CN102192823A - 用于泄漏探测的热测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于泄漏探测的热测量系统和方法，具体而言，一种系统(10，12)包括配置成从热辐射传感器(42)接收信号的控制器(44)，该信号指示包括至少一个流体通道(64，66，68)的区域的温度。该控制器(44)还配置成基于该信号探测至少一个流体通道(64，66，68)内的泄漏(93)。
Description
技术领域
本文所公开的主题涉及用于泄漏探测的热测量系统和方法。
背景技术
探测发电系统、涡轮机系统、炼油厂、石油加工工厂或包括流体通道的其他系统内的流体泄漏可确保系统的操作效率。泄漏的早期探测限制流体损失并可确保系统的完整性。可使用不同的泄漏探测系统，比如基于视觉的系统、电阻率测量系统和/或振动测量系统。不幸地是，此类系统的获取、安装和维护均可能昂贵，并且可能探测不到流体通道内更小的泄漏。结果，泄漏流体会在探测到泄漏之前聚集。
发明内容
与原始要求保护的发明范围相称的某些实施例被概述如下。这些实施例并非意图限制所要求保护的发明的范围，而是仅仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括类似于或不同于以下所述的实施例的不同形式。
在第一实施例中，一种系统包括热辐射传感器，该热辐射传感器指向包括至少一个流体通道的区域。该热辐射传感器配置成输出指示该区域的温度的信号。该系统也包括通讯地联接到该热辐射传感器上的控制器。该控制器配置成基于该信号探测该至少一个流体通道内的泄漏。
在第二实施例中，一种系统包括配置成从热辐射传感器接收信号的控制器，该信号指示包括至少一个流体通道的区域的温度。该控制器还配置成基于该信号探测该至少一个流体通道内的泄漏。
在第三实施例中，一种方法包括：测量包括至少一个流体通道的区域内的热辐射，以及基于该测量确定该区域的温度。该方法还包括基于该区域的温度探测该至少一个流体通道内的泄漏。
附图说明
本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，在附图中，相似的符号代表相似的部件，其中：
图1是根据本技术的某些实施例的具有燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、HRSG和热测量系统的联合循环发电系统的一个实施例的示意性流程图，该热测量系统配置成探测该发电系统的流体通道内的泄漏；
图2是根据本技术的某些实施例的包括热测量系统的燃气涡轮机系统的一个实施例的方块图，该热测量系统配置成探测燃气涡轮机系统的流体通道内的泄漏。
图3是根据本技术的某些实施例指向流体通道的热测量系统的方块图；
图4是根据本技术的某些实施例的如图3所示的热测量系统的方块图，其中，流体从流体通道泄漏；以及
图5是根据本技术的某些实施例的用于通过探测包括流体通道的区域内的热辐射而探测流体通道内的泄漏的方法的流程图。
零部件列表
| 10 | 联合循环发电系统 |
| 12 | 燃气涡轮机 |
| 14 | 第一发电机 |
| 16 | 涡轮 |
| 18 | 燃烧器 |
| 20 | 压缩机 |
| 22 | 蒸汽涡轮机 |
| 24 | 第二发电机 |
| 26 | 低压蒸汽涡轮机段 |
| 28 | 中压蒸汽涡轮机段 |
| 30 | 高压蒸汽涡轮机段 |
| 32 | 余热蒸汽发电机 |
| 34 | 热排气 |
| 36 | 冷凝器 |
| 38 | 冷凝泵 |
| 40 | 热测量系统 |
| 42 | 热辐射传感器 |
| 44 | 控制器 |
| 46 | 用户界面 |
| 48 | 燃料喷射器 |
| 50 | 轴 |
| 52 | 排气出口 |
| 54 | 空气入口 |
| 56 | 负载 |
| 58 | 空气 |
| 60 | 压缩空气 |
| 62 | 燃料-空气混合物 |
| 64 | 燃料管路 |
| 66 | 稀释剂管路 |
| 68 | 水管路 |
| 70 | 探测器元件 |
| 72 | 过滤器 |
| 74 | 透镜 |
| 76 | 镜子 |
| 78 | 视场 |
| 79 | 视场角度 |
| 80 | 显示器 |
| 82 | 作为时间的函数的温度曲线 |
| 84 | X-轴线 |
| 86 | Y-轴线 |
| 88 | 曲线 |
| 90 | 下阈值 |
| 91 | 裂缝 |
| 92 | 上阈值 |
| 93 | 泄漏流体 |
| 94 | 曲线 |
| 96 | 曲线的第一部分 |
| 98 | 曲线的第二部分 |
| 100 | 曲线的第三部分 |
| 101 | 曲线的斜率 |
| 102 | 方法流程图 |
| 104 | 参见流程图 |
| 106 | 参见流程图 |
| 108 | 参见流程图 |
| 110 | 参见流程图 |
| 112 | 参见流程图 |
| 114 | 参见流程图 |
具体实施方式
本发明的一个或多个具体实施例将在下文进行描述。为了提供这些实施例的精确描述，可能不在说明书中描述实际实施方式的全部特征。应当了解的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程和设计项目中，必须做出多个实施方式特定的决策以达成开发者的特定目的，比如遵循系统相关和商业相关的约束，这些约束可能从一个实施方式到另一个实施方式而不同。此外，应当理解的是，此类开发努力可能是复杂的而费时的，但对于从本公开受益的本领域技术人员而言仍然是设计、生产和制造的常规程序。
当介绍本发明的不同实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在意味着具有一个或多个该元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的并意味着除了所列出元件外可能还有附加的元件。
本公开的实施例可提供用于通过测量从包括流体通道的区域发射的热辐射而探测流体通道内的泄漏的有成本效益的系统和方法。例如，某些实施例包括指向包括至少一个流体通道的区域的热辐射传感器。该热辐射传感器配置成将指示该区域的温度的信号输出到通讯地联接到该热辐射传感器上的控制器。该控制器可配置成基于该信号探测该至少一个流体通道内的泄漏。例如，控制器可将该区域的温度与指示流体泄漏的阈值进行比较。备选地，控制器可将温度改变的速率与指示流体泄漏的阈值进行比较。控制器可联接到用户界面上，该用户界面配置成显示该区域的温度的数字和/或图形化表示。在某些实施例中，控制器可配置成在泄漏探测后启动音响和/或视觉警报，以警告操作员该状况。在其它的实施例中，控制器可配置成基于在泄漏的探测后终止通过该至少一个流体通道的流体流动。以这种方式，通过流体通道的流动可在明显的流体泄漏之前被终止，从而确保使用流体通道的系统的完整性。
由于热辐射传感器可以廉价地获得和安装，热测量系统可以比其他泄漏探测系统，比如光学泄漏探测系统或振动监测系统更廉价地实施。例如，光学泄漏探测系统可能使用高分辨率照相机来扫描泄漏流体的可视指示。如将会理解的那样，此类高分辨率照相机可能比诸如热电堆的热辐射传感器昂贵得多。另外，光学泄漏探测系统可能使用灯来照明被探测的区域。此类灯可能因为它们接近例如涡轮机系统内的高温部件而使得安装和替换昂贵。此外，由于热辐射传感器可在整个流体通道的大区域内测量温度，对于给定的覆盖区域而言，可在系统内使用比高分辨率照相机更少的热辐射传感器。
另外，本热测量系统可提供超出光学泄漏探测系统和/或振动监测系统的增加的精度。例如，振动监测系统仅可探测与流体管内的大裂缝形成相关的振动。相反，本发明的热测量系统可足够地灵敏以探测更小的泄漏，从而在裂缝蔓延之前识别裂缝。因此，本泄漏探测系统可在重大流体泄漏之前将该状况通知给操作员，从而确保包含流体通道的系统的完整性。
图1是具有燃气涡轮机、蒸汽涡轮机和余热蒸汽发电机(HRSG)的联合循环发电系统10的实施例的示意性流程图。系统10在下文被描述，以便提供用于探测流体通道内的泄漏的热测量系统的实施例的背景。应当理解的是，下文描述的热测量系统可用来探测其他发电系统、涡轮机系统、炼油厂或包括流体通道的任何其他系统内的流体泄漏。系统10可包括用于驱动第一发电机14以产生电力的燃气涡轮机12。燃气涡轮机12可包括涡轮16、燃烧器或燃烧器18以及压缩机20。系统10也可包括用于驱动第二发电机24的蒸汽涡轮机22。尽管燃气涡轮机12和蒸汽涡轮机22可驱动单独的发电机14和24，如图示实施例中所示，燃气涡轮机12和蒸汽涡轮机22也可协力地使用以经由单个轴驱动单一负载。在所图示的实施例中，蒸汽涡轮机22可包括一个低压段26(LP ST)、一个中压段28(IP ST)和一个高压段30(HP ST)。然而，蒸汽涡轮机22以及燃气涡轮机12的具体配置可以是实施方式特定的，并可包括这些段的任意组合。
系统10也可包括多级HRSG 32。图示的HRSG 32显示为传达此类HRSG系统的一般操作。来自燃气涡轮机12的热排气34可被输送进HRSG 32并用来加热用于驱动蒸汽涡轮机22的蒸汽。来自蒸汽涡轮机22的低压段26的排气可被引入冷凝器36。来自冷凝器36的冷凝物在冷凝泵38的帮助下又被引入HRSG 32的低压段。
联合循环发电系统10也包括配置成探测发电系统10内的流体泄漏的热测量系统40。热测量系统40包括指向发电系统10的相应区域的热辐射传感器42。各个热辐射传感器42均配置成输出指示相应区域的温度的信号。例如，在所图示的配置中，一个热辐射传感器42指向涡轮机系统12，而第二热辐射传感器42指向流体通道，该流体通道将来自燃气涡轮机系统12的热排气34输送到HRSG 32。然而，应当理解的是，其它的实施例可包括指向发电系统10的其他区域的更多或更少的热辐射传感器42。例如，一个或多个热辐射传感器42可指向HP ST 30、IP ST 28、LP ST 26、HRSG 32和/或在发电系统10的这些元件之间输送蒸汽的流体通道。再其他的实施例可包括指向冷凝器36、冷凝泵38和/或在这些部件和LP ST 26和/或HRSG 32之间延伸的流体管路的一个或多个流体热辐射传感器。另外，多个热辐射传感器32可指向发电系统10的各个部件的不同区域，以测量各个区域内的温度。例如，如下文详细讨论的那样，涡轮机系统12可包括多个热辐射传感器42，以探测涡轮机系统12内的不同流体通道的温度。此外，应当理解的是，热测量系统40的精度可能至少部分地依赖于热辐射传感器42的视场。因此，指向更小区域的热辐射传感器42可比指向更大区域的热辐射传感器42产生更精确的温度测量。
如将理解的那样，热辐射传感器42测量来自目标的电磁能，以确定目标的温度。例如，热辐射传感器42可测量具有红外波谱内的频率的热辐射。如下文详细讨论的那样，某些红外辐射的强度可与目标的温度成比例。在某些实施例中，热辐射传感器42配置成探测此类辐射并输出指示温度的信号。也应当理解的是，可使用不同的热辐射传感器42来确定发电系统10内的区域的温度。例如，某些实施例可使用热电堆。如将理解的那样，热电堆包括串联连接的多个热电偶，以获得增强的信号输出。热电偶通过产生接头之间的电动势(emf)测量热的和冷的接头之间的温度差。例如，热接头可指向该区域以测量热辐射，并且冷接头可联接到散热器上，使得冷接头的温度大体上等于周围温度。由于热电偶被串联连接，热电堆对所有热电偶的emf求和以提供增强的电压输出。备选实施例可使用辐射高温计、红外探测仪(例如，CCD)，以及其他热辐射传感器。
在本实施例中，热辐射传感器42通讯地联接到控制器44。控制器44配置成基于来自热辐射传感器42的热温度信号输出来探测发电系统10的一个或多个流体通道内的泄漏。例如，如果裂缝在将来自燃气涡轮机系统12的热排气34输送到HRSG 32的流体通道内形成，包围流体通道的区域的温度将由于泄漏气体而升高。因此，指向流体通道的热辐射传感器42将输出指示该区域内的温度增加的信号。控制器44将接收该信号并基于该温度的升高识别流体泄漏。以这种方式，可快速地探测泄漏，并且可采取适宜的校正行为。类似地，蒸汽泄漏可通过指向流体通道(贯穿发电系统10输送蒸汽)的热辐射传感器探测。另外，如下文所详细讨论的那样，涡轮机系统12内的流体泄漏可通过指向涡轮机系统12的一个或多个热辐射传感器42探测。尽管在本实施例中了使用单一控制器44，但应当理解的是，备选实施例可包括一个用于各热辐射传感器42的控制器，或一个用于一组传感器42的控制器。
本实施例也包括通讯地联接到控制器44上的用户界面46。用户界面46可包括配置成显示发电系统10内的各测量区域的温度的数字显示器和/或配置成显示作为时间的函数的温度的图形界面。以这种方式，操作员可监测温度以确定是否存在流体泄漏。另外，用户界面46可包括配置成如果探测到发电系统10的特定区域内的泄漏则警告操作员的视觉和/或音响警报。例如，如果控制器44基于周围区域的温度确定流体通道正在泄漏，可启动音响和/或视觉警报，使得操作员可采取适当的行动。在某些实施例中，用户界面46通讯地联接到发电系统10上，并配置成自动地切断到泄漏通道的流体流。这样，流体流动可在重大泄漏之前被终止，从而确保发电系统10的完整性。
图2是包括配置成探测燃气涡轮机系统12的流体通道内的泄漏的热测量系统40的燃气涡轮机系统12的一个实施例的方块图。涡轮机系统12包括燃料喷射器48和燃烧器18。液态燃料和/或气态燃料，比如天然气，被发送到涡轮机系统12并通过燃料喷射器48进入燃烧器18。如下文讨论的那样，燃料喷射器48配置成喷射燃料并将燃料与压缩空气混合。燃烧器18点燃并燃烧燃料-空气混合物，然后将热的加压排气送入涡轮16。排气穿过涡轮16中的涡轮叶片，从而驱动涡轮16旋转。涡轮16中的叶片和轴之间的联接将致使轴50旋转，该轴50也联接到贯穿涡轮机系统12的若干部件上，如所图示的那样。最后，燃烧过程的排气可经由排气出口52离开涡轮机系统12。
在涡轮机系统12的一个实施例中，压缩机叶片被包括为压缩机20的部件。压缩机20内的叶片可联接到轴50上，并将在轴50被涡轮16驱动旋转时旋转。压缩机20可经由空气入口54将空气吸入涡轮机系统12。此外，轴50可联接到负载56上，其可经由轴50的旋转而被驱动。如将理解的那样，负载56可以是可使用涡轮机系统12的旋转输出的功率的任何适宜装置，比如发电机或外部机械负载。例如，负载56可包括发电机、飞机的推进器，如此等等。空气入口54经由适宜的机构，比如冷空气进口，将空气58抽入涡轮机系统12。空气58然后流过压缩机20的叶片，其将压缩空气60提供给燃烧器18。尤其是，燃料喷射器48可将压缩空气60和燃料作为燃料-空气混合物62喷入燃烧器18。备选地，压缩空气60和燃料可被直接喷入燃烧器18以进行混合和燃烧。
在本实施例中，燃料喷射器48经由燃料管路64被供应燃料。如将会理解的那样，燃料管路64可配置成促进液态燃料和/或气态燃料到燃料喷射器48的通过。例如，使用液态燃料的某些涡轮机系统12在使燃料流向燃料喷射器48之前预热燃料。因而，燃料管路64内的燃料可处于与周围环境相比升高的温度下。因而，如果在燃料管路64内发生泄漏，包围管路64的区域的温度可因为热燃料的存在而上升。在本实施例中，热辐射传感器42指向燃料管路64。如之前所讨论的，热辐射传感器42通讯地联接到控制器44上，该控制器44基于传感器42的视场内的区域的温度探测流体泄漏。作为该配置的结果，如果泄漏在燃料管路64内形成并且周围区域的温度升高，热辐射传感器42将探测到温度的增加，并且控制器44将识别泄漏。此类配置可在燃料泄漏形成后立即探测到燃料泄漏，使得操作员可在在涡轮机12内的重大燃料泄漏之前终止通过管路的燃料流动。
本实施例也包括配置成将稀释剂(例如，氮、蒸汽等)提供给燃料喷射器48的稀释剂管路66，以及配置成将来自例如水喷射系统的水提供给燃料喷射器42的水管路68。类似于燃料管路64，第二热辐射传感器42指向稀释剂管路66，并且第三热辐射传感器42指向水管路66。在某些实施例中，水和/或稀释剂可处于比包围各个相应的管路66和/或68的区域更低的温度下。因而，如果稀释剂和/或水从相应的管路66和/或68泄漏，周围区域的温度可能降低。此类温度的降低可通过第二和/或第三热辐射传感器42探测，并且转送到控制器44。基于温度的降低，控制器44将识别泄漏，并经由用户界面46将该状况报告给操作员。一旦探测到稀释剂和/或水泄漏，操作员可手动地终止通过稀释剂管路66和/或水管路68的流动。备选地，控制器44通讯地联接到涡轮机系统12上并且配置成基于泄漏的探测而自动地终止该流动。
在本实施例中，水管路68邻近涡轮16定位。在涡轮16的操作期间，包围涡轮叶片的外壳的温度随着来自燃烧器18的热排气流过涡轮16而升高。在某些实施例中，外壳的温度可升高到超过大约700、800或900华氏度，或者更多。如果泄漏在水管路68内形成，水会接触热的涡轮外壳。由于水蒸发的大的热容量和潜热，即便少量的水接触外壳也可能热学地冲击外壳，从而引起变形，这会导致涡轮叶片和外壳之间的接触。由于本热测量系统40配置成快速地识别水管路68内的泄漏，水流可在足够量的水接触涡轮外壳以引起变形之前被终止。因而，本发明可极大地减少或消除因水泄漏相关的热冲击而引起的涡轮叶片和周围外壳之间的接触可能性。此外，由于单一的热辐射传感器42可监视水管路68的大部分，实施本泄漏探测系统的费用可比使用例如振动测量、电阻率或光学探测的备选系统低得多。
图3是指向诸如所示燃料管路64的流体通道的热测量系统40的方块图。如所图示的，热辐射传感器42包括探测器元件70、过滤器72和透镜74。在某些实施例中，探测器元件70可能是包括多个热电偶的热电堆，热电偶被串联地电连接以提供增强的输出信号。如将要理解的那样，热电堆可探测多种热辐射频率。例如，某些热电堆可探测红外波谱内从大约0.8到40微米范围的电磁波长。如将进一步理解的那样，红外波谱内的特定波长的子集可能非常适合温度确定。因此，热辐射传感器42可使用带通过滤器72以限制入射在探测器元件70上的波长范围。例如，在某些实施例中，带通过滤器72可配置成阻塞具有大约2至20、4至18、6至16或大约8至14微米之间范围之外的波长的电磁辐射。因此，过滤器72便于具有适于探测器元件70输出具有与测量温度成比例大小的信号的波长范围的热辐射到探测器元件70上的通过。
应当理解的是，备选实施例可使用具有其他波长范围的其他带通过滤器。此外，某些实施例可使用高通过滤器，低通过滤器或可省略过滤器。此外，尽管在本实施例中使用了热电堆，但应当了解地是，其他探测器元件70，比如CCD或高温计，可用于备选实施例中。
本热辐射传感器42也包括配置成将热辐射聚焦到探测器元件70上的光学聚焦装置，比如透镜74。如将要理解的那样，透镜74可由任何适宜的材料，比如塑料或玻璃组成。在某些实施例中，透镜74可与过滤器72组合成单一元件。在进一步的实施例中，透镜74可被省略，使得热辐射直接穿入热辐射传感器42。
本实施例还包括第二光学聚焦设备，比如图示的镜子76。镜子可配置成将来自期望区域的热辐射引到热辐射传感器42上。本实施例使用凹面镜76以建立期望的视场78。由于镜子76的外形和热辐射传感器42的位置，建立了具有角度79的视场78。例如，在某些实施例中，角度79可大于大约5、10、20、40、60、80、100、120、140、或160度或更多。如前文所讨论的那样，热测量系统40的精度可至少部分地依赖热辐射传感器42的视场78。因而，更小的角度79可产生比更大的角度79更精确的温度测量。热辐射传感器42配置成输出指示视场78内的平均温度的信号。因此，如果具有比周围环境更高或更低温度的流体从管路64泄漏，视场78内的区域的温度变化将被控制器44探测到。应当理解的是，备选实施例可使用凸面镜或大体上平的镜子来将热辐射引向传感器42。在进一步的实施例中，镜子76可被省略，并且热辐射传感器42可指向该区域。在此类实施例中，透镜74，如果存在的话，可用来基于透镜74的外形和光学特性建立期望的视场78。
如前文所讨论的那样，本热辐射传感器42包括配置成将探测到的热辐射转化为输出信号的热电堆。由于热电堆包括串联连接的多个热电偶，热电堆输出具有与视场78内的区域的温度成比例大小的电信号。控制器44配置成接收此信号，并基于该信号(例如，经由查询表、算法等)确定该区域的温度。在本实施例中，控制器44通讯地联接到显示器80上，该显示器80配置成呈现作为时间的函数的该区域的温度的图形化表示。如所图示的，显示器80包括具有表示时间的x-轴线84、表示温度的y-轴线86的图像82。曲线88表示作为时间的函数的区域温度。图像82也包括限定正常的操作温度范围的下阈值90和上阈值92。
如前文所讨论的那样，热辐射传感器42配置成输出指示视场78内的区域的平均温度的信号。如果具有比周围环境更高温度的流体从流体通道泄漏，则该区域的探测温度将升高。相反地，如果具有比周围环境更低温度的流体从流体通道泄漏，则该区域的探测温度将降低。因此，上阈值92可设定为超过管路64的正常操作温度的温度，和/或下阈值90可设定为低于管路64的正常操作温度的温度。在此配置中，上阈值92之上的温度上升可指示热流体泄漏，并且下阈值90之下的温度下降可指示冷流体泄漏。
在某些实施例中，仅仅传送具有比周围环境更高的温度的流体的流体通道可存在于视场78内。在此类实施例中，仅上阈值92可用来探测流体泄漏。因此，控制器44将不基于温度下降识别流体泄漏。在进一步的实施例中，仅仅传送具有比周围环境更低温度的流体的流体通道可存在于视场78内。在此类实施例中，仅下阈值90可用来探测流体泄漏。在再一个实施例中，高温和低温流体二者均可穿过视场78。此类实施例可包括下阈值90和上阈值92两者，以便如果温度偏离正常操作范围则识别泄漏。
图4是如图3中所示的热测量系统40的方块图，其中，流体从流体通道64泄漏。如所图示的，裂缝91存在于管路64内，从而建立对于流体93的开口，以从管路64泄漏。如之前所讨论的那样，本管路64可包含热的液态流体。因此，流体93的温度可大于周围环境的温度。结果，流体泄漏使得视场78内的区域的温度升高。如图82所图示，此温度的升高被控制器44所探测，并呈现在显示器80中。
如所图示的，图形82包括曲线92，其描述了作为时间的函数的视场78内的该区域的温度。曲线94包括表示在泄漏之前该区域的温度的第一部分96，表示泄漏开始期间的温度的第二部分98，以及表示泄漏已经发展后的温度的第三区域100。如所图示的，第一部分96的温度低于上阈值92，表示在管路64内不存在泄漏。第二部分98的温度随着热流体漏入视场78内的区域而逐渐升高。控制器44将在温度升高到高于上阈值92时识别流体管路64内的泄漏。在本实施例中，第三部分100的大体上恒定的温度可指示稳定的流体流正从管路64泄漏，从而建立视场78内的该区域的升高的稳态温度。
在管路64传送具有低于周围环境的温度的流体的实施例中，控制器44可在视场78内的该区域的温度低于下阈值90时探测泄漏。在备选实施例中，控制器可配置成基于温度变化的速率探测泄漏。例如，控制器44可配置成计算温度曲线94的斜率101，并将斜率101与指示管路64内的泄漏的阈值进行比较。例如，较高的斜率可指示泄漏，而较更低的斜率可指示操作条件内的期望变化(例如，有意地升高燃料的温度)。在进一步的实施例中，斜率和温度可与单独的阈值比较，以确定流体是否从管路64泄漏。尽管上述配置引用了管路64，但应当理解的是，可热监视发电系统10和/或涡轮机系统12的其他管路和/或区域，以探测流体泄漏。
由于热辐射传感器42可以足够灵敏以探测视场78内该区域的温度上的微小变化，可比使用振动测量、电阻率或光学探测的泄漏探测系统更快地探测到正在泄漏的管路。如将会理解的那样，热测量系统40的总灵敏度可取决于热辐射传感器42的灵敏度、热辐射传感器42的精度、系统40内的光学和/或电噪、控制器44内的信号调节器的精度、热辐射传感器光学器件的质量、热辐射传感器42的视场和/或控制器44用来计算温度的技术，以及其他的因素。例如，在某些实施例中，热测量系统40可以能够识别小于大约2、1、0.75、0.5、或0.25华氏度或更小温度的温度变化。因此，热测量系统40可在重大的流体泄漏之前探测正在泄漏的管路，从而使操作员能快速响应该状况。此外，由于视场78可覆盖管路64、发电系统10和/或涡轮机系统12的大片区域，相比较其他的泄漏探测装置(例如，可视、振动等)而言可使用更少的传感器42探测整个管路/系统的流体泄漏。结果，本热测量系统40可较廉价地部署和维护。
图5是用于通过探测包括流体通道的区域内的热辐射而探测流体通道内的泄漏的方法流程图。首先，如方块104所示，在包括流体通道的区域内测量热辐射。如前所述，热辐射可通过诸如热电堆的热辐射传感器42测量。下一步，如方块106所示，该区域的温度可基于热辐射测量确定。例如，热电堆可产生具有与区域的平均温度成比例大小的信号。控制器44然后可接收此信号并基于该信号大小确定温度。流体通道内的泄漏然后可基于测量的温度被探测，如方块108所示。例如，如之前所讨论的，该区域的温度可与指示泄漏的阈值进行比较。备选地，温度改变的速率可与阈值进行比较，以确定泄漏是否存在于流体通道中。
下一步，如方块110所示，可生成并显示温度的图形化表示。例如，显示器80可呈现将温度作为时间的函数示出的曲线。备选地，可显示温度的数字化表示。如果探测到泄漏，可启动音响和/或视觉警报以将警告操作员该状况，如方块112所示。例如，一旦操作员已被通知该状况，操作员可终止流过泄漏管路的流体，从而极大地减少额外的流体损失和/或确保包含流体通道的系统的完整性。另外，通过流体通道的流动可在探测到泄漏时被自动地终止，如方块114所示。例如，在某些实施例中，控制器44可被通讯地联接到包括流体通道的系统上，并配置成在探测到泄漏时使系统停止。
应当理解的是，如果探测到泄漏，操作员和/或控制器44可采取备选动作。例如，在某些实施例中，泄漏流体通道可用于冷却操作。在此类实施例中，接收冷却流体的系统可在终止通过流体通道的流动之前被切断。备选地，通过流体通道的流动可被减少和/或经由阀调节。此类操作可使使用流体的系统能够继续操作，和/或可便于系统停机过程。在其他实施例中，通过泄漏通道的流体流动可缓慢地终止，同时通过备选的完好通道的流体流动被增加，从而将连续的流体供应给系统。
尽管在上文已经参考在流体管路内探测泄漏而描述了热测量系统40，但应当理解的是，本发明可被用来探测其他流体通道内的泄漏。例如，热测量系统40可用来探测阀、密封件、连接器、接头或配置成传送流体的其他通道内的泄漏。此外，应当理解的是，热测量系统40可用来探测来自发电系统10和/或涡轮机系统12的部件的泄漏。例如，热测量系统40可能够探测HP ST 30、IP ST 28、LP ST 26或发电系统10的其他部件内的蒸汽泄漏。另外，热测量系统40可能够探测来自涡轮机系统12的压缩机20、燃烧器18和/或涡轮16的流体泄漏。此外，本热测量系统40可用来探测来自其他系统的部件的流体泄漏，比如石油加工厂、炼油厂或燃烧发动机。
此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域的任何人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何结合的方法。本发明的可专利范围被权利要求限定，并可包括本领域技术人员能想到的其他实例。此类其他实例如果具有无异于权利要求的字面表述、或者它们包括与权利要求的字面表述无实质差别的等效结构元件，则它们意在处于权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种系统(10，12)，包括：
热辐射传感器(42)，其指向包括至少一个流体通道(64，66，68)的区域，其中，所述热辐射传感器(42)配置成输出指示所述区域的温度的信号；以及
通讯地联接到所述热辐射传感器(42)上的控制器(44)，其中，所述控制器配置成基于所述信号探测所述至少一个流体通道(64，66，68)内的泄漏(93)。
2.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述热辐射传感器(42)包括热电堆。
3.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述系统包括配置成将来自所述区域的热辐射聚焦到所述热辐射传感器(42)上的光学聚焦装置(74，76)。
4.如权利要求3所述的系统(10，12)，其特征在于，所述光学聚焦装置(74，76)包括镜子(76)、透镜(74)或它们的组合。
5.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述系统包括置于所述热辐射传感器(42)和所述区域之间的带通过滤器(72)，其中所述带通过滤器(72)配置成阻塞具有小于大约8微米以及大于大约14微米的波长的电磁辐射的通过。
6.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述热辐射传感器(42)配置成探测具有红外频谱内的频率的热辐射。
7.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述控制器(44)配置成如果所述区域的所述温度超过第一阈值(92)、降低到第二阈值(90)之下、或者是它们的组合，则探测所述至少一个流体通道(64，66，68)内的所述泄漏(93)。
8.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述控制器(44)配置成如果所述区域的所述温度的变化速率超过第三阈值(92)，则探测所述至少一个流体通道(64，66，68)内的所述泄漏(93)。
9.如权利要求1所述的系统(10，12)，其特征在于，所述系统包括包含所述至少一个流体通道(64，66，68)的发电系统(10)。
10.一种系统(10，12)，包括：
配置成从热辐射传感器(42)接收信号的控制器(44)，所述信号指示包括至少一个流体通道(64，66，68)的区域的温度，其中，所述控制器(44)配置成基于所述信号探测所述至少一个流体通道(64，66，68)内的泄漏(93)。
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