泄压装置完整性传感器的制作方法

专利名称：泄压装置完整性传感器的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及一种用于感测泄压装置的完整性的传感器，以及关联的系统和方法。
背景技术：
泄压装置通常用作包含气体或液体形式的加压流体的系统中的安全装置。当系统中的压力达到预定级别时(通常在该压力达到不安全级别之前)，泄压装置将从该系统排出流体。示例性泄压装置包括防爆门(explosion vent)和破裂盘(rupture disk)。泄压装置的示例包括在共有的美国专利No. 4441350和No. 4481850中所例示的那些泄压装置， 这些美国专利的全部内容通过引用并入于此。泄压装置可以具有任何数量的材料和形状。泄压装置通常由金属制成；然而，它们可以由聚碳酸酯压片、机织物、合成橡胶或组合材料制成。泄压装置可以是矩形、圆形、梯形、三角状，或者是适配指定应用所需的任何定制形状。泄压装置可以设置有至少一个薄弱设计区域，其控制该装置将从该系统排出流体的设置压力和/或至少一个位置。可以直接在该泄压装置的材料中制造薄弱设计区域。例如，可以通过激光、机械切割、水流喷射切割或用于切割泄压装置的任何其它合适方法来切割爆裂图案或开口图案。当切割成爆裂图案或开口图案时，该泄压装置可以将压力集中在切口之间的未切割区域上。这些区域可以构成该薄弱设计区域。在另一示例中，可以通过刻痕线、剪切线、锯齿痕或削弱该泄压装置的一部分的任何其它合适制造工艺来形成薄弱设计区域。薄弱设计区域还可以包括添加至该泄压装置的第二组件。例如，当泄压装置被切割成期望的开口图案时，其可以设置有固定至该泄压装置的至少一个激活组件。该激活组件可以采取短突出部(tab)或适于控制打开泄压装置的压力的任何其它组件的形式。该激活组件可以由许多合适材料制成。例如，可以希望提供具有至少一个金属激活组件的诸如聚碳酸酯重量轻的塑料的泄压装置。当该装置上的压力导致该金属激活组件损坏时，这种泄压装置将排出流体。该薄弱设计区域还可以设计成泄压装置按特定图案爆裂或破裂。泄压装置可以被设计成周边地爆裂或破裂，以使防爆门的单个“瓣状部”打开以释放流体。例如，可以在三个边上切割或削弱矩形泄压装置，保留第四个边以用作枢轴，以在释放流体时保持该装置的瓣状部。另选的是，泄压装置可以被设计成中心地爆裂或破裂。例如，可以沿对角线切割或削弱矩形泄压装置，而可以沿径向线切割或弱化圆形泄压装置。
泄压装置可以设置有激活传感器，以检测泄压装置何时例如响应于过压情况而打开或激活。这种激活传感器在共有的美国专利No. 4978947和No. 6598454中公开，这些美国专利的全部内容通过引用并入于此。激活传感器可以是磁性激活的接近开关。另选的是， 激活传感器可以是在泄压装置打开时断开的导线环路。这种激活传感器可用于当泄压装置激活时触发自动的过程停工。泄压装置可以未激活就变得发生应变或受损。泄压装置上的应变的来源可以包括因诸如风、闪电或外物碰撞的外部因素而造成的损坏。泄压装置上的应变的另一个来源可以是来自该系统的压力。例如，泄压装置可以随着向其施加(包括正压和反压)的压力改变而经历物理轮廓中的细微变化。泄压装置可能具有在该泄压装置激活之前对这种变化特别敏感的特定区域或特征部。该区域可能出现在薄弱设计区域处或附近。或者，该区域可能出现在与薄弱设计区域隔开，但响应于压力变化而仍然经历相对高级别的预激活形变的点处。作为一个示例，在具有将泄压装置划分成四个“瓣状部”的十字形刻痕线图案的泄压装置中，特别敏感区域可以位于接近每一个瓣状部的中央。无论位于薄弱设计区域处还是其它位置，该特别敏感区域都可以被称为预激活反应区。如果泄压装置未激活就应变或受损，则该受损状况可能不被激活传感器检测到。 另外，应变或受损的泄压装置不能通过视觉检查来检测。许多泄压装置都在难于进行视觉检查的遥远、隐蔽或抬高区域中使用。另外，许多泄压装置在负压系统中使用，这将防止气体或流体从损坏的泄压装置可视地泄漏。这种系统可能使用于标识泄压装置的受损状况的途径的、工序泄漏的警示信号不可用或不可靠。因为可能将气压或流体从该系统排出至环境，所以未检测到的泄漏可能是危险的或者是不希望的。另外，未检测到的泄漏可以不希望地将该系统暴露至环境的因素，如湿气、气体，或灰尘从周围环境侵入。泄压装置上的未检测到的应变可以不利地影响泄压装置的性能，包括其寿命或将其激活的压力。鉴于前述，需要一种泄压装置完整性传感器，其可以检测泄压装置的异常模式， 艮口，当泄压装置未激活就变得受损或应变时，或者当泄压装置的激活即将来临但尚未发生时。由此，操作员可以在继发的复杂情况或危险发生之前获知以更换受损或应变的泄压装置。本公开的完整性传感器和关联的系统以及方法实现这些或其它优点。

发明内容
为获得上述和其它优点中的一个或更多个优点，如在此具体实施和广泛描述的， 本公开涉及一种泄压装置完整性传感器，所述泄压装置完整性传感器包括传感器元件，所述传感器元件被设置为感测泄压装置的预激活反应区的状况，所述传感器元件被设置为发送指示正常状况的信息。所述信号的变化或中断指示所述预激活反应区中的变化。本公开还涉及一种泄压装置完整性传感器，该泄压装置完整性传感器包括常闭回路，其中，所述常闭回路被设置为响应于泄压装置的至少一个预激活反应区中的非激活变化而形变。本公开还涉及一种用于感测泄压装置的完整性的系统，该系统包括泄压装置，所述泄压装置具有一个或更多个预激活反应区；以及至少一个传感器元件，所述至少一个传感器元件被设置为发送指示所述泄压装置激活之前的所述至少一个预激活反应区的状况的信号。本公开涉及一种监测泄压装置的方法，该方法包括以下步骤感测所述泄压装置的预激活反应区的状态，以及发送指示所述泄压装置的状况的信号。本公开还涉及一种用于加压系统的泄压设备，所述泄压设备包括泄压装置，所述泄压装置包括激活部分，所述激活部分被设置为当所述加压系统中的压力超出阈值时减小压力，其中，所述激活部分包括薄弱设计区域和预激活反应区；以及完整性传感器，所述完整性传感器被设置为感测所述泄压装置的在激活之前的完整性。本公开还涉及一种监测具有预激活反应区的泄压装置的完整性的方法，其中，所述泄压装置与加压系统一起安装，所述方法包括感测所述预激活反应区处的应变；以及当所述应变指示所述泄压装置未激活就形变时，产生信号。本公开还涉及一种监测泄压装置的完整性的方法，所述方法包括以下步骤向所述泄压装置施加压力；测量所述泄压装置的至少一个区域的应变；基于在所述泄压装置的所述至少一个区域处测量的所述应变，标识预激活反应区；以及监测所述预激活反应区的形变。


附图被包括进来并构成本说明书的一部分，例示了几个实施方式并与本描述一起用于说明本公开的原理。图1是根据本公开一个方面的与泄压装置一起安装的完整性传感器的示意图；图2是根据本公开一个方面的包括与泄压装置一起安装的感测装置的完整性传感器的示意图；图3A是与防爆门一起安装的完整性传感器的示意图；图;3B是图3A的完整性传感器的沿线A-A截取的分解截面图；图4A是具有跨越薄弱设计区域而设置的导电路径的易碎构件的示意图；图4B是图4A的易碎构件的沿线B-B截取的截面图；图5A是供在完整性传感器中使用的应变计的示意图；图5B是包括多个应变计的完整性传感器的示意图；图6是与正向作用破裂盘一起安装的完整性传感器的截面图；图7是与反向作用破裂盘一起安装的完整性传感器的截面图；图8是跨过跨越刻痕线安装的在完整性传感器中使用的应变计的示意图；图9是与切削短突出部一起安装的完整性传感器的示意图；图10是安装在破裂盘上的完整性传感器的示意图；图IlA是具有与完整性传感器耦合的锯齿痕和刻痕线的破裂盘的示意图；图IlB是图IlA的破裂盘在激活之后的立体图；以及图12A-图12C例示了各种传感器。
具体实施例方式下面，对当前示例性实施方式进行详细说明，附图中例示了其实施例。图1示出了本公开的完整性传感器的示例性实施方式。根据本公开，提供了一种传感器元件5，其经过路径(传感器环路10)连接至监测传感器元件5的信号的监测器20。 传感器元件5可以是被配置为发送信号的传感器环路10的片段，或者传感器元件5可以是被设置成发送信号的与传感器环路10隔开的组件。所谓“发送”信号，传感器元件5例如可以发起或生成信号，传递在传感器环路10中的其它位置发起或生成的信号，或者修改在传感器环路10内的其它位置发起或生成的信号。如图1所示，具有传感器环路10的形式的路径物理地连接至监测器20 ；然而，本领域技术人员应理解的是，形成传感器环路10的全部或部分路径可以是无线的。因而，监测器20可以以无线地监测传感器元件5。传感器元件5沿包含预激活反应区32的泄压装置30设置。泄压装置30例如可以是防爆门或破裂盘。泄压装置30可以与加压系统一起安装并且可以被设计成，响应于该加压系统内的预定压力而激活，例如，打开、爆裂或破裂。通过激活，泄压装置30允许压力从该加压系统泄出。在一个实施方式中，泄压装置30可以在预激活反应区32处激活或启动激活。在一些情况下，该预激活反应区32可以未激活就变得发生应变或受损。在这些情况下，该预激活反应区32可以经历物理变化或形变，举例来说，如拉伸或压缩。这种物理变化可能不同于在激活期间预激活反应区32正常经历的变化，并且可能指示该泄压装置30 和/或预激活反应区32有异常或被破坏。或者，这种物理变化可能类似于在激活过程中但是激活(例如打开、爆裂或破裂)未完成期间预激活反应区32经历的变化。不立即造成完全激活的物理变化或形变通常可以被称为“非激活”变化。类似的是，未完全激活的泄压装置的物理状况通常可以被称为“预激活”状况。监测这种非激活变化和/或预激活状况允许监测泄压装置的完整性。具有形变的预激活反应区32的泄压装置30可能已经失去完整性，可能异常或不可预测地操作，以及可能需要更换。另外，形变的预激活反应区32可以指示泄压装置的激活即将到来。因而，通过监测非激活变化和/或预激活状况，操作员可以在完整激活发生之前更换该泄压装置30。为确定非激活变化是否显示针对泄压装置的破坏，首先可以确定泄压装置的最大允许工作压力(或稍微超过该最大级别的压力)处的希望应变或形变。在可操作的泄压装置中，如果应变或形变的大小超过该希望级别，则该泄压装置可能已经受损(或者正在受损)O除了应变或形变的大小以外，其它测量可以指示泄压装置已经遭受(或者在遭受)完整性受损非激活变化。例如，可以使用泄压装置上的应变率。在一个实施方式中，应变率可以被计算为每单位压力的应变。在另一实施方式中，应变率可以被计算为每单位时间的应变。在每个实施方式中，如果应变率超出最大允许级别，则泄压装置可能已经经历 (或者在经历)完整性受损应变。另外或另选的是，可以将应变率与作用在该装置上的压力的大小比较。在该情况下，如果应变率超出指定压力下的最大允许速率，则泄压装置可能已经经历(或者在经历)完整性受损形变。在一个示例中，如果当压力保持恒定时应变持续增加，则泄压装置可能受损。为防止误警报，可以将应变率值与应变量值比较。按照这种方式，当实际应变值处于安全级别之内时，则可以忽略相对高的应变率值。返回至图1，传感器元件5和/或传感器环路10的至少一部分通过诸如粘合剂、铆钉、点焊或任何其它合适的附接方式附接至泄压装置30或与该泄压装置30集成。传感器元件5和/或传感器环路10可以被设计成减小或消除它们对泄压装置30的强度的影响。 然而，另选的是，传感器元件5和/或传感器环路10可以被设计成向泄压装置30赋予附加强度，以使其经得住更高级别的压力。在一个实施方式中，传感器元件5和传感器环路10可以由能够携带或传送能量信号的合适导电材料制成。另外，传感器元件5和传感器环路10可以由多种导电材料制成， 每种材料都能够携带或传送电气信号。由此，在尽可能的情况下，可以在传感器5和传感器环路10内节省地使用诸如钽或银的昂贵材料。在一个实施方式中，可以使用诸如钽或银的昂贵材料来形成传感器元件5，而可以使用诸如绝缘铜线的更便宜的材料来形成传感器环路10。因而，可以仅将钽或银(因为它们的耐腐蚀性、抗张强度以及其它物理特性而可能是所希望的)用在这种材料可能最有用的地方，例如，与预定薄弱区域相邻的地方，或者暴露至腐蚀性环境的地方。可以将绝缘铜线或其它更便宜的材料用在例如不需要钽或银的特定特性的地方。在一个实施方式中，传感器元件5可以包括附接至脆弱的易碎构件414的导电线 412，如图4A和图4B最佳地示出，其中易碎构件414与设计薄弱区域432相邻地布置，并且也可以是预激活反应区。易碎构件414可以由塑料(如薄塑料箔、皮或片)制成，并且包括导电迹线，如印刷电路或导线层或扁平导线。如图4B所示，易碎构件414可以弯成弓形，以向泄压装置提供运动自由度。易碎构件414可以被设计成当薄弱设计区域432在激活泄压装置之前形变或受损时碎裂。当附接或集成至泄压装置30时，传感器5和传感器环路10可以与泄压装置30的材料电气隔离，以便防止通过传感器5和传感器环路10传输的传感器信号被污染或耗散。 另外，传感器5和传感器环路10可以与泄压装置30电气隔离，以防止点燃泄压装置30中或周围的灰尘或气体。传感器5和传感器环路10可以例如通过绝缘带(如DuPontTMKapton 的聚酰亚胺带)或者通过在传感器5和传感器环路10的至少一部分使用绝缘导线来进行电气隔离。另外或另选的是，在电流不存在或者“安全”之处可以不需要隔离。例如，传感器环路10和传感器元件5可以包括其中不存在电流的光纤监测回路，或者传感器环路10和传感器元件5可以包括固有地是安全的电气回路(如齐纳电路)。这种回路将允许在诸如 National Electrical Code(NEC)Class 1 Divisions 1或2禾口Class 2 Divisionsl or 2 环境和European ATEX Zone 0或更低和hne 20或者更低的位置这样的危险环境中操作。 为了增加安全性，传感器环路10和/或传感器元件5可以电气接地。在另一个实施方式中，传感器环路10可以是气动环路，其不必使用电气信号。在这个实施方式中，传感器环路10例如可以包括小直径的中空管，而传感器元件5可以包括该小直径的中空管的区段。传感器环路10是闭合环路，并且通过该管的气流构成该闭合回路的正常状况。监测装置可以例如利用用于检测气流的转轮或其它装置来监测该气流。当具有管道形式的传感器环路10响应于泄压装置30中的变化而在传感器元件5处被切断或断开时，该回路断开，并且通过该气动环路的气流将停止。气流的停止可以向监测器20发信通知关于泄压装置未激活就已经受损或即将激活。在又一个实施方式中，传感器环路10可以是被监测器20监测其压力的加压气动环路。传感器元件5可以包括该加压气动环路的一部分。如果该气动环路在传感器元件5处破裂，则压力将下降。另选的是，传感器元件5处的管道形状变化可以导致压力变化。例如，如果该管道在传感器元件5处起皱，则压力可能增加。具有气动环路形式的传感器环路 10的压力变化可以向监测器20发信通知关于泄压装置未激活就已经受损或者激活即将发生。由此，操作员可以在激活之前或者在来自受损的泄压装置的继发复杂情况发生之前获知以更换该泄压装置30。返回至图1，传感器环路10可以物理地连接至监测器20，监测器20可以通过传感器环路10发送和/或接收信号。因为本公开的完整性传感器可以被用于危险操作环境中， 所以该传感器环路10可以通过耐用且耐恶劣天气的连接器连接至监测器20。合适的监测器可以包括由 BS&B Safety Systems 出售的名称为Burst Disk Monitor (BDM)、SmartDisk 无线监测系统，以及Rupture Disk Manager的那些监测器。另外，可以使用可以监测、发送以及/或接收通过传感器环路10传递的信号的任何监测器。如果使用无线监测器，则其可以监测通过传感器环路10传递的信号，而不要求物理地连接到传感器环路10。在操作中，在第一、未受损状态下安装泄压装置30。可以跨越泄压装置30的预激活反应区32附接传感器元件5和/或传感器环路10或者直接附接至泄压装置30的预激活反应区32。伴随着泄压装置30处于其未受损状态，传感器环路10与传感器元件5形成回路，允许监测器20连续监测传感器环路10中的信号，如涓流。当泄压装置30未激活就受损或应变时，举例来说，通过预激活反应区32的应变，则泄压装置30可能经历可以被传感器5登记的物理变化。传感器5可以向传感器环路10发送信号或者通过传感器环路10 发送信号。在一个实施方式中，传感器环路10初始地形成常闭回路。该回路例如可以是电气回路、光学回路，或气动回路。如果泄压装置30未激活就受损或形变，则传感器环路10可以在传感器元件5处断开，产生打开回路。监测器20可以将该回路的打开解释为指示泄压装置30已经受损或激活即将发生。在另一个实施方式中，传感器回路10与传感器5初始地形成闭合电气回路。该闭合回路具有第一电阻值。如果泄压装置30在预激活反应区32附近受损或应变，则传感器元件5可以被拉伸或形变，由此，改变其电阻值和电气回路的电阻值。例如，如果传感器元件5被拉伸，则其直径可能变细，这就增加其电阻值。监测器20可以将该电气回路的电阻值的变化解释为指示泄压装置30未激活就已经受损或者该激活即将发生。在相关实施方式中，如果泄压装置30随后进一步受损或激活，则传感器元件5可以完全断开并且使初始闭合的电气回路打开。监测器20可以将该回路的打开解释为指示泄压装置30已经进一步受损或者已经激活。由此，传感器环路10和传感器5能够检测到泄压装置30未激活就已经受损以及泄压装置已经激活这两种情况。如图1所示，监测器20可以连接至可以向操作员通知泄压装置30未激活就已经受损或者该激活即将发生的警报器40或任何其它指示器。警报器40可以按光或声音的形式来提供通知。另外，监测器20可以可操作地连接至计算机，该计算机可以登记该监测器 20生成的信号。该计算机又可以具有可以向操作员通知是否泄压装置30未激活就已经受损或者该激活即将发生的图形用户接口或其它显示器。警报器40和/或监测器20可以被设置为例如基于如上讨论的应变或形变的大小、应变率、压力的大小，或这种因素的组合， 向操作员通知受损的泄压装置。
在另一个实施方式中，如图2所示，可以在泄压装置230的预激活反应区232附近布置感测装置250。感测装置250可以通过附接结构234附接至泄压装置230和/或预激活反应区232。如图2所例示，感测装置250物理地连接至传感器环路210，传感器环路210 物理地连接至监测器220。然而，可理解的是，感测装置250可以被监测器220无线地监测。 在无线的实施方式中，传感器环路210将被理解为非物理环路，监测器220通过该非物理环路监测来自感测装置250的信号。当泄压装置230处于第一、未受损状态时，感测装置250可以向监测器220发送第一信号。如果泄压装置230在预激活反应区232处形变，则感测装置250可以向监测器220 发送不同于第一信号的第二信号，由此发信通知关于泄压装置230未激活就已经受损或将要激活。合适的感测装置250例如可以包括一个或更多个应变计(如图5A和图5B中所例示)°尽管完整性传感器已经被描述为监测单个的预激活反应区的完整性，但本公开还包含监测多个预激活反应区的完整性传感器。在图3A-图:3B所例示的实施方式中，例如防爆门330与完整性传感器一起安装，防爆门330具有薄弱设计区域形式的多个预激活反应区，这些预激活反应区设置在带图案的一系列切口 336之间。防爆门上的压力将集中在各个切口 336之间的区域中，由此产生薄弱区域332。可以通过使用激光切割针(laser cut stitches)或任何其它合适方法来生成切口 336。如图3A所示，传感器环路310附接至防爆门330。传感器元件305跨越每一个薄弱设计区域332延伸，并且可以将一个或更多个传感器元件305附接至一个或更多个薄弱区域332。尽管图3A描绘了防爆门330，但本公开可以与任何合适泄压装置一起使用。通过非限制示例的方式，本公开可以与破裂盘一起使用。作为另一个非限制示例，本公开可以与合成破裂盘一起使用，其可以包括多个经预切割的薄弱设计区域。如图;3B最佳地例示，传感器环路310可以通过垫圈338或者在该垫圈338下面保持为挨着防爆门330。而且如图:3B所示，传感器环路310可以足够耐用，以允许其被夹持在框架360之间。该框架360例如可以是一组管法兰或者是加压系统的开口的一部分。如果传感器环路310被夹持在框架360之间，或者以其它方式安装到系统中，则其初始特性可能改变。例如，如果传感器环路310包括电气回路，则当将传感器环路310夹持在框架360之间时回路的初始电阻值可能受影响。在另一个示例中，如果传感器环路310包括气动回路， 则当将传感器环路310夹持在框架360之间时回路的气流或压力可能受影响。在每种情况下，可以希望在安装传感器环路310之后重新校准监测器320，以准确地识别何时泄压装置 330未激活就受损或者激活即将发生。如图:3B所示，将传感器回路310安装至加压系统(标记为“P”)的外部。然而，本公开包含可以将传感器环路310的一个或更多个组件或者传感器元件305安装至加压系统 P的内部。当防爆门330的一个或更多个薄弱设计区域332未激活就形变时，传感器元件305 可以被断开(打开常闭回路)或者被拉伸(增加回路中的电阻值)，因此发信通知关于防爆门330已经受损。为易于在薄弱设计区域形变时断开传感器元件305，传感器元件305可以包括靠近薄弱设计区域332布置的一个或更多个脆弱的易碎构件414。如前所述并且在图4A和图4B所例示的，易碎构件414可以由塑料(如薄塑料箔、皮或片)制成，并且包括导电迹线，如印刷电路或导线层或扁平导线。如图4B所示，该易碎构件414可以弯成弓形， 以向防爆门330提供运动自由度。完整性传感器可以被设计为响应于泄压装置上的应变而拉伸。在这种设计中，该完整性传感器可以设置有应变计552形式的一个或更多个感测装置。这些应变计552可以跨越薄弱设计区域532形式的预激活区设置，如图5A和5B所示，并且可以附接至该薄弱设计区域。当泄压装置530处于第一、未受损构造时，应变计552呈现出第一电阻值。因此， 通过传感器环路510和应变计552传递的信号将具有如被监测器520监测的第一电流。当泄压装置530受损或正要激活时，应变计552将被应变并且呈现出与第一电阻值不同的第二电阻值。由此，通过传感器环路510传递的信号将改变。例如，该信号可以从第一电流改变为不同于该第一电流的第二电流。另选的是，该信号可以从第一电压改变为不同于该第一电压的第二电压。该信号可以被监测器520(如图5B所示)监测。如果第二电流或电压超出阈值或低于该阈值，则监测器520可以将该变化解释为关于泄压装置530未激活就已经受损或正要激活的信号。在应变计552包括传感器环路510的一部分的情况下，传感器环路510例如可以包括4-20mA、0-5V DC或0-10V DC电路，或者任何其它合适监测回路。当应变计552与本公开一起使用时，可以将其布置成“桥接电路”(未示出)，从而当该应变计552(与泄压装置的表面一致地)被拉伸或压缩时，该桥接电路上的电压改变。 该桥接电路上的电压的变化可能是微小的；因此，可以在电路中布置放大器(未示出)，以将该信号升高至更加可测的电平。在一个实施方式中，例如可以通过软件或示波器来监测或跟踪该信号。该桥接电路可以安装在泄压装置外部的电气盒中，并且仅将应变计552暴露至泄压装置。在一个实施方式中，可以针对其要附接的泄压装置的材料的兼容性来选择应变计 552。温度可以影响应变计和泄压装置两者的行为和/或形状。因此，在一个实施方式中， 可以选择应变计的材料以与泄压装置的材料匹配。在另一个实施方式中，可以将应变计552安装在电气绝缘材料(未示出)中。泄压装置可以是导电的。为此，将应变计552安装在电气绝缘材料中，或者以其它方式将该材料与泄压装置电气隔离，这样可以防止通过应变计的信号行进至地或者通过泄压装置耗散。在又一个实施方式中，可以将应变计552刚性地连接至泄压装置。通过刚性地连接至泄压装置，应变计552可以与该泄压装置一致地移动。本公开的应变计552可以应用至泄压装置的出口侧。泄压装置的出口侧可以比入口侧更良性。例如，泄压装置的入口侧可能经受腐蚀或磨损状况。因此，将应变计552布置在泄压装置的出口侧可以将其与这种状况隔离。然而，可设想的是，可以将应变计552设置在泄压装置的入口侧上。在这种应用中，可以保护应变计552免受这种不利状况。例如，可以通过针对有害的电气、机械，或化学元件的防护板来保护应变计552。而且，可设想的是， 可以使用两个应变计阳2，分别位于泄压装置的相反的入口侧和出口侧。在这种布置中，两个应变计552均可以布置成桥接电路(并且一个倒置)。根据这种布置，可以最大化在指定压力下生成的信号。在又一个实施方式中，应变计552可以利用低电压和/或低电流。这种低电压或低电流能够在固有地安全的功率电平来操作，使得应变计能够应用于危险的可燃气体或蒸汽或灰尘环境中。例如，这种应变计552可以安全地布置到可燃气体或蒸汽介质管道输送系统中。虽然在图5A中例示了单个应变计，但可以在传感器环路510中按照“串级链”构造(或者任何其它合适构造)串联地设置多个应变计552，如图5B所示。传感器环路510 可以例如和垫圈538关联地与防爆门530 —起安装。该防爆门可以具有一系列切口 536， 该切口 536产生薄弱设计区域532形式的预激活反应区。每一个应变计552都可以附接至薄弱设计区域532。基于每一个应变计的初始电阻值，该“串级链”传感器环路510将具有初始电阻值，当一个或更多个薄弱设计区域532应变时，其关联的应变计552的电阻值将改变。类似地，按照可以指示泄压装置530的完整性未激活就已经受损或者该激活即将发生的方式，传感器环路510中的电阻值改变。包括如图5A和5B所示的应变计552的完整性传感器还可以用于具有破裂盘630 或730(图6和7中所例示)的形式的泄压装置。例如，在正向作用破裂盘630中(其中， 该破裂盘的凹面朝向加压系统P)，例如可以通过破裂盘630的顶点632来产生预激活反应区，如图6所示。另外，可以使用位于该盘的任何其它合适部分的薄弱设计区域来设置预激活反应区，在该部分通过利用破裂盘630中的诸如一条或更多条刻痕线或者锯齿痕的特征部来启动破裂。这种类型的特征部可以被用于在该特征部处(例如，在刻痕线或锯齿痕处)或者在由一个或更多个特征部之间或者以其它方式限定的区域之间(例如，在两条刻痕线或锯齿痕之间，或者在至少部分被一条或更多条刻痕线环绕的区域中)设置预激活反应区。包括传感器环路610和应变计652(或者任何其它合适传感器元件或感测装置)的完整性传感器可以被用于确定顶点632处的应变是否指示该破裂盘630未破裂就已经受损或者该破裂即将发生。如上所示，应变计652可以附接在该破裂盘的顶点632处。类似的是，在反向作用破裂盘730中(其中，该破裂盘的凸面朝向加压系统P)，如图7所例示，可以通过处于要启动翻转的点处的薄弱设计区域来产生预激活反应区。所示破裂盘730被设计成在其顶点处启动翻转。因而，该破裂盘730设置有处于其顶点处的具有锯齿痕形式的薄弱设计区域732。可以为了多种用途中的一种或更多种来设置诸如锯齿痕 732的锯齿痕，例如包括建立该盘将启动翻转的点；增强一批破裂盘内的爆裂压力的准确度；和/或降低针对指定厚度的半球形结构的爆裂压力，其使得增加的材料厚度能够用于低爆裂压力额定值。虽然图7中的锯齿痕可见，但可设想的是，本公开的原理可以与不(或者不保持)可见的锯齿痕一起使用。例如，该锯齿痕可以经受压力重整或者平滑以使其不太可见。尽管例示了锯齿痕732，但可以使用任何其它合适的薄弱设计区域，如刻痕线。包括传感器环路710和应变计752 (或者任何其它合适传感器元件或感测装置)的完整性传感器可以被用于确定破裂盘730的在其薄弱设计区域732处的形变是否指示该破裂盘730 已经受损或者破裂即将发生。另外，可包含的是，反向作用破裂盘730可以被设计成启动翻转而不使用诸如锯齿痕或刻痕线的特征部。由此，应变计752可以位于任何预激活反应区处或翻转将开始的地方。图8例示了跨越刻痕线布置的应变计的更详细的视图。跨越刻痕线832布置应变计852，应变计852连接至传感器环路810。应变计852可以附接到刻痕线832。刻痕线 832上的应变被应变计852登记。尽管应变计852被例示为跨越刻痕线832，但是在另选实施方式中，可以在诸如刻痕线的一个或更多个特征部之间限定预激活反应区。在这种实施方式中，可以在该一个或更多个特征部之间的该预激活反应区上设置应变计。
在根据本公开的完整性传感器的另一个实施方式中，传感器环路910可以连接至传感器元件905。该传感器元件905可以跨越薄弱设计区域932延伸和/或附接至薄弱设计区域932，并且通过具有尖锐边缘的部件限制，举例来说，如图9所示的尖锐短突出部939。 尖锐短突出部939可以具有整体尖锐边缘或者设置有隔开的切割元件。传感器元件905可以固定到装置930，相对于泄压装置930具有有限的运动自由度。当传感器元件905完整时，传感器环路910处于常闭构造中，其如前所述地向监测器(未示出)发送信号。如果泄压装置930按照薄弱设计区域932形变的方式未激活就受损，则传感器元件905可以撞击短突出部939的尖锐边缘，并且起皱或切断，致使其不能够再传递信号。因而，常闭的传感器环路910打开，使去往监测器920的传感器信号中断。根据本公开的完整性传感器可以被布置在任意希望的预激活反应区处。图10例示了在破裂盘1030上布置完整性传感器1070。如图所示，该破裂盘130具有法兰部分1031 和可破裂部分1033。该可破裂部分1033可以设置有一个或更多个特征部1080，这些特征部1080可以用于限定预激活反应区。可以靠近预激活反应区布置传感器1070。如图10所示，可以在破裂盘1030上的多个位置(例如^、8、(、03、？、6、^、1(，或者另一位置)中的任何位置处产生该预激活反应区，并且可以对应地布置附属的传感器1070。例如，可以在位置K处限定预激活反应区，或者该预激活反应区与限定的薄弱区域(例如，刻痕线1080b) 交叠的另一个位置处。作为另一个示例，可以在诸如G、H或J的位置处限定预激活反应区， 其中，靠近限定的薄弱区域(例如，一条或更多条刻痕线1080)限定预激活反应区。作为另一个示例，可以在诸如A、B、C、D、E或F的位置处限定预激活反应区，其中，与所限定的薄弱区域(例如，刻痕线1080)隔开限定预激活反应区。无论在哪个位置产生预激活反应区，都可以将传感器1070布置在该位置处。在一个实施方式中，破裂盘1030可以设置有具有刻痕线形式的四个表面特征部 1080。在这个实施方式中，破裂盘1030被设计为沿由刻痕线1080形成的图案爆裂，从而破裂盘1030当破裂时产生四个“瓣状部”。刻痕线1080可以被设计为在更低的压力下刻痕线 1080实际上用作可破裂部分1033的支承部。在这种实施方式中，随着可破裂部分1033上的压力增加，与在每一条刻痕线1080相比，可破裂部分1033在每一个“瓣状部”的中央(例如，位置E处)可能经历更大的形变。仅仅在可破裂部分1033上的压力增加超过一阈值之后，破裂盘在刻痕线1808才充分形变以导致破裂。在这种实施方式中，已经示出当将传感器1070设置在可破裂部分1033的一个或更多个“瓣状部”的中央处时，感测破裂盘1030 的完整性来说特别有效。由此，在一个实施方式中，由刻痕线1080a和1080b限定角α。线 Y-Y 二等分角a。例如可以沿线Y-Y设置传感器，如图10中的传感器D、E和F所示。上述实施方式仅仅是示例性的，并且可设想的是，破裂盘可以设计为在除了由刻痕线形成的“瓣状部”的中央以外的其它位置产生预激活反应区，并且可以将传感器布置在该另选的预激活反应区中。另外，尽管图10的破裂盘被例示为具有圆形外形，但可设想是， 具有不同形状和尺寸的破裂盘或泄压装置可以与本公开一起使用。不论泄压装置或预激活反应区是什么形状，传感器都可以设置在预激活反应区处或靠近预激活反应区，以感测破裂盘的完整性。在图IlA所示实施方式中，破裂盘1130包括位于其顶点的锯齿痕1132，和弓形形式的具有第一端部和第二端部的刻痕线1136。该弓形可以包围破裂盘1130的激活部分的至少一部分。在这种实施方式中，刻痕线1136产生用于破裂盘激活的爆裂图案。破裂盘可以沿刻痕线1136爆裂，剩下瓣状部1131被枢轴部分1137保持(弓状刻痕线1136的两个端部之间)，如图IlB所例示。在这个实施方式中，可以与破裂盘1130的顶点隔开产生预激活反应区1135。例如，在顶点和枢轴部分1137限定线Z-Z的情况下，可以在该破裂盘的总体上与枢轴部分1137相对的一侧上沿着线Z-Z产生预激活反应区1135。由此，为了监测破裂盘1130的完整性，传感器1170可以布置在该预激活反应区1135处。在另选实施方式中，可以在破裂盘1130上的其它位置产生预激活反应区。传感器1170可以布置在任何适于监测预激活反应区的位置。尽管图11A-11B所示实施方式为圆形，但可设想的是，其它几何形状也可以与本公开一起使用。另外，尽管图IlA描绘了刻痕线，但可设想的是，任何合适的薄弱设计区域(包括任何合适的薄弱线)都可以使用。虽然已经将传感器描述为附接至泄压装置的预激活反应区或者靠近预激活反应区，但还可设想的是，其它类型的传感器也可以与本公开一起使用。例如，可以使用光学测量装置1271，如图12A所例示。光学测量装置1271例如可以使用反射离开泄压装置1231 的预激活反应区的激光束，来测量该预激活反应区中的变化。另选的是，如图12B所示，可以将无线电波装置1272用作传感器。利用无线电波装置1272，该传感器可以测量泄压装置1232的预激活反应区中的变化。在又一另选实施方式中，如图12C所示，该传感器可以是振动检测器1273。振动检测器1273检测泄压装置1233的振动频率。泄压装置1233的振动频率例如可以根据压力、力量、载荷、温度或应用至其的其它状况而改变。由此，振动频率的变化可以指示泄压装置1233的形状或状况的变化。在可以将完整性传感器布置在预激活反应区处之前，必须标识该预激活反应区。 因此，本公开包含可以标识预激活反应区并且应用完整性传感器的方法。根据该方法，可以将应变计(如图5A所示的应变计55 布置在泄压装置的一个或更多个区域上，并且在压力被施加到泄压装置时，可以测量应变计的响应。通过在泄压装置的多个区域处使用应变计，可以标识具有最高预激活反应的区域。基于该信息，可以将传感器安装在该预激活反应区处或靠近该预激活反应区，从而可以监测泄压装置的完整性。另选的是，可以通过与预激活反应区隔开设置的传感器来感测预激活反应区。在泄压装置设置有薄弱设计区域的实施方式中，该预激活反应区可以或者可以不与薄弱设计区域交叠。虽然泄压装置完整性传感器的上述实施方式已经被描绘为利用防爆板或破裂盘， 但本公开不限于这种特定结构。因此，另选的泄压装置旨在位于本公开的范围内，包括用于密封具有不同压力的两个部分之间的附接部的所有等同结构。而且，尽管上述实施方式已经被描绘为监测泄压装置在激活之前的完整性，但本公开不单独限制于该功能。因此，所述完整性传感器的实施方式还可以监测泄压装置的附加参数。另外，可设想的是，一个实施方式的单个特征可以添加至另一个实施方式，或者代替另一个实施方式的单独特征。因此，处于本公开的范围内的是，覆盖由代替和替换不同实施方式之间的不同特征而得出的实施方式。上述实施方式和布置仅仅旨在例示所设想的结构和方法。根据在此对本公开的说明书和实践的考虑，本领域技术人员将清楚其它实施方式。
权利要求
1.一种泄压装置完整性传感器，所述泄压装置完整性传感器包括传感器元件，所述传感器元件被设置为感测泄压装置的预激活反应区的状况，所述传感器元件被设置为发送指示正常状况的信息；其中，所述信号的变化或中断指示所述预激活反应区中的变化。
2.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，其中，在所述泄压装置激活之前检测所述预激活反应区中的变化。
3.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器元件被设置为附接至所述预激活反应区。
4.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，所述泄压装置完整性传感器还包括监测器；以及传感器环路，所述传感器环路在所述传感器元件与所述监测器之间发送所述信号。
5.根据权利要求4所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器环路和所述传感器元件包括常闭回路，并且其中，所述常闭回路被设置为响应于所述预激活反应区中的变化而打开。
6.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器元件包括呈现第一电阻值的导电元件。
7.根据权利要求6所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述导电元件被设置为响应于所述预激活反应区中的变化而形变，并且其中，所述导电元件的形变导致所述导电元件呈现第二电阻值。
8.根据权利要求7所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述可变形的导电元件是应变计。
9.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器元件包括至少一个脆弱的易碎构件。
10.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器元件包括导线。
11.根据权利要求1所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器元件是从基本上由光学测量装置、无线电波装置以及振动检测器组成的组中选择的。
12.根据权利要求4所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述传感器环路包括气动管道。
13.根据权利要求12所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述信号包括气流。
14.根据权利要求12所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述信号包括所述气动管道中的压力。
15.一种泄压装置完整性传感器，所述泄压装置完整性传感器包括 常闭回路；其中，所述常闭回路被设置为响应于泄压装置的至少一个预激活反应区中的非激活变化而形变。
16.根据权利要求15所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述常闭回路被设置为跨越所述至少一个预激活反应区附接。
17.根据权利要求16所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述常闭回路包括导电元件，其中，所述导电元件被设置为响应于所述至少一个预激活反应区中的所述非激活变化而断开。
18.根据权利要求17所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述导电元件包括脆弱的易碎构件。
19.根据权利要求17所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述导电元件包括导线。
20.根据权利要求17所述的泄压装置完整性传感器，所述泄压装置完整性传感器还包括短突出部，其中，所述导电元件被设置为响应于所述至少一个预激活反应区中的所述非激活变化而撞击所述短突出部。
21.根据权利要求16所述的泄压装置完整性传感器，其中，所述常闭回路包括气动回路。
22.一种用于感测泄压装置的完整性的系统，所述系统包括 泄压装置，所述泄压装置具有一个或更多个预激活反应区；以及至少一个传感器元件，所述至少一个传感器元件被设置为发送指示在所述泄压装置激活之前的所述一个或更多个预激活反应区中的至少一个预激活反应区的状况的信号。
23.根据权利要求22所述的系统，所述系统还包括监测器，所述监测器被设置为监测来自所述传感器元件的所述信号；以及传感器环路，所述传感器环路被设置为在所述传感器元件与所述监测器之间发送所述信号。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述传感器环路包括常闭回路。
25.根据权利要求M所述的系统，其中，所述常闭回路被设置为响应于所述预激活反应区中的变化而打开。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述常闭回路包括电气回路。
27.根据权利要求沈所述的系统，其中，所述传感器元件包括脆弱构件。
28.根据权利要求25所述的系统，其中，所述常闭回路包括光学回路。
29.根据权利要求25所述的系统，其中，所述常闭回路包括气动环路。
30.一种监测泄压装置的方法，所述方法包括以下步骤 感测所述泄压装置的预激活反应区的状况，以及发送指示所述泄压装置的状况的信号。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，感测预激活反应区的状况的步骤还包括感测所述预激活反应区的非激活形变。
32.根据权利要求31所述的方法，所述方法还包括以下步骤当所述信号指示所述泄压装置的状况在未激活所述泄压装置的情况下改变时，触发警告
33.根据权利要求32所述的方法，所述方法还包括以下步骤改变所述信号以指示所述预激活反应区的物理状况的变化；并且其中，所述触发警告的步骤还包括当所述信号改变时触发警告。
34.根据权利要求30所述的方法，其中，所述信号包括具有电流的电气信号，所述方法还包括以下步骤响应于所述预激活反应区中的变化来改变所述电流。
35.根据权利要求30所述的方法，其中，所述信号包括具有电压的电气信号，所述方法还包括以下步骤响应于所述预激活反应区中的变化来改变所述电压。
36.根据权利要求30所述的方法，其中，所述信号包括气压，所述方法还包括以下步骤响应于所述预激活反应区中的变化来改变所述气压。
37.根据权利要求30所述的方法，所述方法还包括以下步骤 响应于所述预激活反应区中的变化来中断所述信号。
38.根据权利要求37所述的方法，所述方法还包括以下步骤 当所述信号中断时触发警告。
39.一种用于加压系统的泄压设备，所述泄压设备包括泄压装置，所述泄压装置包括激活部分，所述激活部分被设置为当所述加压系统中的压力超出阈值时减小压力，其中，所述激活部分包括薄弱设计区域和预激活反应区；以及完整性传感器，所述完整性传感器被设置为感测所述泄压装置的在激活之前的完整性。
40.根据权利要求39所述的设备，其中，所述薄弱设计区域包括刻痕线。
41.根据权利要求39所述的设备，其中，所述薄弱设计区域包括第一刻痕线和第二刻痕线，其中所述第一刻痕线和所述第二刻痕线在它们之间限定角；以及所述预激活反应区被限定在所述第一刻痕线与所述第二刻痕线之间的所述角内。
42.根据权利要求41所述的设备，其中，所述完整性传感器在所述预激活反应区附接至所述激活部分。
43.根据权利要求42所述的设备，其中，所述预激活反应区被限定在将所述第一刻痕线与所述第二刻痕线之间的所述角二等分的线上。
44.根据权利要求39所述的设备，其中，所述预激活反应区与所限定的薄弱区域交叠。
45.根据权利要求39所述的设备，其中，所述预激活反应区被限定为与所限定的薄弱区域相邻。
46.根据权利要求40所述的泄压装置，其中，所述刻痕线限定包围所述激活部分的至少一部分的弓形形状。
47.根据权利要求46所述的泄压装置，其中，所述激活部分还包括锯齿痕。
48.根据权利要求47所述的泄压装置，其中，所述弓形形状包括第一端部和第二端部， 其中所述泄压装置还包括位于所述弓形形状的所述第一端部与所述第二端部之间的枢轴区域；所述枢轴区域和所述锯齿痕限定线；并且所述预激活反应区限定在所述锯齿痕的与所述枢轴区域相对一侧上的所述线上。
49.根据权利要求48所述的泄压装置，其中，所述完整性传感器与所述预激活区域相邻地设置。
50.一种监测具有预激活反应区的泄压装置的完整性的方法，其中，所述泄压装置与加压系统一起安装，所述方法包括以下步骤 感测所述预激活反应区处的应变；以及当所述应变指示所述泄压装置未激活就形变时，产生信号。
51.根据权利要求50所述的方法，所述方法还包括以下步骤 感测所述加压系统的压力；其中，以所述应变的大小感测所述应变；并且其中，所述产生信号的步骤还包括当在所感测的所述压力处应变的级别超出应变的可允许阈值级别时产生信号。
52.根据权利要求50所述的方法，所述方法还包括以下步骤 感测所述加压系统的压力；计算每单位压力的应变变化率；并且其中，所述产生信号的步骤还包括在每单位压力的应变变化率超出可允许阈值时产生信号。
53.根据权利要求50所述的方法，所述方法还包括以下步骤 计算每单位时间的应变变化率；并且其中，所述产生信号的步骤还包括在每单位时间的应变变化率超出应变大小的可允许阈值级别时产生信号。
54.一种监测泄压装置的完整性的方法，所述方法包括以下步骤 向所述泄压装置施加压力；测量所述泄压装置的至少一个区域的应变；基于在所述泄压装置的所述至少一个区域处测量的所述应变，标识预激活反应区；以及监测所述预激活反应区的形变。
55.根据权利要求M所述的方法，所述方法还包括以下步骤 标识指示所述泄压装置可能受损的至少一个应变大小。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述标识至少一个应变大小的步骤包括标识最大安全可允许应变大小。
57.根据权利要求M所述的方法，其中，所述向所述泄压装置施加压力的步骤还包括向所述泄压装置施加多个压力，并且其中，所述测量所述泄压装置的至少一个区域的应变的步骤还包括测量在所述多个压力中的每一个压力处的所述应变，所述方法还包括以下步骤标识每单位时间的至少一个应变率，所述应变率指示所述泄压装置可能受损。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述标识每单位时间的至少一个应变率的步骤包括标识每单位时间的最大安全可允许应变率。
59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述标识最大安全可允许应变率的步骤还包括标识在指定应变大小处的每单位时间的最大安全可允许变形率。
60.根据权利要求M所述的方法，其中，所述向所述泄压装置施加压力的步骤还包括向所述泄压装置施加多个压力，并且其中，所述测量所述泄压装置的至少一个区域的应变的步骤还包括测量在所述多个压力中的每一个压力处的所述应变，所述方法还包括标识在阈值压力级别处的至少一个应变，所述应变指示所述泄压装置可能受损。
61.根据权利要求60所述的方法，其中，所述标识在阈值压力级别处的至少一个应变包括标识阈值压力级别处的最大安全可允许变形。
62.根据权利要求M所述的方法，所述方法还包括以下步骤 向所述预激活反应区应用传感器。
63.根据权利要求M所述的方法，其中，所述泄压装置是第一泄压装置，所述方法还包括标识与所述第一泄压装置的所述预激活区域相对应的第二泄压装置的预激活区域，以及监测所述第二泄压装置的所述预激活区域的形变。
64.根据权利要求63所述的方法，所述方法还包括以下步骤 向所述第二泄压装置的所述预激活反应区应用传感器。
全文摘要
公开了一种用于感测泄压装置的完整性的传感器，以及关联的系统和方法。该传感器可以感测泄压装置的薄弱设计区域，例如防爆门或破裂盘(1030)。监测器可以监测来自该传感器的信号，该信号可以通过传感器环路在该传感器与监测器之间发送。响应于该薄弱设计区域(080b)中的变化，来自该传感器的信号可以被改变或被中断，指示该薄弱设计区域已经改变。来自该传感器的信号例如可以是电气信号、光学信号，或气动环路中的气流。
文档编号F16K17/16GK102549324SQ201080042818
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月30日 优先权日2009年7月31日
发明者H·莱希, J·托马斯克, L·菲特兹格拉德, S·法维尔, 杰夫·布拉齐尔 申请人:Bs&B安全系统有限公司