專利名稱：測量反應器內部溫度的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測定高溫高壓下的反應器的溫度的裝置。更具體地，本發明涉及在把光學高溫計置于遠離反應器的位置來測定氣化裝置的溫度。
在如煤或焦炭之類的碳氫燃料氣化中，例如顆粒形式與氧化氣體一起供入氣化反應室。顆粒燃料與氧化氣體反應產生出原料合成氣體，其從氣化器中排出作進一步處理。在反應室中的過程不僅產生有用的氣體，也產生了渣，渣的成分很大程度上取決于燃燒的燃料。由于這種目的的氣化器必須在高溫高壓下工作，這一點是工業中已知的，因此燃燒室中的狀態必須總是監控著。
一般，氣化器裝有一個或多個溫度監控裝置。其中一種裝置是熱電偶，多個熱電偶可以設置成穿過氣化反應器的耐火爐襯壁。這樣做使比較脆的熱電偶接點借助薄層耐火材料免受反應器室內的環境影響。因此，熱電偶不直接傳感出反應溫度，而是對傳送過反應室的耐火材料層的熱的反應。應明白，由于熱傳導固有的滯后作用，因此熱電偶對反應器中的溫度變化的反應有一段滯后。這一點在氣化器起動時特別突出，這時反應開始導致迅速的溫升，這一溫升必須測出以便確認反應已開始。另外，熱傳導滯后影響氣化器正常工作時熱電偶對工作狀態變化的響應。
作為熱電偶的替換方案，有時用光學高溫計測定反應溫度，光學高溫計裝在反應器外，通過通常從光學高溫計延伸到反應室中的氣體清洗觀察管來進行觀察。
光學高溫計監控溫度的一個主要弱點是保持觀察管不受妨礙方面碰到的困難。由于在反應室中的氣氛特點是迅速旋流的帶顆粒的氣體，因此很可能妨礙觀察。另外，由于在燃料中的非氣化材料生成的渣也類似地繞反應室旋流，與后者的壁接觸。在朝氣化器下端重力沉降的過程中，渣通常有粘到反應室壁的傾向。粘附的渣及旋流的顆粒干擾設在反應室壁中的光學高溫計觀察管的工作。另外，在氣化器起動程序中，燃料在加入氧化劑之前加到反應器中。根據情況及加的燃料，例如煤水漿有未反應的燃料妨礙光學高溫計的觀察管的增加的傾向。
或者，如果非生產廢氣(例如氮氣之類的惰性氣體)用作清洗氣體，來自反應室的產品會稍微被光學高溫計的清洗氣體稀釋。如果氣化器正制造化學過程的合成氣體，出現稀釋氣體是不可接受的。
為了保持進入高壓反應器的透光的觀察通道及反應容器的壓力真實性，要求包括精制的高壓觀察玻璃的光學通道部分。例如，在煤氣化的情況下，用一個氣體清洗的觀察玻璃組件(例如參見US5,000，580)來保持觀察玻璃沒有熔渣及繞反應器內部旋流的固體顆粒。由于安全的原因，與一個緊急關閉系統相連的關斷閥也用來防止在觀察玻璃破裂時經光學通道口的降壓。
當前的光學觀察口是有效及可靠的。但是，它們很昂貴，它們加入對過程的附加的安全的考慮(因為有觀察玻璃破裂的稍微的可能性)，并且要求的清洗氣體有時是反應器產品中的不希望的稀釋劑。另外，由于尺寸關系，使它們難以通過單一的光學通道來得到多于一個過程測量。但是，現代的過程安全系統常要三重的多余度測量。
在某些情形下，通過使用氣化過程本身的元件可消除復雜的高壓觀察玻璃和光學通道清洗系統。例如，在天然氣氣化中，其中使用雙流過程噴射器，氧矛提供了完全不受妨礙的進入反應室的圓形橫截面的觀察通道。流動的氧氣本身用作清洗氣體。而且，在過程噴射器的出口的反應區整個是氣態的，沒有東西(固體或液體顆粒)會妨礙進到反應室內部的光學通道。US5,281,243示出了通過過程供料噴射管氧矛測量氣化器溫度的一個方案。
雖然US5,000,580和5,281,243的發明是成功的，本發明通過消除光學部分窗戶而簡化光學通道大大地改進測量氣化器溫度的能力。另外，本發明使測量系統更加結實及耐用，同時允許測量者得到以前不可能的三重多余度的溫度測量。
本發明總的涉及一種使用光學高溫計測量反應器溫度的裝置。這種裝置的一個實施例包括一個供料噴射器、一個盲法蘭、一個光導管、一個壓力密封裝置、一個光接頭、一個光學聚焦裝置和一個光學高溫計。供料噴射器包括一個有開口的噴射器頭，噴射器頭與供料進口及法蘭連接器是流體連通的。盲法蘭的尺寸設成可裝在供料噴射器的法蘭連接器上形成一個耐氣壓的密封。壓力密封裝置裝在盲法蘭上使得光導管可穿過盲法蘭和光導管的光接收端延伸入供料噴射器中使得光導管的光接收端與供料噴射器頭的開口光學連通。光接頭起到光導管的光傳送端到光纜和光學高溫計之間的光連接的作用。
在一個優選實施例中，裝置還包括一個第二光導管；第二光導管具有光接收端和光傳送端；一個第二壓力密封裝置，裝在盲法蘭中使得第二光導管可穿過盲法蘭和光導管的光傳送端與供料噴射器頭的開光學對齊；和一個第二光接頭，把第二光導管的光接收端與第二光纜連接起來。在光學高溫計中的一個相干光源與光導管光學連接使光穿出光源，穿過第二光纜到第二光導管的光接收端，穿過第二光導管從光導管的傳送端穿出及從噴射器頭的開口中穿出。第一光導管的接收端光學對齊以接收由第二光導管傳送的由噴射器頭的開口穿出的相干光的反射光。在一個實施例中，光導管可以是蘭寶石棒或蘭寶石光導纖維。或者光導管可以是金屬涂覆的石英光纖。
下面參照附圖詳細說明本發明，附圖中

圖1是在本發明一個實施例中供料噴射器氧矛的示意的剖面圖；圖2是在圖1的實施例中用的光學通道的反應器端部的放大圖；圖3是本發明第二實施例的示意的剖面圖；圖4是在圖3所示的盲法蘭36中的六個壓力密封接頭的位置的布置的頂視圖；圖5是結合一個氮氣緩沖室的本發明第三實施例的示意的剖面圖；圖6是用于穿過反應器側壁的本發明第四實施例的示意的剖面圖7是本發明的第五實施例的示意的剖面圖，其中測溫插管與反應器環境接觸；圖8是本發明的第六實施例的示意的剖面圖；圖9是圖8所示實施例中穿過氮氣清洗室的光導纖維的放大圖。
參見附圖，圖1示出本發明一個實施例中過程供料噴射器氧矛2的示意的橫剖面圖。過程供料噴射器由因康(Inconel)600或其它的合適的材料制造。焊接的頸部法蘭4連接在氧矛的頂部，在氧矛的底部連接一個噴射器頭6。氧氣或其它的合適的氧化劑通過與噴射器頭流體連通的氧化劑進口管8導入。雖然示出是一個T形接頭，但是對本專業技術人員，其它的實施例也是明顯的。一個盲法蘭10的普通方式與焊接的頸部法蘭連接并密封其。
盲法蘭連接一個壓力密封接頭12，在裝上盲法蘭時，該接頭與過程供料噴射器氧矛的中心軸線對齊。這種連接可以是螺紋連接(如圖示)或是把壓力密封接頭連到盲法蘭上的其它合適裝置，使得連接是耐久的，并是耐壓力及溫度的。壓力密封接頭包括一個壓力密封體14，一個壓力密封座16，一壓力密封劑17，一壓力密封隨動件18和一個壓力密封蓋20。壓力密封接頭用于通過插入一個或多個光導管22產生一個光學通道。在本實施例中，一個光學高溫計配兩個共六個光導管用來形成在過程供料噴射器氧矛內部和在盲法蘭外部區域之間的壓力阻擋層。各光導管應該是與光學高溫計測量系統光學相容的，和可經受過程噴射器氧矛內部的環境。在一個實施例中，蘭寶石棒用作光導管，但是根據遇到的條件及光學高溫計使用的光的波長，其它的材料(如金屬涂覆的光導纖維或其它的類似材料)也可用作光導管。這種材料的選擇應該是對本專業技術人員很清楚的，并能通過反復試驗方便地確定。
本實施例的光導管有兩端，一個聚焦端24和一個光導纖維連接端26。光導管(圖2)的聚焦端是暴露在過程噴射器內部和用來對光學高溫計用的光聚焦及收集的測定反應器的溫度的端部。如果可能，光導管的聚焦端可以修改成不使用分開的鏡頭而改變數值孔徑，盡管使用鏡頭也是在本發明范圍之內。裝上光導管的光導纖維連接端使其能與光纜28作光學連接。柔性的光纜依次又與光學高溫計(未示出)作光學連接。在所述的實施例中，使用一個激光基的光學高溫計使得一個光導管(傳送光導管22a)與激光源作光學連接，而第二光導管(探測光導管22b)與光學高溫計探測器作光學連接。在這一實施例中，從光學高溫計的激光源發出激光脈沖，通過柔性光纜28a及進入光導管22a和從光導管22a送出，進入反應器。反應器壁把激光反射返回到探測光導管22b，在該處穿過光導管及光纜28b到光學高溫計探測器。另外，熱反應器壁發出的紅外輻射也經由光導管22b和光纜28b被光學高溫計探測出。激光基的池學高溫計使用測量反射的激光脈沖來確定反應器壁的輻射率。已知反應器壁的輻射率，可從輻射率及測量由熱反應器壁發出的探測到的紅外輻射可計算出反應器的溫度。
在圖1所示的實施例中，使用三對光導管(總數為六個)以便得到三重的多余度。為清楚起見，六個光導管中四個未在圖1中示出。
圖3示出本發明的另一實施例。在所示的實施例中，各光導管有自己的壓力密封接頭30，而不是像上面實施例中多個光導管配一個壓力密封接頭。所有管道及法蘭元件是通常的并由可與裝置相容的材料制成。另外，插入了一個筒管段32以便在供料噴射器氧矛中提供附加的空間用于補充的光學元件。補充的光學元件包括一個隔光管34，連到盲法蘭36的底部。隔光管的作用是對用于測定反應器溫度的激光速聚焦。如所示，隔光管是一根與氧相容的材料制的管，其中已裝了一個小的圖像鏡頭38。圖像鏡頭把激光束聚焦在光導管的端部上。鏡頭由蘭寶石制成，它也可由石英或其它高溫透光材料之類的合適材料制成。保持裝置，如保持環、保持襯套等可用于把鏡頭安裝在隔光管不與盲法蘭連接的端部內或其上。
圖4示出在盲法蘭的六個壓力密封接頭位置的布置的頂視圖。同樣數目的壓力密封接頭相互光學連接并與同一光學高溫計連接。用于傳送光導管的壓力密封接頭在序號后加“a”，而相應的接收光管的壓力密封接頭在序號后加“b”。所示的布置是一個可能的布置，本專業技術人員會很方便地作出其它替換的布置，這些布置也都落在本發明的范圍內。
圖5示出本發明的另一實施例。除了圖3所示的筒管段，還加了一個安全緩沖室50。安全緩沖室與壓力氮氣源51相連使得不太發生的在夾持光導管的壓力接頭泄漏情形下，沒有氧氣會漏出。相反的，在安全緩沖室中的氮氣壓力高于氧氣的壓力，任何泄漏會導致少量的氮氣漏入反應器中。安全警報系統52監視安全緩沖室的壓力，和在到安全緩沖室的氮氣管道中的零流量狀態。如果在室中的壓力降低或探測出氮氣流動，會致動一個警報來警告反應器的操作者。如所示，安全緩沖室可以是一個T形接頭，其中T形的一個分叉與盲法蘭連接，該盲法蘭依次又與高壓氮氣源及如上所述的探測泄漏的警報系統連接。T形的另一分支與一個盲法蘭連接，該法蘭裝上以接收多個(示出為六個)高壓密封裝置54，各密封裝置54允許柔性光纜56從安全緩沖室外面穿到安全緩沖室里面。纖維光接頭59把外部的光纜56與在安全緩沖室里面的柔性光纜58圈連接起來。這些內部的光纜58圈便于拆裝。圖4中也示出三個外部的光學高溫計裝置60，這些裝置60給反應器控制室提供三個溫度輸出值使系統有三重多余度。
這里應該明白本發明上述實施例的重要特點是1)使用過程供料噴射器氧矛作為進入氣化器的熱的高壓的不利環境中的清洗的觀察通道；2)使用光纖元件提供穿過過程噴射器的盲法蘭上的高壓密封或系列密封件的光學通道；和3)認識到一當在供料噴射器氧矛內，要求一些最后的光學元件通過在供料噴射器氧矛出口的小孔對光學高溫計光學系統聚焦。該最后的光學元件可以直接設在光導纖維的端部，或在過程噴射器內安裝附加的鏡頭。光學系統設計專業的技術人員可作出必要的工程細節來達到要求的結果，這是一個剛性的，很好支承的最后的光學聚焦系統。這種系統不僅提供光學高溫計的可見的清洗的光學通道，而且也提供高可靠的壓力密封。
應該注意，雖然附圖示出只一根光導纖維通過的一個高壓光纖密封，應明白同樣的基本原理可方便地延伸到帶有多個供料通道的單一壓力密封裝置以容納多個傳感器。事實上，商業上可得到的高壓光纖密封件也設有三、四或多對供送通道。這樣，人們可方便地安排光學高溫計，其中一個光纖通道用于把一脈沖的激光束發送到反應器，而第二通道用來測量反射的激光脈沖和測量熱反應器產生的紅外輻射。三對光纖供料通道可對使用瞄準通過氣化器過程噴射器的供料噴射器氧矛的激光基光學高溫計提供三重多余度的溫度測量的通道。
圖6示出為何本發明適于在沒有含清洗觀察管的氣體供料的氣體近程供料噴射器的反應器容器情形下與有天然氣氣化裝置的過程噴氧管的情形一樣。如圖所示，耐火材料爐襯的高溫高壓反應器402的壁有一熔渣層403沿著反應器壁向下延伸。耐火材料爐襯404幫助保持反應器中的熱和金屬外壁405提供反應器的結構整體性。在反應器的金屬外壁405上連著一個法蘭連接件406，在其上連接著一個安全球閥408。US5,000,580說明了完全球閥408的使用和工作，該專利結合作為參考文件。安全球閥是選擇性地設置的，但是其可提供附加的安全水平和允許不必關閉反應器而對本發明的光學高溫計裝置進行維護。筒管段410用來對光導管的聚焦端上的光導管414和聚焦元件412提供足夠的空間。筒管段410還連著一個高壓氮氣進口411，該進口允許透光的清洗氣體進入光學通道417。氣體流用來保持光學通道沒有渣或其它會聚積的材料。光導管414的主壓力密封裝置413穿過定位板415，其是把筒管段與氮氣緩沖室420連起來的法蘭壓縮板接頭的一部分。高壓氮氣由穿過盲法蘭426的高壓氮氣管424提供到氮氣緩沖室420。通過監控進入氮氣緩沖室的氮氣的壓力及流動，可測出有無泄漏。在光導管414的光纖連接端，一個纖維光學連接器416把柔性的光纜418與光導管連接起來。柔性光纜穿過氮氣緩沖室和經由盲法蘭428中的第二壓力密封接頭422引出。光學高溫計裝置(未示出)與光纜連接和測定反應器的溫度。
在本實施例中，氮氣作為清洗介質通過氣體進口411引入，氮氣流保持觀察通道清楚。在光學高溫計的光學通道口要觀察的氣化器由煤或小塊炭之類的含灰(成渣)的供料情形下運行時，可使用比率(雙波長)光學高溫計，因為它們減小了積渣引起的觀察管孔的逐漸阻塞作用的敏感性。本專業技術人員會注意到圖6超出上述的基本的三特點的概念，和示出為何人們可以使用一些想法以提供光學通道，甚至在不能或不希望向下觀察過程噴射器的中心通道的情形下提供光學通道。
圖7示出本發明的另一實施例。如圖所示，帶耐火材料爐襯的高溫高壓反應器502的壁有沿反應器壁向下延伸的熔渣層503。耐火材料爐襯504幫助把熱保持在反應器中，壁501提供了反應器的結構整體性。在反應器的金屬外壁501上連著一個法蘭壓縮板接頭506，其包括一個主清洗環505。主清洗環上連著一個高壓氮氣進口507，又穿出主清洗環出口508通過主清洗環套509，主清洗環套509由測溫插套530和法蘭接頭形成，以便移去可能積聚在測溫插套端的渣。法蘭壓縮接頭連著一個筒管段510，在筒管段510中有光導管514的聚焦端和聚焦元件512。筒管段510還連著一個氮氣管511，該管提供壓力氮氣形成一個第一氮氣緩沖區。到該第一氮氣緩沖區的氮氣壓力及流動可以監控使得如果發生漏泄則可以測出并作出正確的動作。在筒管段遠離主氮氣清洗環505的另一端有一個第二法蘭壓縮接頭519，其中一個定位板515包括一個光導管的主壓力密封裝置513。第二接頭壓縮法蘭還連著一個與上述類似的氮氣緩沖室520。在氮氣緩沖室中，光導管514通過纖維光學連接器516與柔性的光纜作連接。在穿過第二壓力密封裝置522后，柔性的光纜518與光學高溫計(未示出)作光學連接，使得可以測量測溫插套的溫度。與上述的氮氣緩沖室一樣，高壓氮氣管524提供氮氣，并且也允許監控可能發生的泄漏。
在本實施例中，不使用進入氣化器內部的透光的光學通道。代之，通過光導纖維觀察到測溫插套530的內表面。測溫插套是通常用于熱電偶插入高溫的環境中的一個保護套管。在這種情形下，雖然也可以用其它的合適材料，但這里使用例如TZM合金鉬之類高熱傳導及很結實的測溫插套材料。由于測溫插套有高的傳導性，端部將達到接近氣化器內部溫度的溫度。在光學高溫計的光纖聚焦在熱端的內部的情形下，該熱端可機加工成黑體腔的形式，光學高溫計將檢測到很接近反應器內部溫度的溫度。
要解釋一下本概念的一些特點。從機械上說，測溫插套和各種帶法蘭的段裝配成使得整個組件成為一個小的壓力密封的容器，可以加壓到比氣化器中更大的壓力。這通過氮氣進口管511完成，這達到了兩點。第一，它隔離及保護光免受氣化器內部臟的環境的影響。第二，在泄漏或在測溫插套中的主決口的情形下，“二次”氮氣開始流進氣化器，而不是熱的臟的合成氣體流出朝著光線流。這在兩個方面是很好的。第一，光可保持清潔，第二并且更重要的是必定防止熱氣體通過容器噴嘴降壓，這是會導致著火和嚴重的容器損壞的事件。主氮氣通過管507導入的主要理由是保護鉬測溫插套免受氣化器預熱時的氧化作用。在起動后氣流關閉，而在停止運轉后再打開氣流。在這些期間中使用低流速以便減小對測溫插套的冷卻作用。主氮氣清洗可以周期地用脈沖輸送以便把積聚的渣從測溫插套的端部吹走，這使測量更加敏感。最后，通過管524引入的緩沖氮氣用作背壓安全特點，緩沖氮氣設在比二次氮氣及氣化器中的壓力更高。在不太發生的測溫插套和通過光導管上的主壓力供送泄漏的情形下，緩沖氮氣會流入氣化器，防止光的損壞及氣化器通過光學通道口的降壓。
雖然可以使用激光基的光學高溫計，也可以用圖6、7所示的光學通道口及雙波長光學高溫計。每當人們需要測量目標的溫度，該目標又會周期地成為被中間材料部分阻塞住時，使用雙波長光學高溫計是更需要的。
圖8是本發明另一實施例的剖面圖，其與現時用在氣化裝置中的供料噴射器氧矛連接。如所示，焊接的連接筒管段600通過普通的雙頭螺栓604、螺帽及壓縮環607結構與已按照本發明改型的盲法蘭608連接。在盲法蘭面向焊接的連接筒管段一面。由固定螺釘固定著一個聚焦鏡頭筒610。在聚焦鏡頭筒里面是聚焦鏡頭室612，其中由聚焦鏡頭環614安裝多個聚焦鏡頭613。聚焦鏡頭也可以由合適的透光的材料制成，如蘭寶石、石英或其它耐高壓的材料。聚焦鏡頭室的尺寸使得室的另一端可容納主壓力密封裝置615，光導管616穿過其中。主壓力密封裝置本身固定到盲法蘭板上和詳細示于圖9。光導管穿過一個壓力氮氣緩沖室617，該室包括一個盲法蘭及一個氮氣壓力蓋618。氮氣壓力蓋焊到盲法蘭板608上。它還由密封法蘭固定螺釘620與一個密封法蘭619連接。氮氣通過氮氣進口621供到氮氣緩沖室。可以監控進出氮氣緩沖室的氮氣壓力和流動來確定是否有漏泄。第二壓力密封裝置622穿過氮氣壓力蓋，該密封裝置允許光導管本身穿過氮氣壓力蓋而不會對系統的壓力整體性有負面影響。在穿過第二壓力密封裝置后，纖維光連接器623把光導管與光纜624連接起來。光纜本身與可安裝在遠處的光學高漫計(未示出)連接。一個內保護襯套625保護光連接不受負面損傷或斷裂，內保持襯套與氮氣壓力蓋的密封法蘭作可拆的連接。外保護襯套626提供了附加的安全保護避免氮氣壓力蓋的不可逆轉的損壞，該襯套與盲法蘭的面作可拆的連接。
圖9示出光導管穿過的壓力氮氣室700的一部分。如所示，盲法蘭702裝有一個主壓力密封裝置704，使光導管706(這里是光導纖維)可穿過盲法蘭。主壓力密封裝置包括一主體710、一個光導纖維T-壓蓋712、T-壓蓋墊片714、和一個壓縮螺帽713。該密封裝置還使用一個可壓碎的密封劑711(如熔巖密封劑或其它抗高溫密封劑來保證耐溫耐壓的密封。光導管穿過壓力氮氣緩沖室及隨后通過第二壓力密封裝置718穿過氮氣壓力蓋716。類似主壓力密封裝置，第二壓力密封裝置包括一主體720、一個光導纖維T-壓蓋722、T-壓蓋墊片724、一個壓縮螺帽723和可壓碎的密封劑721來維持系統的整體性。如前面提到的，主壓力密封裝置的尺寸和形狀設成能插入聚焦鏡頭筒中的聚焦鏡頭室中。另外，主壓力密封裝置的長度使聚焦鏡頭可把進出的激光脈沖聚焦在光導纖維的端部。第二壓力密封裝置的結構應使得一個纖維光連接器729可把光導纖維的光導纖維連接端與柔性光纜728作光學連接。
在該具體實施例中，已發現優選地是把金屬包覆在光導纖維上。相信金屬包覆幫助防止在高壓密封裝置中產生的熱機械力引起的光導纖維的應力斷裂。金屬包覆層可以是用以涂覆光導纖維的任何合適金屬，并能與在反應器中發出的過程的條件和要求相容的。在一個優選實施例中，金屬包覆層選自鋁、金、鉑、銀、銅和這些金屬的結合和合金，更優選地為金包覆層。
通過上述公開，本專業技術人員應明白本發明包括一種測量反應器溫度的裝置。這種裝置包括一個供料噴射器、一個盲法蘭、一個光導管、一個壓力密封裝置、一個光接頭、一個光學聚焦裝置的一個光學高溫計。供料噴射器包括一個有開口的噴射器頭，噴射器頭與供料進口及法蘭連接器是流體連通的。盲法蘭的尺寸設成可裝在供料噴射器的法蘭連接器上形成一個耐氣壓的密封。壓力密封裝置裝在盲法蘭上使得光導管可穿過盲法蘭和光導管的光接收端延伸入供料噴射器中使得光導管的光接收端與供料噴射器頭的開口光學連通。光接頭起到光導管的光傳送端到光纜和光學高溫計之間的光連接的作用。
在一個實施例中，裝置還包括一個第二光導管；第二光導管具有光接收端和光傳送端；一個第二壓力密封裝置，裝在盲法蘭中使得第二光導管可穿過盲法蘭和光導管的光傳送端與供料噴射器頭的開口光學對齊；和一個第二光接頭，把第二光導管的光接收端與第二光纜連接起來。在光學高溫計中的一個相干光源與光導管光學連接使光穿出光源，穿過第二光纜到第二光導管的光接收端，穿過第二光導管從光導管的傳送端穿出及從噴射器頭的開口中穿出。第一光導管的接收端光學對齊以接收由第二光導管傳送的由噴射器頭的開口穿出的相干光的反射光。在一個實施例中，光導管可以是蘭寶石棒或蘭寶石光導纖維。或者光導管可以是金屬涂覆的石英光纖。
本發明的另一個實施例包括一個使用光學高溫計測量高溫高壓下的反應器的溫度的裝置。這一實施例可包括一個焊接的連接筒管段，具有一個反應器連接端和一個光學高溫計連接端；和一個盲法蘭，盲法蘭有一個反應器面和一個光學高溫計面，其中盲法蘭的反應器面的尺寸設成可裝在焊接的連接筒管段的光學高溫計連接端。在盲法器的反應器面裝至少一個主壓力密封裝置。主壓力密封裝置的作用是允許光導管通過盲法蘭而不會干擾盲法蘭連接的壓力整體性。光導管本身有一個光接收端和一個光傳送端，光導管借助主壓力密封裝置穿過盲法蘭。這樣使光導管的光接收端定位以接收從反應器內發出的光。一個聚焦鏡頭筒可連接在盲法蘭的反應器面上，聚焦鏡頭筒的尺寸應該使它可插入焊接的連接筒管段。聚焦鏡頭室內固定著一個聚焦鏡頭使得聚焦點在光導管的光接收端附近。一壓力蓋具有帶槽的反應器面，與盲法蘭的光學高溫計面形成一個壓力氣體室。在壓力蓋的光學高溫計面裝著至少一個第二壓力密封裝置，其放置成使得光導管從主壓力密封裝置穿出，穿過壓力氣體室和穿過第二壓力密封裝置。壓力蓋還有至少一個氣體進口，與氣體源及壓力氣體室流體連接，以便把壓力氣體供到壓力氣體室中。一個密封法蘭具有一個反應器面固定對著壓力蓋的光學高溫計面使得它形成連接一個保護套管的基座，該套管保護光導管和柔性光纜之間的連接在整個裝置搬運中免受損壞。密封法蘭具有一個開口使得第二壓力密封裝置可穿過密封法蘭。具有一個反應器端及一光學高溫計端的柔性光纜與光導管的光傳送端光學連接，光導管的光傳送端已穿過第二壓力密封裝置。光纜的光學高溫計端與光學高溫計光學連接。在一個優選實施例中，使用至少兩個光導管。第一光導管用于把相干光傳入反應室和第二光導管用于接收傳送入反應器的相干光的反射光及由反應器壁的熱量產生的紅外輻射，以便測定反應器的溫度。在上述各實施例中，光導管可以是蘭寶石棒或蘭寶石光導纖維，或優選地光導管可以是金屬涂覆的石英光纖。
雖然已參照了優選實施例說明了本發明的結構和方法，本專業技術人員會明白上述實施例可加以變化而不超出本發明的概念和范圍。對本專業技術人員清楚的這些類似的替換和修改都應看作落在如下面權利要求書所限定的本發明的范圍及概念內。
權利要求
1.一種裝置，包括一個供料噴射器，所述的噴射器包括有一個開口的噴射器頭，噴射器頭與供料進口和一個法蘭連接器流體相通，所述的法蘭連接器與供料噴射頭的開口對齊；一個盲法蘭，其尺寸可裝在所述的噴射器的法蘭連接器中形成一個抗氣壓的密封；一個光導管，具有一個光接收端及一個光傳送端；一個壓力密封裝置，裝在盲法蘭中使得光導管可穿過所述的盲法蘭，和光導管的光接收端與供料噴射器頭的開口光學對齊；一個光學高溫計，與光纜作光連接。
2.按照權利要求1的裝置，其特征在于還包括一個第二光導管，所述的第二光導管有一個光接收端和一個光傳送端；一個第二壓力密封裝置，裝在盲法蘭中使得第二光導管可穿過所述的盲法蘭，和所述的光導管的光傳送端與供料噴射器頭的開口光學對齊；一個第二光接頭，所述的光接頭把所述的第二光導管的光接收端與第二纖維光纜連接起來；一個在光學高溫計中的相干光源，所述的相干光源與所述的第二纖維光纜光連接使得所述的光穿出光源，通過第二纖維光纜到所述的第二光導管的光接收端，再通過第二光導管從所述的光導管的光傳送端穿出，及從在所述的噴射器頭的開口穿出；和其中所述的第一光導管的接收端是光學對齊以接收由第二光導管傳送的從噴射器頭的開口穿出的相干光的反射光。
3.按照權利要求1的裝置，其特征在于所述的光導管是蘭寶石棒或蘭寶石光導纖維。
4.按照權利要求1的裝置，其特征在于還包括一個隔光管，具有第一及第二端，所述的第一端與所述的盲法蘭的反應器面剛性連接，所述的第二端與所述的供料噴射器頭的開口光學對齊；和一個圖像鏡頭，所述的鏡頭設在隔光管中，在所述的第一端和第二端之間使得所述的鏡頭的聚焦點在所述的光導管的光接收端附近。
5.一個用來測量反應器溫度的裝置，包括一個供料噴射器，包括一供料噴射器頭，所述的噴射器頭有開口與焊接的頸部法蘭光學對齊；一個筒管段，具有一反應器端及一光學高溫計端，所述的反應器端與所述的供料噴射器的焊接的頸部法蘭連接；一個壓縮板，所述的壓縮板具有第一和第二面，所述的第一面形成與所述的筒管段的光學高溫計端的一個耐壓密封；一個光導管，具有第一端和第二端，一個主壓力密封裝置，所述的密封裝置剛性固定在所述的壓縮板的第二面，其中所述的主壓力密封裝置允許所述的光導管穿過所述的壓縮板；一個隔光管，具有一第一端和一第二端，所述的第一端與所述的壓縮板的第一面連接，所述的第二端與所述的供料噴射器頭的開口光學對齊；一個圖像鏡頭，所述的鏡頭設在所述的隔光管的第一端和第二端之間使得所述的鏡頭的聚焦點在所述的光導管的第一端附近；一個安全緩沖室，以氣密連接的方式與壓縮板連接，所述的安全緩沖室容放至少一根具有第一端和第二端的柔性光纜，所述的柔性光纜的第一端形成與所述的光導管的第二端的光連接，其中所述的安全緩沖室包括至少一個第二壓力密封裝置，所述的第二壓力密封裝置允許所述的柔性光纜穿出所述的安全緩沖室和允許所述的柔性光纜的第二端與一個光學高溫計連接。
6.按照權利要求5的裝置，其特征在于還包括一個第二光導管，所述的第二光導管具有第一端和第二端；一個第二壓力密封裝置，裝在所述的壓縮板中，使得所述的第二光導管的第一端可穿過所述的壓縮板；一個第二隔光管，具有第一端和第二端，所述的第二隔光管的第一端與所述的壓縮板的第一面連接，和所述的第二隔光管的第二端與所述的供料噴射器頭光學對齊；一個第二圖像鏡頭，所述的鏡頭設在所述的隔光管的第一端和第二端之間使得所述的鏡頭的聚焦點在所述的第二光導管的第一端附近；一個第二光接頭，所述的光接頭把所述的第二光導管的第二端與第二纖維光纜連接起來；一個在光學高溫計中的相干光源，所述的相干光源與所述的第二纖維光纜光連接使得所述的光穿出光源，通過第二纖維光纜到所述的第二光導管的光接收端，再通過第二光導管從所述的光導管的光傳送端穿出，穿過第二圖像鏡頭和從在所述的噴射器頭的開口穿出；和其中所述的第一光導管的接收端是光學對齊以接收由第二光導管傳送的從噴射器頭的開口穿出的相干光的反射光。
7.按照權利要求6的裝置，其特征在于所述的安全緩沖室與一個高壓氮氣源連接使得所述的安全緩沖室有比所述的反應器更高的壓力；還有一個安全警報系統監控到所述的安全緩沖室的氮氣的壓力和流動以便探測在所述的安全緩沖室和所述的壓力密封接頭中的泄漏。
8.一種用來測定反應器的溫度的裝置，其中所述的反應器具有一外壁，所述的外壁裝置一個法蘭連接件，光學通路通過所述的法蘭連接件進入所述的反應器的里面，所述的裝置包括一個筒管段，具有第一和第二端，所述的第一端與所述的法蘭連接件連接，其中所述的筒管段連著一個高壓惰性氣體進口以提供高壓惰性氣體來維持到反應器內部的光學通路；一個壓縮板，具有一反應器面和一個光學高溫計面，所述的反應器面形成與所述的筒管段的第二端的氣密密封，至少一個光導管，所述的光導管具有第一端和第二端；至少一個主壓力密封裝置，固定在所述的壓縮板的反應器面上，所述的主壓力密封裝置允許所述的光導管可穿過所述的壓縮板使得所述的光導管的第一端與所述的反應器的里面連通；至少一束柔性的纖維光纜，具有一第一端和一第二端，所述的柔性光纜的第一端與所述的光導管的第二端作光學連接，而所述的柔性光纜的第二端與一個光學高溫計作光學連接。
9.按照權利要求8的裝置，其特征在于還包括一個氮氣緩沖室，所述的氮氣緩沖室與壓縮板的光學高溫計面連接，和其中所述的室允許柔性的纖維光纜穿過所述的室和經過第二壓力密封裝置從所述室穿出。
10.按照權利要求9的裝置，其特征在于還包括一個安全球閥，所述的安全球閥位于在所述的筒管段和在所述的反應器的外壁的法蘭連接件之間，使得所述閥的關閉使進入反應器的里面的光通路關斷。
11.一種使用光學高溫計測量在高溫和高壓下的反應室的溫度的裝置，包括一個焊接的連接筒管段，具有一個反應器連接端和一個光學高溫計連接端；一個盲法蘭，所述的盲法蘭，具有一個反應器面和一個光學高溫計面，其中所述的盲法蘭的反應器面的尺寸定成可裝在焊接的連接筒管段的光學高溫計連接端，和其中在所述的反應器面上裝著至少一個主壓力密封裝置，一個光導管，具有一個光接收端和一個光傳送端，所述的光導管借助主壓力密封接頭穿過所述的盲法蘭，因此所述的光接收端設成可接收從反應器里面發出的光；一個聚焦鏡頭筒，與所述的盲法蘭的反應器面連接，其尺寸使得它可插入所述的焊接的連接筒管段，所述的聚焦鏡頭筒具有至少一個聚焦鏡頭室，其尺寸和位置設成使得所述的盲法蘭的反應器面上的主壓力密封裝置插入所述的聚焦鏡頭室，和其中所述的聚焦鏡頭室內固定著一個聚焦鏡頭，所述的聚焦鏡頭放在所述的聚焦鏡頭室中使得所述的聚焦點在所述的光導管的光接收端附近；一壓力蓋，具有一反應器面和一光學高溫計面，所述的反應器面中有一通道使得所述的壓力蓋的凹槽和所述的盲法蘭的光學高溫計面形成一個壓力氣體室，和其中在壓力蓋的光學高溫計面上裝著至少一個第二壓力密封裝置，其設置成使得光導管從主壓力密封裝置穿過壓力氣體室及第二壓力密封裝置，和壓力蓋有至少一個氣體進口，與氣體源及壓力氣體室流體相通使得把壓力氣體供到壓力氣體室；一個密封法蘭，所述的密封法蘭具有一個反應器面及一個光學高溫計面，所述的反應器面固定對著所述的壓力蓋的光學高溫計面使得它形成保護所述的光導管和所述的柔性光纜之間的連接的基座，和所述的密封法蘭具有一開口使得所述的第二壓力密封裝置可穿過所述的密封法蘭；和一個柔性光纜，具有一反應器端及一光學高溫計端，所述的柔性光纜的反應器端與所述的光導管的光傳送端光學連接，所述的光導管的光傳送端穿過所述的第二壓力密封裝置，和所述的光學高溫計端與一個光學高溫計作光學連接。
12.按照權利要求11的裝置，其特征在于至少設置兩個光導管，所述的第一光導管用來把相干光傳送入反應器中，所述的第二光導管用來接收傳送入反應器中的相干光的反射光及由反應器壁產生的紅外輻射，以便測定所述的反應器的溫度。
13.按照權利要求12的裝置，其特征在于所述的光導管是蘭寶石棒或蘭寶石光導纖維。
全文摘要
使用光學高溫計測量氣化反應器溫度的裝置,包括一個可接納光導管的供料噴射器。噴射器(2)包括有一開口的噴射器頭(6)。噴射器頭與供料進口(8)和法蘭連接器(4)流體相通,法蘭連接器(4)與噴射器頭的開口光學對齊。一個盲法蘭裝在供料噴射器的法蘭接頭上形成一個耐氣壓的密封。壓力密封裝置(12)裝在盲法蘭中使光導管(22a,22b)可穿過盲法蘭,光導管的接收端延伸入供料噴射器中使光導管的光接收端與噴射器頭的開口光學對齊。一個光接頭(26a,26b)起到光導管的傳光端到光纜及到光學高溫計的光連接。
文檔編號G01J5/02GK1276867SQ98810407
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月20日 優先權日1997年10月20日
發明者托馬斯·F·雷寧格 申請人:德士古發展公司