CN105021143B - 一种抗高温管道壁厚在线监测探头 - Google Patents

Abstract

一种抗高温管道壁厚在线监测探头，包括超声波测厚主机、嵌式夹具、隔热挡板、齿状波导片、齿波导夹具、高温管道。所述的齿波导夹具由前夹具板和后夹具板组成，两个齿状波导片的底端分别镶装在前夹具板和后夹具板的齿状波导片卡槽中，通过布设的四个螺栓紧固将齿状波导片夹牢固定。所述齿波导夹具两端侧设有固定螺柱穿装口，相对应的高温管道上焊接有固定螺柱，通过固定螺柱及其螺母将齿波导夹具固定在高温管道上。两个齿状波导片上端分别穿过隔热挡板后夹装在两个嵌式夹具上，两个齿状波导片通过两个嵌式夹具连接超声波测厚主机的两个超声波探头。本发明无需在管道上开孔，拆装方便，安全可靠，特别是提高了测量的稳定性和精度。

Description

一种抗高温管道壁厚在线监测探头

技术领域

本发明涉及无损在线监测设备，特别是涉及用于炼油厂的炼油设备和高温管线的一种抗高温管道壁厚在线监测探头。

背景技术

目前，随着大量高硫原油的加工，炼油设备腐蚀情况日趋严重，特别是在高温环境下，原油中的硫极易发生严重的高温硫腐蚀，这些腐蚀会对生产产生极大的安全隐患。而针对于高温腐蚀监测，现有的方法存在一定的局限性，例如：电阻探针法工作温度不能高于240℃，电感探针法虽然温度可以达到430℃，测量准确性和灵敏度也很好，但它需要在管线上开孔安装，拆装探针相对麻烦。高温人工定点超声波测厚具有一定的灵活性和准确性，但它也存在一定的缺点，首先，它需要人进装置检测，人的安全是需要考虑的；其次，测厚探头的连续耐温性能较差，不能长时间的接触高温管道，而且，高温耦合剂瞬间会蒸发，使得测量必须在几秒内完成，这会给高温区人工测量作业带来不便。再者，由于不同的测量人员对仪器操作存在差异，同一点测厚数据的连续性较差，不能很好地反映出该点腐蚀变化趋势。细长带波导的方法也可以进行厚度测量，但是其回波信号较弱、失真严重、杂波较多，使得后续测量处理相对复杂，很难实现高精度的厚度测量。此外，细长带波导对高温散热效果不好，单纯地通过延长其物理长度，来隔离高温影响，长度的增加会进一步降低超声信号强度，直接影响到厚度测量的精度和稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种抗高温管道壁厚在线监测探头，该监测探头采用独特的齿状波导传递超声波，回波信号较强，且波形清晰稳定。齿状波导和散热挡板的组合结构有效减小了热传递的影响，其中，齿状波导降低热传导，散热挡板降低热对流和热辐射。散热效果显著，有效地隔离了高温环境对探头不耐高温的影响。此外，该装置无需在管道上开孔，无需耦合剂，拆装方便简洁，在高温600℃以下可以连续、实时的工作，测量结果准确，数据稳定，可以有效地反映出管壁的腐蚀变化情况，从而为防腐工作提供可靠的依据。

采用的技术方案是：

一种抗高温管道壁厚在线监测探头，包括超声波测厚主机、嵌式夹具、隔热挡板、齿状波导片、齿波导夹具、固定螺柱、高温管道。所述的齿波导夹具由前夹具板和后夹具板组成，前夹具板和后夹具板相对内侧均设有齿状波导片卡槽，两个齿状波导片的底端分别镶装在前夹具板和后夹具板的齿状波导片卡槽中，前夹具板和后夹具板之间设有两个齿状波导片的隔离片，通过布设的四个螺栓紧固将齿状波导片夹牢固定，构成齿波导夹具。所述齿波导夹具两端侧设有固定螺柱穿装口，与固定螺柱穿装口相对应的高温管道上焊接有固定螺柱，通过固定螺柱及其螺母将齿波导夹具固定在高温管道上。所述两个齿状波导片上端分别穿过隔热挡板后夹装设在夹具托盘上的两个嵌式夹具上，两个齿状波导片通过两个嵌式夹具连接超声波测厚主机。

上述的超声波测厚主机内设两个超声波探头组件，两个超声波探头组件均由超声波探头外套探头固定架构成，探头固定架的上端旋设有内螺栓，通过内螺栓将超声波探头底座与夹装在两个钳式夹具的齿状波导片压紧并紧密接触，两个超声波探头以其超声波探头底座通过螺钉固定在两个钳式夹具上。所述超声波探头的信号输出端子通过超声波电缆线连接超声波测厚主机相应输入端子。

上述的高温管道夹装在两个半圆环组成的管夹内，并用管夹螺栓固定连接，其中管夹上面的半圆环焊接两个固定螺柱，所述齿波导夹具通过固定螺柱及其螺母将齿波导夹具固定连接在管夹上，构成齿波导夹具捆绑式固定在高温管道上。

上述的齿状波导片长度大于150mm，宽度大于5mm，厚度大于0.5mm，齿间距大于1mm，齿高度大于1mm，齿厚度大于0.5mm，其材质与被测高温管道相同，起到传播超声波和温度隔离的作用。

上述的隔热挡板嵌入在两齿状波导片中间位置，有效地降低热传递的效率。

上述的超声波测厚主机外套有护套。

本发明的有益效果是：

1、无需在高温管道上开孔安装，拆装方便，采用齿状波导的结构可以任意调整安装角度，不受其它人为、空间等外界因素制约，同时，避免了因开孔而产生的各种安全隐患。

2、无需价格昂贵的高温耦合剂和高温测厚探头，齿状波导和隔热挡板可以有效的隔离管道高温，几乎无损失的传播超声波信号，使用常规压电超声波探头就可以实现高温连续测厚，降低了生产成本，提高了测量的稳定性和准确性。

3、本装置可以实时、在线监控高温管线壁厚，可完全避免人工测厚带来的较大误差，能够真实的反映管道壁厚的腐蚀情况，为生产管理防腐工作提供有效的依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的超声波探头组件与嵌式夹具组装图。

图3是本发明的齿波导夹具与齿状波导片组装图。

图4是本发明的齿波导夹具固定在高温管道上方式示意图。

图5是本发明的齿状波导片尺寸结构图。

图6是本发明波导长度、隔热挡板与温度对应关系曲线图。

图7是齿状波导长度与超声回波幅度关系曲线图。

图8是带状波导的超声波形图。

图9 是波导齿的超声回波图。

具体实施方式

一种抗高温管道壁厚在线监测探头，包括超声波测厚主机1、嵌式夹具2、隔热挡板3、齿状波导片4、齿波导夹具5、固定螺柱22、高温管道6。所述的齿波导夹具5由前夹具板18和后夹具板19组成（见图3），前夹具板18和后夹具板19相对内侧均设有齿状波导片卡槽，两个齿状波导片4的底端分别镶装在前夹具板18和后夹具板19的齿状波导片卡槽中，前夹具板18和后夹具板19之间设有两个齿状波导片的隔离片21，通过布设的四个螺栓20紧固将齿状波导片4夹牢固定，构成齿波导夹具5。所述齿波导夹具5两端侧设有固定螺柱穿装口，与固定螺柱穿装口相对应的高温管道6上焊接有固定螺柱22，通过固定螺柱22及其螺母23将齿波导夹具5固定在高温管道6上，构成固定螺柱焊接方式固定在高温管道。还可将高温管道6夹装在两个半圆环24组成的管夹15内，并用管夹螺栓25固定连接，其中管夹15上面的半圆环24焊接两个固定螺柱22，所述齿波导夹具5通过固定螺柱22及其螺母23将齿波导夹具5固定连接在管夹15上，构成齿波导夹具5捆绑方式固定在高温管道6上（见图4）。所述两个齿状波导片4（见图5）其长度大于150mm，宽度大于5mm，厚度大于0.5mm，齿间距大于1mm，齿高度大于1mm，齿厚度大于0.5mm，其材质与被测高温管道相同，起到传播超声波和温度隔离的作用。所述两个齿状波导片4上端分别穿过隔热挡板3后夹装设在夹具托盘14上的两个嵌式夹具2上，隔热挡板3嵌入在两齿状波导片4中间位置，有效地降低热传递的效率。所述超声波测厚主机1内设两个超声波探头组件8（见图2），两个超声波探头组件8均由超声波探头16外套探头固定架9构成，探头固定架9的上端旋设有内螺栓17，通过内螺栓17将超声波探头底座10与夹装在两个钳式夹具的齿状波导片4压紧并紧密接触，两个超声波探头16以其超声波探头底座10通过螺钉11固定在两个钳式夹具2上。所述超声波探头16的信号输出端子13通过超声波电缆线12连接超声波测厚主机1相应输入端子，超声波测厚主机1外套有护套7，构成一种抗高温管道壁厚在线监测探头。

本发明由图6表明波导长度、隔热挡板与温度对应关系曲线，两条虚线表示在波导片、波导齿的一端恒温加热到500℃时，波导另一端不同长度处对应的温度情况。实线表示在同样的温度条件下，波导齿加隔热挡板后，波导齿的另一端不同长度处对应的温度。

图7表示了波导齿长度与超声回波幅度关系曲线，此曲线是指在超声主机增益80dB固定的情况下，波导齿不同长度处对应的回波信号幅度。

图8表述了带状波导传播的超声信号波形。

图9表述了波导齿传播超声波信号的波形。

通过图8和图9的波形对比，可以清晰看出波导齿状的回波效果较好。

实施例

本实施例是测量430℃高温管道管壁，厚度是10mm，所用测厚

探头的频率是2-10MHz，探头晶片直径是13mm。实验共进行了4周，

前1周的测量结果范围在10.1-10.3mm波动，第2、3、4周的测量

结果是9.98-10.1mm，误差是0.1mm。高温下随着时间的累积，测量

结果更加平稳准确。

Claims (6)

1.一种抗高温管道壁厚在线监测探头，包括超声波测厚主机（1）、嵌式夹具（2）、隔热挡板（3）、带矩形齿的波导片（4）、齿波导夹具（5）、固定螺柱（22）、高温管道（6），其特征在于所述的齿波导夹具（5）由前夹具板（18）和后夹具板（19）组成，前夹具板（18）和后夹具板（19）相对内侧均设有带矩形齿的波导片卡槽，两个带矩形齿的波导片（4）的底端分别镶装在前夹具板（18）和后夹具板（19）的带矩形齿的波导片卡槽中，前夹具板（18）和后夹具板（19）之间设有两个带矩形齿的波导片的隔离片（21），通过布设的四个螺栓（20）紧固将带矩形齿的波导片（4）夹牢固定，构成齿波导夹具（5）；所述齿波导夹具（5）两端侧设有固定螺柱穿装口，与固定螺柱穿装口相对应的高温管道（6）上焊接有固定螺柱（22），通过固定螺柱（22）及其螺母（23）将齿波导夹具（5）固定在高温管道（6）上，两个所述的带矩形齿的波导片（4）上端分别穿过隔热挡板（3）后夹装设在夹具托盘（14）上的两个嵌式夹具（2）上，两个带矩形齿的波导片（4）通过两个嵌式夹具（2）连接超声波测厚主机（1）；

所述的隔热挡板（3）设置在嵌式夹具（2）的下方，齿波导夹具（5）的上方。

2.根据权利要求1所述的一种抗高温管道壁厚在线监测探头，其特征在于所述的超声波测厚主机（1）内设两个超声波探头组件（8），两个超声波探头组件（8）均由超声波探头（16）外套探头固定架（9）构成，探头固定架（9）的上端旋设有内螺栓（17），通过内螺栓（17）将超声波探头底座（10）与夹装在两个嵌式夹具的带矩形齿的波导片（4）压紧并紧密接触，两个超声波探头（16）以其超声波探头底座（10）通过螺钉（11）固定在两个嵌式夹具（2）上，所述超声波探头（16）的信号输出端子（13）通过超声波电缆线（12）连接超声波测厚主机（1）相应输入端子。

3.根据权利要求1所述的一种抗高温管道壁厚在线监测探头，其特征在于所述的高温管道（6）夹装在两个半圆环（24）组成的管夹（15）内，并用管夹螺栓（25）固定连接，其中管夹（15）上面的半圆环（24）焊接两个固定螺柱（22），所述齿波导夹具（5）通过固定螺柱（22）及其螺母（23）将齿波导夹具（5）固定连接在管夹（15）上，使齿波导夹具（5）以捆绑方式固定在高温管道（6）上。

4.根据权利要求1所述的一种抗高温管道壁厚在线监测探头，其特征在于所述的带矩形齿的波导片（4）长度大于150mm，宽度大于5mm，厚度大于0.5mm，齿间距大于1mm，齿高度大于1mm，齿厚度大于0.5mm，其材质与被测高温管道相同。

5.根据权利要求1所述的一种抗高温管道壁厚在线监测探头，其特征在于所述的隔热挡板（3）嵌入在两带矩形齿的波导片（4）中间位置。

6.根据权利要求1所述的一种抗高温管道壁厚在线监测探头，其特征在于所述的超声波测厚主机（1）外面套有护套（7）。