CN102980538A - 高温管道壁厚在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温管道壁厚在线监测装置。高温管道夹持在管夹内，管夹焊接有组成方形的螺柱，方形的螺柱中部设置有阶梯形的导波杆，朝向高温管道一侧的导波杆端面设有铜片，螺柱和阶梯形的导波杆穿过压板后，用螺母固定并压在导波杆的轴肩上，另一侧的导波杆端面设置超声波探头并置于水冷套内，水冷套下端与导波杆轴肩过盈配合，超声波探头位于柱塞中心孔中并密封，水冷套上端大孔与柱塞和压盖连接，压盖压在超声波探头端面，超声波探头与超声波测厚主机连接；水冷套有进水口和出水口。本发明通过铜片和导波杆将高温测厚间接转换成低温测厚，可以实现高温管道壁厚的实时在线监测，生产成本低，易于推广。

Description

高温管道壁厚在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种在线监测装置，具体涉及一种高温管道壁厚在线监测装置。

背景技术

高温管道作为传输多相流介质的特种设备，广泛应用于煤化工、石油化工、能源电力等领域。因介质物性、流型、流态、相变等复杂的工况条件，管道系统极易局部磨损减薄，进而引起介质泄露、爆炸、火灾等安全事故，严重阻碍生产线长周期运行。为了预防因管道的局部减薄失效而引起的非计划停工，必须对管道易减薄部位进行厚度监测。

针对在役高温管道的壁厚监测方法，主要有超声波测厚仪接触测量和电磁超声、激光超声等非接触测量方法。其中，电磁超声和激光超声测量方法因设备体积庞大、操作复杂且价格昂贵，不能大量推广。采用超声波测厚仪对高温管道壁厚直接接触测量，具有操作简单、灵活性高等优点，是目前最常用的监测方法，但其主要存在以下不足：

1、超声波探头的耐高温性差：一般超声波探头采用的是压电陶瓷晶片，持续耐高温性能差，且测量误差受温度影响较大；

2、单次测量时间短：高温条件下，超声波耦合剂仅数秒内便蒸发，导致探头与高温管道的接触时间很短，需多次重复测量才能获得相对准确的数据，且高温耦合剂价格较高；

3、无法在线监测：管道减薄或失效具有明显局部性和突发性，但常用超声波测厚仪无法实时测量管道壁厚，不能对管道进行有效的安全评估；

4、准备周期长：每次测量都要拆装包覆层，浪费检修时间，增加检修成本。

发明内容

为了克服背景技术领域中测量方法存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温管道壁厚在线监测装置，可以对管道壁厚长时间在线测量，且对超声波探头无耐温性要求，成本低廉，易于推广。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括两副均由两半圆环组成的管夹、四个螺柱、导波杆、压板、铜片、压盖、柱塞、氟橡胶密封圈、水冷套、超声波测厚主机和超声波探头；高温管道夹持在两副均由两半圆环组成的管夹固定连接，其中同侧的两半圆环管夹分别焊接两个螺柱，使四个螺柱呈方形；方形的四个螺柱中部设置有阶梯形的导波杆，朝向高温管道一侧的导波杆端面设有铜片，四个螺柱和阶梯形的导波杆穿过压板后，四个螺柱分别用弹簧垫圈和螺母固定并压在导波杆的轴肩上，背离高温管道一侧的导波杆端面设置超声波探头，导波杆和超声波探头均位于水冷套内，水冷套下端阶梯孔与导波杆轴肩过盈配合，超声波探头位于柱塞中心孔中，用氟橡胶密封圈密封，水冷套上端大孔与柱塞固接，压盖与柱塞螺纹连接，压盖压在超声波探头端面，超声波探头通过电缆线与超声波测厚主机连接；水冷套上下分别有出水口和进水口。 

所述的铜片厚度为1～3mm，且为超声波半波长的整数倍。

所述的导波杆为不锈钢，导波杆顶端外径与超声波探头外径相同。

    本发明具有的有益效果是：

1.本发明提出的一种高温管道壁厚在线监测装置，其将高温测厚间接转换成常温测厚，可以对管道壁厚实时在线监测，有效预防管道失效引起的非计划停工。

2.本发明提出的一种高温管道壁厚在线监测装置，可以根据所测数据推算管壁在定周期定工况下的减薄速率，为管道的检修、更换及选材提供指导。

3本发明提出的一种高温管道壁厚在线监测装置，耐温范围高。其所耐管道温度与冷却水温度和流量、导波杆尺寸有关，因此，冷却水温度越低、流量越大，导波杆长度越长，该装置所耐温度就会越高。一般能精确测量500℃及以下条件的各种高温管道壁厚。

4.检测成本低，效率高。除了安装测厚装置部位，管道其他位置的绝缘层或包覆层都不需要移除，大大降低了检测成本。

5.本发明提出的一种高温管道壁厚在线监测装置，其成本低廉，操作简单，实用性强，可大范围推广使用。

附图说明

图1是一种高温管道壁厚在线监测装置结构示意图。

图2是图1的局部左视图。

图中：1、高温管道；2、管夹；3、螺栓；4、铜片；5、螺柱；6、压板；7、弹簧垫圈；8、螺母；9、导波杆；10、水冷套；11、出水口；12、柱塞；13、超声波测厚主机；14、压盖；15、氟橡胶密封圈；16、超声波探头；17、进水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括两副均由两半圆环组成的管夹2、四个螺柱5、导波杆9、压板6、铜片4、压盖14、柱塞12、氟橡胶密封圈15、水冷套10、超声波测厚主机13和超声波探头16；高温管道1夹持在两副均由两半圆环组成的管夹2内用螺栓3固定连接，其中同侧的两半圆环管夹分别焊接两个螺柱，使四个螺柱5呈方形；方形的四个螺柱5中部设置有阶梯形的导波杆9，朝向高温管道1一侧的导波杆9端面设有铜片4，四个螺柱5和阶梯形的导波杆9穿过压板6后，四个螺柱5分别用弹簧垫圈7和螺母8固定并压在导波杆9的轴肩上，背离高温管道1一侧的导波杆9端面设置超声波探头16，导波杆9和超声波探头16均位于水冷套10内，水冷套10下端阶梯孔与导波杆9轴肩过盈配合，超声波探头16位于柱塞12中心孔中，用氟橡胶密封圈15密封，水冷套10上端大孔与柱塞12固接，压盖14与柱塞12螺纹连接，压盖14压在超声波探头16端面，超声波探头16通过电缆线与超声波测厚主机13连接；水冷套10上下分别焊有出水口11和进水口17。 

所述的铜片4厚度为1～3mm，且为超声波半波长的整数倍；铜片4安装之前须退火软化并表面打磨光整。

所述的导波杆9为不锈钢，导波杆9顶端外径与超声波探头16外径相同。

测量之前先确定导波杆9的尺寸，然后调节冷却水流量至一定大小，使导波杆9顶端温度达到超声波探头16的最佳工作温度，再确定超声波在导波杆9中的平均声速。测量时，先打开超声波测厚主机13，声速调整为导波杆9两端温度下的平均声速。然后从进水口17通入一定流量的冷却水，待导波杆9顶端温度降到超声波探头16最佳工作温度时，将超声波探头16与浸在水中的导波杆9顶端面接触，用压盖14将超声波探头16固定压紧，超声波测厚主机13即显示出总的厚度读数，高温管道1的壁厚就是超声波测厚主机13读数与导波杆9长度、铜片4厚度之差。

实施例：

本实施例是测量500℃的高温管道。高温管道1壁厚30mm，超声波探头16的工作频率为5MHz，晶片直径为10mm，最佳工作温度为40℃，测量范围为1.2mm-230mm。由经验公式所得，超声波在导波杆9中的平均声速为5439m/s。导波杆9顶端直径12mm，底端直径16mm，长度120mm。铜片4厚度2mm。冷却水温度为18℃。将管道1温度加热至500℃，从进水口17通入流量为0.75 m3.h^-1的冷却水，使导波杆9顶端温度降到40℃。打开超声波测厚主机13，调整声速至5439m/s，将超声波探头16与浸在水中的导波杆9顶端面接触，由氟橡胶密封圈15实施密封，用压盖14将超声波探头16固定压紧，超声波测厚主机13显示读数为151.4mm。由于铜片4有约0.5mm的塑性变形量，高温管道1壁厚为151.4-120-2+0.5=29.9mm，相对误差为0.3%。

Claims (3)

1.一种高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于：包括两副均由两半圆环组成的管夹（2）、四个螺柱（5）、导波杆（9）、压板（6）、铜片（4）、压盖（14）、柱塞（12）、氟橡胶密封圈（15）、水冷套（10）、超声波测厚主机（13）和超声波探头（16）；高温管道（1）夹持在两副均由两半圆环组成的管夹（2）内固定连接，其中同侧的两半圆环管夹分别焊接两个螺柱，使四个螺柱（5）呈方形；方形的四个螺柱（5）中部设置有阶梯形的导波杆（9），朝向高温管道（1）一侧的导波杆（9）端面设有铜片（4），四个螺柱（5）和阶梯形的导波杆（9）穿过压板（6）后，四个螺柱（5）分别用弹簧垫圈（7）和螺母（8）固定并压在导波杆（9）的轴肩上，背离高温管道（1）一侧的导波杆（9）端面设置超声波探头（16），导波杆（9）和超声波探头（16）均位于水冷套（10）内，水冷套（10）下端阶梯孔与导波杆（9）轴肩过盈配合，超声波探头（16）位于柱塞（12）中心孔中，用氟橡胶密封圈（15）密封，水冷套（10）上端大孔与柱塞（12）固接，压盖（14）与柱塞（12）螺纹连接，压盖（14）压在超声波探头（16）端面，超声波探头（16）通过电缆线与超声波测厚主机（13）连接；水冷套（10）上下分别有出水口（11）和进水口（17）。

2.根据权利要求1所述的一种高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于：所述的铜片（4）厚度为1～3mm，且为超声波半波长的整数倍。

3.根据权利要求1所述的一种高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于：所述的导波杆（9）为不锈钢，导波杆（9）顶端外径与超声波探头（16）外径相同。

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