本發(fā)明涉及一種視鏡設(shè)備。本發(fā)明的實(shí)施例涉及在具有高壓流體(其中一些也可以是可燃的)的情況下使用時具有增加的安全水平的視鏡設(shè)備。

背景技術(shù)：

視鏡(sight glass)可以裝配到容器、腔室和管道，以使得操作者或光學(xué)傳感器能夠觀察容器、腔室或管道的內(nèi)部，例如觀察液位或行為。視鏡通常包括在金屬包圍物以內(nèi)的鋼化玻璃板(通常是圓形的)?？梢酝ㄟ^將金屬包圍物焊接、螺栓連接、或夾緊到容器、腔室或管道中的開口，來將視鏡安裝到容器。

雖然視鏡通常用于多種工業(yè)，但視鏡不常用于天然氣處理和分配系統(tǒng)。其原因在于，這些系統(tǒng)的高壓環(huán)境內(nèi)的視鏡失效將是災(zāi)難性，并且對石油和天然氣工業(yè)造成巨大的風(fēng)險。

已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試，以最小化視鏡失效的影響。例如，已經(jīng)提出，具有與初級視鏡相同的直徑的次級視鏡可以直接安裝在初級視鏡后面。然而，這樣做存在問題：如果初級視鏡在壓力下失效，來自失效的初級視鏡的碎片將沖擊次級視鏡，并導(dǎo)致其也發(fā)生失效。CN202778414、CN202580005、US4415235、GB1487056、GB909527和EP2159619中描述了一些之前的改進(jìn)視鏡安全性的嘗試。

本發(fā)明的實(shí)施例尋求解決這些問題，并且改善在高壓系統(tǒng)中使用視鏡時的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于觀察在壓力下輸送流體的加壓容器、腔室或管道的內(nèi)部視鏡設(shè)備，所述視鏡設(shè)備包括：

安裝在所述容器、腔室或管道中的開口上方的視鏡組件，所述視鏡組件包括鄰近所述開口的視鏡，所述視鏡提供到所述容器、腔室或管道的內(nèi)部的窗口；以及

安裝在所述視鏡組件的后面和/或周圍的容納容器，用于在視鏡組件失效的情況下容納從所述管道中的開口排出的流體。

按照這種方式，即使在視鏡組件失效的情況下，加壓容器、腔室或管道內(nèi)的加壓流體可以被安全地容納。

雖然容納容器可以與包括單個視鏡的視鏡組件結(jié)合使用，但在一些實(shí)施例中，所述視鏡是第一視鏡，且視鏡設(shè)備包括第二視鏡，所述第二視鏡安裝在第一視鏡后面并與其間隔開，第一視鏡和第二視鏡提供到管道的內(nèi)部的窗口。在視鏡組件中使用第一視鏡和第二視鏡降低了視鏡組件完全失效的可能性。如上面所討論的，簡單地一起使用兩個視鏡不一定導(dǎo)致安全性的任何改進(jìn)，因?yàn)榈谝灰曠R可能產(chǎn)生碎片，碎片立即碰撞并打破第二視鏡。已經(jīng)確定了該問題的兩個解決方案。首先，第一視鏡和第二視鏡之間的空間可以容納透明的液體或膠體?？臻g內(nèi)的這種材料用于減緩來自第一視鏡的碎片，并且還將施加在第二視鏡上的壓力均布在其表面上(在空間內(nèi)沒有液體或膠體材料的情況下，第二視鏡上的壓力將很可能集中在小區(qū)域上)。其次，作為空間內(nèi)的液體或膠體的替代或附加，第一視鏡和第二視鏡可以定位為足夠靠近，使得在第一視鏡失效的情況下，來自第一視鏡的碎片將在達(dá)到足以導(dǎo)致第二視鏡失效的速度之前撞擊所述第二視鏡。按照這種方式，視鏡之間的空間可以設(shè)定為一定距離，其一方面足以使第一視鏡的失效的發(fā)生不立即傳遞到第二視鏡，另一方面又足夠小，使得來自第一視鏡的碎片在撞擊第二視鏡時，將不會達(dá)到足以導(dǎo)致第二視鏡失效的速度(由來自其后面的高壓流體的流動驅(qū)動)。

優(yōu)選地，光學(xué)傳感器安裝在容納單元內(nèi)，以通過視鏡組件觀察管道的內(nèi)部。容納容器可以包括一個或多個光學(xué)元件，以限定視鏡和光學(xué)傳感器之間的間接光學(xué)路徑，光學(xué)傳感器安裝在來自初級視鏡的直接路徑之外。結(jié)果，如果視鏡組件失效，則降低了損壞光學(xué)傳感器的可能性。應(yīng)當(dāng)理解，限定光學(xué)路徑的光學(xué)元件具有的質(zhì)量小于光學(xué)傳感器，且在破壞時，可能對容納容器內(nèi)的其它部件造成較小的后果性損害。另外，在可燃性流體的情況下，降低損壞光學(xué)傳感器的可能性可能降低了流體被引燃的風(fēng)險(因?yàn)楣鈱W(xué)傳感器包括電子部件和電力供給)。

在一些情況下，抗沖擊元件插設(shè)在視鏡與光學(xué)元件、另一視鏡、或設(shè)置在所述容納容器的壁內(nèi)或中的饋通之間。如果抗沖擊元件保護(hù)光學(xué)元件或另一視鏡，則其應(yīng)當(dāng)是透明的。應(yīng)當(dāng)理解，可以設(shè)置各種光學(xué)元件、視鏡(在容納容器的壁中)、以及饋通(仍在容納容器的壁中)，且這些可以：(a)形成相對薄弱的位點(diǎn)，其可能易于受到碎片的損壞，以及(b)是替換起來昂貴的部件。使用抗沖擊元件降低了損壞這些部件的風(fēng)險。優(yōu)選地，抗沖擊元件是相對于視鏡的平面以一角度取向的透明板。結(jié)果，碎片被重定向到例如容納容器的壁，并且也不太可能落回到管道中。

在一些情況下，視鏡組件中的每個視鏡的面設(shè)置有光學(xué)涂層。

另一視鏡可以安裝在容納容器的壁內(nèi)，視鏡設(shè)備包括安裝在容納容器的外部的光學(xué)傳感器，以沿著經(jīng)過視鏡組件和另一視鏡的光學(xué)路徑來觀察管道的內(nèi)部。通過將光學(xué)傳感器安裝在容納容器的外部，降低了損壞光學(xué)傳感器的風(fēng)險，以及流體燃燒的風(fēng)險。優(yōu)選地，在容納容器內(nèi)設(shè)置一個或多個光學(xué)元件，以限定視鏡組件和另一視鏡之間的間接光學(xué)路徑，另一視鏡安裝在來自視鏡組件的直接路徑之外。

在一些情況下，安裝在容納容器的壁中的視鏡可以與視鏡組件的視鏡的尺寸不同(更小或更大)。

光學(xué)傳感器可以是相機(jī)、光譜儀、或者利用光學(xué)裝置來觀察或感測容器、腔室或管道的內(nèi)部的任何其它傳感器裝置。

可以相對于另一視鏡安裝屏蔽元件，以在視鏡組件失效的情況下保護(hù)另一視鏡免受碎片的影響。屏蔽元件包括部分錐形的元件，其基本上圍繞另一視鏡，并有效地阻擋視鏡組件和另一視鏡之間的直接路徑。

優(yōu)選地，容納單元內(nèi)的壓力高于大氣壓力，降低了視鏡組件上的壓力差，從而降低了失效的可能性。

優(yōu)選地，容納容器包括安裝在容器的壁中的爆破片。

在一些實(shí)施例中，容納容器的內(nèi)壁的至少一部分設(shè)置有沖擊吸收襯墊，以在視鏡組件失效的情況下吸納碎片。這降低了碎片的部分在容納容器的內(nèi)部反彈的風(fēng)險。

在一些實(shí)施例中，圍繞視鏡組件安裝碎片攔擋元件(retaining element)，以防止碎片落入加壓容器、腔室或管道中。碎片攔擋元件可以是管或套環(huán)。

優(yōu)選地，閥組件安裝在加壓容器、腔室或管道內(nèi)部，閥組件響應(yīng)于視鏡組件的失效而關(guān)閉開口。這在視鏡失效的情況下提供了額外的保護(hù)。閥組件的失效響應(yīng)可以是自動的(例如沖擊閥)，或由容納容器中的壓力傳感器觸發(fā)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于觀察在壓力下輸送流體的加壓容器、腔室或管道的內(nèi)部的視鏡設(shè)備，所述視鏡設(shè)備包括：

安裝在所述容器、腔室或管道中的開口上方的視鏡組件，所述視鏡組件包括鄰近所述開口的第一視鏡，以及安裝在所述第一視鏡后面并與其間隔開的第二視鏡，所述第一視鏡和所述第二視鏡提供到所述容器、腔室或管道的內(nèi)部的窗口；

其中所述第一視鏡和所述第二視鏡之間的空間容納透明流體或膠體。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于觀察在壓力下輸送流體的加壓容器、腔室或管道的內(nèi)部的視鏡設(shè)備，所述視鏡設(shè)備包括：

安裝在所述容器、腔室或管道中的開口上方的視鏡組件，所述視鏡組件包括鄰近所述開口的第一視鏡，以及安裝在所述第一視鏡后面并與其間隔開的第二視鏡，所述第一視鏡和所述第二視鏡提供到所述容器、腔室或管道的內(nèi)部的窗口；

其中所述第一視鏡和所述第二視鏡足夠靠近，使得在所述第一視鏡失效的情況下，來自所述第一視鏡的碎片將在達(dá)到足以導(dǎo)致所述第二視鏡失效的速度之前撞擊所述第二視鏡。

優(yōu)選地，第一視鏡和第二視鏡間隔開的距離在0.5mm到10mm之間。更優(yōu)選地，第一視鏡和第二視鏡間隔開的距離在0.5mm到5mm之間。更優(yōu)選地，第一視鏡和第二視鏡間隔開的距離在0.5mm到2mm之間。更優(yōu)選地，第一視鏡和第二視鏡間隔開的距離在1mm到2mm之間。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于觀察在壓力下輸送流體的加壓容器、腔室或管道的內(nèi)部的視鏡設(shè)備，所述視鏡設(shè)備包括：

安裝在所述容器、腔室或管道中的開口上方的視鏡組件，所述視鏡組件包括鄰近所述開口的視鏡，所述視鏡提供到所述管道的內(nèi)部的窗口；以及

安裝在所述容器、腔室或管道內(nèi)部的閥組件，所述閥組件響應(yīng)于所述視鏡組件的失效而關(guān)閉所述開口。

按照這種方式，即使在視鏡組件失效的情況下，加壓容器、腔室或管道內(nèi)的加壓流體可以被安全地容納。

優(yōu)選地，閥組件包括瓣閥，其在正常條件下處于打開位置，且其在視鏡組件失效的情況下，由通過視鏡組件來自加壓容器、腔室或管道的流體的流動推動到關(guān)閉位置。優(yōu)選地，瓣閥通過瓣閥的兩側(cè)之間的壓力差保持在關(guān)閉位置中。

應(yīng)當(dāng)理解，管道或容器可以容納加壓流體，其可以容納天然氣、可燃?xì)怏w或液體烴類。

如果視鏡在高壓系統(tǒng)中使用時發(fā)生失效，該系統(tǒng)提供了更高的安全水平。高壓流體將被容納。在一些實(shí)施例中，高壓流體將被隔離，且將自動地關(guān)閉流動以改善操作者的安全性。

在管道或容器容納可燃?xì)怏w和/或天然氣的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例將是特別有利的。

還優(yōu)選的是，視鏡設(shè)備的容納容器部分地或完全地位于安裝在容器、腔室或管道的開口上的法蘭內(nèi)。本發(fā)明的這樣的實(shí)施例是有利的，因?yàn)槠淇梢詼p少容器、腔室或管道外部的視鏡設(shè)備的體積。另外，用于法蘭的系統(tǒng)可以是高度標(biāo)準(zhǔn)化的，從而允許使用常用的工具和配件將容納視鏡設(shè)備的法蘭容易地改裝到許多加壓系統(tǒng)。

優(yōu)選地，視鏡設(shè)備可以容納視鏡組件，其包括鄰近容器、腔室或管道中的開口的多個視鏡，其提供到容器、腔室或管道的內(nèi)部的窗口。這樣的實(shí)施例是有利的，因?yàn)閱为?dú)的窗口的尺寸可以減小，這樣的尺寸減小伴隨著承受室、管道或容器中的壓力所需的強(qiáng)度的降低。另外，隨著所需的強(qiáng)度降低，視鏡可以更薄，且用于它們的構(gòu)造的玻璃光學(xué)質(zhì)量降低，從而降低了成本。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，通過視鏡中的至少一個對容器、腔室或管道進(jìn)行照明，且通過至少一個其它視鏡使用光學(xué)傳感器來觀察容器、腔室或管道。這樣的情況可以是有利的，因?yàn)槠淇梢詼p少光學(xué)傳感器所經(jīng)歷的炫光，增加其靈敏度。另外，這樣的實(shí)施例可以允許使用多個光源和/或光學(xué)檢測器，其每一個被優(yōu)化為用于觀察室、容器或管道中的不同的性質(zhì)。

優(yōu)選的是，通過至少一個外圍視鏡對容器、腔室或管道進(jìn)行照明，且通過中間視鏡使用光學(xué)傳感器來觀察容器、腔室或管道。這樣的實(shí)施例可以是有利的，因?yàn)樵谶@樣的裝置中進(jìn)一步減少了光學(xué)傳感器所經(jīng)歷的炫光(glare)。

優(yōu)選地，次級密封可以包括至少一個高壓連接器。在次級密封中包括高壓連接器是有利的，因?yàn)槠涮峁┝嗽试S向和從位于視鏡容器內(nèi)的任何光學(xué)傳感器傳送功率和數(shù)據(jù)的手段，而不損害視鏡設(shè)備提供的次級容納容器的完整性。

還優(yōu)選的是，使用屏蔽件在視鏡設(shè)備失效的情況下保護(hù)高壓連接器免受碎片的影響。這樣的實(shí)施例可以是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘⒂兄谠谝曠R或初級密封失效的情況下防止視鏡設(shè)備的完全失效。

優(yōu)選地，視鏡設(shè)備還可以包括壓力傳感器。在視鏡設(shè)備中包括壓力傳感器可以被期望作為當(dāng)視鏡設(shè)備中的壓力升高時警示用戶的手段，可以作為警報系統(tǒng)的一部分。

優(yōu)選地，這樣的警報系統(tǒng)還可以包括安裝在容器、腔室或管道內(nèi)的閥組件，閥組件響應(yīng)于壓力傳感器。這樣的系統(tǒng)可以是有利的，因?yàn)槠淇梢栽试S，在初級密封或次級密封、或兩個密封都失效的情況下，使視鏡設(shè)備與腔室、容器或管道隔離。這里，整個管道、腔室或容器由于失效的視鏡設(shè)備而被損壞的風(fēng)險被大大降低。

優(yōu)選地，閥可以包括瓣閥、球閥或雙阻塞排放閥。

還優(yōu)選的是，使視鏡設(shè)備包括干燥體。干燥體的包括將減少次級容納容器中水或水蒸氣的存在，從而可能延長容置在該容器中的任何電氣、機(jī)械、化學(xué)或結(jié)構(gòu)部件的使用壽命。

另外，還優(yōu)選的是，視鏡設(shè)備進(jìn)一步包括脫氧體。次級容納容器中的脫氧體的存在可以導(dǎo)致降低容納在該容器中的任何部件或設(shè)備的氧化。如果容納在管道、腔室或容器中的可燃物質(zhì)泄漏到次級容納容器中，氧氣水平的降低還可以降低爆炸或火災(zāi)的風(fēng)險。

附圖說明

現(xiàn)在將參考以下附圖通過示例來描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是穿過氣體管道形式的容器的示意截面圖；

圖2示出了安裝到容器的本發(fā)明的實(shí)施例的一部分的示意透視圖；

圖3示意性圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的雙視鏡組件；

圖4示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的雙視鏡組件；

圖5示意性地圖示了包括雙視鏡組件、次級容納容器和緊急瓣閥的視鏡設(shè)備，其中成像裝置(或其它光學(xué)部件)安裝在次級容納容器的外部；

圖6示意性地圖示了包括雙視鏡組件、次級容納容器和緊急瓣閥的另一視鏡設(shè)備，其中成像裝置(或其它光學(xué)部件)安裝在次級容納容器的內(nèi)部；

圖7示意性地圖示了安裝到容器的本發(fā)明的實(shí)施例的透視圖；

圖8示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的法蘭安裝的視鏡組件；

圖9示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的法蘭安裝的視鏡組件；

圖10示意性地圖示了安裝在T型件中的法蘭安裝的視鏡組件；以及

圖11示意性地圖示了還包括緊急閥的法蘭安裝的視鏡組件。

具體實(shí)施方式

圖1示出了氣體管道的示意截面圖，其可以形成用于輸送氣體的國家傳輸系統(tǒng)(NTS)的一部分。氣體管道10包括容納氣體12的區(qū)域和容納液體14的區(qū)域。容器(在這種情況下是氣體管道10)內(nèi)的氣體相對于大氣壓力處于升高的壓力。例如，氣體可以具有高于大約20個大氣壓的壓力。在一些情況下，氣體可以具有高達(dá)大約400個大氣壓的壓力?？梢钥闯?，如果液體污染物14存在于氣體管道10中，則液體污染物可以聚集在氣體管道10的最低點(diǎn)，從而形成液體污染物的池。在一些情況下，例如對于快速流動氣體，可能的情形是，液體可能不匯聚在管道的底部。替代地，例如，液體可能圍繞管道的內(nèi)圓周形成完整的環(huán)狀流，盡管即使在這種情況下，可以預(yù)期大部分的液體將落到管道的底部。在任意情況下，期望具有對管道內(nèi)的事件的可視性。

圖2示出了次級容納容器16，其在分接點(diǎn)18處經(jīng)由支管安裝到氣體管道10。次級容納容器16容納光學(xué)器件，且在一些情況下容納成像裝置，其能夠通過由支管18在氣體管道10中提供的開口來觀察氣體管道10的內(nèi)部。

圖3示意性地圖示了雙視鏡組件，其設(shè)計為改善在將視鏡與高壓系統(tǒng)一起使用時的安全性。雙視鏡組件包括安裝在法蘭安裝件1內(nèi)的初級視鏡2。初級視鏡2是由合適的光學(xué)透明材料形成的壓力額定視鏡，且設(shè)計和測試為超過其將被安裝的系統(tǒng)的最大設(shè)計壓力。法蘭安裝件1是能夠?qū)⒓訅毫黧w保持在容器內(nèi)的剛性安裝件。通氣孔3可以設(shè)置在法蘭安裝件1內(nèi)，以允許氣體從容器的內(nèi)部被清除和排出到容器和視鏡組件的外部。通氣孔3有效地提供了容器、腔室或管道的內(nèi)部與容器、腔室或管道的外部(以及次級容納容器的外部，如果有的話)之間的通道，且可以處于打開狀態(tài)(其中，來自容器、腔室或管道內(nèi)部的氣體在其自身壓力下釋放)和關(guān)閉狀態(tài)(其中，氣體不發(fā)生釋放)。該布置可以用于從初級視鏡2附近清除相對較高的氧含量和濕氣。在一些情況下，濕氣可能引起冷凝，且通氣孔3可以與加熱器(未示出)組合使用，加熱器與初級視鏡2熱連通，以移除、減少或防止在視鏡2上形成冷凝。具有與初級視鏡2相似的直徑的次級視鏡5安裝在初級視鏡2后面，初級視鏡2與容器中的開口相鄰(且從而與容器內(nèi)的高壓流體相鄰并接觸)，且次級視鏡5遠(yuǎn)離開口，且不與容器內(nèi)的高壓流體接觸(除非初級視鏡2失效)。次級視鏡5安裝在法蘭安裝件4內(nèi)，且法蘭安裝件4直接(或間接)安裝到法蘭安裝件1。一空間6設(shè)置在初級視鏡2和次級視鏡5之間，且該空間容納、且優(yōu)選地基本上填充有液體或膠體。液體或膠體可以是通常用于光學(xué)耦合的折射率匹配液體。這些用于光學(xué)耦合，并且液體與玻璃的任一側(cè)的折射率匹配以提高耦合的效率。這些可從多家供應(yīng)商獲得。如果視鏡用于允許對管道的光學(xué)介入以用于拉曼或吸納光譜分析的目的，則應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)楣庾V儀還會接收來自兩個視鏡之間的液體或膠體的信號。然而，對于簡單的成像系統(tǒng)，這將不成為問題。液體或膠體也可以是在系統(tǒng)操作的波長中透明的任何液體或膠體。視鏡2和視鏡5之間的間隙是較小距離(例如幾毫米)，從而防止初級視鏡2失效的情況下的來自初級視鏡2的碎片的加速。這是有利的，因?yàn)樗槠膭恿?其為確定碎片導(dǎo)致第二視鏡失效的可能性的主要因素)是碎片沖擊時質(zhì)量和速度的乘積。碎片的質(zhì)量是固定的，但是通過減小速度(使用液體或膠體填充)和/或通過減小加速度施加的持續(xù)時間(通過減小待行進(jìn)的距離-即視鏡之間的間隔6)，可以減小沖擊時的速度，從而減小動量。液體或膠體還防止了可能導(dǎo)致第二窗口失效的點(diǎn)壓力積累。特別地，在初級視鏡失效的情況下，壓力峰值被均衡(液體或膠體使得施加在次級視鏡5上的力比其它情況下更均勻地分布在其表面上)。如果具有類似的直徑的第二視鏡直接安裝在第一視鏡后面，則很可能的是，如果初級視鏡在使用高壓流體操作時發(fā)生失效，則碎片將沖擊次級視鏡。如本實(shí)施例的情況，當(dāng)兩個視鏡之間的空間填充有透明液體或膠體時，液體或膠體吸納并減輕碎片對第二視鏡的沖擊。應(yīng)當(dāng)理解的是，通過將第一視鏡和第二視鏡定位得足夠靠近，在第一視鏡失效的情況下，來自第一視鏡的碎片將在達(dá)到足以導(dǎo)致第二視鏡失效的速度之前撞擊第二視鏡，且更優(yōu)選地，在其比此更慢地行進(jìn)時。應(yīng)當(dāng)理解，可以僅依靠在初級視鏡和次級視鏡之間使用適當(dāng)?shù)拈g隔，而不存在液體或膠體填充。然而，優(yōu)選地，雙視鏡組件既在初級視鏡和次級視鏡之間設(shè)置了適當(dāng)?shù)拈g隔，并且還具有適當(dāng)?shù)囊后w/膠體填充。

第一視鏡和第二視鏡之間的實(shí)際最佳間隔可以高度依賴于諸如以下的考慮：

(a)可能的失效模式(例如，來自管道中已有的碎片的沖擊，或第一視鏡中的機(jī)械裂紋)；

(b)涉及的流體壓力；以及

(c)空間是否填充有液體或膠體。

合適的間隔距離可能在毫米的數(shù)量級。例如，第一視鏡和第二視鏡可以隔開在0.5mm和10mm之間。更優(yōu)選地，在0.5mm和5mm之間。更優(yōu)選地，在0.5mm和2mm之間。更優(yōu)選地，在1mm和2mm之間。

圖4示意性地圖示了圖3的變型，其中，初級視鏡2和次級視鏡5兩者都安裝在它們的相應(yīng)的安裝件1、4內(nèi)，并相對于以下一個或多個成角度：(a)視鏡安裝件的平面，(b)垂直于支管的縱向軸線的平面，以及(c)從安裝在次級視鏡5后面的光學(xué)傳感器到容器中的光學(xué)視軸。通過按照這種方式以一定角度安裝視鏡，可以減少進(jìn)入其它光學(xué)部件的反射光(或是從容器外部通過視鏡投射到容器中的光，或是從容器內(nèi)部發(fā)射或反射穿過視鏡到容器外部的光學(xué)傳感器的光)。優(yōu)選地，為了減少反射，角度大于0°但小于約10°。成角度的視鏡還增加了視鏡對垂直于視鏡安裝件所施加的壓力(和沖擊)的厚度，并且允許沖擊力的一些被偏轉(zhuǎn)而不是被視鏡吸納。換言之，成角度的視鏡還可以增加視鏡組件對壓力和沖擊的順應(yīng)性，從而改善安全性。為了在這方面實(shí)現(xiàn)顯著改善，則優(yōu)選地使用大于約10°的角度。

作為次級視鏡的附加或替代，次級壓力容納容器(SCV)可以安裝在視鏡組件后面或周圍。圖5示意性地圖示了這樣的布置的示例。在圖5的情況下，次級容納容器16設(shè)置為次級視鏡的附加，但在替代實(shí)施例中，次級容納容器可以設(shè)置為次級視鏡的替代。在初級視鏡(以及次級視鏡，如果裝配有次級視鏡)失效的情況下，高壓流體容納在次級容納容器內(nèi)。圖5還示出了在高壓系統(tǒng)中的安裝閥，其提供了額外的安全性。安裝閥可以與次級視鏡和次級容納容器中的一個或兩個一起設(shè)置，或作為其替代。從圖5可以看出，閥單元32、33、34豎直地安裝在現(xiàn)有管道或壓力容器35中的開口處的法蘭安裝件的上方。在這種情況下，閥單元32、33、34是雙阻塞-排放閥單元，其包括第一阻塞閥34、第二阻塞閥32、以及排放閥33，排放閥33允許第一阻塞閥34和第二阻塞閥32之間的容積的排出。使用法蘭安裝件31將瓣閥(flap valve)單元30、31豎直地安裝在閥單元32、33、34的法蘭安裝件上方。使用法蘭安裝件1將初級視鏡2安裝在瓣閥單元30、31上方。使用法蘭安裝件4將次級視鏡5安裝在初級視鏡2上方。將次級容納容器16豎直地安裝在次級視鏡5上方。

次級容納容器(SCV)16設(shè)計為滿足并符合管道規(guī)范，并且能夠容納高壓系統(tǒng)的全部設(shè)計壓力。次級容納容器16旨在在初級視鏡(以及次級視鏡，如果存在的話)失效的情況下容納過程流體。次級容納容器16限定安裝在次級視鏡5的安裝件4上的封閉的腔室。應(yīng)當(dāng)理解，如果不使用次級視鏡，則次級容納容器16將安裝在初級視鏡2的安裝件1上。上升的套環(huán)或碎片管8安裝在視鏡5周圍，以在初級和次級視鏡組件失效的情況下最小化落回管道中的碎片量。在碎片管8內(nèi)，設(shè)置有用于光纖或光管13的透鏡組件9。透鏡組件9放置在視鏡5上或旁邊，以允許光經(jīng)由光纖或光管13傳輸?shù)揭曠R5并通過視鏡5和2投射，同時最小化反射。光纖或光管以及透鏡組件可以允許(光的，例如激光的)線、形狀和圖案通過視鏡5、2投射并進(jìn)入下方的管道中。透鏡組件9可以通過附接(未示出)到碎片管8而方便地安裝就位。光纖或光管13允許來自光源的光從次級容納容器外部入射。光纖或光管13經(jīng)由壓力額定饋通15進(jìn)入次級容納容器16，壓力額定饋通15允許維持次級容納容器16的壓力額定值(即是說，饋通15不會成為將次級容納容器整體的壓力額定值降低到不可接受的水平的系統(tǒng)弱點(diǎn))。替代地，如將在下文進(jìn)一步解釋的，照明裝置可以安裝在壓力容納容器16的外部(或內(nèi)部)，而不使用光纖或光管，并通過次級容納容器16壁中的合適的視鏡或其它光學(xué)元件來投射光，以照亮管道或壓力容器。

次級容納容器16的內(nèi)壁襯有材料(吸納內(nèi)襯)11，其適合于捕捉、吸納和保持由視鏡組件的失效產(chǎn)生的碎片，從而減少對次級容納容器16內(nèi)的部件的沖擊事件，并因此最小化對這些部件的損壞。在一些實(shí)施例中，該內(nèi)襯可以是SCV的整個容積，除了使光進(jìn)入和離開管道所需的光學(xué)路徑之外。反射鏡、二色的或其它反射表面17以一角度安裝在次級容納容器內(nèi)，以使得沿著光學(xué)路徑反射照明，這使得成像傳感器與視鏡組件不在一條直線上。反射鏡17以一定角度反射光或某些波長的光、使得在視鏡失效的情況下，其它(成像)部件不在碎片的直線上。反射鏡17可以具有孔以允許一些光通過，或可以不是完全反射的，并可以作為分光器。鋼化或剛性部件19(鋼化玻璃或類似物的部分)以一定角度安裝在次級容納容器16內(nèi)。這是為了防止來自視鏡組件和反射鏡的碎片擊中可能與視鏡組件成直線安裝的次級視鏡或透鏡、以及饋通。在本示例中，用于將光引入或提取出次級容納容器16的光纖21經(jīng)由壓力額定光纖饋通22(類似于上文所述的饋通15)進(jìn)入次級容納容器。這設(shè)置在次級容納容器的與視鏡組件相對的壁內(nèi)。鋼化部件19的存在用于保護(hù)光纖21、饋通22、以及相關(guān)聯(lián)的透鏡，或者其它聚焦、過濾或改變進(jìn)入或離開次級容納容器16的光學(xué)路徑的光學(xué)部件20。鋼化部件19以一定角度安裝，使得撞擊它的來自視鏡組件的任何碎片被重定向到吸納內(nèi)襯(并由其吸納)，從而減少碎片落回到管道中的可能性。

在本實(shí)施例中，相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27安裝在SCV外部。這樣做的一個原因是，當(dāng)系統(tǒng)用于可燃?xì)怏w系統(tǒng)時，在初級窗口失效的情況下，可燃?xì)怏w可能存在于SCV中。加壓可能損壞相機(jī)和照明系統(tǒng)，并產(chǎn)出火源(來自相機(jī)和照明系統(tǒng)中存在的電氣部件)。相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27包括相機(jī)外殼窗口26，且成像和/或照明裝置27包括相機(jī)、激光器、LED或其它光學(xué)部件，其允許從次級容納容器16外部獲得圖像、或注入光。為了使成像和/或照明裝置27設(shè)置有經(jīng)由次級容納容器16進(jìn)入管道的光學(xué)路徑，第三視鏡25(其可以是“次級”視鏡，如果次級容納容器16和管道之間的視鏡組件僅包括單個(初級)視鏡2)設(shè)置在次級容納容器16的側(cè)壁中(在來自初級視鏡的碎片的直線之外)。第三視鏡25可以小于(或大于)初級視鏡2和/或次級視鏡5。視鏡25經(jīng)由視鏡安裝件24安裝到次級容納容器16中的開口，其通常允許相機(jī)或其它部件安裝在次級容納容器16的外部，同時具有進(jìn)入次級容納容器16的視野。在這種情況下，安裝視鏡安裝件24的開口由側(cè)室提供，所述側(cè)室從次級容納容器16的主室延伸到視鏡安裝件24所裝配的開口端。這使得視鏡25遠(yuǎn)離來自初級視鏡2和次級視鏡5的直接碎片路徑。從圖5可以看出，在相機(jī)27和管道的內(nèi)部之間經(jīng)由反射鏡17提供光學(xué)路徑，反射鏡17(在本示例中)以直角重定向光。

第三視鏡25、以及光纖饋通15、22中的每一個安裝在次級容納容器16的壁內(nèi)，且相對于吸納內(nèi)襯11有效地凹陷。為了在視鏡組件失效的情況下保護(hù)這些元件(透鏡、視鏡或其它部件)免受反彈碎片的影響，套環(huán)或屏蔽件23裝配在它們周圍。屏蔽件23可以采用部分錐形的金屬套環(huán)的形式，其寬端抵靠次級容納容器的壁安裝在其要保護(hù)的視鏡或其它部件周圍，且其窄端向次級容納容器16的內(nèi)部延伸。應(yīng)當(dāng)理解，錐體的向內(nèi)突出(窄的)部分可以延伸超出內(nèi)襯11的表面。

爆破片28或其它壓力釋放元件可以設(shè)置在次級容納容器16的壁內(nèi)。其可以鏈接到壓力釋放系統(tǒng)，以在視鏡組件失效的情況下安全地移除氣體。當(dāng)視鏡組件失效并且次級容納容器中的壓力增加時，爆破片自動爆裂，從而向壓力釋放系統(tǒng)排氣?？梢灾付ū破训膲毫?。次級容納容器也可以具有壓力開關(guān)，其在觀測到高于預(yù)期的壓力時被激活。如下文詳細(xì)描述，這可能觸發(fā)外部警報，或激活自動閥關(guān)閉。

優(yōu)選地，在正常操作中，次級容納容器16內(nèi)的壓力被保持在高于大氣壓力、但是低于加壓容器、腔室或管道內(nèi)的壓力的水平。按照這種方式，視鏡組件上的壓差減小，從而降低失效的可能性，并且如果發(fā)生失效，則降低失效的嚴(yán)重性。

瓣閥30設(shè)置在視鏡組件的管道/容器側(cè)，且布置為/配置為，當(dāng)在次級容納容器中檢測到高壓時、或如果在初級視鏡組件前部的容積中檢測到流體的流動，則自動關(guān)閉。雖然使用的閥的類型可以是具有膜片激活的全孔球閥、或由壓力傳感器信號觸發(fā)的激活閥，但優(yōu)選地，使用瓣閥，如果存在流動，則其將自動關(guān)閉抵靠密封。當(dāng)視鏡組件完好時，瓣閥30保持在其打開位置，這允許視線向下通過瓣閥單元、雙阻塞和排放單元，并進(jìn)入下方的管道或容器。如果視鏡組件失效，則流體將從管道流動通過(破裂的)視鏡組件，并進(jìn)入次級容納容器(如果不設(shè)置次級容納容器，則到大氣)。這種流體流中的一些推動瓣閥30，瓣閥30從其打開位置移動到關(guān)閉位置，在該關(guān)閉位置中，其接觸并壓靠在瓣閥單元的內(nèi)部上的密封環(huán)36上?？梢灶A(yù)期，瓣片的管道側(cè)上的壓力可以高于瓣片的視鏡側(cè)上的壓力，且該壓力差將用于將瓣閥30保持就位并抵靠密封件36，防止流體從管道進(jìn)一步逃逸。在一些情況下，瓣片可以通過彈簧(未示出)偏置到其打開位置，流體流動克服彈簧偏置以關(guān)閉瓣閥30，而壓力差足以將瓣閥30保持在其關(guān)閉位置并抵抗彈簧偏置。在其它實(shí)施例中，瓣閥可以設(shè)置有偏置元件，其利用保持/釋放元件(同樣未示出)將閥偏置到關(guān)閉位置(在這種情況下，不需要依賴流體流動和壓力差)，保持/釋放元件設(shè)置為，其在正常操作期間將瓣閥30保持在打開位置(抵抗偏置)，并且在視鏡組件失效的情況下釋放瓣閥30，允許偏置元件將瓣閥30移動到關(guān)閉位置中。保持/釋放元件本身可以以多種方式被觸發(fā)從而釋放瓣閥30，或者響應(yīng)于感測流體流動、壓力變化或視鏡破裂的傳感器，或者被手動激活，或者在這些變化的直接影響下。

現(xiàn)在參考圖6，其示意性地示出了替代實(shí)施例，其中，相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27安裝在次級容納容器16以內(nèi)。圖6的所有其它元件與圖5相同，且將不再進(jìn)行描述。相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27安裝在次級容納容器16內(nèi)，安裝在安裝板37上、或直接安裝在法蘭36上，法蘭36安裝到次級容納容器16中的開口。如圖6所示，相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27安裝在次級容納容器16的側(cè)室內(nèi)，從而降低了來自視鏡組件的失效的碎片到達(dá)并損壞相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27的可能性。為了支持相機(jī)和照明系統(tǒng)26、27，額定系統(tǒng)壓力的饋通(未示出，但通過安裝板36設(shè)置)安裝在次級容納容器16的壁中，以允許電力、數(shù)據(jù)和圖像傳輸進(jìn)出次級容納容器16。數(shù)據(jù)和圖像也可以通過無線或藍(lán)牙系統(tǒng)來傳輸，從而減少對饋通的需求。

盡管上文描述了相機(jī)(其在次級容納容器的內(nèi)部或外部)，但是，在實(shí)踐中可以使用多種其它光學(xué)和/或成像系統(tǒng)。例如，光譜儀可以用于測量從管道內(nèi)發(fā)射或吸納的光的波長。在一些情況下，所有可以監(jiān)測的是返回的光信號的功率，其中，使用激光器將光注入到管道中。在這種情況下，相機(jī)可以替代為“功率計”，或能夠表征返回光的性質(zhì)的任何其它裝置。

從上述描述中，將理解，通過提供以下特征中的一個或多個，在視鏡組件中實(shí)現(xiàn)額外的安全性：

(a)在組件中設(shè)置第二視鏡，使兩個視鏡之間具有透明的液體或膠體。

(b)第二視鏡可以放置在距離初級視鏡的最佳距離處，以便在初級視鏡失效的情況下，降低碎片的加速和動量。

(c)設(shè)置安裝在視鏡組件后面的次級壓力容納容器，其即使在初級視鏡組件故障時也容納過程壓力。

(d)經(jīng)由次級容納容器中的(多個)視鏡來設(shè)置觀察和照明端口，其直徑可以小于初級視鏡或視鏡。也可以存在設(shè)計為滿足過程壓力的光纖或光管饋通。

(e)耐沖擊玻璃可以安裝在SVC內(nèi)，在次級視鏡前方、并與其成一定角度，以便在初級視鏡組件失效的情況下偏轉(zhuǎn)來自它的碎片。

(f)反射鏡(或其它反射部件)可以放置在SCV中，以反射到初級視鏡的照明，并反射來自初級視鏡的圖像。這允許次級視鏡不與初級視鏡組件成直線，從而降低由來自初級視鏡組件的碎片導(dǎo)致的產(chǎn)生沖擊的可能性。

(g)可以在次級視鏡或饋通周圍安裝保護(hù)屏蔽件，以便在視鏡組件失效的情況下，減少碎片撞擊次級容納容器的壁上的視鏡(或其它部件)的可能性。

(h)次級容納容器可以襯有吸納材料，其將減少來自次級容納容器內(nèi)的視鏡組件的碎片的反彈和對次級視鏡的損壞。

(i)視鏡和其它光學(xué)部件可以以一定角度放置，以減少反射并偏轉(zhuǎn)碎片。

(j)為了使落回到管道或壓力容器中的碎片最少化，可以將管件(或類似物)安裝在初級視鏡組件的上表面上。當(dāng)豎直安裝時，從初級視鏡排出的碎片落回到次級容納容器的底板上，并且防止其返回管道。

(k)視鏡組件和次級容納容器可以與合適的截止閥結(jié)合使用，以將視鏡系統(tǒng)與過程壓力隔離。該閥可以手動激活、在次級容納容器中的壓力增加時自動觸發(fā)、或者是在發(fā)生流動時關(guān)閉的瓣閥。

(l)次級容納容器中的壓力可以高于大氣壓力，以便降低初級視鏡組件兩側(cè)的壓力差。

改進(jìn)的操作可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)：

(i)如果壓力系統(tǒng)已經(jīng)超過(水、烴、酒精、酸或其它的)露點(diǎn)，則可以加熱初級視鏡組件以避免冷凝。

(ii)可以在初級視鏡組件下方設(shè)置小通氣孔，以允許從閥和視鏡之間的容積中清除大氣空氣，從而降低氧氣和水蒸氣水平。

(iii)次級視鏡也可以作為針對危險區(qū)域中的應(yīng)用認(rèn)證(e.g.ATEX)使用的外殼中的窗口。

第三視鏡或光纖饋通被設(shè)計和測試為與視鏡組件相同(或更高的)壓力額定值。一般來說，光學(xué)部件可以安裝在次級容納容器中，并且可以容納透鏡、濾光器、反射鏡、棱鏡或其它部件，以改變光或光學(xué)路徑。這些光學(xué)元件和視鏡可以設(shè)置有減少反射或過濾某些波長的光學(xué)涂層。如上所述，可采取各種措施以降低在視鏡失效的情況下?lián)p壞這些部件的可能性。

在一些實(shí)施例中，相機(jī)可以由光譜儀(例如，吸納光譜的或拉曼的)替代。在其它實(shí)施例中，可以設(shè)置用于測量從管道內(nèi)部返回的光的水平的簡單計量器。在大多數(shù)情況下，需要將光注入容器、腔室或管道，并且感測從容器、腔室或管道的內(nèi)部返回的光的水平、波長、圖案或其它光學(xué)特性。激光可以用于照亮容器、腔室或管道的內(nèi)部，或照亮管道內(nèi)的點(diǎn)、線、網(wǎng)格或任何其它圖案。激光可以通過光纖被傳送到次級視鏡(或初級視鏡，如果不存在次級視鏡)。

在其最簡單的形式中，次級容納容器將允許通過單個視鏡照明，并允許相機(jī)通過單個視鏡來報告高壓管道或容器中的活動。其它實(shí)施例將利用多個視鏡以用于照明、相機(jī)、檢測和分析系統(tǒng)。當(dāng)視鏡與高壓系統(tǒng)一起使用時，該系統(tǒng)改善了安全性。在視鏡失效的情況下，壓力由多個元件控制，并且壓力可以與視鏡組件隔離。

系統(tǒng)的核心特征包括次級視鏡——在初級視鏡和次級視鏡之間具有液體或膠體、或者最小間隙；次級容納容器和反射元件，反射元件允許視鏡與初級視鏡不成直線；以及閥，其在視鏡失效時自動隔離壓力系統(tǒng)。所有這些特征單獨(dú)地和協(xié)同地有助于在視鏡失效的情況下安全地控制高壓流體。

圖7示出了法蘭100內(nèi)的次級容納容器16，其在分接點(diǎn)18處經(jīng)由支管安裝到氣體管道10。容納在法蘭100內(nèi)的次級容納容器16包括光學(xué)器件，且在一些情況下包括成像裝置，其能夠通過由支管18在氣體管道10中提供的開口來觀察氣體管道10的內(nèi)部。

圖8示出了位于法蘭100內(nèi)的次級容納組件16。這里，多個壓力保持窗101形成視鏡，其提供進(jìn)入高壓管道的窗口或孔。該多個壓力保持窗101與法蘭和相機(jī)外殼之間的密封件99一起形成加壓氣體管道和大氣之間的初級密封。可以使用LED、光纖或其它光源102通過外圍壓力保持窗101來照亮高壓管道，使用相機(jī)103和中央壓力保持窗101對高壓管道的內(nèi)部進(jìn)行成像。根據(jù)需要，可以使用多個透鏡104來聚集返回到次級容納容器16中的光。

相機(jī)103的操作可以由安裝在次級容納容器16內(nèi)的PCB 105(其可能容納壓力傳感器)來控制。另外，相機(jī)可以接收信息，并經(jīng)由高壓電連接器106輸出圖像。這樣的高壓電連接器106可以形成高壓氣體管道和大氣之間的次級密封。因此，如果第一密封失效，則保護(hù)高壓電連接器106不受碎片影響是重要的。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，該保護(hù)由屏蔽件107提供。

在本發(fā)明的該實(shí)施例中，通過使用干燥體和脫氧體108降低次級容納組件16中的水分和氧氣水平。次級容納組件16經(jīng)由法蘭100中的螺栓孔109固定到高壓管道。

圖9進(jìn)一步繪示了將次級容納裝置16插入高壓管道110中。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，經(jīng)由附加的連接器組件111提供進(jìn)一步的照明和成像。這里，透鏡112、反射鏡113、光纖連接器(次級密封)114和附加的相機(jī)和/或光源115用于在次級容納容器裝置16以外提供對高壓管道的成像。

圖10繪示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中次級容納裝置16安裝為T型件組件120的一部分。在該實(shí)施例中，其中容納有次級容納裝置16的法蘭100通過多個螺母和螺栓夾具121安裝到T型件組件120。在這樣的實(shí)施例中，可以經(jīng)由光纖組件122和使用反射鏡123來照亮高壓管道。

圖11繪示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中次級容納裝置16由一系列閥保護(hù)。在這樣的實(shí)施例中，PCB 105上的壓力傳感器可以用于檢測次級容納裝置16中的壓力的增加。檢測到壓力增加可以觸發(fā)閥的緊急關(guān)閉，以防止或減少對次級容納容器16中的部件的損壞。另外，緊急閥的關(guān)閉可以防止次級密封失效，以及防止材料從高壓管道釋放到大氣中。在圖11所示的實(shí)施例中，在緊急情況下，次級容納容器16可以通過瓣閥130、球閥131和雙阻塞排放閥132與高壓管道隔離。