Смотровое устройство
Изобретение относится к смотровому устройству для просмотра внутренней части емкости, камеры или трубы под давлением, по которой подается текучая среда под давлением. Заявленное смотровое устройство содержит узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, а узел смотрового стекла содержит смотровое стекло, примыкающее к отверстию, которое образует окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы, и защитную оболочку, установленную позади и/или вокруг узла смотрового стекла, предотвращающую выход текучей среды через отверстие в трубе в случае повреждения узла смотрового стекла. За счет этого выход наружу текучей среды под давлением, находящейся внутри емкости, камеры или трубы под давлением, будет гарантированно исключен даже в случае повреждения узла смотрового стекла. Кроме этого, за первым может быть установлено второе смотровое стекло, а между первым и вторым стеклами может быть оставлен минимальный зазор, либо зазор может быть заполнен жидкостью или гелем для снижения вероятности того, чтобы при повреждении первого смотрового стекла не произошло разрушение второго смотрового стекла, и/или может быть установлен клапан, автоматически изолирующий систему под давлением при повреждении смотрового стекла. Технический результат – повышение уровня безопасности при использовании смотровых стекол в системах под высоким давлением. 4 н. и 41 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к смотровому устройству. Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к смотровому устройству, обеспечивающему повышенный уровень безопасности, когда смотровое стекло используется с текучими средами под высоким давлением, некоторые из которых также могут быть горючими.
Уровень техники
Смотровые стекла могут устанавливаться в емкостях, камерах или трубах, позволяя оператору или оптическому датчику наблюдать за внутренней частью емкости, камеры или трубы, например, для определения уровня жидкости или ее состояния. Смотровое стекло, в целом, содержит (обычно круглую) раму из закаленного стекла внутри металлического корпуса. Смотровое стекло можно устанавливать в емкости при помощи сварки, болтового соединения или зажима металлического корпуса в отверстии в емкости, камере или трубе.
Хотя смотровые стекла обычно используются в разных отраслях, смотровые стекла не используются в системах переработки и распределения природного газа. Причина этого заключается в том, что повреждение смотрового стекла в рабочей среде под высоким давлением, используемой в подобных системах, могло бы иметь катастрофические последствия и представлять серьезную опасность для нефтегазовой отрасли.
Ранее предпринимался ряд попыток, направленных на сведение к минимуму последствий от повреждения смотрового стекла. Например, предлагалось непосредственно за первым смотровым стеклом устанавливать второе смотровое стекло такого же диаметра, что и первое смотровое стекло. Однако данное решение имеет один недостаток, связанный с тем, что в случае разрушения под давлением первого смотрового стекла, осколки от разрушенного первого смотрового стекла могут ударить по второму смотрового стеклу, также приводя к его повреждению. Некоторых из ранее предпринимавшихся попыток по повышению безопасности смотровых стекол описаны в документах CN202778414, CN202580005, US4415235, GB1487056, GB909527 и EP2159619.
Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на решение указанных проблем и повышение уровня безопасности при использовании смотровых стекол в системах под высоким давлением.
Раскрытие сущности изобретения
По одному из аспектов настоящего изобретения предлагается смотровое устройство для наблюдения за внутренней частью емкости, камеры или трубы под давлением, по которым подается текучая среда под давлением, при этом смотровое устройство содержит:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит смотровое стекло, примыкающее к отверстию, которое образует окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы; и
защитную оболочку, установленную позади и/или вокруг узла смотрового стекла, предотвращающую выход текучей среды через отверстие в трубе в случае повреждения узла смотрового стекла.
Таким образом, выход наружу текучей среды под давлением, находящейся внутри емкости, камеры или трубы под давлением, будет гарантированно исключен даже в случае повреждения узла смотрового стекла.
Хотя защитную оболочку можно использовать с узлом смотрового стекла, который содержит единственное смотровое стекло, по некоторым вариантам осуществления смотровое стекло является первым смотровым стеклом, а смотровое устройство содержит второе смотровое стекло, установленное позади и разнесенное от первого смотрового стекла, первое и второе смотровые стекла образуют окно, ведущее внутрь трубы. Использование первого и второго смотровых стекол в узле смотрового стекла снижает вероятность полного разрушения узла смотрового стекла. Как отмечалось выше, использование просто двух смотровых стекол не обязательно означает повышение безопасности, поскольку при разрушении первого смотрового стекла могут образоваться осколки, которые немедленно ударятся о второе смотровое стекло и разобьют его. Существуют два пути решения данной проблемы. Во-первых, в зазор между первым смотровым стеклом и вторым смотровым стеклом можно поместить прозрачную жидкость или гель. Наличие в зазоре подобного материала позволяет снизить скорость разлета осколков от первого смотрового стекла, а также выровнять давление, воздействующее на поверхность второго смотрового стекла (при отсутствии в зазоре жидкости или гелевого материала давление, вероятней всего, сконцентрируется на небольшой площади второго смотрового стекла). Во-вторых, вместо или в дополнение к жидкости или гелю внутри зазора, первое смотровое стекло и второе смотровое стекло могут быть расположены достаточно близко друг от друга для того, чтобы в случае разрушения первого смотрового стекла, осколки от первого смотрового стекла ударялись во второе смотровое стекло, прежде чем они наберут скорость, достаточную для повреждения второго смотрового стекла. Таким образом, величину зазора между смотровыми стеклами нужно выбирать так, чтобы, с одной стороны, разрушение первого смотрового стекла не приводило к немедленному разрушению второго смотрового стекла, а, с другой стороны, чтобы зазор был достаточно небольшим для того, чтобы осколки первого смотрового стекла не набирали скорости, достаточной для повреждения второго смотрового стекла (под действием потока находящейся за ним текучей среды под высоким давлением) при их ударении во второе смотровое стекло.
Предпочтительно внутри защитного устройства устанавливают оптический датчик для просмотра содержимого трубы через узел смотрового стекла. Защитная оболочка может содержать один или несколько оптических элементов для определения непрямого оптического пути между смотровым стеклом и оптическим датчиком, оптический датчик установлен вне прямого пути, идущего от первого смотрового стекла. За счет этого снижается вероятность повреждения оптического датчика в случае разрушения узла смотрового стекла. Следует понимать, что масса оптических элементов, определяющих оптический путь, меньше массы оптического датчика, поэтому в случае их разрушения, скорей всего, они нанесут меньший ущерб другим компонентам, находящимся внутри защитной оболочки. Кроме этого, при использовании горючих текучих сред, снижение вероятности повреждения оптического датчика, скорей всего, снизит вероятность возгорания текучей среды (поскольку оптический датчик содержит электронные компоненты и источник электропитания).
В некоторых случаях между смотровым стеклом и оптическим элементом помещают ударопрочный элемент, дополнительное смотровое стекло или проход, находящийся внутри или в стенке защитной оболочки. Если ударопрочный элемент защищает оптический элемент или дополнительное смотровое стекло, то в этом случае он должен быть прозрачным. Следует понимать, что можно использовать различные оптические элементы, смотровые стекла (в стенке защитной оболочки) и проходы (также в стенке защитной оболочки), и что указанные элементы могут (а) образовывать относительно слабые точки, которые могут разрушаться при попадании в них осколков и (b) быть дорогостоящими в замене компонентами. Использование ударопрочного элемента снижает вероятность повреждения указанных компонентов. Предпочтительно ударопрочный элемент является прозрачной пластиной, расположенной под углом относительно плоскости смотрового стекла. В этом случае осколки будут перенаправляться, например, в сторону стенки защитной оболочки и с меньшей вероятностью попадут назад, в трубу.
В некоторых случаях на поверхность каждого из смотровых стекол, входящих в узел смотрового стекла, нанесено оптическое покрытие.
В стенке защитной оболочки может быть установлено дополнительное смотровое стекло, смотровое устройство содержит оптический датчик, установленный снаружи защитной оболочки, для просмотра внутренней части трубы вдоль оптического пути, проходящего через узел смотрового стекла и дополнительное смотровое стекло. Установка оптического датчика снаружи защитной оболочки снижает вероятность повреждения оптического датчика, а также вероятность возгорания текучей среды. Предпочтительно внутри защитной оболочки находится один или более оптических элементов, для определения непрямого оптического пути между узлом смотрового стекла и дополнительным смотровым стеклом, дополнительное смотровое стекло установлено вне прямого пути, идущего от узла смотрового стекла.
В некоторых случаях смотровое стекло, установленное в стенке защитной оболочки, может отличаться по размеру (быть меньше или больше) от смотрового стекла, входящего в узел смотрового стекла.
Оптический датчик может быть видеокамерой, спектрометром или любым иным устройством, использующим оптические средства для просмотра или зондирования содержимого емкости, камеры или трубы.
Дополнительное смотровое стекло может быть закрыто экранирующим элементом, защищающим дополнительное смотровое стекло от осколков в случае разрушения узла смотрового стекла. Экранирующий элемент является конусообразным элементом, который по существу окружает дополнительное смотровое стекло и фактически перекрывает прямой путь между узлом смотрового стекла и дополнительным смотровым стеклом.
Предпочтительно давление внутри защитного устройства выше атмосферного давления, что снижает перепад давлений в узле смотрового стекла, уменьшая тем самым вероятность его разрушения.
Предпочтительно защитная оболочка содержит разрывную мембрану, установленную в стенке оболочки.
По некоторым вариантам осуществления по меньшей мере часть внутренних стенок защитной оболочки покрыта ударопоглощающей футеровкой, поглощающей осколки, образующиеся в случае разрушения узла смотрового стекла. Это снижает вероятность рикошета осколков внутри защитной оболочки.
По некоторым вариантам осуществления вокруг узла смотрового стекла установлен осколкозащитный элемент, препятствующий попаданию осколков в емкость, камеру или трубу под давлением. Осколкозащитный элемент может быть трубкой или муфтой.
Предпочтительно внутри емкости, камеры или трубы под давлением установлен клапанный узел, клапанный узел реагирует на повреждение узла смотрового стекла и закрывает отверстие. Это обеспечивает дополнительную защиту в случае повреждения смотрового стекла. Реагируя на повреждение, клапанный узел может срабатывать либо автоматически (например, быстродействующий клапан), либо может включаться датчиком давления, находящимся в защитной оболочке.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается смотровое устройство для просмотра содержимого емкости, камеры или трубы под давлением, по которым подается текучая среда под давлением, при этом смотровое устройство содержит:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит первое смотровое стекло, примыкающее к отверстию, и второе смотровое стекло, расположенное позади и разнесенное от первого смотрового стекла, при этом первое и второе смотровые стекла образуют окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы;
при этом в зазоре между первым смотровым стеклом и вторым смотровым стеклом находится прозрачная жидкость или гель.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается смотровое устройство для просмотра содержимого емкости, камеры или трубы под давлением, по которым подается текучая среда под давлением, причем смотровое устройство содержит:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит первое смотровое стекло, примыкающее к отверстию, и второе смотровое стекло, расположенное позади и разнесенное от первого смотрового стекла, при этом первое и второе смотровые стекла образуют окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы;
при этом первое смотровое стекло и второе смотровое стекло расположены достаточно близко друг от друга, чтобы в случае разрушения первого смотрового стекла осколки от первого смотрового стекла ударялись о второе смотровое стекло, прежде чем они наберут скорость, достаточную для повреждения второго смотрового стекла.
Предпочтительно первое смотровое стекло и второе смотровое стекло разнесены между собой на расстояние от 0.5 мм до 10 мм. Более предпочтительно первое смотровое стекло и второе смотровое стекло разнесены между собой на расстояние от 0.5 мм до 5 мм. Более предпочтительно первое смотровое стекло и второе смотровое стекло разнесены между собой на расстояние от 0.5 мм до 2 мм. Более предпочтительно первое смотровое стекло и второе смотровое стекло разнесены между собой на расстояние от 1 мм до 2 мм.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается смотровое устройство для просмотра содержимого емкости, камеры или трубы под давлением, по которым подается текучая среда под давлением, причем смотровое устройство содержит:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит смотровое стекло, примыкающее к отверстию, которое образует окно, ведущее внутрь трубы; и
клапанный узел, установленный внутри емкости, камеры или трубы, причем клапанный узел реагирует на повреждение узла смотрового стекла и закрывает отверстие.
За счет этого, даже в случае повреждения узла смотрового стекла, будет гарантировано исключен выход наружу текучей среды под давлением, находящейся внутри емкости, камеры или трубы под давлением.
Предпочтительно клапанный узел содержит откидной клапан, который в штатной ситуации находится в открытом положении и который переводится в закрытое положение потоком текучей среды из емкости, камеры или трубы под давлением, проходящей через узел смотрового стекла при разрушении узла смотрового стекла. Предпочтительно откидной клапан удерживается в закрытом положении за счет перепада давлений между двумя сторонами откидного клапана.
Следует понимать, что труба или емкость могут содержать текучую среду под давлением, которая может быть природным газом, горючим газом или жидкими углеводородами.
Подобная система обеспечивает дополнительный уровень безопасности в случае разрушения смотрового стекла, используемого в системах под высоким давлением. Выход текучей среды под давлением исключается. По некоторым вариантам осуществления текучая среда под давлением изолируется, а поток автоматически перекрывается в целях повышения безопасности операторов.
Варианты осуществления настоящего изобретения наиболее подходят для ситуаций, когда в трубе или емкости находится горючий газ и/или природный газ под высоким давлением.
Также предпочтительно, чтобы защитная оболочка смотрового устройства находилась частично или полностью внутри фланца, расположенного над отверстием в емкости, камере или трубе. Подобный вариант осуществления изобретения предпочтителен, поскольку он позволяет уменьшить объем смотрового устройства снаружи емкости, камеры или трубы. Кроме этого, фланцевые системы отлично стандартизируются, что позволяет легко, при помощи типовых инструментов и фитингов, дооснащать многие системы под давлением фланцем, содержащим смотровое устройство.
Предпочтительно смотровое устройство включает в себя узел смотрового стекла, содержащий несколько смотровых стекол, примыкающих к отверстию в емкости, камере или трубе, образующих окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы. Подобный вариант осуществления предпочтителен, поскольку размер отдельных окон можно уменьшить, подобное уменьшение размера сопровождается снижением прочности, необходимой для выдерживания давления в камере, трубопроводе или емкости. Кроме этого, поскольку требования по прочности снижаются, смотровые стекла можно сделать тоньше и использовать в их конструкции стекла с более низкими оптическими свойствами, что снижает себестоимость.
По некоторым вариантам осуществления может быть предпочтительно обеспечить освещение емкости, камеры или трубы через по меньшей мере одно из смотровых стекол и наблюдать за емкостью, камерой или трубой при помощи оптического датчика через по меньшей мере одно другое смотровое стекло. Подобная ситуация может быть предпочтительна, поскольку это позволяет уменьшить бликование, возникающее в оптическом датчике, повысив его чувствительность. Кроме этого, подобный вариант осуществления также позволяет использовать несколько световых источников и/или фотоприемников, каждый из которых оптимизирован для наблюдения за разными параметрами внутри камеры, емкости или трубы.
Может быть предпочтительно обеспечить освещение емкости, камеры или трубы по меньшей мере через одно окружное смотровое стекло и вести наблюдение за емкостью, камерой или трубой при помощи оптического датчика через центральное смотровое стекло. Подобный вариант осуществления может быть предпочтителен, поскольку он позволяет дополнительно уменьшить бликование, возникающее в оптическом датчике подобного устройства.
Предпочтительно второе уплотнение может содержать по меньшей мере один разъем высокого давления. Наличие разъема высокого давления в дополнительном уплотнении предпочтительно, поскольку это позволяет осуществлять подачу электропитания и обмен данными с оптическими датчиками, находящимися внутри емкости со смотровым стеклом, не нарушая целостности дополнительной защитной оболочки, обеспечиваемой смотровым устройством.
Может быть предпочтительно защитить разъем высокого давления от осколков экраном в случае разрушения смотрового устройства. Подобный вариант осуществления может быть предпочтительным, поскольку он позволяет избежать полного разрушения смотрового устройства при повреждении смотрового стекла или основного уплотнения.
Предпочтительно смотровое устройство может дополнительно содержать датчик давления. Датчик давления в смотровом устройстве может использоваться в качестве средства предупреждения пользователя о начале повышения давления в смотровом устройстве, которое потенциально может быть частью системы оповещения.
Предпочтительно подобная система оповещения может дополнительно содержать клапанный узел, установленный внутри емкости, камеры или трубы, клапанный узел реагирует на датчик давления. Подобная система может быть предпочтительна, поскольку она позволяет изолировать смотровое устройство от камеры, емкости или трубы при разрушении основного уплотнения, дополнительного уплотнения, либо того и другого. В этом случае существенно снижается вероятность того, что функционирование трубы, камеры или емкости будет полностью нарушено из-за неисправного смотрового устройства.
Предпочтительно клапан может быть откидным клапаном, шариковым клапаном или сдвоенным запорным и выпускным клапаном.
Может быть предпочтительным, чтобы смотровое устройство включало в себя десикант. Наличие десиканта снижает содержание воды или водного пара в дополнительной защитной оболочке, потенциально увеличивая срок службы любых электрических, механических, химических и конструкционных компонентов, находящихся внутри данной емкости.
Кроме этого, может быть предпочтительным, чтобы смотровое устройство дополнительно имело кислородный поглотитель. Наличие кислородного поглотителя в дополнительной защитной оболочке может замедлить окисление любых компонентов или оборудования, находящихся внутри данной емкости. Снижение уровня кислорода также уменьшает вероятность взрыва или возгорания в случае утечки воспламеняемого материала, находящегося в трубе, камере или емкости, в дополнительную защитную оболочку.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет рассмотрено, в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан схематический вид в сечении емкости в виде газопровода;
на фиг. 2 – схематический вид в перспективе сегмента одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, установленного на емкости;
на фиг. 3 – узел с двойным смотровым стеклом по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 – узел с двойным смотровым стеклом по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 – смотровое устройство, содержащее узел с двойным смотровым стеклом, дополнительную защитную оболочку и аварийный откидной клапан, в котором снаружи дополнительной защитной оболочки установлено устройство визуализации (или другие оптические компоненты); и
на фиг. 6 – другое смотровое устройство, содержащее узел с двойным смотровым стеклом, дополнительную защитную оболочку и аварийный откидной клапан, в котором устройство визуализации (или другие оптические компоненты) установлено внутри дополнительной защитной оболочки;
на фиг. 7 – схематический вид в перспективе сегмента одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, установленного на емкости;
на фиг. 8 – фланцевое смотровое устройство по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 9 – фланцевое смотровое устройство по дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 10 – фланцевое смотровое устройство, установленное на Т-образной части;
на фиг. 11 – фланцевое смотровое устройство, дополнительно содержащее аварийные клапана.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематически в сечении показан газопровод, который может быть частью национальной системы транспортировки (НСТ) газа. Газопровод 10 включает в себя область, содержащую газ 12 и область, в которой находится жидкость 14. Газ внутри емкости (в данном случае газопровода 10) находится под повышенным давлением относительно атмосферного давления. Например, давление газа может составлять примерно свыше 20 атмосфер. В некоторых случаях давление газа может достигать примерно 400 атмосфер. Можно заметить, что если в газопроводе 10 присутствует жидкий загрязнитель 14, то жидкий загрязнитель может скапливаться в самой нижней части газопровода 10, образуя слой жидкого загрязнителя. Возможно, что в некоторых случаях, например при быстром газовом потоке, жидкость может не скапливаться на дне трубы. Вместо этого, например, жидкость может создавать полностью кольцевой поток вокруг внутренней окружности трубы, хотя даже и в этом случае можно предположить, что значительная часть жидкости будет стекать на дно трубопровода. В любом случае, желательно иметь возможность наблюдения за событиями, происходящими внутри трубы.
На фиг. 2 показана дополнительная защитная оболочка 16, которая посредством стойки установлена на газопроводе 10 в точке 18 врезки. Дополнительная защитная оболочка 16 содержит оптику, а в некоторых случаях устройство визуализации, при помощи которых можно следить за внутренней частью газопровода 10 через отверстие в газопроводе 10, образованное стойкой 18.
На фиг. 3 схематически показан узел двойного смотрового стекла, предназначенный для повышения безопасности при использовании смотровых стекол в системах под высоким давлением. Узел двойного смотрового стекла содержит первое смотровое стекло 2, установленное на фланцевой опоре 1. Первое смотровое стекло 2 является смотровым стеклом для систем высокого давления, изготовленным из соответствующего прозрачного материала, рассчитанным и сертифицированным для давлений, превышающих максимальное расчетное давление в системе, в которой его планируется использовать. Фланцевая опора 1 является жесткой опорой, способной удерживать текучую среду под давлением внутри емкости. Фланцевая опора 1 может быть снабжена воздушным клапаном 3, позволяющим стравливать и выпускать газ изнутри емкости наружу емкости и узла смотрового стекла. Воздушный клапан 3 фактически образует канал между внутренней частью емкости, камеры или трубы и средой снаружи емкости, камеры или трубы (и снаружи дополнительной защитной оболочки, если имеется), и может находиться в открытом положении (при котором газ внутри емкости, камеры или трубы выпускается за счет собственного давления) и закрытым положении (при котором выпуск газа не происходит). Данная компоновка может использоваться для стравливания газа с относительно высоким содержанием кислорода и влажного газа из области вблизи первого смотрового стекла 2. В некоторых случаях влажный газ может образовывать конденсат, а воздушный клапан 3 можно использовать в комбинации с нагревателем (не показан), который находится в тепловом контакте с первым смотровым стеклом 2, для удаления или предотвращения образования конденсата на смотровом стекле 2. Второе смотровое стекло 5 такого же диаметра, что и первое смотровое стекло 2, установлено за первым смотровым стеклом 2, при этом первое смотровое стекло 2 примыкает к отверстию в емкости (и соответственно примыкает и соприкасается с текучей средой под высоким давлением внутри емкости), а второе смотровое стекло 5 удалено от отверстия и не соприкасается с текучей средой под высоким давлением внутри емкости (до тех пор, пока не разрушится первое смотровое стекло 2). Второе смотровое стекло 5 установлено на фланцевой опоре 4, а фланцевая опора 4 установлена непосредственно (или опосредованно) на фланцевой опоре 1. Между первым смотровым стеклом 2 и вторым смотровым стеклом 5 имеется зазор 6, данный зазор содержит, а предпочтительно, по существу, заполнен прозрачной жидкостью или гелем. Показатель преломления жидкости или геля такой же, как у жидкости, которая обычно используется в оптических связях. Для повышения эффективности соединения, показатель преломления оптической связи и жидкости такой же, как с обеих сторон у стекла. Данная продукция предлагается рядом поставщиков. Если смотровое стекло используется для обеспечения оптического доступа к трубе c целью осуществления рамановской или абсорбционной спектроскопии, то в этом случае следует учитывать, что спектрометр также будет принимать сигналы от жидкости или геля, находящихся между двумя смотровыми стеклами. Между тем, в простых системах визуализации подобная проблема не возникает. Жидкость или гель могут быть любой жидкостью или гелем, которые являются прозрачными при длине волн, используемых в системе. Зазор между смотровыми стеклами 2 и 5 является небольшим расстоянием (например, в несколько миллиметров), для исключения набора скорости осколками первого смотрового стекла 2 при разрушении первого смотрового стекла 2. Это желательно, поскольку кинетическая энергия осколков, которая является основным фактором при определении вероятности разрушения осколками второго смотрового стекла, является совокупностью массы и скорости в момент удара осколков. Масса осколков является постоянной, но за счет уменьшения скорости (благодаря использованию в качестве наполнителя жидкости или геля) и/или сокращения времени, в течение которого происходит ускорение (за счет уменьшения расстояния, т.е. зазора 6 между смотровыми стеклами), скорость в момент удара уменьшается, уменьшая тем самым кинетическую энергию. Жидкость или гель также предотвращают нарастание мгновенного давления, которое может приводить к разрушению второго окна. В частности, при разрушении первого смотрового стекла пиковое давление выравнивается (жидкость или гель способствуют более равномерному распределению усилия, воздействующего на второе смотровое стекло 5, вдоль его поверхности по сравнению с ситуацией, когда жидкость или гель отсутствуют). Если второе смотровое стекло с аналогичным диаметром установлено непосредственно за первым смотровым стеклом, то, вероятней всего, при разрушении первого смотрового стекла во время использования с текучей средой под высоким давлением осколки ударят во второе смотровое стекло. Если зазор между двумя смотровыми стеклами заполнить прозрачной жидкостью или гелем, как в первом варианте осуществления, то жидкость или гель поглотят и ослабят удар осколков во второе смотровое стекло. Следует понимать, что при расположении первого смотрового стекла и второго смотрового стекла достаточно близко друг от друга, даже при разрушении первого смотрового стекла осколки от первого смотрового стекла ударятся о второе смотровое стекло, прежде чем они наберут скорость, достаточную для повреждения второго смотрового стекла, а более предпочтительно, будут двигаться со значительно более низкой скоростью. Следует понимать, что вполне достаточно лишь разнести первое и второе смотровые стекла на достаточное расстояние, без использования наполнителя из жидкости или геля. Однако предпочтительно, чтобы в узле двойного смотрового стекла первое и второе смотровые стекла были разнесены на достаточное расстояние, а зазор между ними был заполнен соответствующей жидкостью/гелем.
Фактическая оптимальная величина зазора между первым и вторым смотровыми стеклами в значительной мере зависит от следующих обстоятельств:
(а) Вероятный тип разрушения (например, от удара осколков, уже находящихся в трубе или из-за механической неисправности первого смотрового стекла);
(b) Давление используемой текучей среды; и
(с) Наличие или отсутствия в зазоре наполнителя в виде жидкости или геля.
Допустимая величина зазора обычно составляет порядка нескольких миллиметров. Например, первое смотровое стекло и второе смотровое стекло могут быть разнесены между собой на расстояние от 0.5 мм до 10 мм. Более предпочтительно - от 0.5 мм до 5 мм. Более предпочтительно - от 0.5 мм до 2 мм. Более предпочтительно - от 1 мм до 2 мм.
На фиг. 4 схематически показана модификация варианта осуществления по фиг. 3, в которой и первое смотровое стекло 2, и второе смотровое стекло 5 установлены на соответствующие опоры 1, 4 под углом относительно одного или нескольких из следующих элементов (а) плоскости опор смотровых стекол, (b) плоскости, перпендикулярной продольной оси стойки, и (с) оптической визирной оси, идущей от оптического датчика, установленного за дополнительным смотровым стеклом 5, в емкость. За счет расположения смотровых стекол подобным образом, под углом, можно уменьшить отраженный свет (либо свет, проецируемый снаружи емкости, через смотровое стекло, в емкость, либо свет, излучаемый или отражаемый изнутри емкости через смотровое стекло на оптический датчик снаружи емкости), попадающий на оптические компоненты. Предпочтительно, для уменьшения отражения, величину угла делают более 0°, но менее примерно 10°. Наклонное положение смотрового стекла также увеличивает толщину смотрового стекла там, где на него воздействует давление (и удары), направленное перпендикулярно опоре смотрового стекла, и позволяет часть ударного усилия отклонять, а не поглощать смотровым стеклом. Другими словами, наклонное расположение смотрового стекла также может повысить устойчивость узла смотрового стекла к воздействию давления и ударов, повысив тем самым безопасность. Для существенного увеличения показателей в данном плане предпочтительно, чтобы величина угла превышала примерно 10°.
Помимо или вместо второго смотрового стекла, позади или вокруг узла смотрового стекла можно установить дополнительную защитную оболочку от давления (ДЗО). На фиг. 5 схематически показан пример подобной компоновки. В примере по фиг. 5 дополнительная защитная оболочка 16 используется в дополнение ко второму смотровому стеклу, однако по альтернативным вариантам осуществления дополнительная защитная оболочка может использоваться вместо второго смотрового стекла. В случае повреждения первого (и второго, если имеется) смотрового стекла, текучая среда под высоким давлением будет удерживаться внутри дополнительной защитной оболочки. На фиг. 5 также показан монтажный клапан в системе высокого давления, который обеспечивает дополнительную защиту. Монтажный клапан может использоваться наряду или вместо одного или обоих следующих элементов: второго смотрового стекла или дополнительной защитной оболочки. Из фиг. 5 видно, что клапанный узел 32, 33, 34 установлен на фланцевой опоре, вертикально над отверстием в существующем трубопроводе или емкости 35 под давлением. В данном случае клапанный узел 32, 33, 34 является сдвоенным запорным и выпускным клапанным узлом, который содержит первый запорный клапан 34, второй запорный клапан 32 и выпускной клапан 33, который позволяет перемещать объем между первым и вторым клапанами 34, 32 узла. Откидной клапанный узел 30, 31 установлен на фланцевой опоре вертикально над клапанным узлом 32, 33, 34 при помощи фланцевой опоры 31. Первое смотровое стекло 2 установлено сверху над откидным клапанным узлом 30, 31 при помощи фланцевой опоры 1. Вспомогательное смотровое стекло 5 установлено сверху над первым смотровым стеклом 2 при помощи фланцевой опоры 4. Дополнительная защитная оболочка 16 установлена вертикально, сверху над вторым смотровым стеклом 5.
Дополнительная защитная оболочка (ДЗО) 16 соответствует и отвечает спецификациям трубопроводов и способна выдерживать полное расчетное давление, существующее в системах под высоким давлением. Дополнительная защитная оболочка 16 служит для сдерживания рабочей среды в случае повреждения первого (и второго, если имеется) смотрового стекла. Дополнительная защитная оболочка 16 образует замкнутую камеру, которая установлена на опору 4 второго смотрового стекла 5. Следует понимать, что если второе смотровое стекло не используется, то дополнительную защитную оболочку 16 можно установить на опору 1 первого смотрового стекла 2. Для сведения к минимуму количества осколков, которые могут попасть назад в трубопровод в случае повреждения узлов первого и второго смотровых стекол, вокруг смотрового стекла 5 установлена приподнятая муфта или осколочная трубка 8. Внутри осколочной трубки 8 находится линзовый узел 9 для оптоволокна или световода 13. Линзовый узел 9 расположен рядом со смотровым стеклом 5 или на нем, обеспечивая прохождение света на смотровое стекло 5 по оптоволокну или световоду 13 и его проецирования через смотровые стекла 5 и 2 с минимальным отражением. Оптоволокно или световод и линзовый узел могут проецировать через смотровые стекла 5, 2 в находящуюся снизу трубу линии, формы и растры (света, например лазерного света). Линзовый узел 9 можно легко установить по месту путем крепления (не показано) к осколочной трубке 8. Оптоволокно или световод 13 пропускают свет от источника, находящегося снаружи дополнительной защитной оболочки. Оптоволокно или световод 13 входят в дополнительную защитную оболочку 16 через проход 15 высокого давления, который обеспечивает поддержание высокого давления в дополнительной защитной оболочке 16 (т.е. проход 15 не является слабым звеном в системе, которое, в целом, снижает допустимое давление в дополнительной защитной оболочке до неприемлемого уровня). В качестве альтернативы, как будет рассмотрено более подробно ниже, оптоволокно или световод можно не использовать, установив снаружи (или внутри) защитной оболочки 16 осветительное устройство, проецирующее свет через соответствующее смотровое стекло в стенке дополнительной защитной оболочки 16, или другие оптические элементы для освещения трубопровода или емкости под давлением.
Внутренние стенки дополнительной защитной оболочки 16 футерованы материалом (абсорбирующей внутренней футеровкой) 11, способным улавливать, абсорбировать и удерживать осколки, образующиеся в результате повреждения узла смотрового стекла, снижая тем самым вероятность ударов по компонентам, находящимся внутри дополнительной защитной оболочки 16 и сводя к минимуму повреждение подобных компонентов. По некоторым вариантам осуществления внутренняя футеровка может занимать весь объем ДЗО, кроме световых путей, необходимым для прохождения света внутрь и изнутри трубопровода. Зеркало, дихроичное зеркало или иная отражающая поверхность 17 установлены внутри дополнительной защитной оболочки под таким углом, чтобы свет отражался вдоль оптического пути, что позволит разместить датчик визуализации вне прямой линии с узлом смотрового стекла. Зеркало 17 отражает свет или световые волны определенной длины под таким углом, чтобы другие (визуализационые) компоненты находились вне прямой линии следования осколков, образующихся при повреждении смотрового стекла. В зеркале 17 может быть выполнено отверстие, позволяющее пропускать через него часть света, либо зеркало может отражать весь свет и выступать в качестве светоделителя. Внутри дополнительной защитной оболочки 16, под углом, установлен усиленный или жесткий компонент 19 (часть закаленного стекла или т.п.). Это сделано для того, чтобы осколки от смотрового стекла или зеркала не ударялись о вспомогательное смотровое стекло или линзу и проход, которые могут быть расположены на одной линии с узлом смотрового стекла. В данном примере оптоволокно 21 для подачи света или отвода света в/из дополнительной защитной оболочки 16 заходит в дополнительную защитную оболочку через оптоволоконный проход 22 высокого давления (аналогичный проходу 15, рассмотренному выше). Проход выполнен в стенке дополнительной защитной оболочки, напротив узла смотрового стекла. Усиленный компонент 19 служит для защиты оптоволокна 21, прохода 22 и соответствующей линзы или иного оптического компонента 20, которые фокусируют, фильтруют или видоизменяют световой путь в/из дополнительной защитной оболочки 16. Усиленный компонент 19 установлен под углом, так, чтобы любые осколки от узла смотрового стекла, ударяющиеся в него, перенаправлялись к (и абсорбировались) абсорбирующей внутренней футеровке, снижая тем самым вероятность попадания осколков назад в трубу.
По данному варианту осуществления съемочно-осветительная система 26, 27 установлена снаружи ДЗО. Одна из причин этого заключается в том, что при использовании данной системы в системе с горючим газом, в случае повреждения первого окна, горючий газ попадет в ДЗО. Повышенное давление может повредить съемочно-осветительную систему и создать источник возгорания (из-за электрических компонентов, находящихся в съемочно-осветительной системе). Съемочно-осветительная система 26, 27 включает в себя окошко 26 в корпусе камеры, а устройство визуализации и/или осветительное устройство 27 содержит видеокамеру, лазер, светодиод или иной оптический компонент, позволяющий делать снимки или подавать свет снаружи дополнительной защитной оболочки 16. С целью формирования оптического пути для устройства визуализации и/или осветительного устройства 27, ведущего в трубу через дополнительную защитную оболочку 16, в боковой стенке дополнительной защитной оболочки 16 (вне прямой линии следования осколков от первого смотрового стекла) размещают третье смотровое стекло 25 (оно может быть «вторым» смотровым стеклом, если узел смотрового стекла между дополнительной защитной оболочкой 16 и трубой содержит единственное (первое) смотровое стекло 2). Третье смотровое стекло 25 может быть меньше (или больше) первого и/или второго смотровых стекол 2, 5. Смотровое стекло 25 устанавливают в отверстие в дополнительной защитной оболочке при помощи опоры 24 смотрового стекла, что, в общем, позволяет устанавливать видеокамеру или другие компоненты снаружи дополнительной защитной оболочки 16, имея при этом возможность заглядывать внутрь дополнительной защитной оболочки 16. В данном случае отверстие, в которое устанавливают опору 24 смотрового стекла, находится в боковой камере, которая идет от основной камеры дополнительной защитной оболочки 16 до открытого торца, на котором установлена опора 24 смотрового стекла. За счет этого смотровое стекло 25 находится в стороне от прямого пути следования осколков от первого и второго смотровых стекол 2, 5. Из фиг. 5 видно, что оптический путь проходит между видеокамерой 27 и внутренней частью трубы, через зеркало 17, которое перенаправляет свет под (в данном примере) прямым углом.
Каждый из следующих элементов: третье смотровое стекло 25 и оптоволоконные проходы 15, 22 расположены в стенках дополнительной защитной оболочки 16 и фактически заглублены относительно абсорбирующей внутренней футеровки 11. В целях защиты данных элементов (линз, смотровых стекол и других компонентов) от рикошета осколков в случае повреждения узла смотрового стекла, вокруг них могут быть установлены муфты или экраны 23. Экран 23 может быть выполнен в виде частично конусной металлической муфты, широкая торцевая часть которой расположена напротив стенки дополнительной защитной оболочки вокруг смотрового стекла или других защищаемых ей компонентов, а узкая торцевая часть которой проходит внутрь дополнительной защитной оболочки 16. Следует понимать, что выступающая внутрь (узкая) часть конуса может выходить за поверхность внутренней футеровки 11.
Внутри стенки дополнительной защитной оболочки 16 может находиться разрывная мембрана 28 или другой элемент для сброса давления. Данный элемент может быть связан с системой сброса давления для безопасного отвода газов в случае повреждения узла смотрового стекла. Разрывная мембрана разрывается автоматически при повреждении узла смотрового стекла и повышении давление в дополнительной защитной оболочке, тем самым стравливая его через систему сброса давления. Возможно задать давление, при котором происходит разрушение разрывной мембраны. В дополнительной защитной оболочке также может иметься реле давления, которое срабатывает, если давление превышает допустимую величину. В этом случае может срабатывать наружная сигнализация или включаться автоматический клапан, как это будет рассмотрено более подробно ниже.
Предпочтительно при штатной эксплуатации давление внутри дополнительной защитной оболочки 16 поддерживается на определенном уровне, выше атмосферного давления, но ниже давления внутри емкости, камеры или трубы с повышенным давлением. За счет этого уменьшается перепад давлений в узле смотрового стекла, снижается вероятность повреждений и серьезность повреждений в случае их возникновения.
Откидной клапан 30 расположен в узле смотрового стекла со стороны трубы/емкости и предназначен для/выполнен с возможностью автоматического закрывания при обнаружении высокого давления в дополнительной защитной оболочке, либо при обнаружении потока текучей среды в области перед узлом первого смотрового стекла. Хотя по типу данный клапан может быть полнопроходным шариковым клапаном с диафрагменным включением или автоматическим клапаном, включаемым по сигналу от датчика давления, предпочтительно использовать такой откидной клапан, который при обнаружении потока автоматически закрывается к уплотнению. Пока узел смотрового стекла не поврежден, откидной клапан 30 остается в открытом положении, позволяя линии визирования проходить вниз, через узел откидного клапана, сдвоенный запорный и выпускной клапан, в расположенную снизу трубу или емкость. При повреждении узла смотрового стекла возникает поток текучей среды из трубы через (разрушенный) узел смотрового стекла в дополнительную защитную оболочку (или в атмосферу, если дополнительная защитная оболочка отсутствует). Часть данного потока текучей среды давит на откидной клапан 30, переводя его из открытого положения в закрытое положение, при котором он соприкасается и прижимается к уплотнительному кольцу 36 внутри узла откидного клапана. Давление со стороны трубы, воздействующее на створку клапана, может быть выше давления, воздействующего на створку клапана со стороны смотрового стекла, поэтому за счет подобного перепада давлений откидной клапан 30 будет продолжать удерживаться прижатым к уплотнению 36, исключая последующий выход текучей среды из трубы. В некоторых случаях створка клапана может отклоняться в открытое положение пружиной (не показана), а поток текучей среды, преодолевающий действие пружины, будет закрывать откидной клапан 30, перепад давлений будет достаточным для удержания откидного клапана 30 в закрытом положении, преодолевая отклоняющее действие пружины. По другим вариантам осуществления откидной клапан может иметь отклоняющий элемент, который отклоняет клапан в закрытое положение (в этом случае не нужно полагаться на поток текучей среды и разницу давлений), удерживающий/расцепляющий элемент (также не показан), который удерживает откидной клапан 30 в открытом положении (преодолевая отклоняющее действие) во время штатной эксплуатации и который расцепляет откидной клапан 30 при повреждении узла смотрового стекла, позволяя отклоняющему элементу переводить откидной клапан 30 в закрытое положение. Непосредственно сам удерживающий/расцепляющий элемент может приводиться в действие, для расцепления откидного клапана 30, несколькими путями: реагируя на датчик, обнаруживающий поток текучей среды; при изменении давления; при разрушении смотрового стекла; вручную или в результате непосредственного влияния подобных изменений.
Далее со ссылкой на фиг. 6 схематически показан альтернативный вариант осуществления, по которому съемочно-осветительная система 26, 27 установлена внутри дополнительной защитной оболочки 16. Все остальные элементы по фиг. 6 идентичны элементам по фиг. 5 и поэтому повторно рассматриваться не будут. Съемочно-осветительная система 26, 27 установлена внутри дополнительной защитной оболочки 16 на монтажной пластине 37 или непосредственно на фланце 36, который установлен в отверстии в дополнительной защитной оболочке 16. Как видно из фиг. 6, съемочно-осветительная система 26, 27 установлена в боковой камере дополнительной защитной оболочки 16, что снижает вероятность попадания осколков при разрушении узла смотрового стекла в съемочно-осветительную систему 26, 27 и ее повреждения. Для обеспечения функционирования съемочно-осветительной системы 26, 27 в стенках дополнительной защитной оболочки 16 имеются проходы (не показаны, но проходят через монтажную пластину 37), рассчитанные на систему под высоким давлением, для подачи электропитания, передачи данных и изображений внутрь/изнутри дополнительной защитной оболочки 16. Данные и изображения также могут передаваться через беспроводную систему или Bluetooth, снижая потребность в проходах.
Хотя рассматривалась видеокамера (внутри или снаружи дополнительной защитной оболочки), на практике можно использовать множество других оптических систем и/или систем визуализации. Например, для измерения длины волн света, поглощаемого или излучаемого из трубы можно использовать спектрометр. В некоторых случаях можно лишь измерять мощность возвращаемого светового сигнала, который направляется внутрь трубы при помощи лазера. В этом случае съемочное устройство можно заменить на «измеритель мощности» или любое другое устройство, способное определять свойства возвращаемого света.
Из представленного выше описания становится понятно, что повышение безопасности узла смотрового стекла обеспечивается за счет одного или нескольких следующих признаков:
- Использование в узле второго смотрового стекла, при этом между двумя смотровыми стеклами находится прозрачная жидкость или гель.
- Второе смотровое стекло может быть расположено на оптимальном расстоянии от первого смотрового стекла с целью замедления ускорения и снижения кинетической энергии осколков в случае повреждения первого смотрового стекла.
- Использование дополнительной защитной оболочки, установленной за узлом смотрового стекла, которая поддерживает рабочее давление даже в случае повреждения первого смотрового стекла.
- Использование смотровых и осветительных портов за счет смотрового стекла или смотровых стекол в дополнительной защитной оболочке, диаметр которых может быть меньше, чем у первого смотрового стекла или смотровых стекол. Также можно использовать проход для оптоволокна или световода, рассчитанный на рабочее давление.
- Внутри ДЗО, спереди от второго смотрового стекла и под углом к нему можно установить ударопрочное стекло, для отклонения осколков первого смотрового стекла в случае его повреждения.
- Зеркало (или другой отражающий компонент) может быть помещен в ДЗО для отражения освещения и изображений от первого смотрового стекла. Это позволит разместить второе смотровое стекло вне прямой линии с узлом первого смотрового стекла, снизив тем самым вероятность удара осколков от узла первого смотрового стекла.
- Вокруг второго смотрового стекла или прохода может быть установлен защитный экран, для снижения вероятности попадания осколков в смотровые стекла (или другие компоненты) в стенке дополнительной защитной оболочки при повреждении узла смотрового стекла.
- Дополнительная защитная оболочка может быть футерована абсорбирующим материалом, который уменьшает рикошет осколков от узла смотрового стекла внутри дополнительной защитной оболочки и повреждение вторых смотровых стекол.
- Смотровые стекла и другие оптические компоненты могут быть расположены под углом для уменьшения отражения и отклонения осколков.
- Для сведения к минимуму вероятности попадания осколков назад в трубопровод или емкость под давлением, на верхней поверхности узла первого смотрового стекла может быть установлена трубка (или аналогичный элемент). При вертикальном расположении осколки от первого смотрового стекла упадут на дно дополнительной защитной оболочки и не смогут попасть в трубопровод.
- Узел смотрового стекла и дополнительная защитная оболочка могут использоваться вместе с соответствующим запорным клапаном для изолирования системы смотрового стекла от рабочего давления. Подобный клапан может включаться вручную, автоматически при увеличении давления в дополнительной защитной оболочке или откидным клапаном, который закрывается при появлении потока.
- В целях сокращения перепада давлений в узле первого смотрового стекла давление в дополнительной защитной оболочке может быть выше атмосферного давления.
Повышения производительности можно добиться следующим образом:
- Узел первого смотрового стекла может быть обогреваемым для предотвращения конденсации в случае превышения в системе под давлением точки росы (воды, углеводорода, спирта, кислоты и т.п.).
- Снизу узла первого смотрового стекла может быть установлен небольшой воздушный клапан, позволяющий стравливать атмосферный воздух из объема между клапаном и смотровым стеклом, уменьшая тем самым уровень содержания кислорода и водяного пара.
- Второе смотровое стекло также может служить в качестве окна в сертифицированном корпусе, используемом с опасными веществами (например, взрывоопасными смесями).
Третье смотровое стекло или оптоволоконный проход рассчитаны и сертифицированы для таких же (или более высоких) давлений, на которые рассчитан узел смотрового стекла. В целом, оптические компоненты могут устанавливаться в дополнительной защитной оболочке и могут включать в себя линзы, фильтры, зеркала, призмы или иные компоненты для видоизменения света или светового пути. На указанные оптические компоненты и смотровые стекла могут быть нанесены оптические покрытия, которые уменьшают отражение и фильтруют волны определенной длины. Различные меры, рассмотренные выше, принимаются для снижения вероятности повреждения указанных компонентов в случае разрушения смотрового стекла.
По некоторым вариантам осуществления видеокамеру можно заменить спектрометром (например, абсорбционным или рамановским). По другим вариантам осуществления можно использовать обычный измерительный прибор для измерения уровня света, возвращаемого изнутри трубы. В большинстве случаев необходимо направлять свет в емкость, камеру или трубу и измерять уровень, длину волн, растр и другие оптические характеристики света, возвращаемого изнутри емкости, камеры или трубы. Для освещения внутренней части емкости, камеры или трубы можно использовать лазер, освещающий определенную точку, линию, решетку или иной объект внутри трубы. Лазерный луч можно подавать на второе (или первое, если второе смотровое стекло отсутствует) смотровое стекло по оптоволокну.
В наиболее простой форме дополнительная защитная оболочка позволяет освещать и получать от видеокамеры информацию о событиях, происходящих в трубопроводе или емкости под высоким давлением через единственное смотровое стекло. По другим вариантам осуществления для освещения, получения изображений, обнаружения и анализа используются системы с несколькими смотровыми стеклами. Подобные системы повышают безопасность при использовании смотровых стекол в системах под высоким давлением. В случае повреждения смотрового стекла, давление поддерживается за счет ряда элементов, при этом давление можно изолировать от узла смотрового стекла.
Ключевыми признаками системы являются: второе смотровое стекло, при этом зазор между первым и вторым стеклами является минимальным, либо заполнен жидкостью или гелем; дополнительная защитная оболочка и отражательный элемент, который позволяет размещать смотровые стекла вне прямой линии с первым смотровым стеклом; и клапан, автоматически изолирующий систему под давлением при повреждении смотрового стекла. Все указанные признаки, по отдельности или в совокупности, способствуют безопасному сдерживанию текучей среды под высоким давлением в случае повреждения смотрового стекла.
На фиг. 7 показана дополнительная защитная оболочка 16 внутри фланца 100, которая посредством стойки установлена на газопроводе 10 в точке 18 врезки. Дополнительная защитная оболочка 100, расположенная во фланце 100, имеет оптику, а в некоторых случаях устройство визуализации, при помощи которых можно наблюдать за внутренней частью газопровода 10 через отверстие в газопроводе 10, образованное стойкой.
На фиг. 8 показан дополнительный защитный узел 16, расположенный во фланце 100. В данном случае множество сдерживающих давление окон 101 образуют смотровые стекла, которые используются в качестве окна или проема в трубопроводе под высоким давлением. Указанное множество сдерживающих давление окон 101, вместе с уплотнением между фланцем и корпусом 99 камеры, образуют первое уплотнение между газопроводом под давлением и атмосферой. Для освещения трубопровода под высоким давлением через окружные сдерживающие давление окна 101 можно использовать светодиоды, оптоволокно или другие световые источники 102, получая изображения внутренней части трубопровода под высоким давлением при помощи видеокамеры и центрального сдерживающего давление окна 101. При необходимости, для фокусирования света, возвращаемого в дополнительную защитную оболочку 16, можно использовать несколько линз 104.
Управление видеокамерой 103 можно осуществлять при помощи печатной платы 105, которая потенциально может включать в себя датчик давления, установленный внутри дополнительной защитной оболочки 16. Кроме этого, видеокамера может получать информацию и передавать изображения при помощи электрического разъема 106 высокого давления. Подобный электрический разъем 106 высокого давления может создавать второе уплотнение между газопроводом высокого давления и атмосферой. Поэтому важно обеспечить защиту электрического разъема 106 высокого давления от осколков, образующихся при повреждении первого смотрового стекла. По данному варианту осуществления подобная защита обеспечивается за счет экрана 107.
По данному варианту осуществления уровень влажности и содержание кислорода в дополнительной защитной оболочке также снижены за счет использования десикантов и кислородных поглотителей 108. Дополнительная защитная оболочка 16 прикреплена к трубопроводу под высоким давлением при помощи болтовых отверстий 109 во фланце 100.
На фиг. 9 также показано помещение дополнительного защитного устройства 16 в трубопровод 110 под высоким давлением. По данному варианту осуществления дополнительное освещение и получение изображений осуществляются при помощи дополнительного соединительного узла 111. В данном случае линза 112, зеркало 113, оптоволоконный разъем (второе уплотнение) 114 и дополнительная видеокамера и/или световой источник 115 используются для получения изображений трубопровода под высоким давлением, помимо устройств, имеющихся в дополнительном защитном устройстве 16.
На фиг. 10 показан один из вариантов осуществления изобретения, по которому дополнительное защитное устройство 16 является частью Т-образного узла 120. По данному варианту осуществления фланец 100, в котором находится дополнительное защитное устройство 16, установлен в Т-образный узел 120 при помощи множества гаечно-болтовых зажимов 121. В подобном варианте осуществления освещение трубопровода под высоким давлением может осуществляться при помощи оптоволоконных узлов 122, с использованием зеркала 123.
На фиг. 11 показан один из вариантов осуществления изобретения, по которому дополнительное защитное устройство 16 защищено серией клапанов. В подобном варианте осуществления датчик давления на печатной плате 105 может использоваться для обнаружения повышения давления в дополнительном защитном устройстве 16. При обнаружении повышения давления может происходить аварийное закрытие клапанов для предотвращения или уменьшения повреждения компонентов, находящихся в дополнительном защитном устройстве 16. Кроме этого, аварийное закрытие клапанов может предотвращать повреждение второго уплотнения и попадание содержимого трубопровода под высоким давлением в атмосферу. В варианте осуществления по фиг. 11 дополнительная защитная оболочка 16, при аварийной ситуации, может изолироваться от трубопровода под высоким давлением при помощи откидного клапана 130, шарикового клапана 131 и сдвоенного запорного и выпускного клапана 132.
1. Смотровое устройство для просмотра внутренней части емкости, камеры или трубы под давлением, по которой транспортируется текучая среда под давлением, содержащее:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит смотровое стекло, примыкающее к отверстию, которое образует окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы; и
защитную оболочку, установленную позади и/или вокруг узла смотрового стекла, предотвращающую выход текучей среды через отверстие в емкости, камере или трубе в случае повреждения узла смотрового стекла, отличающееся тем, что
оно дополнительно содержит оптический датчик, установленный внутри защитной оболочки, для просмотра внутренней части трубы, камеры или емкости через узел смотрового стекла.
2. Устройство по п. 1, в котором смотровое стекло является первым смотровым стеклом, при этом смотровое устройство содержит второе смотровое стекло, установленное позади и на расстоянии от первого смотрового стекла, причем первое и второе смотровые стекла образуют окно, ведущее внутрь трубы, камеры или емкости.
3. Устройство по п. 2, в котором в зазоре между первым смотровым стеклом и вторым смотровым стеклом находится прозрачная жидкость или гель.
4. Устройство по п. 2, в котором первое смотровое стекло и второе смотровое стекло расположены достаточно близко друг от друга, чтобы в случае разрушения первого смотрового стекла осколки от первого смотрового стекла ударялись во второе смотровое стекло, прежде чем они наберут скорость, достаточную для повреждения второго смотрового стекла.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором защитная оболочка содержит один или несколько оптических элементов для определения непрямого оптического пути между смотровым стеклом и оптическим датчиком, причем оптический датчик установлен вне прямого пути от смотрового стекла.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, которое содержит ударопрочный элемент, расположенный между смотровым стеклом и оптическим элементом, видеокамерой, дополнительным смотровым стеклом или проходом внутри или в стенке защитной оболочки.
7. Устройство по п. 6, в котором ударопрочный элемент является прозрачной или непрозрачной пластиной, расположенной под углом относительно плоскости смотрового стекла.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором на смотровое стекло или на каждое смотровое стекло в узле смотрового стекла нанесено оптическое покрытие.
9. Устройство по любому из пп. 1-8, в котором дополнительное смотровое стекло установлено в стенке защитной оболочки, причем смотровое устройство содержит оптический датчик, установленный снаружи защитной оболочки, для просмотра внутренней части трубы или емкости вдоль оптического пути, который проходит через узел смотрового стекла и дополнительное смотровое стекло.
10. Устройство по п. 9, в котором внутри защитной оболочки находятся один или несколько оптических элементов для определения непрямого оптического пути между узлом смотрового стекла и дополнительным смотровым стеклом, причем дополнительное смотровое стекло установлено вне прямого пути от узла смотрового стекла.
11. Устройство по п. 5 или 10, в котором непрямой оптический путь создается за счет использования линз и/или зеркал для фокусирования или видоизменения светового пути внутри дополнительной защитной оболочки.
12. Устройство по п. 9, в котором смотровое стекло, установленное в стенке защитной оболочки, меньше смотрового стекла в узле смотрового стекла.
13. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором оптический датчик является видеокамерой.
14. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором оптический датчик является спектрометром.
15. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором оптический датчик является измерителем мощности, способным определять параметры света, возвращаемого из трубы или емкости через смотровые стекла.
16. Устройство по п. 9, в котором перед дополнительным смотровым стеклом установлен экранирующий элемент для защиты дополнительного смотрового стекла от осколков в случае повреждения узла смотрового стекла.
17. Устройство по п. 16, в котором экранирующий элемент содержит частично конусный элемент, который по существу окружает дополнительное смотровое стекло.
18. Устройство по любому из пп. 1-17, в котором давление внутри защитной оболочки выше атмосферного давления.
19. Устройство по любому из пп. 1-18, в котором защитная оболочка содержит разрывную мембрану, установленную в стенке оболочки.
20. Устройство по п. 19, в котором выпускное отверстие разрывной мембраны соединено с системой сброса давления для безопасного отвода газа в случае повреждения смотрового стекла.
21. Устройство по любому из пп. 1-20, в котором по меньшей мере часть внутренних стенок защитной оболочки покрыта ударопоглощающей футеровкой для поглощения осколков, образующихся в случае разрушения узла смотрового стекла.
22. Устройство по любому из пп. 1-21, которое содержит осколкозащитный элемент, установленный вокруг узла смотрового стекла, чтобы препятствовать попаданию осколков в емкость, камеру или трубу под давлением.
23. Устройство по любому из пп. 1-22, которое содержит клапанный узел, установленный внутри емкости, камеры или трубы под давлением, причем клапанный узел выполнен с возможностью реагирования на повреждение узла смотрового стекла для закрывания отверстия.
24. Устройство по любому из пп. 1-23, в котором труба, камера или емкость содержат горючий газ под высоким давлением.
25. Устройство по любому из пп. 1-24, в котором труба, камера или емкость содержат природный газ.
26. Устройство по любому из пп. 1-25, которое содержит воздушный клапан, расположенный между внутренней частью емкости, камеры или трубы и наружной частью емкости и узла смотрового стекла, для стравливания газа изнутри емкости, камеры или трубы.
27. Смотровое устройство для просмотра внутренней части емкости, камеры или трубы под давлением, по которой транспортируется текучая среда под давлением, содержащее:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит первое смотровое стекло, примыкающее к отверстию, и второе смотровое стекло, расположенное позади и на расстоянии от первого смотрового стекла, причем первое и второе смотровые стекла образуют окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы;
при этом в зазоре между первым смотровым стеклом и вторым смотровым стеклом находится прозрачная жидкость или гель.
28. Смотровое устройство для просмотра внутренней части емкости, камеры или трубы под давлением, по которой транспортируется текучая среда под давлением, содержащее:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит первое смотровое стекло, примыкающее к отверстию, и второе смотровое стекло, расположенное позади и на расстоянии от первого смотрового стекла, причем первое и второе смотровые стекла образуют окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы;
при этом первое смотровое стекло и второе смотровое стекло разнесены между собой на расстояние от 0,5 до 10 мм, чтобы в случае разрушения первого смотрового стекла осколки от первого смотрового стекла ударялись о второе смотровое стекло, прежде чем они наберут скорость, достаточную для повреждения второго смотрового стекла.
29. Смотровое устройство для просмотра внутренней части емкости, камеры или трубы под давлением, по которой транспортируется текучая среда под давлением, содержащее:
узел смотрового стекла, установленный над отверстием в емкости, камере или трубе, причем узел смотрового стекла содержит смотровое стекло, примыкающее к отверстию, которое образует окно, ведущее внутрь трубы; и
клапанный узел, установленный внутри емкости, камеры или трубы, причем клапанный узел выполнен с возможностью реагирования на повреждение узла смотрового стекла для закрывания отверстия.
30. Устройство по п. 29, в котором клапанный узел содержит откидной клапан, который в штатной ситуации находится в открытом положении и который переводится в закрытое положение потоком текучей среды из емкости, камеры или трубы под давлением, проходящей через узел смотрового стекла в случае разрушения узла смотрового стекла.
31. Устройство по п. 30, в котором откидной клапан удерживается в закрытом положении за счет перепада давлений между двумя сторонами откидного клапана.
32. Устройство по любому из пп. 2, 27 или 28, в котором одно или оба из первого и второго смотровых стекол установлены под углом к одному или нескольким из (а) плоскости опор смотровых стекол, (b) плоскости, перпендикулярной продольной оси стойки, на которой установлено смотровое устройство, и (с) оптической визирной оси, идущей от оптического датчика, установленного за вторым смотровым стеклом, в устройство.
33. Устройство по любому из пп. 1-32, в котором защитная оболочка расположена внутри фланца, установленного над отверстием в емкости, камере или трубе.
34. Устройство по любому из пп. 1-33, в котором узел смотрового стекла содержит множество смотровых стекол, примыкающих к отверстию в емкости, камере или трубе, образующих окно, ведущее внутрь емкости, камеры или трубы.
35. Устройство по п. 34, в котором емкость, камера или труба освещаются через по меньшей мере одно из смотровых стекол, а наблюдение за емкостью, камерой или трубой осуществляется при помощи оптического датчика через по меньшей мере одно другое из смотровых стекол.
36. Устройство по п. 35, в котором емкость, камера или труба освещаются через по меньшей мере одно из окружных смотровых стекол, а наблюдение за емкостью, камерой или трубой осуществляется при помощи оптического датчика через центральное смотровое стекло.
37. Устройство по любому из пп. 1-36, в котором второе уплотнение включает в себя по меньшей мере один электрический разъем высокого давления.
38. Устройство по п. 37, которое дополнительно содержит экран для защиты электрического разъема высокого давления от осколков, образующихся при повреждении узла смотрового стекла.
39. Устройство по любому из пп. 1-38, которое дополнительно содержит датчик давления.
40. Устройство по п. 39, которое дополнительно содержит клапанный узел, установленный внутри емкости, камеры или трубы, причем клапанный узел выполнен с возможностью реагирования на датчик давления.
41. Устройство по п. 40, в котором клапан является откидным клапаном.
42. Устройство по п. 40, в котором клапан является шариковым клапаном.
43. Устройство по п. 40, в котором клапан является сдвоенным запорным и выпускным клапаном.
44. Устройство по любому из пп. 1-43, которое дополнительно содержит десикант.
45. Устройство по любому из пп. 1-44, которое дополнительно содержит кислородный поглотитель.
