REGULADOR PARA GASES CORROSIVOS Y REACTIVOS A BAJAS CONCENTRACIONES.

Un procedimiento de procesamiento de un gas reactivo a bajas concentraciones en un sistema de suministro de fluidos,

comprendiendo el procedimiento: (a) la proporción de un regulador sin filtro (1) que comprende: un alojamiento (2) que incluye una entrada (4), una salida (30) y una trayectoria de flujo de fluidos definida entre la entrada (4) y la salida (30) por superficies internas del alojamiento; y una sección (10, 12, 20) que regula la presión para reducir la presión de un gas reactivo que fluye a través del regulador (1) entre la entrada del alojamiento (4) y la salida del alojamiento (30); donde una parte sustancial de las superficies internas del alojamiento está constituida de acero inoxidable o aluminio, el área combinada de las superficies internas que no supone más de 97 cm² aproximadamente, la trayectoria del flujo de fluidos que tiene un diseño sustancialmente recto o lineal, donde la sección que regula la presión incluye una pluralidad de fases que reducen la presión para reducir la presión del gas reactivo de una presión de entrada a una presión de salida que es inferior a la presión de entrada e incluye adicionalmente un agujero que se extiende axialmente a través y entre los extremos longitudinales del alojamiento (2) que define una cámara (6) de alta presión para recibir el gas reactivo a la presión de entrada, una cámara (8) de presión intermedia para recibir el gas reactivo desde la cámara de alta presión (16) y reducir la presión o el gas reactivo desde la presión de entrada a una presión intermedia, y una cámara de baja presión para recibir el gas reactivo de la cámara de presión intermedia y reducir el gas reactivo de la presión intermedia a la presión de salida; (b) la instalación del regulador en línea con una fuente de suministro de un gas reactivo en el sistema de suministro de fluidos; y (c) el paso del gas reactivo a través del regulador a una velocidad de flujo seleccionada para reducir la presión del gas reactivo desde una presión de entrada a una presión de salida que es inferior a la presión de entrada, y donde la cámara (8) de presión intermedia incluye un pistón móvil (10) que sella de manera liberable una apertura en la interfaz entre las cámaras (6) de alta presión y (8) de presión intermedia durante el funcionamiento del regulador para controlar el flujo del gas reactivo hacia la cámara intermedia (8), y donde la cámara (16) de baja presión incluye un diafragma flexible (20) que sella de manera liberable una apertura entre partes de la cámara (16) de baja presión durante el funcionamiento del regulador para controlar el flujo de gas reactivo a través de la cámara (16) de baja presión hacia la salida del alojamiento (30)

La presente invención se refiere a procedimientos de procesamiento de mezclas de gases corrosivos y reactivos a bajas concentraciones.

En los sistemas de flujo de fluidos se utilizan reguladores para reducir la presión de un fluido hasta un nivel inferior más seguro que facilita el uso del fluido dentro de los sistemas. En particular, los reguladores de dos fases son muy eficaces en el mantenimiento del flujo del fluido a la salida del regulador a una presión sustancialmente constante a pesar de las variaciones en la presión de entrada.

Una función importante de un regulador es proporcionar la regulación de la presión sin alterar la composición del fluido debido a la reacción de uno o más componentes del fluido con la superficie interna del regulador. Éste es un problema muy importante cuando se trata con gases reactivos o corrosivos, tales como sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, sulfuro de carbonilo, mercaptanos, cloruro de hidrógeno, cloro, amoníaco, óxido nítrico, óxido nitroso, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, arsina, carbonos orgánicos volátiles o VOCs, y compuestos oxigenados.

Por ejemplo, se sabe que el sulfuro de hidrógeno (H2S) reacciona con cobre para formar sulfuro de cobre e hidrógeno. El uso de un regulador que tenga componentes de cobre con un gas de sulfuro de hidrógeno daría como resultado una pequeña cantidad (por ejemplo, unos pocos cientos de partes por millón o ppm) del gas sulfuro de hidrógeno que reacciona con, y se adsorbe sobre, las superficies internas de cobre del regulador. Aunque dichas pequeñas cantidades consumidas del gas puede que no sean apreciables, particularmente cuando se procesa un gas de sulfuro de hidrógeno a concentraciones elevadas, el uso prolongado del regulador con este gas daría como resultado su degradación y eventual fallo. Además, si un regulador formado por componentes de cobre y/u otros materiales que son reactivos con el gas se fuesen a utilizar con concentraciones relativamente bajas de sulfuro de hidrógeno, gran parte o todo el sulfuro de hidrógeno reaccionaría con y/o se adsorbería sobre las superficies internas del regulador. Por tanto, los reguladores construidos con cobre y/u otros materiales reactivos no son deseables para su uso con gases reactivos a bajas concentraciones.

La reacción del sulfuro de hidrógeno u otros gases reactivos con las superficies internas del regulador se pueden limitar o se pueden impedir sustancialmente usando materiales no reactivos o menos reactivos para formar el regulador. En particular, habitualmente se usa acero inoxidable (por ejemplo, acero inoxidable 316) en reguladores diseñados para proporcionar un servicio con gases corrosivos. Alternativamente, los reguladores de latón se pueden recubrir con cromo o níquel para mejorar la resistencia a la corrosión. No obstante, a menudo es difícil proporcionar un recubrimiento de conformación a toda la superficie interna de latón del regulador con cromo o níquel, de manera que una pequeña cantidad de las superficies de latón tienden a permanecer expuestas y reaccionan con los gases que fluyen dentro del regulador.

A pesar de que el uso de materiales no reactivos o menos reactivos puede limitar o impedir la reacción del gas con las superficies internas del regulador, el gas aún se puede adsorber a las superficies internas del regulador durante su funcionamiento, dando como resultado una concentración reducida del gas reactivo que sale del regulador al menos durante un periodo de uso inicial del regulador. Muchos reguladores convencionales emplean una trayectoria de flujo tortuosa a través del regulador que puede incluir hasta cuatro o más codos de 90°entre la entrada y la salida del regulador. La trayectoria de flujo tortuosa da como resultado una gran área superficial interna y un gran volumen del regulador, que a su vez incrementa el tiempo durante el cual los gases pueden reaccionar con las superficies húmedas y/o adsorberse a las superficies internas del regulador.

Otra consideración importante asociada a grandes áreas superficiales internas es cuánto de las superficies internas del regulador pueden estar mojadas. Los gases reactivos pueden reaccionar con las superficies internas húmedas del regulador, dando como resultado la corrosión del regulador.

Debido a la naturaleza de los gases reactivos y la probabilidad de que se pueda producir reactividad y/o adsorción entre los gases reactivos y las superficies internas del regulador, los reguladores convencionales normalmente deben ser pasivados durante un periodo de tiempo suficiente antes de ser puestos en servicio. Por ejemplo, puede ser necesario un periodo de varias horas o incluso días para pasivar un regulador de acero inoxidable convencional con el fin de garantizar que la adsorción y/o reacciones de los gases reactivos sobre las superficies internas del regulador se hayan completado sustancialmente para que el regulador pueda proporcionar gases reactivos a un nivel de concentración deseado.

Para sistemas de flujo de fluidos que requieren la medición de bajos niveles de compuestos reactivos en el gas que fluye dentro del sistema, los problemas indicados previamente se convierten en una preocupación importante y son necesarios equipos y técnicas fiables para monitorizar, controlar y regular los compuestos gaseosos introducidos en dichos sistemas. Los fabricantes de instrumentos han reducido el nivel de detección inferior de compuestos gaseosos al límite bajo de partes por millardo (ppb). Por ejemplo, los patrones que contienen azufre ahora están disponibles a concentraciones de 50-100 ppb. Aunque se pueden emplear reguladores de acero inoxidable convencionales para procesar gases reactivos en bajas concentraciones, estos reguladores primero se deben pasivar antes de ser implementados para su uso, que puede requerir una cantidad de tiempo considerable. Además, estos reguladores de gran área superficial son más susceptibles de presentar áreas húmedas y no es tan sencillo secarlos completamente antes de su uso.

El documento EP-1 126 202 describe el montaje de una válvula para un cilindro de gas que comprende un alojamiento que incluye una entrada, una salida, una trayectoria de flujo de fluidos definida entre la entrada y la salida por la superficie interna del alojamiento, la trayectoria de fluidos que comprende tres filtros, dos secciones que regulan la presión, para reducir la presión de un gas que fluye a través del regulador entre la entrada del alojamiento y la salida del alojamiento.

El documento US-5 566 713 describe un montaje para el control de gases, por ejemplo, para oxígeno médico, que comprende un bloque inferior, montado sobre una botella de gas y que comprende un manómetro y un conector de llenado, y sobre el que está permanentemente montado un subensamblaje, móvil axialmente en respuesta a una rotación de un control tubular y un miembro de accionamiento que rodea al subensamblaje, que contiene un reductor de presión y un regulador de flujo indexable y que tiene una salida de baja presión y una salida de media presión. No obstante, este ensamblaje no es adecuado para gases reactivos a baja concentración.

Así, existe la necesidad de un procedimiento adaptado para ofrecer de manera fiable mezclas de gases reactivos a baja concentración para su procesamiento en un sistema de flujo que requiera poca o ninguna pasivación antes de ser implementado para su uso en un sistema de flujo de fluidos.

Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para suministrar gases reactivos en un sistema de flujo de fluidos a presiones adecuadas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento que esté diseñado para minimizar o impedir sustancialmente la reacción y/o la cantidad de adsorción de gases reactivos con las superficies internas del regulador.

Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un procedimiento que suministre de manera fiable un gas reactivo a bajas concentraciones de 10 ppm o inferior dentro de un sistema de flujo de fluidos.

Aún otro objeto más de la presente invención es proporcionar un procedimiento que requiera poca o ninguna pasivación antes de su puesta en servicio en un sistema de flujo de fluidos.

Los objetos anteriormente mencionados se consiguen individualmente y/o en combinación, y no se pretende que la presente invención se interprete como el requerimiento de que se combinen dos o más de los objetos, a menos que se indique expresamente en las reivindicaciones anexas al presente... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de procesamiento de un gas reactivo a bajas concentraciones en un sistema de suministro de fluidos, comprendiendo el procedimiento:

(a) la proporción de un regulador sin filtro (1) que comprende: un alojamiento (2) que incluye una entrada (4), una salida (30) y una trayectoria de flujo de fluidos definida entre la entrada (4) y la salida (30) por superficies internas del alojamiento; y una sección (10, 12, 20) que regula la presión para reducir la presión de un gas reactivo que fluye a través

del regulador (1) entre la entrada del alojamiento (4) y la salida del alojamiento (30); donde una parte sustancial de las superficies internas del alojamiento está constituida de acero inoxidable

o aluminio, el área combinada de las superficies internas que no supone más de 97 cm² aproximadamente, la trayectoria del flujo de fluidos que tiene un diseño sustancialmente recto o lineal, donde la sección que regula la presión incluye una pluralidad de fases que reducen la presión para reducir la presión del gas reactivo de una presión de entrada a una presión de salida que es inferior a la presión de entrada e incluye adicionalmente un agujero que se extiende axialmente a través y entre los extremos longitudinales del alojamiento (2) que define una cámara (6) de alta presión para recibir el gas reactivo a la presión de entrada, una cámara (8) de presión intermedia para recibir el gas reactivo desde la cámara de alta presión (16) y reducir la presión o el gas reactivo desde la presión de entrada a una presión intermedia, y una cámara de baja presión para recibir el gas reactivo de la cámara de presión intermedia y reducir el gas reactivo de la presión intermedia a la presión de salida;

(b) la instalación del regulador en línea con una fuente de suministro de un gas reactivo en el sistema de suministro de fluidos; y

(c) el paso del gas reactivo a través del regulador a una velocidad de flujo seleccionada para reducir la presión del gas reactivo desde una presión de entrada a una presión de salida que es inferior a la presión de entrada, y donde la cámara (8) de presión intermedia incluye un pistón móvil (10) que sella de manera liberable una apertura en la interfaz entre las cámaras (6) de alta presión y (8) de presión intermedia durante el funcionamiento del regulador para controlar el flujo del gas reactivo hacia la cámara intermedia (8), y donde la cámara (16) de baja presión incluye un diafragma flexible (20) que sella de manera liberable una apertura entre partes de la cámara (16) de baja presión durante el funcionamiento del regulador para controlar el flujo de gas reactivo a través de la cámara (16) de baja presión hacia la salida del alojamiento (30).

2. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el área combinada de las superficies internas no supera los 52 cm² aproximadamente.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el gas reactivo se selecciona del grupo constituido por sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, sulfuro de carbonilo, mercaptanos, cloruro de hidrógeno, cloro, tricloruro de boro, amonio, aminas, amidas, óxido nítrico, óxido nitroso, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, arsina, carbonos orgánicos volátiles (VOCs), compuestos oxigenados, y sus combinaciones.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el regulador se proporciona en línea con la fuente de suministro del gas reactivo sin pasivación previa con el gas reactivo.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el gas reactivo se introduce en la entrada del alojamiento (6) del regulador (1) a una concentración de entrada no superior a 10 ppm aproximadamente y a una velocidad de flujo adaptada tal que la concentración de salida del gas reactivo procedente del regulador no disminuye a un valor inferior al 10% aproximadamente de la concentración de entrada durante un periodo inicial de una hora en el que el gas reactivo fluye a través del regulador (1).

6. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el gas reactivo se introduce en la entrada del alojamiento del regulador a una concentración de entrada no superior a 10 ppm aproximadamente y a una velocidad de flujo adaptada de manera que la concentración de salida del gas reactivo procedente del regulador no se desvía más del 5% aproximadamente de la desviación estándar relativa.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el sistema de suministro de fluidos está desprovisto de filtro en cualquier localización aguas arriba del regulador.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el regulador (1) comprende adicionalmente un miembro (26) de control de presión aplicado al diafragma (20), siendo manipulado selectivamente el miembro (26) de control de presión para controlar la cantidad de fuerza aplicada al diafragma (20) para así controlar el flujo de gas reactivo a través de la cámara (16) de baja presión así como el nivel de presión del gas reactivo en la salida del alojamiento.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el regulador (1) incluye un alojamiento alargado hueco (2) compuesto de tres secciones fijadas entre sí a rosca.