專利名稱：用于評(píng)定腐蝕性氣體分配系統(tǒng)中壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀況的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)在腐蝕性氣體分配系統(tǒng)中使用的壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈的一種方法，以及用于防止這樣的故障或失靈的方法。
氣體分配系統(tǒng)，包括惰性氣體和非惰性氣體的分配系統(tǒng)在很大的范圍中得到采用。對(duì)于氣體分配系統(tǒng)的各部分而言，惰性氣體通常不是一個(gè)問題。然而，非惰性氣體，即對(duì)其環(huán)境有反應(yīng)的氣體，包括活性氣體或腐蝕性氣體，在其處理或傳輸中會(huì)產(chǎn)生許多問題，特別是腐蝕性氣體對(duì)其環(huán)境如管道、閥、壓力調(diào)節(jié)器等非常有腐蝕性。例如，在半導(dǎo)體的制造中采用了腐蝕性的HBr氣體。在許多制造廠中，腐蝕性HBr氣體貯存在位于制造廠外的氣罐室里的氣罐中。于是配置一氣體分配系統(tǒng)以將腐蝕性氣體傳送到制造廠內(nèi)的適當(dāng)位置。
氣體分配系統(tǒng)典型地包括許多用于氣體流量控制的部件，如壓力調(diào)節(jié)器和質(zhì)量流量控制器。對(duì)腐蝕性氣體分配系統(tǒng)中的故障原因的統(tǒng)計(jì)分析反映出這些部件是故障或失靈最常出現(xiàn)的位置。這樣的-壓力調(diào)節(jié)器閥的一般特征如

圖1中所示，它包括一入口22，一出口24，以及一孔板26。在該孔板上配有一節(jié)流孔28，該孔28限定了一座30。由提升閥彈簧34偏置并配有帽蓋40的提升閥提動(dòng)頭32設(shè)計(jì)成與座30配合從而控制或調(diào)節(jié)通過節(jié)流孔28的流量。還配有與一負(fù)載彈簧38相連的一壓力調(diào)節(jié)把手36以有效地調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器20。
當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器故障或失靈時(shí)，當(dāng)然需要替換壓力調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈，以及隨后的替換過程，會(huì)導(dǎo)致對(duì)處理的氣體的不期望的污染，并導(dǎo)致系統(tǒng)其他部件的失靈。另外，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器故障、失靈或需要替換時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線上生產(chǎn)效率的明顯下降。另外，在某些情況下，壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈能導(dǎo)致腐蝕性氣體的泄漏，從而引起重大的安全與環(huán)境問題。
上述壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈的一個(gè)主要原因是，在出現(xiàn)壓力下降的提動(dòng)頭32的區(qū)域(即，節(jié)流孔28的區(qū)域)腐蝕性產(chǎn)品的腐蝕和/或附著。由于提動(dòng)頭32的外表面與座30之間的間隔為N微米的數(shù)量級(jí)，因此提動(dòng)頭32的外表面必須非常光滑以達(dá)到適當(dāng)?shù)臍饷苄?，并控制次?jí)氣流。即使是提動(dòng)頭32的外表面上微量的腐蝕和/或附著的出現(xiàn)，也會(huì)阻礙達(dá)到需要的氣密性，并導(dǎo)致當(dāng)調(diào)節(jié)器處于關(guān)閉位置時(shí)，出現(xiàn)次級(jí)氣體泄漏。
此種類型的壓力調(diào)節(jié)器的內(nèi)部泄漏還可能由于提升閥彈簧34的腐蝕而引起。這樣的腐蝕能減弱提升閥彈簧34的彈力，并從而阻止提動(dòng)頭32與座30完全接合以關(guān)閉節(jié)流孔28。
除了上述內(nèi)部泄漏以外，壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈會(huì)引起外部泄漏。即，流過壓力調(diào)節(jié)器的腐蝕性氣體會(huì)在壓力調(diào)節(jié)器20的孔板26上引起孔蝕(即，小孔)。此外部泄漏會(huì)導(dǎo)致腐蝕性氣體直接泄漏到周圍環(huán)境中。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)引起上述外部和內(nèi)部泄漏的氣體分配系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)生的一個(gè)主要原因歸于氣罐的交換過程。即，當(dāng)盛有腐蝕性氣體的氣罐排空時(shí)，需要用滿載的氣罐來代替它。如果在替換過程中適當(dāng)?shù)墓ば驔]有跟上，則空氣中的潮氣會(huì)侵入氣體分配系統(tǒng)，從而逐漸導(dǎo)致管道中腐蝕的出現(xiàn)。
為了避免在一腐蝕性氣體分配系統(tǒng)中由于壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈而可能引起的潛在的嚴(yán)重問題，氣體分配系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器一般在特定的時(shí)間內(nèi)要進(jìn)行替換。希望通過以固定的間隔替換壓力調(diào)節(jié)器，將能避免調(diào)節(jié)器失靈的出現(xiàn)。然而，可以理解，調(diào)節(jié)器面臨的腐蝕問題超過了想象，從而增加了在替換以前調(diào)節(jié)器已失靈的可能性。另外，經(jīng)常的固定替換導(dǎo)致將未發(fā)生故障或接近失靈的壓力調(diào)節(jié)器的替換。結(jié)果，不論是否需要，昂貴的替換都將進(jìn)行。
考慮到上述已知非惰性(包括腐蝕性氣體)分配系統(tǒng)的缺點(diǎn)及缺陷，期望提供一種機(jī)構(gòu)，以識(shí)別非惰性氣體分配系統(tǒng)中發(fā)生故障的壓力調(diào)節(jié)器或在其完全失靈以前精確地預(yù)測(cè)壓力調(diào)節(jié)器的故障。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，一種檢測(cè)非惰性氣體流動(dòng)系統(tǒng)特別是腐蝕性氣體流動(dòng)系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器的故障或失靈的方法，包括以下步驟使非惰性或腐蝕性氣體流經(jīng)配有壓力調(diào)節(jié)器的一氣體流動(dòng)系統(tǒng)；在非惰性或腐蝕性氣體流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)確定該氣體流動(dòng)系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行輸出壓力；連續(xù)測(cè)量在沒有非惰性或腐蝕性氣體流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力；當(dāng)非惰性或腐蝕性氣體流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行輸出壓力與沒有氣體流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力之間的壓差超過一預(yù)定值時(shí)，確定壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障或失靈。
在本說明書中，術(shù)語非惰性氣體、活性氣體或腐蝕性氣體將交替使用以表示能與其環(huán)境如管道、閥、壓力調(diào)節(jié)器或類似物發(fā)生反應(yīng)，通常是化學(xué)反應(yīng)的同一類氣體。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，當(dāng)壓差超過第一預(yù)定值時(shí)，確定壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障，當(dāng)壓差超過比第一預(yù)定值大的第二預(yù)定值時(shí)，確定壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)失靈。特別地，當(dāng)壓差大約在0.5kgf/cm2～1.0kgf/cm2之間時(shí)，確定壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障。另外，當(dāng)壓差大于約1.0kgf/cm2時(shí)，確定壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)失靈。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種評(píng)定氣體流動(dòng)系統(tǒng)中的部件如閥、質(zhì)量流量控制器或類似設(shè)計(jì)的部件的運(yùn)行狀況的方法，包括以下步驟使氣體流經(jīng)氣體流動(dòng)系統(tǒng)的一管道，該系統(tǒng)含有這樣的一個(gè)部件以調(diào)節(jié)該管道的流量；監(jiān)視在氣體流經(jīng)該管道時(shí)及沒有氣體流經(jīng)該管道時(shí)鄰近該部件的出口處的輸出壓力；并根據(jù)在沒有氣體流經(jīng)該部件時(shí)該部件的出口壓力的變化確定該部件的運(yùn)行狀況。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，當(dāng)沒有氣體流經(jīng)該管道而出口壓力減小時(shí)，確定部件中出現(xiàn)外部泄漏。如果當(dāng)氣體流經(jīng)該管道時(shí)該部件的出口壓力與沒有氣體流經(jīng)該管道時(shí)該部件的出口壓力之間的壓差超過第一預(yù)定值，則確定該部件出現(xiàn)故障。另一方面，如果當(dāng)氣體流經(jīng)該管道時(shí)該部件的出口壓力與沒有氣體流經(jīng)該管道時(shí)該部件的出口壓力之間的壓差超過比第一預(yù)定值大的一第二預(yù)定值時(shí)，確定該部件失靈。
根據(jù)更一般的方面，本發(fā)明涉及一種評(píng)定一部件出現(xiàn)外部泄漏的方法，該部件具有至少一開啟位置以讓氣體流過并具有至少一關(guān)閉位置以不讓氣體流過，該方法包括以下步驟確定在當(dāng)該部件處于關(guān)閉位置而受壓氣體出現(xiàn)在所述部件的入口側(cè)時(shí)，與當(dāng)該部件處于開啟位置時(shí)氣體的壓力相比較，該部件的氣體出口壓力的減小。
本發(fā)明的上述及其他特征通過下面結(jié)合附圖而進(jìn)行的詳細(xì)描述將會(huì)更清楚。在附圖中，相同的元件以相同的參考符號(hào)來表示。
圖1是一壓力調(diào)節(jié)器的各部分的簡(jiǎn)略圖示。
圖2是具有圖1中所示的壓力調(diào)節(jié)器的一氣體分配系統(tǒng)的簡(jiǎn)略圖。
圖3表示了在一定運(yùn)行條件下，圖1中所示的壓力調(diào)節(jié)器的壓力隨時(shí)間的變化。
圖4A表示了圖1中所示的壓力調(diào)節(jié)器在正常運(yùn)行狀況下其輸出壓力相應(yīng)于氣罐的數(shù)量的變化。
圖4B顯示了圖1中所示的壓力調(diào)節(jié)器在故障狀況下其輸出壓力相應(yīng)于氣罐的數(shù)量的變化。
圖4C顯示了圖1中所示的壓力調(diào)節(jié)器在失靈狀況下其輸出壓力相應(yīng)于氣罐的數(shù)量的變化。
圖2一般地描述了一腐蝕性氣體分配系統(tǒng)的各種特征，它包括本發(fā)明的特征。圖2中所示的氣體流動(dòng)分配系統(tǒng)在將腐蝕性HBr氣體傳送到半導(dǎo)體制造廠這一點(diǎn)上是有用的。然而，要理解的是，下面將詳細(xì)描述的本發(fā)明的特征也可以用于采用了易發(fā)生故障或失靈的壓力調(diào)節(jié)器的任何其他類型的腐蝕性氣體或非惰性氣體分配系統(tǒng)。
如圖2中所示，一腐蝕性HBr氣體的氣罐42與氣體分配系統(tǒng)相連以提供HBr氣體。氣罐42設(shè)計(jì)成可替換以在氣罐排空時(shí)，另一滿載的氣罐能連接到系統(tǒng)上。該氣體分配系統(tǒng)還包括多個(gè)高壓閥44、46、48，多個(gè)低壓閥501、502、503、504、505、506，一低壓空氣控制閥52，用于檢測(cè)腐蝕性氣體HBr在壓力調(diào)節(jié)器68之前與之后的壓力的壓力傳感器54、70，一真空發(fā)生器56，一流量計(jì)58，一深排放或交叉排放(deep purge or cross purge)單元60，多個(gè)單向閥(check valve)621、622、623，多個(gè)過濾器641、642，以及一質(zhì)量流量控制器66。一氮?dú)庠?3通過一室內(nèi)管72與分配系統(tǒng)相連。源73可以是存放于一蒸發(fā)器中的液氮，或現(xiàn)場(chǎng)制氮?dú)獾脑O(shè)備，或是氣罐中的氮?dú)怏w，或任何其他的氮?dú)猱a(chǎn)生裝置。一氮?dú)鉃V清器也連接到輸入N2的管道72上，以根據(jù)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的需要傳送高純度或超高純度的氮?dú)狻怏w分配系統(tǒng)的上述各種部件通過具有不同尺寸直徑的適當(dāng)管道(如，SUS316L EP管和SUS316L BA管)相互連接，如圖2中所示。該氣體分配系統(tǒng)還包括一壓力調(diào)節(jié)器68，調(diào)節(jié)器68可以是圖1中所示的一般形式，以將氣罐42中的壓力降低到工作壓力。
各種高或低壓閥，無論是兩通或三通閥，在兩個(gè)方向上控制各種氣流，而單向閥只允許氣體在一個(gè)方向上流動(dòng)。深排放單元DPU60包括兩個(gè)抽頭601和602，該兩個(gè)抽頭與氣罐42的閥80相連，并在HBr氣罐替換期間參與氣體排放過程。(該深排放單元DPU可以用一交叉排放單元來替代。)真空發(fā)生器56通過管道78將系統(tǒng)中的氣體排列一氣體消除裝置151中。流量計(jì)58檢測(cè)系統(tǒng)中氮?dú)獾牧魉?。圖2中所示的系統(tǒng)的運(yùn)行包括三個(gè)基本步驟，即，初始的降干(drydown)步驟，HBr流動(dòng)步驟，以及氣罐替換的仿真。下面將描述這些步驟。
1.初始降干(dry down)在初始降干期間，氣罐閥80及閥48、501、504、505和506保持關(guān)閉。氮?dú)饨?jīng)濾清器75、閥44、深排放單元(DPU)60和閥46流入系統(tǒng)，排放的氮?dú)獾臐穸韧ㄟ^固定在管道74一端的濕度計(jì)707來檢測(cè)。當(dāng)?shù)獨(dú)庵泻臐穸冗_(dá)到所需值時(shí)，氮?dú)饬魍Ｖ?。?jīng)提純的氮?dú)?大約有20ppb H2O)僅在所有管道的初始降干時(shí)需要。在氣罐替換期間，對(duì)于深排放單元60及氣罐閥80的排放，經(jīng)提純的高等級(jí)的氮?dú)饩妥銐蛄恕＝?jīng)提純的低等級(jí)的氮?dú)庥糜谄渌康?，如氣?dòng)閥的操作和腐蝕性氣體送到氣體消除裝置151之前的稀釋。
2、HBr流動(dòng)在HBr流動(dòng)期間，(或任何其他非惰性氣體或腐蝕性氣體或活性氣體)，閥44、48、503、505及506保持關(guān)閉。氣罐閥80的開啟使氣流開始從氣罐42經(jīng)深排放單元60進(jìn)入系統(tǒng)。氣體的輸入壓力(P)(氣罐壓力)由壓力傳感器(PS)54檢測(cè)。壓力傳感器70指示調(diào)節(jié)器68的輸出壓力。質(zhì)量流量控制器66控制氣體的流速。
具有恒定壓力和流速的氣體經(jīng)管道78流入氣體消除裝置151。氮?dú)饬鹘?jīng)閥504并在進(jìn)入氣體消除裝置151之前在接頭747處稀釋HBr氣體。
3、氣罐替換仿真這是對(duì)在腐蝕性氣體系統(tǒng)中實(shí)際氣罐替換的仿真。在氣罐替換仿真期間，氣罐閥80和閥46、502、503、504及506保持關(guān)閉。閥505的開啟，啟動(dòng)真空發(fā)生器56，然后，閥48的開啟導(dǎo)致保留在深排放單元60中、各種氣罐閥中等的HBr氣體排出，該氣體被送入氣體消除裝置151。然后，通過關(guān)閉閥48和開啟閥44，排放氣體(N2)被導(dǎo)入置于閥44與48之間的管道中。接著，通過關(guān)閉閥44和開啟閥48，實(shí)現(xiàn)對(duì)該管道的同樣部位減壓。(這個(gè)過程，即已知的循環(huán)排放，要進(jìn)行多次。)然后，氣罐閥80與深排放單元60斷開，而閥44的開啟使得氮?dú)庠跉夤?2與深排放單元60斷開期間從抽頭泄放孔601流入大氣中。在大約2分鐘以后(替換氣罐所需的實(shí)際時(shí)間)，氣罐42的閥80重新連接到深排放單元60上。然后，侵入氣罐閥中的空氣通過與在開始時(shí)用于排除HBr的過程同樣的過程而予以排除。此后HBr流動(dòng)可再次開始。
參考圖3，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在處于良好運(yùn)行狀況(即壓力調(diào)節(jié)器沒有內(nèi)部及外部泄漏)的如圖1中所示的一壓力調(diào)節(jié)器中，在氣體流經(jīng)氣體分配系統(tǒng)時(shí)，輸出壓力PF為恒定或基本恒定。如果由于例如壓力調(diào)節(jié)器下游的一閥關(guān)閉而導(dǎo)致氣體的流動(dòng)停止，則壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力PNF較之當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí)的壓力稍微增加，隨后輸出壓力相對(duì)于時(shí)間再次保持恒定或基本恒定。然而，如果提動(dòng)頭32被腐蝕和/或腐蝕物在提動(dòng)頭32上附著，和/或如果由于高腐蝕性氣體的流動(dòng)導(dǎo)致的腐蝕引起提動(dòng)頭彈簧34的彈力減弱，則調(diào)節(jié)器的輸出壓力由于提動(dòng)頭不能與座30緊密接合并完全關(guān)閉節(jié)流孔28而在沒有氣體流動(dòng)時(shí)逐步增加。如果在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到的最大壓力以PM表示，則調(diào)節(jié)器的狀況可以下式進(jìn)行檢測(cè)ΔP＝PM-PF.
從而發(fā)現(xiàn)，壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀況可用下面方式進(jìn)行評(píng)定，即通過連續(xù)地檢測(cè)當(dāng)氣體流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)和沒有氣體流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力，并監(jiān)視有氣體流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力與沒有氣體流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力之間的壓差ΔP。
為了確定用于評(píng)定壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀況的特定參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)以檢測(cè)與三個(gè)氣體分配系統(tǒng)相關(guān)的壓力調(diào)節(jié)器的壓差ΔP，每個(gè)系統(tǒng)均以圖2中所示的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。除了氣體分配系統(tǒng)的上述部件以外，每個(gè)系統(tǒng)配有一壓力傳感器70，緊隨壓力調(diào)節(jié)器68設(shè)置以連續(xù)地檢測(cè)壓力調(diào)節(jié)器68的輸出壓力。三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行以仿真可能導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)器的三種不同狀況的狀態(tài)，一種是正常運(yùn)行的壓力調(diào)節(jié)器，一種是發(fā)生故障的壓力調(diào)節(jié)器，一種是失靈的壓力調(diào)節(jié)器。
在三種測(cè)試系統(tǒng)的每一種中，進(jìn)行初始的降干過程。即，先進(jìn)行氦泄漏測(cè)試，然后所有三種系統(tǒng)用從室內(nèi)管72提供的提純的氮?dú)膺M(jìn)行排放。排放的一般流速范圍在大約0.5～10SLM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升)，這里1SLM＝0.167×10-4m3/S。第一測(cè)試系統(tǒng)用提純的氮?dú)?＜20PPbH2O)以1SLM在70～80℃的烘烤下進(jìn)行排放。相對(duì)地，第二和第三系統(tǒng)用提純的氮?dú)?＜20ppb H2O)以1SLM的速率在室溫下進(jìn)行排放。排放的氮?dú)獾臐穸扔梢粷穸扔?jì)707來監(jiān)視，該濕度計(jì)允許小于約20ppb H2O的濃度測(cè)量(如，由MEECO.公司出售的電解式濕度計(jì))并連接到每一系統(tǒng)的輸出管道74。排放幾天以后(即，1～2天)，在該管道的端部，氮?dú)怏w的濕度達(dá)到100ppb。然后停止排放，由氣動(dòng)閥52控制的脈動(dòng)的HBr氣流導(dǎo)入各測(cè)試系統(tǒng)中。在此脈動(dòng)的HBr氣流期間，各測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68在有氣流時(shí)和沒有氣流時(shí)的輸出壓力由壓力傳感器70連續(xù)地記錄。氣流速率在100cm3/分鐘～1000cm3/分鐘之間。
如上所述，如果不恰當(dāng)控制，則用一滿載的氣罐替代一空罐的過程是導(dǎo)致由于空氣中的濕氣的浸入而引起氣體管道的腐蝕的一個(gè)主要原因。為了仿真各測(cè)試系統(tǒng)中此氣罐的替換，每天深排放單元60的一抽頭放泄孔與氣罐閥斷開，暴露在周圍的空氣中約兩分鐘并再連接到氣罐上。在三個(gè)測(cè)試系統(tǒng)均進(jìn)行了仿真的氣罐替換過程以后，每個(gè)系統(tǒng)須經(jīng)歷排放過程。氣罐替換以后，對(duì)第三測(cè)試系統(tǒng)的排放過程不同于對(duì)第一和第二測(cè)試系統(tǒng)的排放過程，下面將更詳細(xì)地描述。
在第一測(cè)試系統(tǒng)的情形下，將深排放單元60與高壓閥44、46相連的系統(tǒng)部件包括氣罐閥80用氮?dú)庋h(huán)排放五次，以排除在氣罐替換期間引入的空氣雜質(zhì)。
在此氮?dú)馀欧乓院?，系統(tǒng)的這些部件用HBr循環(huán)排放五次以進(jìn)一步排除任何雜質(zhì)。采用此過程以在氣罐替換以后使?jié)駳鈱?duì)系統(tǒng)的侵蝕最小，從而減少第一測(cè)試系統(tǒng)中的潛在的腐蝕。
在第二測(cè)試系統(tǒng)的情形下，仿真氣罐替換以后的排放過程與第一測(cè)試系統(tǒng)中采用的相同。第一與第二系統(tǒng)之間的差別僅在上述的初始降干中，在那里第一系統(tǒng)在烘烤下降干，而第二系統(tǒng)則不是。
對(duì)于第三測(cè)試系統(tǒng)，在仿真氣罐替換以后進(jìn)行的氮?dú)庋h(huán)排放方式與第一和第二測(cè)試系統(tǒng)的方式相同。然而，不進(jìn)行氮?dú)庋h(huán)排放以后的HBr排放。從而，對(duì)于在氣罐替換期間引入系統(tǒng)中的雜質(zhì)的排除不如第一系統(tǒng)或第二系統(tǒng)的情形下的有效，因此在第三系統(tǒng)中腐蝕的程度明顯高于第一和第二系統(tǒng)的情形。
在對(duì)三種測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了上述操作以后(在十二次和二十四次之間，如圖4A、4B、4C所示)，對(duì)每一系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果清楚地顯示了由于三種系統(tǒng)的初始降干及排放過程不同而引起的腐蝕程度的不同。第一測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器展示出在提動(dòng)頭上沒有腐蝕或沒有腐蝕物附著。另外，提動(dòng)頭彈簧基本保持不受腐蝕。
如壓力傳感器70所檢測(cè)，第一測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器68的壓差ΔP相對(duì)于氣罐替換仿真的次數(shù)僅有非常小的波動(dòng)，并保持很小和接近恒定，如圖4A中所示。即使在二十四次氣罐替換仿真以后，壓力調(diào)節(jié)器68也沒有展示反常，而壓著ΔP總是小于約0.5kgf/cm2。
第二測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68的壓差ΔP的波動(dòng)較明顯，隨著氣罐替換仿真的次數(shù)逐步增加到大約0.9kgf/cm2，如圖4B中所示。在二十一次氣罐替換仿真以后，壓差ΔP小于1.0kgf/cm2。雖然壓力調(diào)節(jié)器68仍然認(rèn)為可以使用，但壓差ΔP的較高值(約0.9kgf/cm2)和壓差ΔP的高波動(dòng)表明故障已開始發(fā)作。經(jīng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)第二測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68在提動(dòng)頭上有輕微的腐蝕和少量的腐蝕物附著，該提動(dòng)頭通過提動(dòng)頭32接合到壓力調(diào)節(jié)器座30上，嚴(yán)密地關(guān)閉節(jié)流孔28以防止泄漏。另外，對(duì)于第二測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68，觀察到在提動(dòng)頭彈簧34上出現(xiàn)腐蝕，該腐蝕會(huì)阻止或降低在沒有氣流的情形下提動(dòng)頭彈簧34的回彈能力。該腐蝕物在提動(dòng)頭32上的附著和提動(dòng)頭彈簧34上的腐蝕被認(rèn)為是引起所觀察到的壓差ΔP隨時(shí)間波動(dòng)的原因，如圖4B中所示。
第三測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68的壓差ΔP波動(dòng)非常大，在僅十一次氣罐替換仿真以后即超過1.0kgf/cm2，如圖4C中所示。這里，壓力調(diào)節(jié)器68較第一系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器早很久即失靈(ΔP＞1.0kgf/cm2)。經(jīng)檢驗(yàn)，觀察到第三測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器68展示出在提動(dòng)頭32上有很嚴(yán)重的腐蝕物附著并且提動(dòng)頭彈簧34的腐蝕也很嚴(yán)重，這阻礙了通過提動(dòng)頭32與壓力調(diào)節(jié)器座30的完全接合以嚴(yán)密關(guān)閉節(jié)流孔28從而防止泄漏。提動(dòng)頭32上的腐蝕物的嚴(yán)重附著和提動(dòng)頭彈簧34的嚴(yán)重腐蝕被認(rèn)為是引起第三測(cè)試系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)器由于內(nèi)部泄漏而失靈的原因。
基于上述，發(fā)現(xiàn)壓差ΔP隨時(shí)間的變化很大程度上依賴于與氣罐替換相關(guān)的排放過程(即，系統(tǒng)的腐蝕程度，特別是壓力調(diào)節(jié)器)。對(duì)于一未受腐蝕的管道，發(fā)現(xiàn)其壓差ΔP非常小，在小于0.5kgf/cm2的數(shù)量級(jí)，并且不隨時(shí)間波動(dòng)。對(duì)于由于提動(dòng)頭32受腐蝕和/或腐蝕物在其上附著，和/或由于提動(dòng)頭彈簧34的腐蝕而引起的一失靈的壓力調(diào)節(jié)器，壓差ΔP非常大，在大于1.0kgf/cm2的數(shù)量級(jí)，并隨時(shí)間逐漸增加。從而，壓差ΔP可以看作是一獨(dú)立單元，以下述方式用于指示壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀況當(dāng)ΔP＜0.5kgf/cm2并不隨時(shí)間波動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器正常運(yùn)行；當(dāng)0.5kgf/cm2＜ΔP＜1kgf/cm2并隨時(shí)間劇烈波動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器運(yùn)行不正常，表示故障發(fā)作；當(dāng)ΔP＞1kgf/cm2并逐步增加時(shí)，調(diào)節(jié)器由于內(nèi)部泄漏而失靈；當(dāng)在沒有氣流的情形下輸出壓力逐步減小時(shí)，即使非常少，表示出現(xiàn)向外泄漏，即一外部泄漏。
從而，根據(jù)本發(fā)明，在一腐蝕性氣體分配系統(tǒng)中相應(yīng)于出現(xiàn)或不出現(xiàn)內(nèi)部或外部泄漏的一壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀態(tài)可以通過(連續(xù)地)監(jiān)視或檢測(cè)壓力調(diào)節(jié)器在有氣流經(jīng)過和沒有氣流經(jīng)過系統(tǒng)的情形下的輸出壓力而進(jìn)行評(píng)定。知道了當(dāng)氣體流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力，并將該壓力與沒有氣流時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力相比以確定壓差的量，使得可以容易地確定調(diào)節(jié)器的運(yùn)行狀態(tài)。這有利于可以早期檢測(cè)壓力調(diào)節(jié)器的故障，使得校正行動(dòng)可以在出現(xiàn)腐蝕性氣體泄漏之前而采取。從而，氣體分配系統(tǒng)的安全性和生產(chǎn)效率會(huì)顯著地提高。
此技術(shù)可以人工操作方式地采用，也可用于計(jì)算機(jī)處理的氣體分配系統(tǒng)中以自動(dòng)預(yù)報(bào)故障并在潛在的嚴(yán)重事故出現(xiàn)之前對(duì)其進(jìn)行較正。在計(jì)算機(jī)處理的氣體分配系統(tǒng)情形下，壓差ΔP及其隨時(shí)間的變化能自動(dòng)地檢測(cè)，其結(jié)果自動(dòng)地供給安全裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)腐蝕性氣體分配系統(tǒng)的安全而簡(jiǎn)單的操作。
在計(jì)算機(jī)處理的氣罐室的情形下，例如，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可如下實(shí)現(xiàn)氣罐室中的氣體分配系統(tǒng)提供具有恒壓(P)的氣體，計(jì)算機(jī)連續(xù)地監(jiān)視此壓力P(輸出壓力)。氣流速率由與氣罐室中的氣體分配系統(tǒng)相連的裝置如一軛流圈(reactor)來控制。
由于根據(jù)本發(fā)明的過程采用了有與沒有氣流時(shí)輸出壓力P的數(shù)據(jù)，因此氣流的信息也送到計(jì)算機(jī)以確定對(duì)壓力P的測(cè)量是屬于哪一類(有或沒有氣流)。為了使此信息送到氣體室的計(jì)算機(jī)中，在氣罐室的氣體分配系統(tǒng)的出口處安裝一氣體流量計(jì)。
也可以不安裝流量計(jì)，而通過該裝置(如軛流圈)將例如一信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)以指示計(jì)算機(jī)是否有氣體流動(dòng)。
利用此信息，氣體室的計(jì)算機(jī)可以連續(xù)或不時(shí)地計(jì)算PF與較大的PNF及RM(如上所定義)之間的ΔP，以確定壓力調(diào)節(jié)器，或以上述方式測(cè)試的任何其他設(shè)備是運(yùn)行正常，是運(yùn)行不正?；蛞呀?jīng)失靈。一旦所測(cè)試的設(shè)備(如，壓力調(diào)節(jié)器)已確認(rèn)發(fā)生故障，則計(jì)算機(jī)立即產(chǎn)生一打印輸出或任何其他光或聲音信號(hào)。在檢測(cè)到失靈的情形下，也可以提供一特別的報(bào)警信號(hào)(聲、光、特別打印輸出，單獨(dú)或同時(shí)提供)。
在上面的說明書中已描述了本發(fā)明的原理、優(yōu)選實(shí)施例及運(yùn)行模式。然而，期望保護(hù)的本發(fā)明不限于公開的特定實(shí)施例。另外，這里描述的實(shí)施例應(yīng)看作是示例而不是限制。其他人可做出變型或變化以及采用等同，而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。從而，所有落入由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的這些變型，變化及等同均包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)非惰性氣體分配系統(tǒng)使用中由于一內(nèi)部泄漏而引起的受腐蝕傳感元件的故障或失靈的方法，包括以下步驟使非惰性氣體流經(jīng)一氣體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有一受腐蝕的傳感元件；確定當(dāng)非惰性氣體流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)氣體分配系統(tǒng)中的受腐蝕傳感元件的運(yùn)行輸出壓力；至少周期性地關(guān)閉該氣體分配系統(tǒng)中的氣流；檢測(cè)在沒有氣體流經(jīng)該氣體分配系統(tǒng)時(shí)該受腐蝕傳感元件的輸出壓力；當(dāng)受腐蝕傳感元件的運(yùn)行輸出壓力與在沒有氣流時(shí)受腐蝕傳感元件的輸出壓力之間的壓差超過一預(yù)定值時(shí)，確定該受腐蝕傳感元件出現(xiàn)故障或失靈。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定該受腐蝕傳感元件出現(xiàn)故障或失靈的步驟包括以下步驟當(dāng)所述壓差超過一第一預(yù)定值時(shí)確定該受腐蝕傳感元件的故障發(fā)作；而當(dāng)所述壓差超過比第一預(yù)定值大的一第二預(yù)定值時(shí)確定該受腐蝕傳感元件失靈。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定該受腐蝕傳感元件出現(xiàn)故障或失靈的步驟包括以下步驟，當(dāng)所述壓差在0.5kgf/cm2～1.0kgf/cm2之間時(shí)確定該受腐蝕傳感元件出現(xiàn)故障。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定該受腐蝕傳感元件出現(xiàn)故障或失靈的步驟包括以下步驟，當(dāng)所述壓差大于1.0kgf/cm2時(shí)確定該受腐蝕傳感元件失靈。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該非惰性氣體從腐蝕性氣體與活性氣體構(gòu)成的組中選擇。
6.一種評(píng)定一腐蝕性或活性氣體分配系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的方法，該系統(tǒng)包括一閥裝置、一質(zhì)量流量控制器、一壓力調(diào)節(jié)器以及管道，該方法包括以下步驟使氣體流經(jīng)含有調(diào)節(jié)管道中的氣流的壓力調(diào)節(jié)器的該氣體分配系統(tǒng)；監(jiān)視在有氣流流經(jīng)該管道時(shí)和沒有氣流流經(jīng)該管道時(shí)鄰近該壓力調(diào)節(jié)器的出口的出口壓力；以及根據(jù)在沒有氣流流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)該壓力調(diào)節(jié)器的出口壓力的變化確定該系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述確定該系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的步驟包括，當(dāng)氣體流經(jīng)該管道時(shí)的壓力調(diào)節(jié)器的出口壓力與沒有氣體流經(jīng)該管道時(shí)的壓力調(diào)節(jié)器的出口壓力之間的壓差超過一第一預(yù)定值時(shí)，確定該系統(tǒng)出現(xiàn)故障。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定該系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的步驟包括，當(dāng)氣體流經(jīng)該管道時(shí)的壓力調(diào)節(jié)器的出口壓力與沒有氣體流經(jīng)該管道時(shí)的壓力調(diào)節(jié)器的出口壓力之間的壓差超過至少等于所述第一預(yù)定值的一第二預(yù)定值時(shí)，確定該系統(tǒng)失靈。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二預(yù)定值大于1.0kgf/cm2。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一預(yù)定值在0.5kgf/cm2～1.0kgf/cm2之間。
11.一種用于評(píng)定一部件出現(xiàn)外部泄漏的方法，該部件具有至少一開啟位置以讓氣體流過并具有至少一關(guān)閉位置以阻止氣體流過，該方法包括步驟，確定當(dāng)受壓的氣體出現(xiàn)在所述部件的入口端而部件處于關(guān)閉位置時(shí)，與當(dāng)部件處于開啟位置時(shí)氣體的壓力比較，該部件的氣體的出口壓力的減少。
全文摘要
一種用于檢測(cè)使用中的腐蝕性或活性氣體分配系統(tǒng)中一壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障或失靈的方法，包括以下步驟，在有氣流和沒有氣流時(shí)連續(xù)地檢測(cè)或監(jiān)視該壓力調(diào)節(jié)器的輸出壓力。當(dāng)有氣流與沒有氣流之間的輸出壓力差波動(dòng)較大并逐步增加時(shí)，預(yù)測(cè)該壓力調(diào)節(jié)器的故障發(fā)作。當(dāng)有氣流與沒有氣流之間的輸出壓力差超過某經(jīng)試驗(yàn)確定的值時(shí)，檢測(cè)到壓力調(diào)節(jié)器或整個(gè)系統(tǒng)失靈。
文檔編號(hào)F17D5/00GK1143747SQ9610552
公開日1997年2月26日 申請(qǐng)日期1996年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月24日
發(fā)明者利亞納蓋·A·尼梅爾, 橫木勝男, 讓-馬里耶·弗萊德, 小沢英一 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司