CN102705066B - 过热检测系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一个实施例，一种用于防止系统失效的方法涉及检测一个或多个管道中一个或多个点处流体的一个或多个压力水平，然后将测得压力水平与相应的一个或多个预定限值作比较，其中该系统包括输送流体的一个或多个管道，或一个或多个冷却套，或一个或多个流体冷却系统组件。如果测得压力水平超过相应的限值，那么产生关闭信号。关闭信号触发对负责引起流体热变化的一个或多个系统的调整，以防止系统失效同时允许系统随后立刻继续工作。

Description

过热检测系统
本申请是申请日为2007年1月25日、国际申请号为PCT/US2007/061053、中国国家申请号为200780028647.3、发明名称为“过热检测系统”的国际申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年8月3日提交的美国临时专利申请S/N.60/835,330的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本申请一般涉及过热检测领域和预防系统，更具体地涉及用于通过使用压力测量防止过热情况的技术。
背景
在工业生产过程中，通常使用诸如水之类的液体作为用于传热和热调节的首要机制。在这样的过程中，通常通过管道网络将液体往返输送到处理中心。例如，在冶金工程的领域中，使用水来适当地将熔融金属材料冷却成期望形状。
当输送诸如水之类的液体的管道或液体冷却系统组件的温度升高时，该液体的温度也会升高。在铜管输送水的情况下，因为铜的熔点显著高于水的沸点，所以当管道或液体冷却系统组件受到太多热时，水将变为蒸气，从而施加可检测的压力。如果管道的温度变得太高，则管道或流体冷却系统组件会熔化或破裂，并导致冷却液在非期望位置泄漏，或阻止液体到达所需位置。一般情况下，这必须临时中断处理过程，直到可修复受损的管道或多个管道或流体冷却系统组件。这样的停工代价高且低效，并会引起产品降级。
为解决此问题已作了若干尝试。例如，授予Covington等人的美国专利No.4,091,658公开了一种用于为了检漏而测量沿流体管道的压力的系统。它包括用于测量压降的压力传感器和用来确定是否存在超过预设限制的总压降和压力改变的逻辑。Covington等人公开了在极低或极高压力情况的实例中关闭管道。
授予Fanelli的欧洲专利No.0559993同样公开了一种系统，其中压力传感器放置在沿受压管道的多个点处。Fanelli将压力流的模型值与由传感器提供的真实值比较，并在该比较指示由管道破裂引起液体突然损耗时产生警报信号。
授予Ledeen等人的美国专利No.5,708,193提出通过产生测试压力波并利用压力传感器检测该测试波的反射波来测量压力。对来自压力传感器的信号使用数字滤波技术以允许检测泄漏位置。
类似地，授予Brown的美国专利No.5,267,587公开了针对公用事业(即水和燃气)的自动监控系统。Brown提出使用压力传感器来检测公用事业的压力改变，且当压力信号指示非期望泄漏时，使用电磁阀使流体(或气体)流停止。
不幸的是，现有技术所公开的解决方案只能解决其中输送流体的管道系统、或流体冷却系统组件已失效的情况。因此，存在对一种技术的需求，该技术用于防止输送流体的管道系统或系统组件因为过热情况而失效，以避免需要关闭系统和产生高维修花费。
发明内容
所公开主题的一个目的是提供一种用于防止流体输送系统因为过热情况而失效的技术。
所公开主题的另一目的是提供这样的一种技术，该技术同时允许系统继续工作。
为满足所公开主题的这些以及其它目的——参考下文所陈述的进一步公开内容这些目的将变得显而易见，所公开的主题提供用于防止包括一个或多个管道的系统失效的方法和系统。
所公开主题的一个实施例是用于过热检测的系统。该系统能检测输送流体的一个或多个管道——其中流体对这一个或多个管道施加温度和/或流量相关的压力——中的过热。该系统包括：位于系统中至少一个点处的至少一个压力传感器，用于获得该至少一个点处流体的压力水平；电子门控板，用于控制至少一个发热装置。例如，发热装置可以是电子束枪或电弧熔炉(arc melt furnace)。该系统还包括耦合到随机读取存储器的计算机，其中随机读取存储器上存储有软件，该软件在执行时使计算机载入对应于系统中至少一个点的至少一个预定限制值，将至少一个预定限制值与由至少一个压力传感器获得的系统中至少一个点处流体的压力水平作比较，而且如果压力水平在预定限制值之外则产生关闭信号，该关闭信号被传送至调节至少一个电子束枪的功率输出的电子门控板。
至少一个压力传感器可以是固态压力传感器。或者，该至少一个压力传感器可以是高速压力传感器。
系统还可包括至少一个电子束室，以使至少一个电子束枪向至少一个电子束室发射。系统还可包括以下部分：至少一个电子束室内的至少一个搁板，其中至少一个搁板被配置成将原产品馈送至室中进行提纯；至少一个熔炉(hearth)，其中电子束枪发射到原产品上，原产品从至少一个搁板掉落以将产品熔入至少一个熔炉中进行提纯；以及至少一个模具，以使产品进入至少一个模具中。
系统还可包括至少一个冷却套，其包围以下其中之一：至少一个电子束枪，至少一个搁板，至少一个熔炉以及至少一个模具。系统还可包括至少一个泵，其中该至少一个泵被配置成将流体抽送至至少一个管道中，以使至少一个冷却套通过传导来冷却至少一个电子束枪。
系统还可包括热交换系统，其包括至少一个管道，该至少一个管道输送热交换流体且紧靠系统的至少一个管道以允许通过传导进行传热。热交换系统自身可包括冷却塔系统和毗邻热检测系统的双壁热交换器。软件在执行时还能使计算机计算从至少一个压力传感器获得的至少一个压力水平的变化率。
系统的电子门控板还可通过降低至少一个电子束枪的功率输出来调节至少一个电子束枪的功率输出。或者，系统的电子门控板还可通过关闭至少一个电子束枪来调节至少一个电子束枪的功率输出。系统还可包括记录与压力偏离事件相关的数据的数据库。
软件在执行时还可使计算机向负责管理系统的一位或多位人员发送电子邮件信息。
根据另一实施例，公开了一种用于包括一个或多个输送流体的管道的系统的过热检测的方法，该流体对一个或多个管道施加温度和/或流量相关的压力。该方法包括：通过至少一个压力传感器获得系统中至少一个点处流体的至少一个压力水平；将由至少一个压力传感器获得的至少一个压力水平与相应的预定限制值进行比较；如果压力水平在预定限制值之外则产生关闭信号，该关闭信号传送至电子门控板，该电子门控板调节至少一个发热装置的功率输出；以及允许系统继续工作。
至少一个压力传感器可以是固态压力传感器。或者，至少一个压力传感器可以是高速压力传感器。例如，至少一个发热装置可以是电子束枪。
该方法还可包括使电子束枪向至少一个电子束室发射。该方法还可包括以下步骤：配置至少一个搁板以将原产品馈送至该室中进行提纯；使电子束枪发射到从至少一个搁板掉落的原产品上以将产品熔入至少一个熔炉中进行提纯；以及当产品进入至少一个模具时完成提纯过程。
该方法还可包括提供包围以下其中之一的至少一个冷却套：至少一个电子束枪，至少一个搁板，至少一个熔炉以及至少一个模具。该方法还可包括提供至少一个泵，其中该至少一个泵被配置成将流体抽运至至少一个管道中，以使至少一个冷却套通过传导来冷却至少一个电子束枪。
该方法还可包括提供包括至少一个管道的热交换系统，其中至少一个管道输送热交换流体且紧靠系统的至少一个管道以允许通过传导进行传热。在该方法中，热交换系统可包括：冷却塔系统；以及毗邻系统的的双壁热交换器。该方法还可包括计算从至少一个压力传感器获得的至少一个压力水平的变化率。
调节至少一个电子束枪的功率输出可包括降低至少一个电子束枪的功率输出。或者，调节至少一个电子束枪的功率输出可包括关闭至少一个电子束枪。该方法还可包括在数据库中记录与压力偏离事件相关的数据。
该方法还可包括向负责管理系统的一位或多位人员发送电子邮件信息。
本发明的某些实施例可提供许多技术优点。例如，一个实施例的技术优点可包括防止系统失效，同时允许系统在其后立刻继续工作。此实施例和/或替换实施例的另一技术优点可包括降低由于例如子系统的受损而将冷却液无意中引入熔化室的风险，从而防止污染正在熔化室中提纯的产品。此实施例和/或替换实施例的又一技术优点可包括因为对管道热条件或冷却套的更严格调整而提高的冷却效率。
包含在此公开中且构成此公开一部分的附图说明了本发明的优选实施例，且用于说明本发明的原理。
附图说明
为了更透彻地理解本发明的示例实施例及其优点，现参考结合附图进行的以下描述，其中：
图1是过热检测系统的示例实施例的示意图；以及
图2是由编程在计算机上的软件应用程序执行的过热检测方法的示例性实施例的步骤的流程图。
在这些附图中，除非特别说明，相同的附图标记和字符用来表示所说明实施例的相同部件、元件、组件或部分。而且，现在将参考附图具体描述本发明，同时结合说明性实施例来完成。
详细描述
图1是根据所公开的主题的过热检测系统100的示例实施例的示意图。该系统包括用于输送诸如水之类的流体102的一个或多个管道101的一个或多个网络。在一个示例中，有八个这样的管道网络101，而在一个优选实施例中无论何处可能都有五到十个管道网络101。管道可由铜或适合输送流体的任意其它材料形成。虽然针对水描述了优选实施例，但本发明不限于水输送系统且可应用于其它流体。
附连到管道网络101的是能够检测沿管道网络101的一个或多个点处流体102的一个或多个压力水平的一个或多个高速压力传感器103。优选地，网络101中的各个管道附连到相应的压力传感器103，这些压力传感器可以是压力范围为0-100psi和温度限值为160°F的固态压力传感器。
压力传感器103连接到用过热检测应用程序1编程的计算机105。计算机105可以是适合运行计算密集型软件应用程序的任意计算机，而且可以是例如个人计算机。便利地，过热检测应用程序1是软件实现的且存储在计算机105的随机读取存储器中。软件可以是例如通过从源码编译获得的可执行目标码形式。不排除源码注释。例如，源码可以是像Fortran、Pascal、或“C”中一样的顺序控制指令的形式。优选使用Visual Basic作为源码。下文中将结合图2更完整地描述执行过热检测方法的过热检测应用程序1。
计算机105还连接到能禁用一个或多个电子束枪控制系统125的电子门控板107。电子束枪控制系统125调整电子束枪123的工作，电子束枪123能够改变管道网络101中流体102的温度。在一个示例性实施例中，电子束枪123和电子束枪控制系统125由Von Ardenne制造且适于0-750,000瓦特的功率水平。电子束枪123位于电子束室111的顶部，且利用可手动变更的可编程扫描模式发射到室111中的预设目标位置处。电子束室111可包括两个电子束室，一个标注为“北”室而另一个标注为“南”室。
一个或多个搁板127可位于电子束室中且可用来将原产品馈送至室111中进行提纯。在此实施例中，电子束枪123对未提纯产品发射，使该产品从搁板127掉落从而熔化。然后熔化的产品流到一个或多个熔炉129上，被电子束枪加热以便提纯，最终进入一个或多个模具131，被一个或多个电子束枪加热，以完成提纯过程。在一个示例实施例中提纯产品是钛。
各个管道网络101能在一个或多个电子束枪123周围、一个或多个搁板127周围、一个或多个熔炉129周围、一个或多个模具131周围、或可能需要地这些组件或任意其它组件的任意组合周围形成一个或多个冷却套113。各个冷却套113可形成有分成串联或并联的多个通道的一个通道或支路。此外，各个网络101可具有并联或串联的一个或多个冷却套113。适合的泵109将流体102抽运至管道网络101，从而使冷却套113通过传导冷却电子束枪123。在优选实施例中，泵109是100HP泵，其速率为每分钟1200加仑。
过热检测系统100还可包括由一个或多个管道形成而且输送可以是水的热交换流体122的热交换系统115。热交换管121可穿过诸如平板型的双壁热交换器119，双壁热交换器的交换速率为1,600,000BTU/每小时。各个管道网络101还可穿过双壁热交换器119。在双壁热交换器119内，热交换管121应当紧靠管道101以允许通过传导来传热。管道121还可穿过冷却塔系统117以冷却热交换流体122。现在将结合图2更具体地说明用于过热检测系统100的示例实施例的过热检测方法。
接着参考图2，将描述由在计算机105上编程的过热检测应用程序1执行的过热检测方法的示例性实施例。过热检测应用程序1启动(4)并确定负载预设阈值按钮是否启用(3)。如果为是，则过热检测应用程序1从计算机105的记录中载入一个或多个预定限值(6)。预定限值对应于指示不安全管道压力的最大和最小标称工作压力——该最大和最小压力又意味着各网络内的各个管道101的流量和/或温度，还可包括有关这样压力水平的最大可接受变化率的信息。在包含流体冷却搁板127和两个流体冷却熔炉129的高度优选实施例中，搁板127的预定限值是最小压力1.4psi，最大压力17.4psi，以及最大变化率9psi。对于第一熔炉，这些值是最小压力0psi，最大压力16psi，以及最大变化率7.6psi。对于第二熔炉，这些值是最小压力0psi，最大压力12.6psi，以及最大变化率7.6psi。
外部数据采集计算机(未在图中示出)将数据发送(2)给计算机105，指示哪一个电子束室111(即北室或南室)正在使用、电子束室111中的熔化状态、以及搁板127是否正在使用。数据可以是任意方便的形式，诸如串。
接着，过热检测应用程序1解析(5)通过RS232串行通信线路从外部数据采集计算机接收的数据。然后，在(7)中，过热检测应用程序1根据所解析的数据串确定在电子束室111中是否正在进行产品熔化。如果为是，则在(9)中，过热检测应用程序1确定在哪个电子束室111(即北室或南室)中正在进行产品熔化。
如果过热检测应用程序1确定正在使用的电子束室111是北室，则接着在(10)中，过热检测应用程序1获得由压力传感器103检测的与北电子束室111相关联的流体102的压力水平。如果过热检测应用程序1确定正在使用的电子束室111是南室，则接着在(12)中，过热检测应用程序1获得由压力传感器103检测的与南电子束室111相关联的流体102的压力水平。
接着，过热检测应用程序1将分别在(10)或(12)中检测到的与北电子束室111或南电子束室111相关联的压力水平103与相应的预定限值比较。优选地过热检测应用程序1还计算从压力传感器103获得的检测压力水平的变化率，并将所计算的检测压力水平的变化率与相应的预定限值作比较。
如果过热检测应用程序1确定在(10)或(12)中所获得的任一检测压力水平或从其中计算得到的任一变化率超过或低于正常范围(压力偏离事件)，那么过热检测应用程序1产生发送至电子门控板107的关闭信号(15)。随后，电子门控板107调节电子束控制系统125，关闭相应的电子束枪123，从而防止管道网络101失效。在替换实施例中，通过降低一个或多个电子束枪123的功率输出来实现相同目标。
过热检测应用程序1还可将涉及压力偏离事件的数据记录至数据库(16)以供以后分析，包括事件的时间和日期，与事件相关联的压力水平测量，以及与测量相关联的变化率。这样的分析对于精确地确定正确的预定限值有帮助。而且，在产生并发送关闭信号的情况下，过热检测应用程序1优选将诸如电子邮件信息之类的消息发送(18)至一位或多位负责管理过热检测系统100的人员，以报告压力偏离事件。
或者，如果过热检测应用程序1确定一个或多个检测压力水平或从其中计算得到的变化率未超过或未低于根据预定限值确定的正常范围(压力偏离事件)(13)，那么过热检测应用程序1还可通过分析在(5)中解析的数据来确定搁板是否正在使用(14)。如果搁板正在使用，那么过热检测应用程序1可获得由压力传感器103检测的与搁板相关联的一个或多个压力水平，并将检测到的压力水平与预定限值比较(17)。
此外，在(17)中，过热检测应用程序1可计算从压力传感器103获得的与搁板相关联的测得压力水平的变化率，并将所计算的测得压力水平变化率与预定限值比较。如果过热检测应用程序1确定一个或多个测得压力水平的任一个或从其中计算出的变化率中的任一个超过或低于根据预定限值确定的正常范围(压力偏离事件)，那么过热检测应用程序1继续至上述的(15)。
另一方面，如果搁板没有正在使用，或者如果由压力传感器103检测的与搁板相关联的压力水平或从其中计算出的变化率未超出或低于根据预定限值确定的正常范围，那么过热检测应用程序1继续至(11)。在(11)中，如果电子束枪123未开启，那么过热检测应用程序1将它们开启。最后，过热检测应用程序1记录测得压力水平以及相应的测得压力水平变化率(8)。
上文仅说明了本发明的原理。对本领域普通技术人员而言，鉴于本文中的示教，所描述实施例的多种修改和变体将会显而易见。因此应当理解的是，本领域普通技术人员将能够设计具体化本发明原理的多种技术——虽然这些技术未在本文中明确地描述，因而这些技术在本发明的精神和范围内。

Claims (28)

1.一种用于过热检测的系统，包括：
室；
发热装置，其被配置成在所述室内产生热量；
管道，其被配置成输送流体通过所述室并除去所述室内所产生的热量，所述流体对所述管道施加温度和流量相关压力；
位于所述系统中的点处的压力传感器，用于获得所述点处流体的压力水平；
用于控制所述发热装置的电子门控板，所述发热装置具有功率输出；以及
耦合到随机存取存储器的计算机，所述随机存取存储器上存储有软件，所述软件在执行时使所述计算机：
载入对应于所述系统中的所述点的预定限值，
将所述预定限值与由所述压力传感器获得的所述系统中的所述点处流体的压力水平作比较，以及
如果所述压力水平在所述预定限值之外则产生关闭信号，以及
将所述关闭信号发送至所述电子门控板，所述电子门控板被配置成在所述系统发生过热故障之前调整所述发热装置的功率输出。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力传感器包括固态压力传感器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力传感器包括高速压力传感器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发热装置是电弧熔炉。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
所述室内部的搁板，所述搁板被配置成将原产品馈送至所述室中进行提纯；
熔炉，所述熔炉用于容纳熔化后的所述原产品；
模具，熔化的原产品进入所述模具，从而完成所述提纯过程。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述管道形成包围以下至少一个的冷却套：所述发热装置，所述搁板，所述熔炉以及所述模具。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括泵，所述泵被配置成将流体抽运至所述管道中，以使所述冷却套通过传导来冷却所述发热装置。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括热交换系统，所述热交换系统包括热交换管道，所述热交换管道输送热交换流体且紧靠所述被配置成输送流体通过所述室的所述管道以允许通过传导进行传热。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述热交换系统包括：
冷却塔系统；以及
毗邻所述用于过热检测的系统的双壁热交换器。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件在执行时还能使所述计算机计算从所述压力传感器获得的所述压力水平的变化率。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子门控板还可通过降低所述发热装置的功率输出来调节所述发热装置的功率输出。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子门控板还可通过关闭所述发热装置来调节所述发热装置的功率输出。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括数据库，所述数据库被配置成记录涉及压力偏离事件的数据。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述软件在执行时还可使所述计算机向负责管理所述系统的人员发送电子邮件信息。
15.一种用于系统中的过热检测的方法，包括：
通过包含在室内的管道输送流体以除去所述室内产生的热量，所述流体对所述管道施加温度和流量相关压力；
通过位于所述系统中的点处的压力传感器获得所述点处流体的压力水平；
将由所述压力传感器获得的所述压力水平与相应的预定限值作比较；以及
如果所述压力水平在所述预定限值之外则产生关闭信号，以及
将所述关闭信号发送至电子门控板，所述电子门控板被配置成调整发热装置的功率输出。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述压力传感器包括固态压力传感器。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述压力传感器包括高速压力传感器。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述发热装置是电弧熔炉。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
将搁板配置成将原产品馈送至所述室进行提纯；
利用所述发热装置将所述原产品熔入熔炉中进行提纯；
当熔化的原产品进入模具时完成提纯过程。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述管道形成在以下至少之一周围的冷却套：所述发热装置，所述搁板，所述熔炉以及所述模具。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括提供泵，所述泵被配置成将流体抽运至所述管道中，以使所述冷却套冷却所述发热装置。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括提供热交换系统，所述热交换系统包括热交换管道，所述热交换管道输送热交换流体且紧靠所述被配置成输送流体通过所述室的所述管道以允许通过传导进行传热。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述热交换系统包括：
冷却塔系统；以及
双壁热交换器。
24.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括计算从所述压力传感器获得的所述压力水平的变化率。
25.如权利要求15所述的方法，其特征在于，调节所述发热装置的功率输出包括降低所述发热装置的功率输出。
26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，调节所述发热装置的功率输出包括关闭所述发热装置。
27.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在数据库中记录涉及压力偏离事件的数据。
28.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括向负责管理所述系统的人员发送电子邮件信息。
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