CN104613876A - 一种法兰偏转角监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种法兰偏转角监测系统，该法兰包括第一法兰盘和第二法兰盘，第一法兰盘和第二法兰盘分别设有用于安装紧固件的第一对接平面板和第二对接平面板，该监测系统包括：一偏转位移放大装置，其连接至第一对接平面板和第二对接平面板，以感知并放大第一对接平面板和第二对接平面板的偏转位移，并将放大后的偏转位移输出；一报警装置；以及一远程控制装置，其根据偏转位移放大装置输出的偏转位移计算第一对接平面板和第二对接平面板的偏转角，并根据偏转角控制报警装置执行相应的报警操作。本发明的监测系统可以准确测试法兰盘的偏转角，并在偏转角超过了相关标准的安全极限时发出报警信息，及时预警，从而有效地减少高温法兰的泄漏事故。

Description

一种法兰偏转角监测系统
技术领域
本发明涉及法兰的监测装置，尤其涉及一种法兰偏转角监测系统。
背景技术
法兰连接是石油化工设备中常用的连接方式，因其具有易于拆卸安装的优点，广泛应用于石化、核电、冶金、制药等行业的压力容器及管道中。随着经济发展与能源供应的矛盾日益突出，炼油及化工技术迅速发展，各种炼化装置中普遍存在高温高压工况。而在高温操作条件下，法兰可能发生偏转、翘曲、蠕变等变化。法兰在高温下泄漏是石油化工等企业发生重大事故的主要原因之一，而法兰的泄漏与法兰盘的偏转角(即刚度)有着直接的联系，为避免高温法兰泄漏事故的发生，有必要设计一种法兰偏转角测试系统，以对高温法兰的偏转角进行实时测量，并配置高危高温法兰的紧密性健康监测系统，及时预警，以有效地控制高温法兰的泄漏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可应用于各种高温工况下的法兰偏转角监测系统，以准确测试法兰盘的偏转角，并在偏转角超过了相关标准的安全极限时发出报警信息，及时预警，从而有效地减少高温法兰的泄漏事故。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种法兰偏转角监测系统，该法兰包括通过若干紧固件连接的第一法兰盘和第二法兰盘，所述第一法兰盘和第二法兰盘分别设有用于安装所述紧固件的第一对接平面板和第二对接平面板，所述监测系统包括：
一偏转位移放大装置，其连接至所述第一对接平面板和第二对接平面板，以感知并放大所述第一对接平面板和第二对接平面板的偏转位移，并将放大后的所述偏转位移输出；
一报警装置；以及
一连接在所述偏转位移放大装置与所述报警装置之间的远程控制装置，其根据所述偏转位移放大装置输出的所述偏转位移计算所述第一对接平面板和第二对接平面板的偏转角，并根据所述偏转角控制所述报警装置执行相应的报警操作。
进一步地，所述偏转位移放大装置包括：
至少两对引伸杆，每对所述引伸杆的一端分别对称地设置在所述第一对接平面板和所述第二对接平面板的相背的外表面上；
至少两个对称五杆式位移放大机构，每个所述对称五杆式位移放大机构的两个采样节点分别对应地连接至一对所述引伸杆的另一端；
至少两个光学传感器，每个所述光学传感器分别对应地连接至一所述对称五杆式位移放大机构的中间节点，以检测并输出所述中间节点的偏转位移；
一连接在所述至少两个光学传感器与所述远程控制装置之间的测距仪，其接收所述至少两个光学传感器输出的所述偏转位移，并将所述偏转位移放大后输出至所述远程控制装置。
优选地，所述监测系统还包括连接至所述远程控制装置的显示屏。
优选地，所述报警装置为声光报警器。
进一步地，所述引伸杆由碳纤维板、钛合金或高分子塑料制成。
进一步地，所述测距仪与所述控制装置通过无线方式或物联网方式进行通信。
综上所述，本发明首先通过偏转位移放大装置感知并放大所述第一对接平面板和第二对接平面板的偏转位移，然后由远程控制装置根据放大后的偏转位移计算法兰的第一对接平面板和第二对接平面板的偏转角，当该偏转角超过了相关标准的安全极限时，则向报警装置输出一相应的控制指令，报警装置收到该控制指令后立即执行相应的报警操作，从而可以在未发生法兰泄漏的情况下提醒相关工作人员进行再次的螺栓预紧；在发生法兰泄漏的情况下，又可提醒相关工作人员立即关闭泄漏部位前后的控制开关，并通知相关设备维护部门进行抢修，及时疏散厂区工作人员。
附图说明
图1为本发明的法兰偏转角监测系统的结构示意图；
图2为对称五杆式位移放大机构的结构示意图。
图中：1-螺栓、2-垫片、3-第一法兰盘、4-第一内侧引伸杆、5-第一外侧引伸杆、6-第一对称五杆式位移放大机构、7-第一光学传感器、8-测距仪、9-第二光学传感器、10-第二对称五杆式位移放大机构、11-第二外侧引伸杆、12-第二内侧引伸杆、13-第二法兰盘、14-信号塔、15-信号发射装置、16-物联网、17-信号接收装置、18-远程控制装置、19-报警装置、20-显示屏、21-法兰状态控制键、22-远程控制中心、23-采样节点、24中心节点。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
图1示出了本发明的法兰偏转角监测系统，其监测对象为法兰，该法兰包括通过若干紧固件(即螺栓1)连接的第一法兰盘3和第二法兰盘13，且第一法兰盘3和第二法兰盘13之间设有一垫片2，其中，第一、第二法兰盘3、13分别设有用于安装螺栓1的相对的第一对接平面板和第二对接平面板。
上述监测系统包括一偏转位移放大装置以及一与偏转位移放大装置信号连接的远程控制中心。
其中，如图1所示，偏转位移放大装置包括两对分别沿法兰的纵长方向设置的引伸杆4和12、5和11、两个对称五杆式位移放大机构6、10、两个光学传感器7、9以及一测距仪8，下面分别对其各个部分进行详细描述：
在本实施例中，第一对引伸杆包括第一内侧引伸杆4和第二内侧引伸杆12，第二对引伸杆包括第一外侧引伸杆5和第二外侧引伸杆11。每对引伸杆4和12、5和11的一端分别对称地焊接在第一对接平面板和第二对接平面板的相背的外表面上(图中示出为引伸杆4、5焊接在第一对接平面板的上表面，引伸杆11、12焊接在第二对接平面板的下表面)。其中，各引伸杆4、5、11、12均需选用硬度高、强度大、耐高温的材料，可直接与高温下的法兰接触，同时可以有效地散失热量，以保证测量不受高温的影响；同时，各引伸杆4、5、11、12还需选用重量轻而坚硬的材料，避免因重力影响而产生初始变形，以保证结果测量准确。综合以上几点因素考虑，本发明的引伸杆优选选用碳纤维板、钛合金或高分子塑料等材料制成。
本实施例中采用的对称五杆式位移放大机构6、10为现有的位移放大机构，由ouyang等人提出，其结构如图2所示，呈M形，当其末端的两个采样节点23发生位移时，即引起其中间节点24产生对应的放大的位移。再次参阅图1，本实施例中的第一对称五杆式位移放大机构6的两个采样节点分别连接至第一对引伸杆4和12的自由端，第二对称五杆式位移放大机构10的两个采样节点分别连接至第二对引伸杆5和11的自由端，以感知并放大第一对接平面板和第二对接平面板的偏转位移。
在本实施例中，第一光学传感器7连接至第一对称五杆式位移放大机构6的中间节点，以检测并输出其中间节点的偏转位移；第二光学传感器9连接至第二对称五杆式位移放大机构10的中间节点，以检测并输出其中间节点的偏转位移。
本实施例中的测距仪8的两个输入端分别与第一光学传感器7和第二光学传感器9连接，其输出端连接至一信号塔14，其用于接收两个光学传感器7、9输出的偏转位移，并将该偏转位移放大后输出至信号塔14后通过信号塔14上的信号发射装置15以无线或者物联网16的方式发出。测距仪8对偏转位移进一步放大的目的是为了使测量结果更加准确。
此外，在图1的实施例中，远程控制中心22包括一远程控制装置18、连接至该远程控制装置18的输入端的信号接收装置17、以及分别连接至该远程控制装置18的两个输出端的报警装置19和显示屏20。其中，信号接收装置17用于接收信号发射装置15发送的偏转位移；远程控制装置18用于根据信号接收装置17接收到的偏转位移计算第一对接平面板和第二对接平面板的偏转角，并根据该偏转角向报警装置19发出相应的控制指令；报警装置19采用声光报警器实现，当其接收到控制指令后，立即触发报警灯闪烁，并引发报警声音信号，从而可以在未发生法兰泄漏的情况下提醒相关工作人员进行再次的螺栓预紧；在发生法兰泄漏的情况下，又可提醒相关工作人员立即关闭泄漏部位前后的控制开关，并通知相关设备维护部门进行抢修，及时疏散厂区工作人员；而显示屏20可以实时显示各个法兰的状态。
上述远程控制中心可同时监测整个工厂内的多个高温法兰，也可以监测某个片区、全市甚至全国的多个高危高温法兰，并且本发明适用于任何工况下的法兰，可有效减少石油、化工类企业的法兰泄漏事故的发生，将危害及经济损失降低到最小程度，本发明法兰偏转角测量准确，对科研和工程皆具有较强的指导意义。
本发明的法兰偏转角监测系统的工作过程如下：首先分别通过第一、第二光学传感器检测7、9检测第一、第二对称五杆式位移放大机构6、10的中间节点的偏转位移，并通过测距仪8将该偏转位移放大后经通信线路传送到信号塔14，然后通过信号塔14上的信号发射装置15以无线电的形式或以物联网16的形式传递到信号接收装置17，再由信号接收装置17传递到远程控制中心22的远程控制装置18中进行数据分析，以通过简单的数学计算获取法兰的偏转角，并在显示屏20上对法兰的偏转角状态进行实时显示，当法兰盘3、13的偏转角超过了相关标准的安全极限时(根据ASME VIII-1对法兰安全转角的要求，松套法兰的安全偏转角为0.2°，整体法兰的安全偏转角为0.3°)，远程控制装置18将向报警装置19发出控制指令，该控制指令将立即触发报警装置19的报警灯闪烁，并引发报警器19发出报警声音信号，从而，在泄漏没有发生的情况下可以提醒相关部门进行再次的螺栓预紧，在泄漏的情况下可立即通过法兰状态控制键21关闭泄漏部位前后的控制开关，并通知相关设备维护部门进行抢修，并及时疏散厂区工作人员。
需要说明的是，为了获得更加精确的偏转角测量结果，本发明还可采用两对以上的引伸杆。应该理解，每增加一对引伸则需相应地增加一个与该对引伸杆相连的对称五杆式位移放大机构以及与该对称五杆式位移放大机构的中间节点连接的光学传感器。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种法兰偏转角监测系统，该法兰包括通过若干紧固件连接的第一法兰盘和第二法兰盘，所述第一法兰盘和第二法兰盘分别设有用于安装所述紧固件的第一对接平面板和第二对接平面板，其特征在于，所述监测系统包括：
一偏转位移放大装置，其连接至所述第一对接平面板和第二对接平面板，以感知并放大所述第一对接平面板和第二对接平面板的偏转位移，并将放大后的所述偏转位移输出；
一报警装置；以及
一连接在所述偏转位移放大装置与所述报警装置之间的远程控制装置，其根据所述偏转位移放大装置输出的所述偏转位移计算所述第一对接平面板和第二对接平面板的偏转角，并根据所述偏转角控制所述报警装置执行相应的报警操作。
2.根据权利要求1所述的法兰偏转角监测系统，其特征在于，所述偏转位移放大装置包括：
至少两对引伸杆，每对所述引伸杆的一端分别对称地设置在所述第一对接平面板和所述第二对接平面板的相背的外表面上；
至少两个对称五杆式位移放大机构，每个所述对称五杆式位移放大机构的两个采样节点分别对应地连接至一对所述引伸杆的另一端；
至少两个光学传感器，每个所述光学传感器分别对应地连接至一所述对称五杆式位移放大机构的中间节点，以检测并输出所述中间节点的偏转位移；
一连接在所述至少两个光学传感器与所述远程控制装置之间的测距仪，其接收所述至少两个光学传感器输出的所述偏转位移，并将所述偏转位移放大后输出至所述远程控制装置。
3.根据权利要求1所述的法兰偏转角监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括连接至所述远程控制装置的显示屏。
4.根据权利要求1所述的法兰偏转角监测系统，其特征在于，所述报警装置为声光报警器。
5.根据权利要求2所述的法兰偏转角监测系统，其特征在于，所述引伸杆由碳纤维板、钛合金或高分子塑料制成。
6.根据权利要求2所述的法兰偏转角监测系统，其特征在于，所述测距仪与所述控制装置通过无线方式或物联网方式进行通信。
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