CN103994831B - 一种测温耐磨系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服煤炭筒仓温度测量灵敏度差的问题，提供了一种用于构筑物的具有导热装置的测温耐磨系统、一种测温耐磨报警系统，以及上述系统的安装方法。所述构筑物包括耐磨层和衬于其下方的基层，二者之间形成一衬面，该系统包括：测温元件和导热装置，所述导热装置与所述测温元件相接触，所述测温元件通过所述导热装置测量基层内部的温度，所述测温元件包括温度感应部分和输出部分，所述导热装置贯穿耐磨层并延伸入所述基层内部，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内且位于所述衬面朝向耐磨层一侧的表面上。本发明既保护测温元件不被破坏，又不影响温度监测的灵敏度，可以长期有效的对储煤仓等工业仓储用构筑物内表面的温度进行监测。

Description

一种测温耐磨系统及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种测温耐磨系统及其安装方法，具体的说是一种可用于构筑物(例如储煤仓等工业仓储用途)内衬的测温耐磨系统。

背景技术

煤炭储存是港口、电厂、煤矿等企业必不可少的生产中间环节，起到缓冲、生产保障作用。煤炭储存形式分为堆存和仓存，仓存具有减少粉尘污染、避免雨雪等天气引起的煤质下降、节省堆场面积、运行费用低等优点，应用越来越多。煤在自然氧化下会放热导致温度升高，而温度升高又会加快煤的氧化，因此煤的氧化是一个自加速过程。而存放在筒仓内的煤，因为通风不好，煤氧化释放的热量不能及时散发，热量的聚集会导致筒仓内部的温度越来越高，当温度超过煤的着火点时就发生了煤的自燃问题。我国煤炭行业已经多次出现煤筒仓内煤自燃着火、爆炸的情况，造成重大经济损失和人员伤害。

为了避免筒仓内煤的自燃着火，监控储煤仓的温度并提前进行预警十分必要，所以一些大型储煤仓中都会安装有测温传感器。专利CN203053604U《一种储煤仓温度全方位监测系统》提出将测温器件(钢缆)一头固定在储煤仓顶部，另一头垂入储煤仓内部，垂入储煤仓内部的每根测温钢缆上每隔3米布置一个测温点，用于检测储煤仓内部储煤各个高度温度；红外测温装置安装在储煤仓顶部，用于测量储煤仓内煤堆的上表面温度；插入式热电阻安装在储煤仓锥体处和储煤仓侧壁上，用于检测储煤仓内壁和锥体处储煤温度。但是实际应用中发现，将测温探头或测温光纤与煤炭直接接触，虽然测温灵敏度高，但是测温探头和测温光纤极易受到煤的磨损和冲击破坏，导致测温系统的使用寿命短、维修率高、维护费用高，实用性很差。如果在测温光纤外部加上保护层，可以起到保护测温光纤的作用，但是考虑到施工和运输等问题，保护层往往是耐磨塑料或橡胶，保护层的耐磨保护效果并不明显，而塑料和橡胶的导热系数很低，且测温光纤和保护层的中间存在空隙，保护层的隔热作用很明显，这样就会导致测温灵敏度的下降。

发明内容

针对现有技术的不足，根据本发明的一方面，提供了一种用于构筑物的具有导热装置的测温耐磨系统，该系统包括：耐磨层、测温元件和导热装置，所述导热装置与所述测温元件相接触，所述测温元件通过所述导热装置测量构筑物内部的温度，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，所述导热装置贯穿耐磨层并延伸到所述基层表面或内部，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于构筑物的测温耐磨系统，该系统包括高导热系数的耐磨层和测温元件，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内，借由所述耐磨层测量构筑物内部的温度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于构筑物的测温耐磨系统，该系统包括高导热系数的耐磨层和测温元件，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内且连续水平螺旋地分布在所述耐磨层内或耐磨层与构筑物基层之间，借由所述耐磨层测量构筑物内部的温度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于构筑物的测温耐磨系统，该系统包括高导热系数的耐磨层和测温元件，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内且连续垂直地分布在耐磨层内或耐磨层与构筑物基层之间，借由所述耐磨层测量构筑物内部的温度。

进一步地，所述导热装置为设置在耐磨层中的钢筋或铜螺栓。

进一步地，所述测温元件为测温探头或光纤。

根据本发明的另一方面，提供了一种测温耐磨报警系统，包括上述的测温耐磨系统、与所述测温耐磨系统连接的通信单元和报警设备，所述通信单元将所述测温元件获得的温度信号传输出去，所述报警设备根据所述测温元件获得的温度信号与预先设置的阈值进行比较的结果给出报警信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述具有导热装置的测温耐磨系统的安装方法，包括：

(1)在构筑物基层埋设至少一个导热装置的一部分；

(2)在所述构筑物基层的内侧灌装耐磨层，所述耐磨层内封装所述至少一个导热装置的每一个的剩余部分，并封装测温元件的至少一部分，该至少一部分包括测温元件的温度感应部分，且所述测温元件的温度感应部分与所述导热装置接触；

(3)引出所述至少一个测温元件的每一个的信号输出端，所述各信号输出端从耐磨层引出，或者从基层和耐磨层之间的衬面上引出来。

根据本发明的另一方面，提供了一种采用具有高导热系数的材料作为耐磨层的测温耐磨系统的安装方法，包括：

(1)在构筑物的基层朝向构筑物内侧的表面上安装测温元件；

(2)在所述基层朝向构筑物内部的一侧铺设高导热系数材料作为耐磨层，所述耐磨层内封装所述至少一个测温元件的至少温度感应部分；

(3)引出所述至少一个测温元件的每一个的输出端，所述各输出端从耐磨层层引出，或者从基层和耐磨层之间的衬面上引出来。

本发明的系统兼有耐磨和测温两种功能，该系统中的测温元件可以是测温探头或者测温光纤，耐磨层可以是耐磨板材或者不定型耐磨材料。

该测温耐磨系统的有益效果是：将测温元件放置在耐磨层下方，通过选用合适的耐磨材料或者安装方法，既可以保护测温元件不被破坏，也不影响温度监测的灵敏度，可以长期有效的对储煤仓等工业仓储用构筑物内表面的温度进行监测。此外，该系统还可以通过接入监控电脑、主机、报警设备等进行温度预警，当某处的测温元件温度异常升高并达到设定的报警值时，监控电脑、主机或报警设备会发出报警提示，同时也可以通过将报警设备接入局域网、互联网或手机网络进行远程报警。

附图说明

图1耐磨层采用低导热系数水泥基耐磨材料时的测温耐磨系统示意图；

图2耐磨层采用高导热系数不定型耐磨材料时的测温耐磨系统示意图；

图3测温光纤连续水平螺旋分布测温耐磨报警系统示意图；

图4测温光纤连续垂直分布测温耐磨报警系统示意图。

具体实施方式

实施例1

该测温系统如果采用低导热系数的水泥基耐磨材料等不定型耐磨材料(指未通过特殊方法提高其导热系数的不定型耐磨材料)或者低导热系数的耐磨板材(例如尼龙板、陶瓷板、聚乙烯板等)，那么需要在耐磨层上每隔一定距离设置一个传热装置，传热装置的一端裸露在耐磨层表面，另一端与测温元件充分接触，以便热量快速的从耐磨层表面传输到测温元件上。尼龙板、陶瓷板和聚乙烯板的导热系数均低于2.0W/m·K，如果这些耐磨板材是采用螺栓锚固的，那么可以利用钢质锚固螺栓作为传热装置，也可以采用导热系数更高的铜质螺栓作为传热装置，钢的导热系数约为45W/m·K，铜的导热系数约为400W/m·K，都远远高于这些低导热系数的耐磨板材。水泥基耐磨材料施工时需要在基层混凝土(简称“基层”)上植入或者焊接竖向钢筋或铜螺栓(垂直于基层表面)，以保证耐磨材料和基层的结合力，这些植入或者焊接的竖向钢筋或铜螺栓也可以作为测温耐磨层的传热装置，只需要将竖向钢筋或铜螺栓延伸到耐磨层表面。

例如，如图1所示的测温耐磨系统，其关于某工业仓储用构筑物为混凝土结构。在本实施例中，该构筑物内部的耐磨层一般采用低导热系数水泥基耐磨材料。耐磨层衬于混凝土结构中的基层混凝土(简称“基层”)上方。为了不影响测温元件的测温灵敏度，利用例如水泥基耐磨材料施工时，植入的竖向金属件(例如钢筋或铜螺栓)作为导热装置。本发明中列举的实施例中，钢筋或铜螺栓根据实际需要选取，在各实施例中不做特定的尺寸和规格的必须要求。本领域技术人员应当清楚的是，本发明的实施例并不对钢筋或铜螺栓等导热装置做保护范围方面的限定。

将作为测温元件的测温探头被布置在基层表面并与竖向钢筋或铜螺栓紧密接触。本发明中，“紧密接触”不仅包括紧密相邻并接触的情况，还包括例如当测温元件为通过线芯作为测温探头的感温元件时，将线芯紧密缠绕在钢筋或铜螺栓上的情况。本领域技术人员应当清楚的是，这种安装方式是根据具体的测温元件的原理和现有技术中的安装方法实现的，申请人在此不作赘述。

然后，在基层之上再施工水泥基耐磨材料。施工完毕后，该竖向金属件和所述装有测温探头的硅胶管都被部分地设置在基层中，且部分地设置在水泥基耐磨材料中。水泥基耐磨材料可以对测温探头起到保护作用，而竖向钢筋或铜螺栓可以起到导热作用。作为本实施例的一种优选的形式，测温元件可以被套装在硅胶管内。硅胶管的内径和外径分别为5毫米和7毫米。测温元件可以被最大限度地密封入所述耐磨层中，以强化耐磨材料对其产生的保护效果。

实施例2

该测温耐磨系统如果选用高导热率的不定型耐磨材料或高导热率的耐磨板材(例如现有技术中的各种耐磨钢板均属于具有高导热率的耐磨板材)，测温元件可以直接安装在耐磨层的下方，并让测温元件与耐磨层充分接触，因为空气的导热系数很低，只有0.02-0.03W/m·K，如果测温元件与耐磨层之间有空隙，会降低测温灵敏度。

例如，如图2所示的测温耐磨系统。其关于某工业仓储用构筑物为混凝土结构，该结构内部的耐磨层采用高导热系数不定型耐磨材料。该耐磨层衬于混凝土结构中的基层混凝土(简称“基层”)上方。这种高导热系数的不定型耐磨材料可以是水泥基耐磨材料、环氧树脂基耐磨材料或其它不定型耐磨材料，测温元件可以为测温探头或者测温光纤。当采用测温探头时，可以按照需要每隔一定距离(例如，对于50米直径的仓库，可以采用2米的间隔距离)设置一个；采用测温光纤时，可以根据需要设定光纤的根数和布置密度(这里的数量和密度没有明确的标准和条件。例如，可以对于50米直径的仓库设置10根测温光纤，测温光纤之间间隔相对均匀即可)。本领域技术人员应当清楚的是，测温元件的数目可以是一个，也可以是多个。因为耐磨层具有高导热系数，因此可以将测温元件直接设置在耐磨层下方而不需要设置导热装置(例如钢筋等)。本实施例中，使用具有高导热系数的耐磨材料作为耐磨层，其既能够起到对测温元件保护的作用，也可以快速的将仓储结构内部的热量传输到测温元件上，从而可以快速的测量仓储结构内部的温度变化。

实施例3

某煤仓为混凝土结构，为了防止煤的自燃需要对仓内温度进行实时监测，以达到温度实时监测和煤自燃预警的目的，采用如图3所示的测温耐磨报警系统。其中，耐磨层衬于混凝土结构中的基层混凝土(简称“基层”)上方。具体地，测温元件为测温光纤，测温光纤连续水平螺旋分布在基层表面；耐磨层采用高导热系数的水泥基耐磨材料，涂抹在测温光纤外侧，既可以对测温光纤起到保护作用，也不影响温度测试的灵敏度。根据筒仓直径不同和温度监控需要，可以布置一条或多条测温光纤(多条测温光纤时，测温光纤之间的距离和各测温光纤的位置根据实际需要设置，例如以在圆形区域边缘每隔5米设置一条，或者设置为阵列样式)，测温光纤的测温信号接入现场的光纤光栅信号解调器中，通过解调器等装置对信号进行放大、滤波、幅值变换等处理，得出煤仓内壁各点的温度、位置等数据。例如，光纤激光器的波长为1550nm，光谱密度小于7nm。在测温光纤中的激光的单位脉冲宽度为13ns，脉冲峰值功率为8W，脉冲光纤激光器由光纤光栅信号解调器送出的方波信号驱动，输出固定脉宽的脉冲光信号。所述光纤光栅信号解调器的中心波长为1550nm，光谱宽度小于7nm，1550nm损耗小于3dB。测温光纤的信号转换是本领域公知常识，在此不作赘述。

这些解调后的数据再通过通信单元，例如GSM或3G数据适配器以有线或无线方式传送到监控电脑、上位机或报警设备上去，此时操作人员就能够全面的、实时监测煤仓内壁各点的温度，及时发现储煤仓异常温度点，并采取适当处理措施。此外，还可以通过监控设备的软件设置，对煤仓内壁的温度变化进行报警，也可以通过局域网、互联网或手机网络进行远程报警。

上述报警设备也可以直接对解调后的数据与预先设置的温度值进行比较：若大于预先设置的温度值阈值，则产生声和/或光信号的报警。

实施例4

在本实施例中，测温光纤为连续垂直分布，如图4所示。该测温耐磨报警的其它设置同实施例3。测温光纤采用连续垂直分布时，可以避免某些情况下，日光照射带来的测温误差或误报警。比如，当煤仓的仓壁混凝土比较薄或者采用钢筒仓时，有日光照射的外表面温度会逐渐提高，并且热量会逐渐传送到内表面，导致测温元件的测试温度会上升，而没有日光照射的煤仓表面，其温度不会变化，这样就形成了温度差，造成温度测试的误差较大，如果监控软件设置为温差报警的话，也会造成误报警。如果测温光纤采用水平分布，那么测温光纤必然会有一部分处于向阳面，一部分处于背阳面；而采用连续垂直分布时，垂直方向的光纤，总是同时处于向阳面或背阳面，这样可以减少或避免日光照射带来的测温误差或误报警。

实施例5

本实施例中，提供了一种上述实施例1的测温耐磨系统的安装方法。这些实施例中，测温耐磨系统均具有钢筋或铜管等导热装置。

该安装方法包括如下步骤：

第一步骤：在构筑物基层埋设至少一个导热装置的一部分。所述导热装置并不被完全封装在基层内。本实施例优选的导热装置可以采用具有一定耐磨性能的、导热性能均匀的、且导热系数较高的材料制成，例如：钢筋、铜管、铜螺栓，等等。可替换地，如果选用仅具有较高导热系数的材料也是可以的。换句话说，导热装置只要能够尽可能地传导热量而不是阻碍或吸收热量的传导即可。该基层的主体材料采用混凝土。

具体地，在埋设时，可以先从基层朝向构筑物内侧的一侧钻孔，孔的大小与计划埋设的导热装置的尺寸相匹配即可。所钻的孔是不通透的孔。然后，将导热装置的一部分封装在孔中。封装时，缝隙(例如，导热装置与基层孔壁之间的缝隙)可以采用水泥或其他可凝固材料填充。封装后，至少一部分所述导热装置应当露出所述基层朝向构筑物内部的侧面。

导热装置可以是一个，也可以根据需要设置任意多个。

作为另一个替换方式，上述第一步骤中，可以采用预制的材料(对导热系数没有特定要求)制成的结构，并在其中按照上述方式预置上述至少一个导热装置每一个的一部分。

第二步骤：在所述构筑物基层的内侧灌装耐磨层，所述耐磨层内封装所述至少一个导热装置的每一个的剩余部分，并封装测温元件的至少一部分，该至少一部分包括测温元件的温度感应部分，所述测温元件的个数与所述导热装置的数量相对应，且所述测温元件的温度感应部分与所述导热装置接触。所述测温元件还包括信号传输部分和/或信号输出端。

第三步骤：引出所述至少一个测温元件的每一个的信号输出端，所述各信号输出端从耐磨层引出，或者从耐磨层和基层之间的衬面上引出来。从耐磨层引出时，可以在耐磨层钻孔并将测温元件的信号输出端通过该孔引出到解调装置等信号处理装置，并进行必要的放大、滤波、幅值变换等处理，最终得到该导热装置对应的构筑物的某一位置上的温度值。

作为基于本实施例的上述各优选方式的优选方案之一，所述测温元件的温度感应部分或所述测温元件的全部被设置在耐磨层内且位于耐磨层与基层接触面朝向耐磨层一侧的表面上。

实施例6

本实施例中，提供了一种上述实施例2-4之一的测温耐磨系统的安装方法。这些实施例中，测温耐磨系统均不具有钢筋或铜管等导热装置。

上述安装方法包括如下步骤：

第一步骤：在构筑物的基层朝向构筑物内侧的表面上安装测温元件，所述至少一个测温元件的每一个的信号传输部分和/或每一个的信号输出端可以被封装在所述基层中。该基层的主体材料采用混凝土。所述测温元件包括温度感应部分、信号传输部分和信号输出端。

第二步骤：在所述基层朝向构筑物内部的一侧铺设高导热系数材料(例如，高导热系数不定型耐磨材料)作为耐磨层，所述耐磨层的内侧朝向构筑物内部，所述耐磨层内封装所述至少一个测温元件的至少温度感应部分。

第三步骤：引出所述至少一个测温元件的每一个的输出端，所述各输出端从耐磨层层引出，或者从基层和耐磨层之间的衬面(即，接触面)上引出来。从基层引出时，可以在基层钻孔并将测温元件的输出端通过该孔引出到解调装置等信号处理装置，并进行必要的放大、滤波、幅值变换等处理，最终得到该点温度值。

作为基于本实施例的上述各优选方式的优选方案之一，所述测温元件的温度感应部分或所述测温元件的全部被设置在耐磨层内且位于耐磨层与基层接触面朝向耐磨层一侧的表面上。

下面，对所述的耐磨层的材料加以详细说明：

耐磨层的材料由水泥、耐磨骨料、添加剂、导热纤维等组成，其中水泥由硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种复合构成；耐磨骨料由石英砂、河砂、硅砂、陶瓷、玻璃、玄武岩、花岗岩、刚玉、碳化硅、焦宝石等这些硬度较高的颗粒状物质中的一种或几种复合构成；添加剂是减水剂、触变剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、聚丙烯纤维等中的一种或几种的复合；导热纤维是镀铜钢纤维、铜纤维、铝纤维、碳纤维、石墨烯纤维等纤维中的一种或几种的复合，且导热系数大于40W/m·K。

优选地，各组份的具体比例(按质量份数计量)如下：

水泥：100份

耐磨骨料：50-300份

添加剂：0.2-6份

导热纤维：1-50份

下面，列举一些耐磨层材料的实施例。

例1：其包括的组份及各组份的质量份数如下：

普通硅酸盐水泥100份；

用作耐磨骨料的陶瓷颗粒150份，其粒径为1-3mm；

聚羧酸减水剂0.2份；

可再分散乳胶粉0.5份；

纤维素醚0.05份，其黏度为5000mPa.s；以及

用于导热的镀铜钢纤维20份。

例2：其包括的组份及各组份的质量份数如下：

普通硅酸盐水泥100份；

用作耐磨骨料的石英砂150份，其粒径为1-5mm；

聚羧酸减水剂0.2份；

可再分散乳胶粉2份；

纤维素醚0.01份，其黏度为50000mPa.s；以及

用于导热的铜纤维20份。

例3：其包括的组份及各组份的质量份数如下：

快硬硫铝酸盐水泥100份；

用作耐磨骨料的玄武岩200份，其粒径为0.5-3mm；

聚羧酸减水剂0.3份；

可再分散乳胶粉1份；

纤维素醚0.03份，其黏度为15000mPa.s；以及

用于导热的铜纤维30份。

例4：其包括的组份及各组份的质量份数如下：

普通硅酸盐水泥100份；

用作耐磨骨料的刚玉120份，其粒径为0.5-3mm；

萘系减水剂2份；

触变剂1份；

用于导热的镀铜钢纤维10份；以及

用于导热的铜纤维10份。

例5：其包括的组份及各组份的质量份数如下：

普通硅酸盐水泥100份；

用作耐磨骨料的硅砂150份，其粒径为0.5-3mm；

聚羧酸减水剂0.2份；

纤维素醚0.02份，其黏度为15000mPa.s；

触变剂1份；以及

用于导热的石墨烯纤维2份。

上面以文字和附图说明的方式阐释了本发明一些具体实施方式的结构，并非详尽无遗或限制于上述所述具体形式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于构筑物的具有导热装置的测温耐磨系统，该系统包括：耐磨层、测温元件和导热装置，所述导热装置与所述测温元件相接触，所述测温元件通过所述导热装置测量构筑物内部的温度，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，其特征在于，所述导热装置贯穿耐磨层并延伸到基层表面或内部，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内。

2.根据权利要求1所述的测温耐磨系统，其特征在于：所述导热装置为设置在耐磨层中的钢筋或铜螺栓。

3.根据权利要求1-2之一所述的测温耐磨系统，其特征在于：所述测温元件为测温探头。

4.一种用于构筑物的测温耐磨系统，该系统包括高导热系数的耐磨层和测温元件，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，其特征在于，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内且连续水平螺旋地分布在所述耐磨层内或耐磨层与构筑物基层之间，借由所述耐磨层测量构筑物内部的温度。

5.一种用于构筑物的测温耐磨系统，该系统包括高导热系数的耐磨层和测温元件，所述测温元件至少包括温度感应部分和输出部分，其特征在于，所述测温元件的至少一部分被封入所述耐磨层内且连续垂直地分布在耐磨层内或耐磨层与构筑物基层之间，借由所述耐磨层测量构筑物内部的温度。

6.根据权利要求4-5之一所述的测温耐磨系统，其特征在于：所述测温元件为测温光纤。

7.一种测温耐磨报警系统，其特征在于：包括权利要求1-6任一所述的测温耐磨系统、与所述测温耐磨系统连接的通信单元和报警设备，所述通信单元将所述测温元件获得的温度信号传输出去，所述报警设备根据所述测温元件获得的温度信号与预先设置的阈值进行比较的结果给出报警信息。

8.一种权利要求1-3之一所述的测温耐磨系统的安装方法，包括：

(1)在构筑物基层埋设至少一个导热装置的一部分；

(2)在所述构筑物基层的内侧灌装耐磨层，所述耐磨层内封装所述至少一个导热装置的每一个的剩余部分，并封装测温元件的至少一部分，该至少一部分包括测温元件的温度感应部分，且所述测温元件的温度感应部分与所述导热装置接触；

(3)引出所述至少一个测温元件的每一个的信号输出端，所述各信号输出端从耐磨层引出，或者从基层和耐磨层之间的衬面上引出来。

9.一种权利要求4-6之一所述的测温耐磨系统的安装方法，包括：

(1)在构筑物的基层朝向构筑物内侧的表面上安装测温元件；

(2)在所述基层朝向构筑物内部的一侧铺设高导热系数材料作为耐磨层，所述耐磨层内封装所述至少一个测温元件的至少温度感应部分；

(3)引出所述至少一个测温元件的每一个的输出端，所述各输出端从耐磨层层引出，或者从基层和耐磨层之间的衬面上引出来。