在线取样装置的制作方法

本发明涉及一种在线取样装置。更加特别地，本发明旨在用于工艺液流(例如，来自拜耳法的工艺液流)的在线取样以及分析。

背景技术：

在很多工业应用中，采用在线取样方法以便实时监测工艺液流的性能。在线取样装置通常包括分析仪和辅助设备，其中，分析仪对样本进行化学分析，位于分析仪下游的辅助设备支持在线取样装置的运转。各种类型的分析仪用于工艺液流的在线取样，这些各种类型的分析仪包括ph计、导电率计和浊度仪。辅助设备可以包括阀、传感器和虹吸管。

拜耳法涉及通常在高温并且高压条件下分解苛性碱溶液中的铝土矿。苛性碱溶液溶解主要的铝载体化合物(三氢氧化铝和羧基氧化铝)，从而形成包含有不溶杂质和包含有在拜耳溶液中溶解的化合物的浆液。冷却该浆液并且分离不溶杂质。剩余的溶解的化合物被转到沉淀阶段，其中，通过沉淀氧化铝承载相而从拜耳溶液回收铝，所述氧化铝承载相通常为三氢氧化铝(al(oh)3)。煅烧沉淀物以便回收氧化铝作为产品。

在拜耳法中，采用在线取样方法以为了将工艺液流控制成期望的规格。而且，通过在操作中的多个位置处对工艺液流的周期性在线分析能够用于控制工艺，以便最大化氧化铝或者其它产品的产量。

在使用在线取样装置时遭遇的问题是存在使得辅助设备暴露于正在测量的样本的风险。这种暴露可能影响设备的内部工作部件，使得它们能够增加运转和/或维修成本，从而不利地影响设备的在线可用性或者导致设备发生故障。例如，由于特定拜耳法工艺液流中的高碱性、高离子强度、高氧化铝过饱和度、高温和高总固体含量而使得在线分析拜耳法操作中的溶液变得复杂。因此，考虑到与这些料流的相互作用可以阻止设备有效工作，所以不期望辅助设备(例如，管道、压力传感器和阀)暴露于拜耳法工艺液流。

背景技术的上述讨论仅仅旨在有助于理解本发明。该讨论并非确认或者承认所涉及的材料中的任意一种作为或者曾经作为本申请的优先权日的公知常识的一部分。

在本文中引用的每篇文献、参考、专利申请或者专利的全部内容通过引用而明确地结合到本文中，这表示阅读者应当将它们作为本文的一部分来阅读和考虑。仅仅出于简洁的原因，在本文中不再重复引用所述文献、参考、专利申请或者专利。

在整个说明书和权利要求中，除非上下文另有规定，否则词语“包括”或者其变体诸如“包含”或者“具有”将被理解为表示包含所述的整体或者整体组但不排除任何其它的整体或者整体组。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种在线取样装置，其包括：

取样器；

分析仪；

延迟构件；和

辅助设备，

其中，延迟构件位于分析仪的下游并且适于阻止样本暴露于辅助设备，辅助设备采用样本移除流体来从装置移除样本。

在其中可以采用本发明的装置的溶液通常是高腐蚀性的并且是饱和的溶液。这些类型的溶液通常表现出自动沉淀的倾向。将理解的是这种溶液可以沉淀在本发明的装置内部。例如，沉淀可以发生在取样器、分析仪或者延迟构件中。优选地，装置中的样本移除流体的速度足以移除可能沉淀在装置中的任何颗粒。

将理解的是，样本移除流体接触辅助设备的至少一部分，因此所述样本移除流体不应当具有高腐蚀性能。样本移除流体可以是能够移除样本而又不会过度损坏辅助设备的任何溶液。在本发明的一种形式中，样本移除流体是水性溶液。优选地，样本移除流体是水。将理解的是工业生产过程可能没有可用的水。在这种情况中，应当采购可用的最干净的水。例如，在拜耳法的背景中，冷凝水是合适的。

在线取样装置还可以包括装置以清洁分析仪。在本说明书的背景中，术语清洁分析仪可以包括移除已经沉淀在分析仪上的或者分析仪中的或者以其他方式污染分析仪的材料的至少一部分。所述分析仪清洁装置可以设置成清洁流体入口的形式。优选地，清洁流体入口位于分析仪附近。根据沉淀的性质，清洁流体可以是酸性溶液或者碱性溶液。优选地，清洁流体是强酸或者强碱。

在本发明的特定形式中，其中样本是拜耳溶液，清洁溶液优选地是强酸，例如，磷酸或者硫酸。

延迟构件可以设置成管的形式。

术语管将被理解为包括管道、软管或者任何其它适当的细长构件。

延迟构件可以是笔直的、弯曲的、堆叠的或者盘绕的。

优选地，延迟构件是盘绕的。

将理解的是，延迟构件的长度与直径的比将根据待分析的样本的特性变化。例如，诸如粘度、温度、密度、压力或者总固体含量的样本特性能够影响通过延迟构件的样本的流量。因此，延迟构件的长度与直径的比将在各个应用中有所不同，但是参照本发明的参数的本领域中的普通技术人员将易于确定所述长度与直径的比。

优选地，延迟构件的长度在5米至15米之间。

优选地，延迟构件的直径在5毫米至25毫米之间。

优选地，延迟构件的长度与直径之比在500和2000之间。

有利地，大的长度与直径之比减小了辅助设备暴露于样本的可能性。

有利地，延迟构件具有固定容积。有利地，校正如上所述的延迟构件的固定容积。

将理解的是，样本的特性将影响延迟构件的组成。延迟构件优选地由这样的材料制成，所述材料适于操纵可能损坏辅助设备的样本，例如，具有高酸性、高碱性、高离子强度、高温、高结垢倾向和高总固体含量的样本。化学耐受聚合物(例如，含氟聚合物)可以适于很多应用。特定示例包括氟化乙烯丙烯(fep)、聚四氟乙烯(ptfe)和全氟烷氧基烷烃(pfa)。替代地，延迟构件可以由例如聚乙烯和金属(例如，不锈钢)的材料制成。

优选地，延迟构件由全氟烷氧基烷烃(pfa)制成。

在本发明的一种形式中，延迟构件内部具有涂层，以减少结垢形成。这种涂层在对具有沉淀倾向的流体(例如，拜耳溶液)取样时特别有利。在本发明的一种形式中，涂层是化学镀镍。

在本发明的一种形式中，取样器设置成样本管的形式，用于将样本从工艺液流输送到分析仪。

将理解的是，样本的特性将影响样本管的成分。样本管优选地由适于操纵这样的样本的材料制成，所述样本具有例如高酸性、高碱性、高离子强度、高温、高结垢倾向和高总固体含量。例如聚四氟乙烯的化学耐受聚合物可以适于很多应用。特定示例包括氟化乙烯丙烯(fep)、聚四氟乙烯(ptfe)和全氟烷氧基烷烃(pfa)。替代地，样本管可以由例如聚乙烯和金属(例如，不锈钢)的材料制成。

在本发明的一种形式中，样本管内部具有涂层，以减少结垢形成。

优选地，在线取样装置还包括出口构件，所述出口构件与延迟构件和分析仪流体连通。

优选地，出口构件为出口管的形式。

将理解的是，样本的特性将影响出口管的成分。出口管优选地由适于操纵这样的样本的材料制成，所述样本具有例如高酸性、高碱性、高离子强度、高温、高结垢倾向和高总固体含量。例如聚四氟乙烯的化学耐受聚合物适于很多应用。特定示例包括氟化乙烯丙烯(fep)、聚四氟乙烯(ptfe)和全氟烷氧基烷烃(pfa)。替代地，出口管可以由例如聚乙烯和金属(例如，不锈钢)的材料制成。

在本发明的一种形式中，出口构件的内部涂覆有涂层，以减少结垢形成。

分析仪可以是ph计、导电率计、浊度计、分光计、分光光度计、荧光计、声速计、密度计或者是本领域中已知的用于测量样本特性的任何其它的测量仪表或者器械。

在本发明的一种形式中，样本是拜耳法溶液。

术语拜耳法溶液将理解为包括任何这样的流体，所述流体运行通过拜耳法的至少一部分，包括但不局限于废溶液、绿溶液、分解溶液、沉淀溶液、工艺湖水、洗涤器溢流溶液和底流浆液。

根据本发明，提供了一种从工艺液流提取样本的方法，所述方法包括以下步骤：

从工艺液流提取样本，使得样本进入取样器、分析仪和延迟构件；

使得样本在在线取样装置中停止流动；

用流体冲洗在线取样装置，

从而使得样本返回到工艺液流中。

附图说明

现在将参照以下附图仅仅以示例的方式描述本发明，在所述附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的在线取样装置的示意图；和

图2是根据本发明的第二实施例的在线取样装置的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的在线取样装置10的示意图，其包括：

取样器12；

分析仪14；

延迟构件16；和

辅助设备18，

其中，延迟构件16位于分析仪14下游并且适于阻止样本暴露于辅助设备18。

样本管12形式的取样器浸入在拜耳法工艺液流20中。样本管12的长度为2米并且由全氟烷氧基烷烃(pfa)制成。分析仪14设置成浊度计的形式。

在图1中，拜耳法工艺液流20包含在处理容器22中。可以通过处理容器和在线取样装置之间的压力差或者经由泵而从拜耳法工艺液流20移除样本。

在线取样装置10还包括出口管24形式的出口构件，所述出口管与分析仪14和延迟构件16流体连通。出口管24包括气泡捕捉器26，所述气泡捕捉器能够用于移除在线取样装置10中的气泡。特别地，已经被部分吸入到延迟构件16中的、可以夹带在样本中的气泡通常从样本中上升离开并且呈现为通过分析仪14的气泡流。这可能导致分析仪14的故障，因此，气泡捕获器26用于移除该气泡流。将理解的是，如果延迟构件16位于分析仪14上方，那么就不需要气泡捕获器。

pfa管16形式的延迟构件16是盘绕的。延迟构件16的长度与直径的比为1000:1。延迟构件16的长度是10米并且直径为10毫米。

位于分析仪14下游处的辅助设备18用于支持在线取样装置10的运转。如图1所示，辅助设备18包括流体入口28、隔离阀30、过滤器32、止回阀34、限流器36、怠速净化阀38、冲击阀40、压力传感器42、放泄阀44、放泄限流器46和排放出口48。

流体入口28提供了使得流体流至在线取样装置10的开口。流体可以是新鲜水或者循环水、稀释拜耳法溶液、除垢溶液、苛性碱溶液、酸或者适于清洁在线取样装置的任何其它流体。位于流体入口28上游的隔离阀30控制流体到在线取样装置10的供给。位于隔离阀30上游的过滤器32将流体中存在的任何更大的不需要的物体最小化以防止它们流至延迟构件16、分析仪14并且进入到拜耳法工艺液流20。止回阀34引导包含在在线取样装置中的流体(所述流体可能受到拜耳法工艺液流污染)流动远离隔离阀30，所述止回阀34相对于流体流位于隔离阀30上游。

位于止回阀34上游的限流器36控制流体的流动，使得所述流体具有低流量。怠速净化阀38控制低流量的流体到延迟构件16、分析仪14以及进入到拜耳法工艺液流20中的供给。同样位于止回阀34上游的冲击阀40控制和供给高流量的流体到延迟构件16、分析仪14并且进入到拜耳法工艺液流20中。

压力传感器42监测在线取样装置10中的压力，使得能够检测低压力或者高压力的存在以便降低损坏在线取样装置10的风险。例如，在样本管12、出口管24或者延迟构件16的任意一者中的材料的聚集将导致可以由压力传感器检测到的压力变化。

放泄阀44允许在在线取样装置中的流体经由排放出口48而被排出，位于放泄阀44上游的放泄限流器46将正在被排放的流体流量控制为低流量。

在图2中，示出了根据本发明的第二实施例的在线取样装置50，所述在线取样装置50在很多方面均与在线取样装置10类似，相同的附图标记表示相同的零件。在线取样装置50的辅助设备18包括虹吸系统52。虹吸系统52被采用在这种情况中：其中拜耳法没有处于受压条件下，使得能够从拜耳法工艺液流53移除样本。

虹吸系统52包括虹吸阀54、虹吸管脚56和虹吸气泡捕获器58。虹吸管脚56具有足够的高度60以建立虹吸，以便从拜耳法工艺液流20移除样本。虹吸阀54用于控制顺着虹吸管脚56的流体流动，并且像这样控制样本采集(见下文)。位于虹吸管脚56下游的虹吸气泡捕获器58最小化了任何气泡向流体压头的上升，否则所述气泡将替代流体。像这样，虹吸气泡捕获器58确保基本保持流体压头。

在线取样装置还包括清洁装置62，所述清洁装置适于周期地清洁分析仪14。清洁装置62包括硫酸容器64、过滤器66、泵68和止回阀70。

在线取样装置10、50能够在四种状态中运转：怠速状态、取样状态、净化状态和清洁状态。

在不需要样本时，在线取样装置10、50以怠速状态运转。在这种状态中，通过打开隔离阀30和怠速净化阀38，流体流经由流体入口28被供给到在线取样装置10、50，而与此同时冲击阀40和放泄阀44保持闭合。位于怠速净化阀38前方的限流器36控制流体流，使得其具有低流量。流体流动通过延迟构件16、分析仪14并且最终通过样本管12。低流量的流体进入工艺液流20。该低流量的流体防止样本进入到在线取样装置10、50中。将理解的是，低流量的流体的量不会影响在线取样装置10、50或者拜耳法的运转。例如，大约每小时20升(l)的流体流量不会对如可以在拜耳法工艺液流中发现的每小时数百千升或者更多的总流量造成影响。还将理解的是，低流量的流体可以具有高储备压力，以便确保流体到拜耳法工艺液流20中的供给。因此在怠速时用流体装填在线取样装置10、50。

在取样状态中，在需要样本时，怠速净化阀38闭合并且放泄阀44打开，从而致使样本进入样本管12。如果采用了虹吸系统52，则打开虹吸阀54，以允许样本进入样本管12。在使用之前可以校正样本抵达延迟构件16的大约中点时所耗费的时间，使得能够使用自动计时器或者控制系统(未示出)将样本前部定位在延迟构件16的大约中点。如上所述，大的长度与直径之比和固定的体积有助于校正延迟构件。在样本是暗色拜耳溶液的情况中，假设延迟构件16足够透明，则可以看到延迟构件16内部的样本。在样本前部抵达延迟构件16的大约中点时，闭合放泄阀44，以防止样本12进一步移动。如果采用了虹吸系统52，则闭合虹吸阀54，以防止样本12进一步移动。然后由分析仪14进行测量。

有利地，大的长度与直径之比使得能够准确地确定填充率和样本获得率，从而有助于延迟构件阻止溶液与辅助设备接触的能力。

当完成测量时，在线取样装置10、50进入净化状态。通过打开冲击阀40用流体冲洗在线取样装置10、50。这确保在线取样装置10、50中的任何样本被强制回到拜耳法工艺液流中并且用流体替代所述样本，而且确保分析仪14被清洁。另外，通过在线取样装置10、50的流体的冲洗基本清洁了延迟构件16、分析仪14、出口管24和样本管12。在线取样装置10、50随后恢复成怠速状态直到需要对另外的样本进行取样和分析。

根据样本情况，可能存在周期性的需要使得装置在清洁状态中运转。将理解的是，例如拜耳溶液的溶液具有自动沉淀的趋势。也被称为结垢的这种沉淀能够沉淀在诸如透明度计的分析仪内部，从而影响结果。

根据分析仪的状态，清洁状态可以发生在获取并且测量每个样本之后或者发生在获取并且测量一组样本之后或者发生在需要时。在清洁状态中，阀38和阀40闭合而阀54优选地打开。将来自容器64的硫酸泵入到分析仪14中，以便移除结垢。系统允许酸浸泡大约10分钟，在此之后其恢复到怠速状态。然而，还可以直接继续到取样状态。

将理解的是，在压力系统用于在线取样装置10时，压力系统将包括放泄管脚，由阀来操作所述放泄管脚，以便允许拜耳法中的压力使流体强制离开阀。

还将理解的是，将设计图1中的放泄限流器46的尺寸以结合延迟构件16，使得测量期间的样本的定位是可管理并且可重复的，所述放泄限流器相对于流体流位于放泄阀44的上游。还将理解的是放泄限流器还可以相对于流体流位于虹吸阀54的上游，其中，将设计放泄限流器的尺寸以结合延迟构件16，使得测量期间的样本的定位是可管理并且可重复的。

本申请人发现的是，没有使用本发明的现有技术的在线取样装置可以在使用4周至8周之后出现辅助设备故障。这些现有技术装置引导样本通过辅助设备18，辅助设备18从而暴露于高温、小固体颗粒以及沉淀结垢作用。在这些情况中，主要的故障形式是阀的卡滞以及堵塞管工作。相反的是，本发明的在线取样装置10、30已经运转至少9个月时间而没有发生辅助设备18的故障。

那些本领域的技术人员将理解的是，在此描述的本发明允许除了那些明确描述的内容之外的变形方案和修改方案。将理解的是本发明包括所有这样的变形方案和修改方案。