CN107655395A - 壁厚监测设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种壁厚监测设备和系统，该壁厚监测设备包括微处理器、第一电流电极、第二电流电极以及位于所述第一电流电极和所述第二电流电极之间的测量电极对；所述第一电流电极、第二电流电极以及测量电极对分别设置于管壁外侧，所述微处理器与所述第一电流电极、第二电流电极以及所述测量电极对分别电连接；所述微处理器用于向所述第一电流电极、第二电流电极提供电流，并检测各所述测量电极对中的电压值，以计算各测量电极对对应位置处的厚度。本发明能够精确获取管道等设备运行过程的壁厚数值，大幅降低了厚度测量过程中的监控、运营成本，同时有效防止了因管壁过度减薄而出现的泄漏、爆裂等问题。

Description

壁厚监测设备和系统
技术领域
本发明涉及管道壁厚测量技术领域，具体而言，涉及一种壁厚监测设备和系统。
背景技术
由于石油、化工等企业的高温高压管道或大型容器等在使用过程中存在腐蚀减薄问题，必须对其壁厚进行实时在线监测以防止管道或容器等因过度减薄而出现泄漏、爆裂而引发火灾等恶性事故。但现有技术中的厚度测量方法仅能给出壁厚变小的大致趋势，并不能给出当前壁厚的具体数据，且初次安装需在管道上开孔、加螺纹等，操作麻烦，此外，现有的管道壁厚监测和运维成本过高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种壁厚监测设备和系统，能够有效解决上述问题。
本发明较佳实施例提供一种壁厚监测设备，应用于管道壁厚的监测，所述壁厚监测设备包括微处理器、第一电流电极、第二电流电极以及位于所述第一电流电极和所述第二电流电极之间的测量电极对；
所述第一电流电极、第二电流电极以及测量电极对分别设置于管壁外侧，所述微处理器与所述第一电流电极、第二电流电极以及所述测量电极对分别电连接；
所述微处理器用于向所述第一电流电极、第二电流电极提供电流，并检测各所述测量电极对中的电压值，以计算各测量电极对对应位置处的厚度。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述测量电极对为多个，且多个所述测量电极对均位于所述第一电流电极与所述第二电流电极之间。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述多个所述测量电极对等间隔设置于所述第一电流电极与所述第二电流电极之间。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述各测量电极对共用一根地线。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述第一电流电极、第二电流电极以及各测量电极对均可通过焊接的方式设置于所述管壁外侧。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述第一电流电极、第二电流电极以及各测量电极对均可通过捆扎或压接方式设置于所述管壁外侧。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述微处理器包括处理模块和电流源；
所述电流源与所述第一电流电极、第二电流电极分别连接，所述处理模块与所述测量电极对电连接。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述微处理器还包括电压放大模块，所述电压放大模块的输入端与所述测量电极对连接、输出端与所述处理模块连接。
在本实施例较佳实施例的选择中，所述壁厚监测设备还包括用于显示测量数据的显示器，所述显示器与所述微处理器中的处理模块电连接。
本发明较佳实施例还提供一种壁厚监测系统，包括监控终端和上述的壁厚监测设备，所述监控终端与所述壁厚监测设备通信连接。
与现有技术相比，本发明提供的壁厚监测设备和系统，其中，通过对该壁厚监测设备的巧妙设计，能够利用设置在管道外壁的测量电极对实现对厚度的测量，且测量结果精确。同时，本发明还大幅降低了厚度测量过程中的运营成本，有效防止发生因管壁过度减薄而出现的泄漏、爆裂等恶性事故。
另外，本发明通过焊接等方式将测量电极对设置于管道外壁，避免了现有技术中通过管道上打孔并在管道内安装测量设备的方式，既简化了壁厚监测设备的操作流程，又保证了测量的灵活性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的壁厚监测设备的方框结构示意图。
图2为本发明实施例提供的壁厚监测设备的另一方框结构示意图。
图3为本发明实施例提供的壁厚监测设备的应用场景示意图。
图4为本发明实施例提供的壁厚监测系统的方框结构示意图。
图标：10-壁厚监测设备；100-微处理器；101-处理模块；102-电流源；103-电压放大模块；110-第一电流电极；120-第二电流电极；130-测量电极对；140-显示器；150-报警器；20-监控终端；30-壁厚监测系统；40-管道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现有技术中，普遍采用探针电阻监测法实现对管道40、容器等壁厚进行监测，但探针电阻监测法需要在待监测管道40或容器上开孔、攻螺纹等，进而将一根与管道40同种材料做成的电阻丝探针插入管内，然后将探针组件密封，电极则伸出管外，随运行时间的增加，探针电阻丝因腐蚀变小、电阻增大，从而通过测量电阻值的改变量间接预测厚度减小的趋势。但是，现有的探针电阻监测法存在以下缺点。
(1)探针电阻监测法仅能测量厚度变小的大致趋势，无法给出壁厚的具体数据。
(2)初次安装需在管道40上开孔，加工密封螺纹，操作繁琐，费用高。
(3)运行维修费用高，探针电阻丝因腐蚀而损坏，每半年左右就要更换新的探针。例如，一个年产500万吨的石化厂，每年仅更换探针的费用即可达到500万元以上。
为解决上述问题，请参阅图1，为本实施例给出的壁厚监测设备10的方框结构示意图，其中，该壁厚监测设备10包括微处理器100、第一电流电极110、第二电流电极120以及位于所述第一电流电极110和所述第二电流电极120之间的测量电极对130；所述第一电流电极110、第二电流电极120以及测量电极对130分别设置于管壁外侧，所述微处理器100与所述第一电流电极110、第二电流电极120以及所述测量电极对130分别电连接；所述微处理器100用于向所述第一电流电极110、第二电流电极120提供电流，并检测各所述测量电极对130中的电压值，以计算各测量电极对130对应位置处的厚度。
详细地，如图2所示，实际实施时，所述微处理器100包括处理模块101和电流源102，所述电流源102与所述第一电流电极110、第二电流电极120分别连接，以用于为该第一电流电极110、第二电流电极120提供必要的电流供给。其中，该电流源102可以是恒流源，且电流的输入方式可以是直流或者脉冲电流等，本实施例在此不做限制。另外应注意，所述电流源102可以是集成于所述微处理器100，也可以为独立于所述微处理器100存在等。
所述处理模块101用于监测该测量电极对130上的电压值，并根据该电压值与壁厚的关系计算壁厚的具体数值。可选地，以石油、化工企业使用的高温高压管道40为例，一般情况下，该管道40的横截面积都很大，因此对于1-2米长度管，它的电阻值可能仅为μΩ数量级，那么，假设电流源102输入安培级电流给所述第一电流电极110和第二电流电极120，那么测量电极对130上产生的电压也仅为μV量级，因此，为了保证测量精度，在测量过程中，所述微处理器100中还包括电压放大模块103，该电压放大模块103用于将测量到的电压值放大至伏特级电压以上。其中，若所述电压放大模块103的放大率为K，输出电压为Vm，则厚度σ可通过下式计算得到。
其中，D1为管的外径，K为电压的放大系数，ρ为管壁的电阻率，I为输入电流，ε为系统修正系数，l为测量电极对130的距离，Vm为电压放大模块103的输出电压。由此可以看出，本实施例给出的壁厚监测设备10可以精确得到厚度的具体数据(其中，测量误差值可控制在±0.3mm)，进而可根据该具体数据准确判断是否需要进行管道40的更换等，有效保证了如石油、化工等企业在使用高温、高压管道40或大型容器过程中的安全性，大幅降低企业运营成本。
在此应注意，上述修正系数ε与待测管道40的温度以及待测电极对到壁厚监测设备10的距离等因素有关，实际实施时，该修正系数ε可通过多次实验得到。
进一步地，根据实际实施过程中待测管道40等的具体尺寸，所述测量电极对130可以为多个，且多个所述测量电极对130均位于所述第一电流电极110和所述第二电流电极120之间。其中，多个所述测量电极对130可以等间隔设置于所述第一电流电极110和所述第二电流电极120之间，且该多个测量电极对130与所述微处理器100之间可以为可拆卸式连接，从而适应不同尺寸需求的管道40等设备的壁厚监测，本实施例在此不做具体限制。
另外，当所述厚度检测装置包括多个测量电极对130时，该多个测量电极对130可共用一根地线。
进一步地，所述第一电流电极110、第二电流电极120以及测量电极对130可通过焊接、捆扎或压接的方式设置于所述待测管道40的外壁，从而可有效避免现有技术中通过开孔、加工密封螺纹等方式造成的操作繁琐和实现成本高的问题，且不会对待测管道40造成损伤，大幅度提高测量过程的便捷性。
应注意，在设置所述第一电流电极110、第二电流电极120以及测量电极对130时，可通过专用研磨工具在不影响保温层使用的情况下作外壁清洁处理，保证该第一电流电极110、第二电流电极120以及测量电极对130与待测管壁外侧的电接触良好。
另外，由于本实施例中给出的第一电流电极110、第二电流电极120以及测量电极对130的设置方式灵活，且操作简单，因此，在实际实施时，既可以是定点在线监测，也可以是移动监测等，本实施例在此不做具体限制。
实际实施过程中，所述壁厚监测设备10还可包括用于监测数据显示的显示器140以及用于报警的报警器150，且该显示器140和所述报警器150分别与所述微处理器100电连接。可选地，所述显示器140可以是，但不限于LED显示屏、触摸式显示屏等，本实施例在此不做具体限制。
基于对上述壁厚监测设备10设计，下面以图3为例，对利用该壁厚监测设备10进行厚度测量的工作原理进行具体介绍。其中，图3为本发明实施例提供的壁厚监测设备10的应用场景示意图。具体地，在本实施例中，以用于装载高温高压的流体的管道40为例，所述第一电流电极110和第二电流电极120设置于该管道40(容器)外壁上以用于输入预设强度的电流，所述测量电极对130位于该第一电流电极110和第二电流电极120之间。实际实施时，在所述第一电流电极110和第二电流电极120获得电流后，所述测量电极对130上会产生电压，且该电压值与设置该测量电极对130的管道40的横截面的大小有关，换言之，本实施例可基于上述壁厚监测设备10将管道40上的微小电阻转换为电信号，并通过微处理器100对该电信号进行处理以得到管壁厚度，具体工作原理如下。(其中，图3中的箭头为输入电流的流向，H为管道40的壁厚)。
(1)所述微处理器100(恒流源)提供预设强度的电流给所述第一电流电极110和第二电流电极120以使得所述测量电极对130上存在电压。其中，所述预设强度可根据实际情况进行灵活设计，但是在针对每个待测管道40的持续测量过程中，应保持输入电流的该预设电流强度一致，从而确保测量过程的准确性。
(2)检测并获取测量电极对130上的电压值。具体地，所述测量电极对130可以由两个电极构成。实际实施时，由于在电流强度一定的前提下，若所述管壁内部发生腐蚀等导致该厚度减小时，则该处管壁产生的微电阻值也会发生变化，进而影响测量电极对130上的电压发生变化。因此，在本实施例中，可通过测量电极对130上的电压值求取该处厚度。在此应注意，若所述测量电极对130为多个，那么需要分别测量多个测量电极对130上的电压，且每个测量电极对130上的电压值与设置该测量电极对130的厚度对应。
(3)根据该电压值计算厚度。具体地，在对所述第一电流电极110和所述第二电流电极120输入预设强度的电流后，位于二者之间的测量电极对130上会产生对应电压，且该电压大小与该测量电极对130中的电极之间的电阻值成反比，即电阻越小，电压越大；而所述测量电极对130中的电极之间的电阻值又与设置该测量电极对130的管壁的横截面成反比，即横截面越大，电阻值越小，测量电极对130上的电压越小。
(4)对测量到的厚度进行显示或根据该厚度的实际状态进行报警等。
进一步地，如图4所示，本实施例还给出一种壁厚监测系统30，该壁厚监测系统30包括上述的壁厚监测设备10和监控终端20，实际实施时，所述壁厚监测设备10和监控终端20分别设置有用于彼此通信连接的通信模块，其中该通信模块的具体类型等在此不做限制。
具体地，当所述监控终端20接收到所述壁厚监测设备10发送的厚度数据时，可根据该数据判断当前所要执行的操作，例如，关闭设备运行进行设备更换等。
可选地，所述监控终端20可以为，但不限于服务器、手机、电脑等。
综上所述，本发明提供的壁厚监测设备10和系统，其中，通过对该壁厚监测设备10的巧妙设计，能够利用设置在管道40外壁的测量电极对130实现对厚度的测量，且测量结果精确。同时，本发明还大幅降低了厚度测量过程中的运营成本，有效防止发生因过度减薄而出现泄漏、爆裂而引发火灾等恶性事故。
另外，本发明通过焊接等方式将测量电极对130设置于管道40外壁，避免了现有技术中通过管道40上打孔安装测量设备的方式，既简化了壁厚监测设备10的操作流程，又保证了测量的灵活性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种壁厚监测设备，应用于管道壁厚的监测，其特征在于，所述壁厚监测设备包括微处理器、第一电流电极、第二电流电极以及位于所述第一电流电极和所述第二电流电极之间的测量电极对；
所述第一电流电极、第二电流电极以及测量电极对分别设置于管壁外侧，所述微处理器与所述第一电流电极、第二电流电极以及所述测量电极对分别电连接；
所述微处理器用于向所述第一电流电极、第二电流电极提供电流，并检测各所述测量电极对中的电压值，以计算各测量电极对对应位置处的厚度。
2.根据权利要求1所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述测量电极对为多个，且多个所述测量电极对均位于所述第一电流电极与所述第二电流电极之间。
3.根据权利要求2所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述多个所述测量电极对等间隔设置于所述第一电流电极与所述第二电流电极之间。
4.根据权利要求3所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述各测量电极对共用一根地线。
5.根据权利要求1所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述第一电流电极、第二电流电极以及各测量电极对均可通过焊接的方式设置于所述管壁外侧。
6.根据权利要求1所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述第一电流电极、第二电流电极以及各测量电极对均可通过捆扎或压接方式设置于所述管壁外侧。
7.根据权利要求1所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述微处理器包括处理模块和电流源；
所述电流源与所述第一电流电极、第二电流电极分别连接，所述处理模块与所述测量电极对电连接。
8.根据权利要求7所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述微处理器还包括电压放大模块，所述电压放大模块的输入端与所述测量电极对连接、输出端与所述处理模块连接。
9.根据权利要求1所述的壁厚监测设备，其特征在于，所述壁厚监测设备还包括用于显示测量数据的显示器，所述显示器与所述微处理器中的处理模块电连接。
10.一种壁厚监测系统，其特征在于，包括监控终端和上述权利要求1-9中任一项所述的壁厚监测设备，所述监控终端与所述壁厚监测设备通信连接。
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