體的部分傳播聚焦光束，從而當汙染物顆粒接觸該聚焦光束
時能夠產生散射光；以及4)收集透鏡，用於收集該散射光並將該散射光傳遞給檢測器以用
於進一步的處理。 在另一個實施例中，本發明提供一種管道汙染物監測器，其能夠非等動態地採樣 管道內的流體。當有必要監測某些類型的流體流時可以利用管道內的流體的恆定非等動態 採樣。
圖1圖解了根據本發明的一個實施例的整體系統結構； 圖2圖解了根據本發明的一個實施例的用於監測流體流中的汙染物的組件的功 能部件； 圖3圖解了與圖2所示的系統結合使用的子組件；
圖4圖解了與圖2所示的系統結合使用的子組件；
圖5圖解了與圖2所示的系統結合使用的子組件； 圖6圖解了當汙染物樣品已經在圖2所示的組件中經過處理之後處置該汙染物樣 品的各種選擇； 圖7圖解了圖2所示的組件的物理部件、連接和對準的一個實施例；
圖8圖解了與本發明的一個實施例結合使用的探頭。
具體實施例方式
—般地，參考圖l，在一個實施例中，本發明提供系統IO，用於遠程監測例如管道 11的流體流系統中的諸如液體氣溶膠的汙染物。在一個實施例中，管道11內的流體流可以 是高壓流體流。可選地，管道11內的流體流可以是低壓流體流。系統10的整體結構可以包 括多個數字數據處理器，其可以被配置為在客戶伺服器結構中。例如，可以經由網絡22(例 如，網際網路、無線網絡、陸上通信線等)將諸如中央伺服器23的數字數據處理器連結到其它 數字數據處理器，諸如客戶伺服器20和汙染物監測器101。可選地，可以將中央伺服器23 經由衛星系統102連結到客戶端伺服器20和汙染物監測器101。當然，其它的設計和配置 也是可能的。 在一個實施例中，汙染物監測器101可以被設計為連續地監測管道11內的流體流 12中的汙染物水平。流體流12中的汙染物可以包括液體氣溶膠、液體霧狀物、固體顆粒或 碳氫化合物凝結氣溶膠，並且可以具有不同的大小。例如，液體氣溶膠顆粒的大小可以在大 約0. 1微米到大約10微米的範圍內。液體霧狀物顆粒的大小可以在大約11微米到大約
7100微米的範圍內。另一方面，管道11內的流體流12可以是液體、氣體、或者可以具有液 體和氣體兩者的成分。例如，在一個實施例中，流體流12可以是高壓下的富天然氣(rich 皿tural gas)。 通常，富天然氣流包含在經受壓力和溫度的變化時能夠凝結為液態形式的成分。 一旦在液體流中，這些可以包括水和碳氫化合物成分的凝結顆粒可以作為尺寸在大約0. 1 至大約IO微米範圍內的氣溶膠顆粒存在。由於這些氣溶膠可能是揮發性的，它們能夠隨壓 力和溫度的輕微改變而氣化和凝結。在一個實施例中，汙染物監測器101能夠在管道壓力 和溫度下採樣和測量汙染物氣溶膠，因為它們存在於管道ll內。高壓可以是任何高於大氣 壓力的壓力。例如，在一個實施例中，管道ll內的流體流12可以被加壓為2000PSI(磅每 平方英寸)。 汙染物監測器101也可以被設計為經由網絡22向距離管道11遠程設置的中央服 務器23發送數據更新和警報通知。為此，如果汙染物水平超過預定的閾值，汙染物監測器 101能夠同時通知客戶伺服器20和中央伺服器23。在另一個實施例中，汙染物監測器101 可以只通知中央伺服器23，然後中央伺服器23通知客戶伺服器20。在其中任何一個實施例 中，中央伺服器23可以具有例如對汙染物監測器101及其數據的不受限的和連續的訪問。 中央伺服器23還可以在數據存儲器103中存儲與該流體流汙染物有關的數據，以用於參考 和比較的目的。例如，對管道ll的問題進行故障檢測或診斷。 另外，系統10能夠提供通知警報，當汙染物水平超過預定閾值時將產生該通知警 報。應該注意，可以根據應用將該預定閾值設定到不同水平。然後可以經由無線設備24、25 將該警報從中央伺服器端傳輸到客戶伺服器端。無線設備的例子包括行動電話、手持PDA、 筆記本電腦等。 在一個實施例中，系統10還可以包括探頭13，可以通過接入點(諸如閥14)將探 頭13插入具有流體流12的管道11內。在一個實施例中，探頭13可以被設計為等動態地 採樣氣體成分，例如流體流12的氣溶膠顆粒。換句話說，探頭13收集具有與管道11內的 流體流基本相似的流體速度和壓力的流體樣品。等動態的採樣方法保證了所收集的樣品能 夠具有代表沿管道11的汙染物水平的汙染物水平。 一旦被收集，流體樣品可以被探頭13 導引到汙染物監測器101中。 在另一個實施例中，探頭13可以被設計為非等動態地採樣的管道11內的流體流 12的氣體成分。例如，探頭13能夠收集具有與管道11內的流體流不同的流體速度和壓力 的流體樣品。當有必要監測各種類型的流體流或用於進行相對數據比較時，可以使用對管 道內的流體的恆定非動態採樣(Constant non-isokinetic sampling)。不管所使用的抽樣 方法如何，流體樣品能夠被探頭13導引至汙染物監測器101內。 如圖1所示，在一個實施例中，汙染物監測器101可以包括三個組件分析器15、 光纜16和處理器組件17。此配置僅僅是汙染物監測器101的一個實施例。本領域技術人 員會明白可以將子組件15、 16和17合併到單個組件單元中，或者製造為多個組件。在一個 實施例中，汙染物監測器101和/或其子組件15、16和17可以被裝入外殼。根據應用，外 殼(未示出)可以例如是1類、1或2區防爆外殼。 現在參考圖2，在一個實施例中，分析器15或顯示器101可以包括流通池27。在 一個實施例中，流通池27可以是透明的。流通池27包括入口 28、出口 30以及設置在其間
8的通道29。流通池27可以被設計為在入口 28處接收來自探頭13的採樣流體26，該流體 可以被允許通過通道29，並在出口 30處流出。在一個實施例中，通道29可以作為採樣空 間，採樣流體26可以在該採樣空間中被光源31照明以識別汙染物顆粒。
在一個實施例中，光源31可以是雷射系統或其它能夠產生聚焦光束201的光源。 光源31可以被設計為使光束201朝著流通池27內包含採樣流體26的通道29的部分通傳 播，從而當採樣流體26中的汙染物顆粒接觸到聚焦光束201時能夠產生散射光。在圖3所 示的一個實施例中，光源31可以包括能夠發射雷射輻射的紅外雷射二極體48，例如，具有 大約658納米的波長和大約50mw的功率。應該理解，雷射輻射的波長和輸出功率可以被設 計為允許被調整或調節，以用於不同的應用。光源31還可以包括聚焦透鏡49，其使得從激 光二極體48發出的光束201聚焦，並將光束201導引到流通池27的大致中心。可以包括 空間濾光器51以減小聚焦雷射束201的噪聲。在一個實施例中，光源31還可以包括1)透 鏡管44，用來將光源組件保持在一起；2)轉接器45，用於將聚焦透鏡49連接到透鏡管44 ; 和3)聚焦透鏡管46，用於保持聚焦透鏡49。 為了容納光源31，在一個實施例中，流通池27可以是管狀或矩形或任何其它幾 何形狀，並且可以對於光相對透明，從而來自光源光31的光能夠從此通過以用於隨後的分 析。為此，流通池27可以由石英材料製成。當然，可以使用其它適合的材料，例如，玻璃、塑
料或藍寶石等。 為了將流通池27固定就位，現在參考圖4，對於所要利用的高壓氣體流，可以提供 流通池組件300。在一個實施例中，組件300可以包括基座37，可以在基座37上固定流通 池27。在一個實施例中，基座37可以包括兩個基座端371，可以將流通池27固定於兩個基 座端371之間。組件300還可以包括連接杆38，用於連接兩個基座端371，並且用於將基座 端371向彼此牽拉以將流通池27固定於其間。在一個實施例中，可以利用密封墊圈39以 防止樣品流體26從流通池27滲漏。此外，可以提供轉接板42以將基座37的端部保持就 位，同時可以利用連接杆41、43以將基座37的端部固定到轉接板42。應當注意到，組件300 及其部件僅僅是用於將流通池27緊固和固定在適當位置的組件機制的一個實施例。本領 域技術人員會明白可以利用各種組件機制來固定流通池27。 仍然參考圖2，分析器15還可以包括收集透鏡組件33。收集透鏡組件33可以被設 計為收集從流通池27發出的散射光32，並且能夠將所收集的散射光導引到檢測器34。在 一個實施例中，可以經由光纜16將散射光導引到檢測器34。當然，可以使用其它已知的機 制實現將散射光導引到檢測器34，其可以不包括對光纜的使用。在一個實施例中，檢測器 34，可以被置於處理器組件17中。如圖所示5，收集透鏡組件33可以包括濾光器52、透鏡 系統54以及光纜轉接器57。如圖所示，濾光器52可以被設計為阻擋直射光，例如來自光 源31的入射雷射束，但是可以被設計為允許來自顆粒的散射光32通過濾光器52。在一個 實施例中，通過濾光器52的散射光能夠被透鏡系統54收集。在一個實施例中，透鏡系統54 可以包括相對的凸透鏡，其被設計為收集來自顆粒的向前的散射光32。應該注意到，透鏡 系統54可以有其它配置，例如單透鏡，只要該單透鏡具有雙鏡頭系統的特性。然後可以經 由光纜16由透鏡系統54將所收集的散射光導引到處理器組件17內的光學傳感器，例如檢 測器34。在一個實施例中，光纜能夠將散射光減弱到檢測器工作的靈敏度的最佳水平。在 一個實施例中，可以由光纜轉接器57將光纜16連接到收集透鏡組件33。收集透鏡組件33
9還可以包括透鏡管56，其可以具有容納透鏡系統54的可調節管部分53。為了將透鏡系統 54固定就位，可以提供保持環55以將透鏡系統54保持在組件33的可調節管部分53。可 以由鎖定機制58將可調節管53鎖定就位。當然，可以利用其它組件和機制將透鏡系統54 固定在適當位置。 現在參考圖6，在一個實施例中，監測器101的分析器15還可以包括釋放閥36，其 可以用來控制流速，並且可以當不再需要採樣流體26時從分析器15去除經分析的採樣流 器26。在離開分析器15之後，對於採樣流體26的處置可以有若干選擇。在一個選擇中，可 以利用高壓氣泵61或壓縮機在高壓下將採樣流體26重新注入回到管道11。在另一種選擇 中，可以將採樣流體26排放到大氣60中。這種選擇可能較節約成本，但所排放的樣品量可 能需要符合溫室氣體排放要求。另一個選擇可以將經分析的採樣流體26導引到低壓管道 62或火炬系統中。 圖7描繪了監測器101的經組裝的分析器15及其部件的一個實施例。如圖所示， 可以在分析器15中串聯地設置光源31、流通池27、收集透鏡組件33和光纜16。當然，可 以使用其它的設計。為了向子組件和部件零件提供支持和保護，可以提供外殼70和連接杆 71。 再次參考圖2，如上所述，監測器101還可以包括處理器組件17。在一個實施例中， 可以使處理器組件17接收來自分析器15中的收集透鏡組件33的散射光，將該散射光轉換 為數據，並在通信網絡22上將該數據分發到中央伺服器23。在一個實施例中，處理器組件 17可以包括檢測器34。檢測器34可以是光學傳感器，如光電倍增管、光電二極體或電荷耦 合裝置。檢測器34還能夠接收來自收集透鏡組件33的散射光，並將該散射光轉換為電信 號，在一個實施例中，該電信號可以與採樣流體26中的汙染物顆粒的大小成比例。可以使 用各種算法和市場上可獲得的技術來實現此目的。因此，散射光的強度可以由顆粒大小及 其折射率確定。有了這些信息，能夠根據散射光的強度確定顆粒大小。
處理器組件17還可以包括處理器35，其被設計為從檢測器34接收電信號。此後 可以將這些信號量化並轉換為與汙染物顆粒有關的數字數據。該數字數據可以包括諸如 顆粒大小、汙染物濃度和顆粒分布的信息。在一個實施例中，處理器35還能夠在通信網絡 22(可以包括網際網路)上向中央伺服器23分發數字數據以用於顯示和評估。
在一個實施例中，處理器35能夠經由無線通信設備202(例如，行動電話、衛星通 信設備、無線電廣播信號或乙太網連接)向中央伺服器23和/或通信網絡22傳遞數字數 據。在一個實施例中，通信設備202可以是處理器組件17的一部分。可選地，通信設備202 可以是處理器組件17的外部連接。 在另一個實施例中，處理器35能夠在系統10的陸上通信線或網絡連接18、19上 向LAN(諸如乙太網集線器)傳遞數字數據，可以由中央伺服器23和/或客戶伺服器20經 由網際網路或其它通信網絡22從該LAN訪問該數據。 另外，系統10可以包括通信設備24、25，例如，行動電話、PDA等。在緊急情況下， 例如當汙染物水平過高時，能夠利用中央伺服器端的行動電話24呼叫行動電話25來將該 緊急情況報告給客戶伺服器端的人員。 在圖8所圖解的另一個實施例80中，流體流12可以是低壓氣體流或高壓氣體流。 通常，在氣體流中，能夠形成液體膜81，並且液體膜81能夠沿管道11的內表面83移動。將探頭13向管道11的中間延伸過多會導致對氣態流體流12的適當的採樣，但是會使得液體 膜81未被檢測。探頭13在管道11內的適當位置能夠允許探頭13對足夠小以至於能夠被 氣態流體流12移動或夾帶在氣態流體流12中的氣溶膠、霧狀物顆粒和固體顆粒進行採樣。 對於許多類型的流體流，實際上可以將探頭13置於管道11內的任何位置以獲得流體流12 的準確的代表性樣品。然而，為了採樣氣態流體流12以及沿管道11內表面移動的液體膜 81，可以將探頭13最小程度地向管道11內延伸。例如，探頭13可以延伸到管道11內，並 被置於使得探頭13不延伸超出(或遠遠超出)管道11的內表面83的位置。液體膜81能 夠脫離管道11的內表面83，因為霧狀物和氣溶膠顆粒82可以足夠小以隨氣態流體流12移 動到探頭13中以用於隨後的檢測和測量。 再次參考圖1和圖2，在操作中，可以由探頭13連續地或周期性地等動態採樣管道 11內的流體流12。然後探頭13能夠將採樣流體26導引到汙染物檢測器101中的分析器 15。 一經進入分析器15，採樣流體26能夠被導引通過流通池27。採樣流體26能夠在入口 28處進入流通池27。由於採樣流體26行進通過流通池27中的通道29，其與雷射束201相 交並被雷射束201照明，雷射束201由光源31產生。在一個實施例中，可以將雷射束201 瞄準流通池27的大致中心位置。 相應於照明，採樣流體26中被照明的汙染物顆粒導致光32散射並從流通池27沿 各個方向發出。在一個實施例中，散射光的強度可以由顆粒大小及其折射率確定。因此，能 夠由散射光的強度計算出顆粒大小。然後收集透鏡組件33能夠收集向前的散射光32，並通 過光纜16將其導引出分析器15並導引到位於處理器組件17中的檢測器34以用於進一步 的處理。另外， 一旦採樣流體26在出口 30處離開流通池27，則可能不再需要該採樣流體 26，可以通過釋放閥36將其從分析器15釋放。 在一個實施例中，檢測器34可以包括光電倍增管、光電二極體，或兩者兼有，檢測 器34可以被置於處理器組件17中，並且能夠從光纜16接收散射光。在一個實施例中，檢 測器34將散射光轉換為模(modular)電信號，該電信號可以與汙染物顆粒的大小成比例。 然後檢測器34可以將該電信號傳遞到處理器35，處理器35能夠將該電信號量化並轉換為 與汙染物顆粒有關的數字數據。該數字數據可以包括顆粒大小、汙染物濃度和顆粒分布數 據。可以隨後利用該數字數據確定汙染物水平是否在可接受的閾值水平以上。在一個實施 例中，O. 1微米至100微米範圍內的顆粒大小能夠被識別。 此後，處理器35能夠利用乙太網連接或無線通信設備來形成到客戶伺服器20的 連接鏈路19，以便直接向客戶伺服器20傳輸數字數據以用於顯示和評估。在本發明的一 個實施例中，可以同時將該數字數據經由鏈路18和網絡22傳輸至遠程設置的中央伺服器 23。除了向客戶伺服器20和中央伺服器23傳輸數字數據外，還可以發送警報通知和緊急 情況。 在另一個實施例中，在汙染物監測器101和客戶伺服器20之間可以沒有直接的通 信鏈路19。在這種配置中，數字數據能夠在通信鏈路18上傳輸，通過網絡22，併到達中央 伺服器23。然後中央伺服器23能夠評估該數字數據以確定管道11內的汙染物水平，並且 如果有必要，則由可以在網際網路22和通信鏈路21上傳輸的報告來更新各客戶伺服器20。 同樣地，中央伺服器23能夠通知和警告客戶伺服器20緊急狀況，例如，如果汙染物閾值水 平增高到了不安全的水平。
本發明能夠用於關鍵汙染物靈敏的應用，例如，發電和超聲氣體計量等。本發明能 夠用來向用戶/客戶提供指示，該指示關於下遊設備何時可能處於被管道中的高汙染物水 平損害的危險中。本發明也可以被實施為一種服務，其向客戶提供汙染物水平的更新，以及 在汙染物水平急劇升高的情況下提供立即的警報。 本發明的優點包括遠程且連續地監測多個管道中以及距離單個中央處理器多個 位置的汙染物水平的能力。本發明的另一個優點是快速響應並提供客戶端突然升高的汙染 水平的通知以避免客戶端設備損壞的能力。 雖然已經結合具體實施例描述了本發明，將會理解，能夠進行進一步的修改。此 外，本申請旨在覆蓋本發明的任何變型、使用或修改，包括本發明相關技術領域內已知或常
用手段範圍內的對本公開內容的變更。
權利要求
一種管道汙染物監測器，包括分析器，用於用光源照明來自管道的採樣流體，並收集來自被照明的採樣流體中的汙染物顆粒的散射光；至少一個檢測器，用於根據來自所述分析器的所述散射光產生電信號；處理器，用於a)將來自所述檢測器的所述電信號轉換為與所述汙染顆粒有關的數字數據以用於評估，和b)經由通信網絡將所述數字數據分發給至少一個數字數據處理器以用於進一步處理。
2. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，還包括探頭，用於延伸到所述管道內，以 等動態地採樣所述管道內的流體以確保能夠隨後測量所述管道內汙染物的代表性的量。
3. 根據權利要求2所述的管道汙染物監測器，還包括泵，用於將所述採樣流體重新注 入所述管道。
4. 根據權利要求2所述的管道汙染物監測器，其中，所述管道內的所述流體是高壓氣 體流。
5. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，還包括探頭，用於延伸到所述管道內，以 非等動態地採樣所述管道內的流體。
6. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，還包括探頭，用於最小程度地延伸到所 述管道內，以採樣沿所述條管道內表面的位置處的流體。
7. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述分析器包括流通池，所述流通 池具有入口、出口和其間的通道，所述流通池被設計為在所述入口處接收所述採樣流體，並 導引所述採樣流體通過所述通道以允許所述流體被所述光源照明，並通過所述出口 。
8. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述分析器還包括收集透鏡，用於 收集所述散射光並將所述散射光傳遞到檢測器以用於進一步處理。
9. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述管道內的所述流體是高壓流 體流。
10. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述管道內的所述流體是低壓流 體流。
11. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述光源是雷射二極體。
12. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述檢測器是光電倍增管、光電 二極體或電荷耦合裝置。
13. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述數字數據包括顆粒分布、顆 粒大小數據和汙染物濃度。
14. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述分析器被設計為收集來自液 體氣溶膠汙染物顆粒的散射光，所述液體氣溶膠汙染物顆粒具有約O. l微米到約IO微米的 大小。
15. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述分析器被設計為收集來自液 體霧狀物汙染物顆粒的散射光，所述液體霧狀物汙染物顆粒具有約ll微米到約100微米的 大小。
16. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述分析器被設計為收集來自液 體汙染物顆粒、氣溶膠汙染物顆粒和固體汙染物顆粒的散射光。
17. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述處理器被設計為在乙太網連 接上向所述通信網絡傳輸數字數據。
18. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，其中，所述處理器被設計為在無線通信 網絡上傳輸數字數據。
19. 根據權利要求1所述的管道汙染物監測器，還包括光纜，用於將所述散射光導引至 所述檢測器。
20. 根據權利要求19所述的管道汙染物監測器，其中，所述光纜將所述散射光減弱到 檢測器工作的最佳靈敏度的水平。
21. —種監測管道內的汙染物的方法，所述方法包括用光源照明來自管道的採樣流體，以產生來自所述樣品中的汙染物顆粒的散射光； 將所述散射光轉換為代表所述汙染物顆粒大小的電信號； 將所述電信號處理為與所述汙染物顆粒有關的數字數據；以及 經由通信網絡將所述數字數據傳輸到遠程設置的數字數據處理器以用於評估。
22. 根據權利要求21所述的方法，還包括非等動態地採樣所述管道內的所述流體的步驟。
23. 根據權利要求21所述的方法，還包括等動態地採樣所述管道內的所述流體的步驟。
24. 根據權利要求23所述的方法，還包括將所述採樣流體重新注入所述管道的步驟。
25. 根據權利要求23所述的方法，還包括將所述採樣流體排放入大氣的步驟。
26. 根據權利要求21所述的方法，還包括存儲與所述汙染物顆粒有關的數字數據以用 於參考和比較的步驟。
27. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述照明的步驟包括將探頭插入所述管道內 等動態地採樣所述管道內的流體，以確保能夠隨後測量所述管道內汙染物的代表性的量。
28. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述照明的步驟包括導引所述採樣流體通過 流通池以允許所述採樣流體中的至少一個汙染物顆粒接觸來自所述光源的光以產生散射 光。
29. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述分發的步驟包括在乙太網連接上將所述數字數據傳輸到所述通信網絡。
30. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述分發的步驟包括在無線通信網絡或廣播 信號上傳輸所述數字數據。
31. —種管道汙染物監測器，包括流通池，其具有入口 、出口和其間的通道，所述流通池被設計為在所述入口處接收來自 管道的採樣流體，並導引所述採樣流體通過所述通道和所述出口 ；光源，用於將光束傳播經過包含所述採樣流體的所述通道，使得當汙染物顆粒接觸該 聚焦光束時產生散射光；以及收集透鏡，用於收集所述散射光並將所述散射光傳遞到檢測器以用於進一步處理。
32. 根據權利要求31所述的管道汙染物監測器，還包括探頭，用於延伸至所述管道內 等動態地採樣所述管道內的流體，以確保能夠隨後測量所述管道內汙染物顆粒的代表性的
33. 根據權利要求31所述的管道汙染物監測器，其中，所述光源是雷射二極體。
34. 根據權利要求31所述的管道汙染物監測器，還包括至少一個檢測器，用於將從所述收集透鏡接收的所述散射光轉換為電信號，所述電信 號與所述汙染物顆粒的大小成比例；處理器，用於根據從所述檢測器接收的所述電信號產生數字數據，並經由通信網絡將 所述數字數據分發到至少一個數字數據處理器以用於顯示和評估。
35. 根據權利要求34所述的管道汙染物監測器，其中，所述處理器在乙太網連接上將 所述數字數據傳輸至所述通信網絡。
36. 根據權利要求34所述的管道汙染物監測器，其中，所述處理器在無線通信網絡上 或在廣播信號上傳輸所述數字數據。
37. —種遠程汙染物監測系統，包括監測器，用於測量管道內的流體流的汙染物水平，並用於產生與所述流體流中的汙染 物有關的數據；遠程設置的數據處理器，其與所述監測器通信，以便從所述監測器接收數據以用於評估；第二數據處理器，其與所述遠程設置的數據處理器通信，用於接收所評估的數據。
38. 根據權利要求37所述的遠程汙染物監測系統，還包括數據存儲器，用於存儲與所 述流體流中的所述汙染物有關的所述數字數據以用於參考和比較。
39. 根據權利要求37所述的遠程汙染物監測系統，其中，所述第二數據處理器與所述 監測器通信。
40. 根據權利要求37所述的遠程汙染物監測系統，其中，所述流體流是高壓氣體流。
41. 根據權利要求40所述的遠程汙染物監測系統，其中，所述汙染物包括固體顆粒、液 體氣溶膠顆粒、液體顆粒和霧狀物顆粒中的任意或全部。
42. 根據權利要求37所述的遠程汙染物監測系統，其中，所述流體流是高壓天然氣流。
43. 根據權利要求42所述的遠程汙染物監測系統，其中，所述汙染物包括碳氫化合物 凝結氣溶膠。
44. 一種遠程汙染物監測系統，包括至少一個數字數據處理器，其連結到通信網絡，並配置為接收數據更新和通知； 至少一個汙染物監測器，其連續地監測管道內的流體流中的汙染物水平，並在所述通信網絡上分發與所述流體流中的汙染物有關的數字數據；遠程設置的數字數據處理器，其經由所述通信網絡與所述汙染物監測器和所述至少一個數字數據處理器通信，所述遠程設置的數字數據處理器訪問來自所述通信網絡的所述數字數據，並經由所述通信網絡向所述至少一個數字數據處理器傳輸與所述數字數據有關的數據更新和通知。
全文摘要
監測管道內汙染物顆粒的系統(10)和方法。所述系統可以包括探頭，用於延伸到管道內，並採樣管道內的流體，以確保能夠隨後測量管道內汙染物的代表性的量。分析器從所述探頭接收採樣流體，用光源(31)照明該採樣流體，並收集來自被照明的採樣流體中的任何汙染物顆粒的散射光。檢測器(34)從所述分析器接收散射光，並將該散射光轉換為電信號，該電信號與汙染物顆粒大小成比例。處理器(35)從所述檢測器接收電信號，將該電信號轉換為與所述汙染物顆粒有關的數字數據，並在乙太網連接或無線(24、25)信號上將所述數字數據傳輸到通信網絡，用於分發到至少一個數字數據處理器以用於顯示和評估。
文檔編號G01N21/00GK101796389SQ200780100066
公開日2010年8月4日 申請日期2007年6月28日 優先權日2007年6月28日
發明者大衛·布恩斯, 梅安華, 馬克·斯科特 申請人:派瑞設備公司