CN109642877A

CN109642877A - 用于对设备的管道系统中的沉积物进行识别的方法和装置

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Publication number: CN109642877A
Application number: CN201780050873.5A
Authority: CN
Inventors: G·瓦特斯; I·亨尼希; S·瓦格勒纳; E·詹妮; H·莱布
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: JP2019525192A; KR20190040032A; EA037645B9; US20190195810A1; EA037645B1; EP3500843B1; US11579098B2; EA201990542A1; JP7073344B2; WO2018036781A1; EP3500843A1; KR102536058B1; CN109642877B

Abstract

提出一种用于对设备的管道系统中的沉积物进行识别的方法，其中该设备由流体流过。该方法以这样的方式将至少一个微波探针引入管道系统中，即流体朝向微波探针的对微波辐射透明的窗口(102)流动，并且微波经由至少一个微波探针耦合到管道系统中，其中使用一个或两个微波探针进行反射测量，和/或将至少两个微波探针彼此相距一定距离地引入管道系统中并进行透射测量，其中使用测量数据与基准或在先测量结果的比较来推断管道系统节段中的收缩部并确定收缩部处的自由横截面，其中从收缩部的识别来推导沉积物的有无。本发明的又一些方面涉及一种用于将微波辐射耦合到设备的管道系统中的微波探针以及用于执行所述方法的测量装置，该测量装置包括至少一个这种类型的微波探针。

Description

用于对设备的管道系统中的沉积物进行识别的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于对设备的管道系统中的沉积物进行识别的方法，在所述设备中微波辐射耦合到管道系统中。本发明的又一些方面涉及一种用于将微波辐射耦合到设备的管道系统中的微波探针以及包括至少一个这样的微波探针的用于执行所述方法的测量装置。

背景技术

当执行许多化学方法和过程时，所使用的设备中产生不希望有的沉积物。沉积物危害所执行的方法或过程，并且取决于组成和情况，可能代表安全问题。一个示例是蒸汽裂解，其中通过长链烃(例如石脑油或乙烷)的热裂解来获得乙烯和丙烯。该方法在管式反应器中进行，该管通常具有80mm至120mm的内径和50m至200m的长度。为了进行裂解，通过炉来加热该管。该过程在处于2巴至3巴的范围内的稍微升高的压力下在高达1050℃的温度下进行，通过添加蒸汽来降低参与反应的各个组分的分压。在裂解之后，气体突然冷却至300℃以下的温度。尽管已经通过多年的经验稳定地优化了反应条件，但含碳物质以碳沉积物的形式留在管道的内壁上。这些碳沉积物在管道的内壁上形成固体层，并且可以达到处于几厘米的范围内的厚度。同时，碳沉积物不会在管道系统上均匀地出现，而是可以不均匀地分布在管道上，特别是在变化的工艺条件下，例如由于炉的设计导致的温度波动而导致的变化的工艺条件。

管道系统中的碳沉积物是有问题的，因为它们不仅会导致堵塞，而且还代表管道内壁与在管道中被引导的冷却器流之间的热绝缘(尤其是在吸热反应的情况下)。除了不均匀热被传递到在管道中被引导流之外，管道也可能存在局部过热，结果可能损坏管道。此外，由于与管道不同的热膨胀系数，沉积物在沿反应器向下行进时存在问题。在冷却期间可能发生损坏管道的机械应力。

因此，在现有技术中通常以预设间隔中断生产顺序并除去氧化所引起的碳沉积物。在这种情况下存在的问题是管道系统的精确状态以及因此管道系统中的碳沉积物的数量和位置是未知的。

可用以测量设备内的沉积物的方法在现有技术中是已知的。

WO2014/173889公开了一种通过使用微波辐射来测量设备内的沉积物的方法和装置。在这种情况下，将微波谐振器引入设备中，并确定微波谐振器的谐振频率。该设备可以是例如塔、热交换器或反应器。如果设备本身具有适合用作微波谐振器的直径，则设备本身也可用作微波谐振器。为了测量，将微波辐射引入谐振器，并确定微波谐振器的谐振频率和/或谐振质量。随后，使用共振频率和/或共振质量的变化来推断设备内的沉积物的数量和/或类型。

该方法的一个缺点是，设备本身必须具有适于用作微波谐振器的几何形状，或者必须将额外的微波谐振器引入设备中。如果设备本身用作谐振器，则也只能获得在整个体积上平均的数字，因此不可能推断出设备中的沉积物的分布。

US 6,909,669 B1公开了一种用于检测沉积物中的冲刷的装置和方法。该装置包括探针，该探针至少部分地嵌入沉积物中。另外，该装置包括反射计、电源和遥测发射器。探针包括两个平行的管，它们被引入沉积物中。这两个管形成信号耦合到其中的导管。导管的阻抗取决于导管周围的材料。在一个实施例中，信号的一部分在界面边界处被反射，测量运行时间。运行时间是界面边界离导管起点的距离的度量。或者，频率调制信号被耦合，频率例如从100MHz升至1000MHz。随后将反射信号与延时的原始信号混合，并且评估所产生的差分信号，差分信号的频率是离反射界面边界的距离的度量。

所描述的方法的一个缺点在于，对于测量覆盖到的区域，所使用的信号需规定的传输线。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用以对管道系统中的沉积物进行识别并获得关于它们在管道系统中的布置的信息的方法。

本发明的又一目的是提供一种微波探针，其设计用于布置在设备的管道系统内。

本发明的又一目的可以被认为是提供一种微波探针，该微波探针设计用于耦合到设备的管道系统。

提出了一种用于对设备的管道系统中的沉积物进行识别的方法，该设备由流体流过。在该方法中，设想以这样的方式将至少一个微波探针引入管道系统中，即流体对着微波探针的对微波辐射透明的窗口流动，并且微波借助所述至少一个微波探针经由对微波辐射透明的窗口耦合到管道系统中，其中耦合到管道系统中的微波以与在中空导体中相同的方式在管道系统中传播，

其中

a.)进行反射测量，在该反射测量中，由所述至少一个微波探针辐射的微波的反射由相应的微波探针再次接收，截止频率被确定，其中为了确定截止频率，耦合到管道系统中的微波的频率在预设区域内变化，并且针对每个频率确定反射的微波辐射的强度，并且由与基准或在先测量结果的比较来推断微波探针的周围区域中的收缩部/变窄部，其中对指示出收缩部的截止频率进行识别并从指示出收缩部的该截止频率确定收缩部处的自由横截面，和/或

b.)进行反射测量，在该反射测量中，由所述至少一个微波探针辐射的微波在收缩部处的反射由相应的微波探针再次接收，考虑信号飞行时间来确定相应的微波探针与管道系统中的收缩部之间的距离，和/或

c.)将至少两个微波探针彼此相距一定距离地引入管道系统中并在两个微波探针之间进行透射测量，所述两个微波探针的布置限定出一管道系统节段，确定该管道系统节段的截止频率，其中为了确定截止频率，在预设区域中改变耦合到管道系统中的微波的频率并针对每个频率确定反射的微波辐射的强度，并且通过与基准或在先测量结果的比较来推断该管道系统节段中的收缩部，其中识别指示出收缩部的截止频率并从该指示出收缩部的截止频率确定收缩部处的自由横截面，

其中，从收缩部的识别来推断沉积物的有无。

收缩部可以是在空间上界定的、管道系统的局部变窄部。在这种情况下，沉积物不均匀地分布在管道系统中。在管道系统的大部分上或在整个管道系统上延伸并均匀地减小管道系统的直径的均匀分布的沉积物也被视为收缩部。

在该方法中，设想将微波辐射耦合到要检查的管道系统中。该管道系统包括管道或多个管道，其通常具有圆形横截面，由导电材料制成，使得它们近似地代表具有圆形横截面的中空导体。在中空导体中，诸如微波的电磁波可以仅以很小的衰减传播。然而，中空导体的几何尺寸具有预设截止频率的效果。具有低于该截止频率的频率的电磁波不能在中空导体中传播。

在中空导体中，具有各种振荡模式的电磁波可以传播，每种振荡模式的截止频率是不同的。在TM(横向磁性)振荡模式的情况下，磁场在波的传播方向上消失，因此只有电场在传播方向上具有分量。相反，在TE(横向电)振荡模式的情况下，电场在传播方向上消失，因此只有磁场在传播方向上具有分量。振荡模式还通过两个指标来标识，对于具有圆形横截面的中空导体的振荡模式，第一指标给出该场在圆周方向上的周期数，第二指标给出该场在径向方向上的零点数。振荡模式TM₀₁和TE₁₁对于圆形中空导体具有最低的截止频率，并且被优选用于所提出的方法。

微波探针用于耦合微波辐射。该探针在内部包括天线，可以经由该天线在微波探针的周围区域中激发振荡模式。为了与设备的管道系统内的环境条件隔离，天线被覆盖，微波经对微波辐射透明的窗口进入管道系统。

如果管道系统具有至少一个例如弯曲90°的弯曲区段，则优选在该弯曲区段处将微波探针引入管道系统中。在弯曲区段内，与管道系统的直线区段相比，存在不同的几何形状。这里已经发现，由于微波探针的几何上不同的周围区域，这里优选地激励具有低截止频率的TE11模式。

由于拟通过所提出的方法识别的沉积物通常是含碳的，例如蒸汽裂解器中的碳沉积物，因此在管道系统内预期的沉积物通常是导电的。然而，导电材料屏蔽微波辐射，因此微波探针的窗口必须不能变得完全被沉积物覆盖。

在这方面出乎意料地发现，当在设备中引导的流体流对着微波探针流动时，流体流可以防止在微波探针的窗口上出现沉积物。为此目的，将微波探针如此插入管道系统中，即使得流体直接对着窗口流动。在蒸汽裂解器的情况下，流体流是例如裂解气体。优选地，颗粒被夹带在流体中，撞击颗粒可靠地释放窗口的沉积物。其工作方式类似于通过喷砂来清洁表面。

在这种情况下，无需为微波探针的工作而使得窗户的整个表面经受所述流/流动并由此保持没有沉积物。在呈棒状外壳形式的窗口的情况下，优选地如此引入微波探针，即使得外壳的纵向侧面经受所述流/流动。在平面窗口或锥形窗口的情况下，微波探针优选地以这样的方式引入，即使窗口垂直于该平面或纵向轴线地经受所述流/流动。

在设备中进行的工艺过程中可能产生随流体一起夹带的颗粒。例如，颗粒是在蒸汽裂解过程中产生的碳颗粒或碳黑颗粒。这些颗粒的硬度与所产生的沉积物或碳沉积物的硬度相当，因此所述颗粒具有磨蚀性。替代地或附加地，可以想到向流体添加硬度与沉积物相当或硬度更大的颗粒。

通过微波探针耦合到管道系统中的微波以与中空导体中相同的方式在管道系统中传播。为了识别沉积物，可以经由第二/另一微波探针再次接收微波，该第二微波探针布置在管道系统中的另一位置。将这种测量称为透射测量。替代地或附加地，可经由将反射的微波耦合到管道系统中的同一微波探针再次接收所述反射的微波。将这种测量称为反射测量。

典型设备如蒸汽裂解器的管道系统包括不连续部分，例如分支、弯头、歧管、连接部和管道横截面的变化。代表与具有恒定直径的圆形横截面的中空导体的偏差的管道的每次改变都像干扰一样作用于微波辐射，因此在这些位置处电磁振荡被衰减并且耦合的一部分辐射被反射。已出乎意料地发现，尽管在典型的管道系统中存在大量这些不连续性，但借助于基于微波的测量可以识别沉积物。

根据特征a)，进行反射测量，其中由微波探针辐射的微波的反射被同一微波探针再次接收。在这种情况下，设想确定截止频率。截止频率表征微波探针周围区域中不连续的最小自由管道横截面。在这种情况下，周围区域由管道系统的这样的区域提供，即从该区域可以识别和评估微波辐射的反射。所使用的测量技术越灵敏，或者耦合的微波辐射的强度越大，那么仍然可以从中接收反射的周围区域越大，并且相应地，管道系统的可以监测的区域越大。为了确定截止频率，改变微波探针在预设区域中辐射的微波的频率，并且针对每个频率确定反射的微波辐射的强度。

对于在80mm至120mm的范围内的在典型管道系统的情况下使用的直径，TE₁₁振荡模式的截止频率处于1.6GHz至2.4GHz的范围内。在由沉积物引起的收缩/收缩部的情况下，在收缩区域中存在根据收缩程度较高的截止频率。因此，优选对于没有沉积物的管道，在最低截止频率的区域中选择微波频率变化的下限。可以根据预期沉积物的厚度来选择上限，上限通常由所使用的测量技术决定。例如，频率在300kHz至20GHz的范围内变化，优选在1GHz至10GHz的范围内变化，特别优选地在1.5GHz至4GHz的范围内变化。

为了产生微波、接收微波并随后评估测量结果，可以使用矢量网络分析仪(VNA)。网络分析仪包括可控微波发生器、接收器和必要的电子器件，例如用于评估测量结果的放大器和模拟/数字转换器。然而，也可以以单个单元的形式使用相应的组成部件。

如果将反射的微波辐射的强度相对于频率进行标示，则可以以强度变化的形式识别截止频率。即使在没有分支的简单管道的情况下，也可以确定多个截止频率，这些截止频率可归因于针对各种振荡模式由管道形成的中空导体的几何尺寸。进一步检测/识别到的频率指示管道或管道系统中的收缩部，并且是由沉积物如碳沉积物引起的。由于截止频率取决于中空导体的几何尺寸，以这种方式，可以从所确定的截止频率确定管道在该收缩部处的自由直径。

为了识别设备的复杂管道系统中的收缩部，设想将反射测量的测量结果与基准或在先测量结果进行比较。这尤其涉及将在测量中确定的所有截止频率与基准或在先测量结果所包括的截止频率进行比较。基准或在先测量结果不包括的确定的截止频率在此表示由沉积物引起的收缩部。由此推断出存在沉积物。然后根据该截止频率计算该收缩部处的自由管道横截面。

替代地或附加地，根据特征b)，进行反射测量，其中由微波探针辐射的微波的反射再次被同一微波探针接收。在这种情况下，设想确定反射的微波信号的信号飞行时间。每个不连续点，例如分支、弯头、歧管、连接部和管道横截面的变化，改变了用作中空导体的管道系统的特性，微波信号的一部分在每次改变时被反射。因此，所接收的每次反射代表微波探针的周围区域中的不连续点的指示。在这种情况下，不连续点离微波探针的距离由确定的信号飞行时间的一半乘以微波在管道系统中的传播速率给出。

对于该运行时间测量，微波探针辐射信号，并且通过相同的微波探针再次接收该信号的反射并进行评估。在时域反射计(TDR)中，辐射信号是由脉冲发生器产生的限时脉冲，其响应信号由宽带示波器测量。或者，例如，利用网络分析仪(VNA)，可以经由微波探针耦合连续的单色微波信号，从而产生微波谐振场，借助于微波探针确定微波谐振场的强度。为此目的，确定振幅和相位。随后，改变连续单色微波信号的频率并再次测量强度。针对来自预设频率范围的大量频率重复该操作。以这种方式，确定管道系统在预设频率范围内的反应。随后，借助于傅里叶逆变换将各个频率的强度从频域变换到时域。在变换到时域之后，测量的形式是测量的时域振幅对时间(TD光谱)。通过这种方法，计算管道系统对限时微波脉冲的响应。

与TDR测量方法相比，具有连续单色微波信号的频率变化的测量方法具有更好的信噪比，因此具有更大的动态范围。因此，甚至仍可以测量具有低强度的信号。

TD光谱或运行时间测量中的局部最大值表示不连续点。在这种情况下，不连续点离天线的距离对应于发生局部最大值的时间值的一半乘以微波在管道系统中的传播速率。不连续点通常表征管道系统的收缩部的起点或终点。

对于没有沉积物的管道系统，优选为针对在最低截止频率区域中的测量预设的频率范围选择下限。上限可被选择成对应于预期沉积物的厚度，上限通常由所使用的测量技术决定。例如，频率在300kHz至20GHz的范围内变化，优选在1GHz至10GHz的范围内变化，特别优选地在1.5GHz至4GHz的范围内变化。

将确定的不连续性/不连续点与基准或在先测量结果进行比较。这尤其涉及将所确定的不连续点离微波探针的距离与基准或在先测量结果所包括的不连续点的距离进行比较。在基准或在先测量结果中未知的不连续性/不连续点表示新产生的沉积物。沉积物离微波探针的距离对应于相应的不连续点离微波探针的特定距离。基于微波探针在管道系统中的已知位置，也可以根据不连续点或识别到的沉积物离微波探针的距离来确定管道系统中的沉积物的位置。

在根据特征b)的测量中，还可以将多个微波探针彼此相距一定距离地引入管道系统中。例如，将两个微波探针彼此相距一定距离地引入管道系统中，并从由两个微波探针限定的管道系统节段的两侧进行反射测量。与仅使用一个微波探针的测量相比，在这种情况下还可以根据所确定的收缩部离两个微波探针的距离和管道系统节段的已知长度确定收缩部的长度或在两个收缩部的情况下的收缩部彼此的距离。

替代地或附加地，根据特征c)，还可以进行透射测量，其中微波由第一微波探针引入管道系统中并由第二微波探针再次接收。在这种测量的情况下，研究位于引入管道系统的两个微波探针之间的管道系统节段。

测量的基本顺序对应于参考特征a)描述的反射测量，微波由第一微波探针耦合到管道系统中并由第二微波探针接收。

为了识别设备的复杂管道系统中的收缩部，设想将透射测量的测量结果与基准或在先测量结果进行比较。这尤其涉及将在测量中确定的所有截止频率与基准或在先测量结果所包括的截止频率进行比较。基准或在先测量结果不包括的确定的截止频率在此表示由沉积物引起的管道系统中的收缩部。由此推断出存在沉积物。然后根据该截止频率计算该收缩部处的自由管道横截面。

除了通过确定截止频率来识别收缩部之外，还可以设想确定发射的微波信号的振幅。可以将该振幅与基准值或在先测量结果进行比较。振幅的变化，特别是振幅的减小，可以表明存在由沉积物引起的新收缩部。

根据特征a、b和c的测量结果可以单独使用或者以变型a、b和c的任何期望组合使用。

优选地，在设备运行期间连续进行测量，确定被测参数随时间/时间上的变化。在这种情况下，设想改变设备的运行条件，随时间的变化加速意味着不利的运行条件，并且随时间的变化减慢意味着有利的运行条件。以这种方式，可以以使沉积物的出现最小化的方式连续地优化设备的运行参数。

这里有利地可以优化影响管道系统的某些空间区域的参数。如果例如管道系统在多个点被加热，则微波探针的已知位置和所确定的沉积物离微波探针的距离可以用于将沉积物分配给各个加热点。如果由于过高的温度而在一个或多个点处以增加的程度出现沉积物，则可以以特定方式优化这些关键点的加热。因此，优选使用所确定的识别到的沉积物的位置来优化过程参数。

所提出的方法的测量可以连续进行，在整个测量持续期间，至少一个微波探针保持插入设备中。或者，可以不连续地执行该方法，所述至少一个微波探针仅为了测量点的记录而被插入，随后再次移除并仅在下一次测量时重新引入设备中。

用于比较测量值的基准值可基于管道系统上的基准测量获得，只要它仍然没有沉积物即可。确定基准值的又一种可能性是基于模型确定它们。该模型可以是例如计算机模型或管道系统的缩小比例模型。在这种情况下，可以将微波探针以与它们稍后布置在设备的管道系统上相同的方式布置在按比例缩小的模型上，并且确定基准值。在进一步的步骤中，在按比例缩小的模型上获得的基准值被按比例放大至设备的尺寸。

如果设备的管道系统具有例如形式为法兰的连接部位(在这些连接部位处管道系统的两个部分结合在一起)，则可能发生的是，在该连接部位处，微波辐射可以从用作中空导体的管道系统中逸出。这种逸出的微波辐射可能经由又一些连接部位再次耦合到管道系统中并且使测量结果失真。因此优选地设想在管道系统的连接部位处布置屏蔽部。该屏蔽部优选地是导电材料，例如金属片，其电力地密封连接部位。

该设备优选是蒸汽裂解器。

本发明的另一方面是提供一种适用于所述方法的微波探针。优选地，微波探针设计用于所述方法之一，使得方法特征相应地适用于微波探针，并且反过来，微波探针的特征也相应地适用于所述方法。引入待研究设备中的微波探针经常在那里被暴露在800℃至1350℃范围内的升高的温度下。此外，在设备中经常使用可以攻击微波探针的腐蚀性物质和研磨介质。

提出了一种用于将微波耦合到设备的管道系统中的微波探针。微波探针包括微波天线、由对微波辐射透明的材料制成的窗口、连接到微波天线的同轴电缆以及套管。还设想：

a)微波天线由耐高温金属合金、优选镍基合金构成，同轴电缆包含耐高温金属合金和无机电介质，并且窗口被设计为围绕微波天线的外壳/鞘套，其中套管构造成使得套管在外部邻接管道系统，并且其中被设计为外壳的窗口在面向同轴电缆的一侧过渡到保护管，保护管经由长度补偿元件连接到套管，该套管至少部分地围绕保护管，或者

b)套管由导电材料构成并且被构造为中空导体，套管的内径与管道系统的内径相当，套管在第一侧具有在朝向管道系统的方向上的开口，由对微波辐射透明的外壳覆盖并且延伸到套管的内部的微波天线布置在相对的第二侧，并且窗口被设计为置换部件/排挤部件/取代部件，该排挤部件由耐高温并对微波辐射透明的材料构成并且占据套管内的剩余空间。可选地，排挤部件可以在面向开口的一侧包括由同样对微波辐射透明的材料构成的罩帽。

在常规微波探针的情况下，缺乏耐高温性特别成问题。由于高温和腐蚀性环境条件，所使用的天线材料受损，因此电性能也会改变。结果，阻抗又发生变化，因此微波辐射的耦合受损。特别地，这里存在的问题是，这些过程正在进行中，因此常规微波探针的特性不断变化，并且不可能可靠地应用所述方法。用于连接天线的常见同轴电缆也不适合在升高的温度下使用。因此，需要以这样的方式设计微波探针，即其关键部件，特别是天线和同轴电缆，能够耐受管道系统内部的条件，或者它们的关键部件与高温和腐蚀性环境条件隔离。

术语耐高温性应理解为指相应的材料可至少在预定温度之下使用，并且因此是耐热的。优选地，相应的材料是耐热的，因此可以在至少800℃的温度以下、更优选在至少1000℃的温度以下、特别优选在至少1200℃的温度以下、最优选在至少1400℃的温度以下使用。

根据变型a)，设想将微波探针的关键部件、特别是天线和同轴电缆设计为耐高温和耐腐蚀的。这允许将微波探针引入可能发生高温的设备的管道系统中。为此目的，设想由耐高温金属合金制造天线。合适的合金包括例如镍基合金，例如Inconel 600。应当注意的是，耐高温合金具有这种耐高温性能是因为牢固附着的氧化膜(例如氧化铬)具有钝化效应。这种覆盖层的存在影响材料的有效导电性并且可能导致微波的显著衰减。因此，所使用的天线优选地用惰性气体惰性化。

微波天线优选地被设计为针式天线，长度被选择处于d/10至d的范围内。d表示管道系统的内径。尤其优选地，针的长度被选择处于d/6至d/2的范围内。最特别优选针的长度为d/4至d/2。被设计为针的微波天线的特征在于特别大的尺寸稳定性。大的尺寸稳定性具有这样的效果：微波天线的行为在很长一段时间内是恒定的，并且可以很好地再现利用天线进行的测量。

微波天线的进一步优选设计是用于电感耦合或喇叭天线的环形天线。

天线连接到同轴电缆，该同轴电缆包含无机电介质，例如氧化铝(Al₂O₃)或二氧化硅(SiO₂)。内导体和外导体优选设计成耐腐蚀的。内导体的材料和外导体的材料优选地选自耐高温金属合金，优选镍基合金，例如Inconel 600。选择用于导体的耐腐蚀材料和选择无机电介质意味着同轴电缆即使在升高的温度下也能保持其功能。所提出的同轴电缆即使在超过1000℃的温度下依然能够起作用。对于具有Al₂O₃电介质的Inconel 600同轴电缆的示例，在1000℃和8GHz时，电缆衰减为30dB/1.5m左右。

围绕微波天线并且代表窗口的外壳在面向同轴电缆的一侧过渡到保护管，该保护管经由长度补偿元件连接到套管。在这种情况下，套管布置成使得其至少部分地围绕保护管。相反，微波探针的窗口不被套管包围。窗口与保护管之间的过渡可以在同轴电缆连接到天线的部位发生。或者，同轴电缆与天线之间的连接部也可以被容纳在窗口区域中。

用于插入温度测量探针的连接器优选用于连接到管道系统。在这种情况下，插入微波探针而不是温度探针，用作窗口的外壳在这种情况下与由外壳包围的微波天线一起进入管道系统的内部。因此，优选设想外壳的直径对应于温度测量探针的直径。直径优选地被选择处于20mm至30mm的范围内。在这种情况下，微波探针的套管不会被引入管道系统的内部，而是在外部与管道系统邻接。为此目的，可以在例如套管上设置固定到管道系统上的配对物的法兰。在例如围绕管道系统的燃烧室内的高温的情况下，套管可以替代地直接焊接到管道系统。

为了允许由于外壳或保护管的温度变化而引起的长度变化，可以设想经由长度补偿元件将保护管固定到套管上。而且，在外壳进入管道系统的过程中，可以提供松配合结构作为滑动轴承，其在长度变化的情况下允许外壳相对于管道系统在纵向方向上移动。然而，滑动轴承与管道系统的内部接触，因此在该位置处出现的沉积物可能危害滑动轴承的功能。长度补偿元件具有避免可能导致外壳损坏的机械应力的发生的效果。在这种情况下，长度补偿元件优选地与管道系统的内部隔离，因此其功能不会受到来自管道系统的沉积物的损害。

微波探针可以优选地另外包括温度传感器。在这种情况下，当已经存在的温度测量探针被所提出的微波探针替换时，保留了温度测量的功能。

根据变型b)，设想提供热分离，微波探针的关键部件布置在温度降低的区域中。当联接到管道系统时，关键部件与管道系统热分离，并因此与管道系统中发生的高温热分离。

套管在此由导电材料构成，并且其内径对应于管道系统的内径。如果管道系统具有变化的直径，则套管的内径对应于管道系统在微波探针被引入管道系统中的点处的直径。套管的这种设计具有如下效果：它以与管道系统相同的方式充当用于微波的中空导体。套管在其第一侧上具有设计用于连接到管道系统的开口。

微波天线布置在相对侧并延伸到套管的内部，因此套管完全或至少部分地围绕外壳和微波天线。套管内的剩余空间填充有排挤部件。这旨在防止可冷凝物质从管道系统进入位于加热系统外部的冷却器区域并在那里冷凝。排挤部件还用作对微波辐射透明的窗口。窗口必须对管道系统中可能带有颗粒的流具有耐磨性。为此目的，排挤部件优选地由对流体流中的颗粒耐磨的材料制成。替代地或附加地，排挤部件可包括由对流体流中的颗粒具有耐磨性的材料制成的罩帽，该罩帽的材料同样对微波辐射是透明的。在这种情况下，排挤部件可以由耐磨性较低、更便宜的材料制成。

微波天线优选地被设计为针式天线，长度被选择处于d/10至d的范围内。这里，d表示管道系统的内径。特别优选针的长度被选择处于d/6至d/2的范围内。最特别优选针的长度为d/4至d/2。被设计为针的微波天线的特征在于特别大的尺寸稳定性。大的尺寸稳定性具有这样的效果：微波天线的行为在很长一段时间内是恒定的，并且可以很好地再现利用天线进行的测量。

微波天线的进一步优选设计是用于电感耦合和喇叭天线的环形天线。

排挤部件隔离了微波天线，因此微波天线不受管道系统内部的高温和腐蚀性物质的影响。天线针对同轴电缆的连接部在背离通向管道系统内的空间的开口的一侧上位于排挤部件的外侧，因此高温和腐蚀性物质都不能作用于该连接部或所使用的同轴电缆上。因此，在该设计变型中，可以使用常规同轴电缆来连接到微波天线。同样，不需要耐高温材料来用于微波天线。然而，可以将结合变型a)描述的合金用于微波天线。类似地，可以使用结合变型a)描述的耐高温同轴电缆之一。

排挤部件由耐高温且对微波辐射透明的材料组成。耐高温水泥和耐火粘土特别适合作为材料。

窗口的面向开口的一侧优选地具有圆锥形状或楔形形状。在圆锥形状的情况下，设想微波探针以这样的方式引入管道系统中，即流体沿着窗口的纵向轴线对着窗口流动/流向窗口，该形状沿着该纵向轴线呈圆锥形地逐渐变细。因此流体撞击在窗口的圆锥形尖端上。在楔形形状的情况下，设想流体撞击在由楔形形成的倾斜表面上。在排挤部件的材料足够耐磨的情况下，它可以直接设计有圆锥形尖端，并且不需要额外的覆盖物。如果排挤部件不够耐磨，则所使用的罩帽优选地具有圆锥形状或楔形形状。

例如，设置了用于连接到管道系统的法兰，该法兰可以固定到管道系统的相应法兰上。法兰优选地布置在套管的被设计用于连接到管道系统的一侧上。或者，套管例如借助于焊接牢固地连接到管道系统。如果管道系统处于热的周围区域中，例如燃烧室中，则套管的长度优选被选择为足够大以使套筒从燃烧室中突伸出来。

在根据变型a)的实施例和根据变型b)的实施例两种情况下，优选地设想当从微波天线的纵向轴线的方向看去时，微波天线与外壳之间的距离为至少20mm。特别优选地，该距离在20mm至80mm的范围内，最特别优选在20mm至40mm的范围内。如果微波天线被设计为针式天线，则该距离是从微波天线的尖端测量的。

即使窗口是由对微波透明的材料制成，窗口也呈现从一种介质到另一种介质的过渡，微波辐射的一部分在该过渡处反射。外壳与微波天线之间的距离的设置具有实现运行时间测量(时域信号)的质量的改进的效果。

耐高温、即使在高温下也具有低导电性并且不具有开孔的材料适合作为用于根据变型a)的窗口的材料以及用于变型b)的材料。耐高温陶瓷尤其适合。合适的陶瓷材料特别包括没有开孔的α-Al₂O₃。在变型b)的情况下，优选使用由陶瓷材料制成的罩帽。

窗口与变型a)的保护管的连接可以例如通过粘接或焊接/钎焊来进行。合适的粘合剂包括Panacol Cerastil V-336和Thermeez Hi Seal 7030。

根据变型b)的罩帽与排挤部件的连接可以例如通过对变型a)提及的粘合剂粘合来进行。

在变型b)的情况下，外壳同样可以由陶瓷构成，特别是可以使用与对窗口使用的陶瓷相同的陶瓷。

在变型a)和变型b)两种情况下，微波天线与围绕其的外壳之间的区域可被填充惰性气体。氮气或氩气适合作为例如惰性气体。惰性气体的使用具有进一步提高微波天线的温度稳定性的效果。这是因为，即使在将诸如Inconel 600的耐高温镍基合金用于微波天线的情况下，已经发现氧化铬膜(Cr₂O₃)在高温下在含氧气氛中形成。结果，改变了材料的电特性，从而又改变了由这种材料构成的微波天线的特性。由于这种变化逐渐发生，因此比较测量结果变得更加困难。在外壳与微波天线之间的空间中提供惰性气体具有防止形成这种氧化铬膜并提高微波天线的稳定性的效果。

本发明的又一方面是提供一种测量系统，该测量系统包括至少一个所述微波探针并且设计用于执行所述方法之一。因此，关于方法或微波探针描述的特征相应地适用于测量系统。测量系统优选地包括网络分析仪，其经由电缆连接到所述至少一个微波探针。网络分析仪包括至少一个微波发生器和至少一个微波接收器。

附图说明

以下基于附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1a至1d示出了管道系统的各种构型，

图2a和2b示出了用于各种管道系统的透射光谱，

图3示出了根据第一实施例的微波探针引入管道系统中，

图4示出了第一实施例的微波探针的尖端的示意图，

图5示出了第一实施例的微波探针的连接侧的示意图，

图6示出了微波探针的第二实施例的示意图，

图7a至7c示出了频域中的模型系统的反射测量，

图8a至8c示出了时域中的模型系统的反射测量，

图9a至9c示出了模型系统上的透射测量，以及

图10示出了测量系统的示意图。

具体实施方式

在图1a至1d中，示出了管道系统10的构型的各种示例。所示的管道系统10是蒸汽裂解装置的一部分。两个微波探针100已被分别引入图1a至1d所示的各管道系统10中。在这种情况下，微波探针100已分别插入法兰堵头15中，因此在该位置微波辐射被耦合到管道系统10的内部，并且在该位置微波辐射被接收且管道系统10被关闭。

在图1a中所示的第一管道系统10中，它仅包括两个直管道12，它们在一端经由弯头/弯管14彼此连接。管道12的内径为3.84cm。两个直管道12同样在其各自的另一端通过法兰堵头15封闭，微波探针100已分别经由法兰堵头15被引入到管道系统10的内部中。

在图1b所示的第二管道系统10中，将图1a的两个管道12互相连接的弯头14已被歧管16代替。歧管16还与两个另外的管道12连接，因此四个管道12一起连接到歧管16并且并列离开歧管16。另外的管道12分别通过另外的弯头14邻接。如参考图1a所述，两个中间管道12分别通过法兰堵头15封闭，两个微波探针100已在法兰堵头15处引入管道系统10中。两个外管道12经由其各自的另外的弯头14过渡到另外的管道12，所述另外的管道12分别由法兰堵头15封闭。

图1c所示的第三管道系统10对应于参考图1b所述的管道系统10，歧管16在背离管道12的一侧邻接收集管道18。收集管道18的内径为7.9cm。收集管道18具有比管道12大的直径。

图1d所示的第四管道系统10对应于参考图1c所述的管道系统10，收集管道18与从收集管道18展开的圆锥体/锥体20邻接，因此该锥体的直径扩宽。

图2a和2b分别针对参考图1a和1d描述的管道系统10示出了透射光谱。所示的光谱是通过将信号发生器的微波信号施加到两个微波探针100中的一个以使得微波被耦合到管道系统10中而获得的。微波以与在中空导体中相同的方式在管道系统10中传播，并且由第二微波探针100再次接收。微波信号的频率在300kHz至10GHz的范围内变化，发射信号的强度在图2a和2b中是相对于频率标示的。使用网络分析仪Agilent E5071C进行测量。网络分析仪包括信号发生器、放大器、模拟/数字转换器和用于执行测量的控制设备。

所表示的两个光谱在300kHz至6GHz的频率范围内显示出除了微小偏差之外相同的轮廓。这些微小偏差在测量误差范围内。在图1a至1d所示的四个管道系统的情况下，所选择的布置的微波探针的截止频率约为6GHz。对于低于截止频率的频率，没有微波辐射可以耦合到管道系统中，因此可以预期相同的光谱轮廓。然而，惊人地发现，即使在6GHz至10GHz的频率范围内(该频率范围在截止频率以上并且因此微波辐射被耦合到相应的管道系统中)，光谱在质量上显示出相同的轮廓。光谱仅在衰减方面不同，随着管道系统尺寸的增加，衰减略有增加。与图1a的第一和最小管道系统的在图2a中表示的光谱相比，图1d的第四和最大管道系统的在图2b中表示的光谱具有更大的衰减。存在于图1d的管道系统中的弯头、分支和直径变化不改变传输的信号，或者仅具有衰减略微增加的效果。这种表现可归因于如下事实：即使在图1b、1c和1d的更复杂的管道系统中，微波辐射的主要部分也采取两个微波探针100之间通过管道系统10的直接路径，因此在图1a至1d的四个测试管道系统10的情况下，基本上只有与微波探针100直接相邻的两个管道12以及弯头14或歧管16的与这两个管道12直接相邻的部分有助于收到的传输信号。由于微波辐射的一部分在图1b、1c和1d的管道系统10的歧管16处进入所述另外的管道12或进入收集管道18和锥体20，不再是整个信号到达到第二微波探针100，因此衰减增加。然而，衰减的这种轻微增加不会影响测量结果的可评估性。

在在图中未示出的又一研究中，微波探针不是经由法兰堵头15耦合到管道系统10中，而是分别经由弯头14耦合到管道系统10中，带微波探针100的弯头14已分别代替带微波探针100的法兰堵头15中的一个。这里已经发现，由于探针的几何上不同的周围区域，这里优选地激励具有低截止频率的TE11模式。

在图3中，示出了根据第一实施例的微波探针100引入管道系统10中。在本例中，管道系统10被作为剖面示出；在该剖面中未示出微波探针100。示出的管道系统10的细节示出了管道12，其经由弯头14过渡到法兰22。或者，代替法兰，也可以经由焊接连接来实现该连接。法兰22可用于连接图3中未示出的管道系统10的另外的部件。在弯头14处布置有连接器24，可经由该连接器到达管道系统10的内部。微波探针100已经由连接器24引入管道系统10。或者，代替法兰，也可以经由焊接连接来实现该连接。

微波探针100包括被设计为窗口102的外壳112，其围绕微波天线，比较图4。窗口102经由连接器24突出到管道系统10的内部。窗口102过渡到保护管132，突出到连接器24外的部分由套管110围绕。套管110经由又一套管111与具有连接部118的连接板116邻接。连接部118可以用于将信号施加到微波探针100或微波天线或将接收的信号传递给分析仪。连接板116经由法兰114和法兰142固定到套管110上。套管110与连接器24之间的连接例如通过焊接建立。

图4示出了第一实施例的微波探针100的末端的示意图，微波探针100已引入管道系统10。管道系统10的被全部示出的是包括弯头14的细节，弯头14包括连接器24。管道系统10的细节被作为剖面示出。

微波探针100的尖端也以截面图示于图4中。在图4中，可以看到设计为外壳112的窗口102。窗口102突出到管道系统10内的空间中，微波探针100的纵向轴线150垂直于流动方向26，因此窗口102的大约一半表面直接经受该流动。

在外壳112内部存在微波天线120，其在图4所示的实施例中被设计为针式天线。从纵向上看，微波天线120的尖端/末梢与外壳112相距一定距离。该距离为至少20mm。

微波天线120连接到同轴电缆124，端盖122在连接部位处布置在同轴电缆124上。同轴电缆124经由保持板128以居中方式在外壳112中被引导。保持板128被保持在多个杆126上，例如三个杆，在图4的剖视图中可见两个杆126。可选地，在杆126上可以布置有用于引导同轴电缆124的另外的保持板128。

在连接器24处，微波探针100或其外壳112已被引入管道系统10的内部，滑动轴承130布置在连接器24中。这主要引起外壳112的对中以抑制不利的振动。由于焦炭形成，还可以假设滑动轴承130的窄环形间隙非常快地闭合，并且因此密封连接器24与外壳112之间的气体路径，因此尽可能少的在管道系统10内部的空间中流动的可冷凝流体可以到达外部。同时，滑动轴承130允许微波探针100沿着其纵向轴线150移动。

图5示出了第一实施例的微波探针100的连接侧的示意图。

连接侧与布置微波天线120的一侧相对/相反并且具有连接板116。同轴电缆124穿过连接板116被引导到连接部118。连接部118例如是射频技术中使用的连接器，例如SMA连接器、APC7连接器或N连接器。连接板116在微波天线120的方向上过渡到又一套管111。在该又一套管111的内部存在长度补偿元件138，该长度补偿元件在一侧焊接到套管111上并且在另一侧过渡到保护管132。为此目的，将环137固定在套管111上，该环与长度补偿元件138的连接件139连接。

所述又一套管111终止于法兰114中。法兰114和布置在套管110上的法兰142用于将套管110和所述又一套管111互相连接，密封件140已插入法兰114与法兰142之间。多个螺栓115用于将法兰114与法兰142连接。

在保护管132与长度补偿元件138之间的过渡处，连接管道134固定在保护管132上，并且环136布置在长度补偿元件138上。连接管道134和环136通过焊接彼此连接。相应地，在长度补偿元件138与连接板116之间的过渡处，在长度补偿元件138上布置有连接管道，该连接管道通过焊接固定在环137上，环137又通过焊接固定在套管110上。

在图6中，示意性地示出了微波探针100的第二实施例。图6以截面图示出了微波探针100和管道系统10的细节。管道系统10的被全部示出的是弯头14，该弯头的端部与管道系统10的未示出的其它部件邻接。

微波探针100具有套管110，该套管在一侧包括用于连接到管道系统10的开口，并且在其相对的另一侧由端子板152封闭。微波天线120被引导穿过端子板152，该微波天线被设计为针式天线并且被外壳112围绕。外壳112和微波天线120相对于套管110同心地布置并且突伸到套管110的内部，但是不突伸到管道系统10中。

外壳112在端子板152的外侧与连接板116邻接，连接板116经由多个螺栓115固定在端子板152上并且包括连接部118。同轴电缆124被引导穿过连接板116，该同轴电缆由端盖122封闭并且过渡到微波天线120。同轴电缆124连接到连接部118，并且可以将信号施加到微波天线120，并且相反地，可以将微波天线120接收的信号传递给分析仪。

套管110内部未被外壳112填充的空间被排挤部件146占据，该排挤部件在朝向管道系统10的方向上设置有罩帽144。排挤部件146和罩帽144分别由对微波辐射透明的材料构成，并且一起形成窗口102。外壳112也由对微波透明的材料构成。罩帽144呈圆锥形形成，因此形成的圆锥形状的尖端位于微波探针100的纵向轴线152上。或者，罩帽144也可以被设计为楔形物，该楔形物布置成使得流体对着由楔形形状形成的倾斜表面流动。

套管110在面向管道系统10的一侧具有法兰142。在管道系统10的弯头14处布置有法兰22，因此法兰142和22可以用于将微波探针100连接到管道系统10。或者，套管110可借助于焊接连接到管道系统10。

与管道系统10一样，套管110由导电材料制成，因此管道系统10和套管110两者都适合作为用于微波的中空导体。套管110的内径对应于管道系统10的内径。

在连接之后，微波探针100布置成使得在管道系统10中引导的流体流26垂直于微波探针100的纵向轴线152地对着圆锥形窗口102流动。

图7a至7c示出了对频域中的模型系统的反射测量。该模型系统包括管道12，管道12的内径为107.1mm，长度为1071mm。选择1：10的直径与长度比，使得测量结果不再取决于管道12的长度，也就是说，所获得的结果也适用于较长的管道。将石墨插入件50、52插入管道中以模拟碳质沉积物。每个插入件的长度为89毫米，因此在管道中安装了12个插入件。在试验中使用具有两种不同内径的插入件，外径分别为106.85mm。在大插入件52的情况下，内径为64.11mm；在小插入件50的情况下，内径为74.8mm。

在管道12的末端，将针式天线形式的微波天线120插入管道12中，针式天线已同心地布置在管道12中。为了进行测量，使用Agilent E5071C型网络分析仪记录300kHz至10GHz范围内的反射光谱。在这种情况下，对于每个被测频率，发射具有该频率的限时微波信号，并且随后经由同一微波天线120再次接收。

在图7a所示的试验中，管道12完全装有小插入件50。在由(1)表示的位置处，可以在大约3.2GHz的频谱中看到具有小插入件50的管道12的截止频率。图7a至7c中描绘的虚线表征具有小插入件50的管道系统12的截止频率。

在图7b所示的试验中，最靠近微波天线120放置的两个小插入件50被大插入件52代替，并且测量又一反射光谱。从图7b中的光谱的表示可以看出，由大插入件52引起的收缩具有截止频率转换为更高频率的效果。该转换表示收缩。截止频率转换为大约3.7GHz，这对应于直径变化所预期的变化。

在图7c所示的试验中，最靠近微波天线120放置的五个小插入件50被大插入件52代替，并且测量又一反射光谱。从图7c中的频谱表示可以看出，与参考图7b表示的测量相比，截止频率没有进一步的变化。由于截止频率由最小的自由管道横截面给出，因此预期也不会进一步改变。

图8a至8c示出了时域中的模型系统的反射测量。模型系统包括管道12，管道12的内径为107.1mm，长度为1071mm。选择1：10的直径与长度比，使得测量结果不再取决于管道12的长度，也就是说，所获得的结果也适用于较长的管道。将石墨插入件插入管道12中以模拟碳质沉积物。每个插入件的长度为89毫米，因此在管道中安装了12个插入件。在试验中使用具有两种不同内径的插入件，外径分别为106.85mm。在大插入件52的情况下，内径为64.11mm；在小插入件50的情况下，内径为74.8mm。

在管道12的端部处，将针式天线形式的微波天线120插入管道12中。为了进行测量，使用用于微波脉冲的Agilent E5071C型网络分析仪记录反射光谱，微波天线120将微波脉冲耦合到管道中，随后通过相同的微波天线再次接收其反射。在图8a至8c中，以ns为单位，相对于信号飞行时间分别绘制任意单位的信号振幅。

在图8a中所示的试验的情况下，管道12完全装有大插入件52。在示出的测量曲线中，存在两个最大值。用(1)标记的第一个最大值可归因于从天线到管道的过渡处的反射。这表示微波天线120的区域中的微波的直接反射。用(2)标记的第二个最大值通过管道12的开口端处的微波反射产生。

在图8b中所示的试验的情况下，管道12装有一半的大插入件52。管道12的背离微波天线120的一侧装有小插入件50。在示出的测量曲线中，存在三个最大值。如参考图8a所述，用(1)和(2)标记的最大值对应于来自微波天线120处的耦合的直接反射和管道12的开口端处的反射。用(3)标记的第三个最大值对应于在从大插入件52到小插入件50的过渡处的反射。信号飞行时间允许管道12中的这种过渡的位置被定位，并且在此它恰好位于管道12的中间。

在图8c中所示的试验的情况下，管道12的四分之一装有大插入件52。管道12的背离微波天线120的一侧装有小插入件50。如参考图8b所述，获得具有三个最大值的测量曲线，第三个最大值(3)的位置——其对应于在从大插入件52到小插入件50的过渡点处的反射——已经偏移。该偏移精确地对应于从微波天线120过渡的变化距离。

在图9a至9c中，示出了频域中的模型系统上的透射测量。如参考图7和8所述，模型系统包括管道12，管道12的内径为107.1mm，长度为1071mm。选择1：10的直径与长度比，使得测量结果不再取决于管道12的长度，也就是说，所获得的结果也适用于较长的管道。将石墨插入件插入管道12中以模拟碳质沉积物。每个插入件的长度为89毫米，因此在管道中安装了12个插入件。在试验中使用具有两种不同内径的插入件，外径分别为106.85mm。在大插入件52的情况下，内径为64.11mm；在小插入件50的情况下，内径为74.8mm。

在管道12的两端处，将针式天线形式的微波天线120分别插入管道12中。为了进行测量，使用Agilent E5071C型网络分析仪记录300kHz至10GHz范围内的透射光谱。对于每个被测频率，具有该频率的微波信号由微波天线发射，并且随后由另一微波天线120再次接收。

在图9a的测量中，已将12个小插入件50插入管道12中。在所表示的透射光谱中，可以看到两个截止频率，分别用(0)和(1)标记。位置(0)标记TE11振荡模式的截止频率，位置(1)标记TM01振荡模式的截止频率。可以清楚地看出，TM01振荡模式的振幅明显大于TE11振荡模式的振幅。其原因在于，由于所选择的微波天线的布置，TE11振荡模式只能被弱激励。

在图9b的测量中，与微波天线120直接相邻的两个小插入件50由大插入件52代替。在所示的透射光谱中可以看出截止频率已经偏移。TM01振荡模式的偏移的截止频率已用(2)标记。

在图9c所示的试验中，最靠近左侧微波天线120放置的五个小插入件50被大插入件52代替，并且测量又一透射光谱。在所表示的透射光谱中可以看出，截止频率没有进一步偏移，只是过渡的锐度，即光谱的上升，已经增加。

在图10中，示意性地示出了测量系统200。

测量系统200包括网络分析仪，该网络分析仪又包括微波发生器212、微波接收器214和分析仪216。微波发生器212用作信号发生器并产生具有所需振幅和频率的微波信号。微波接收器214包括滤波器和前置放大器以及模拟/数字转换器。微波接收器214准备所接收的信号以供稍后的进一步电子处理。该进一步处理由分析仪216执行，分析仪216还控制测量的顺序。

网络分析仪210经由电缆218连接到微波探针100，为了执行所提出的测量方法，微波探针100已经被引入设备的管道系统中。在又一些实施例中，该系统包括多个微波探针100，例如两个微波探针100。如果使用至少两个微波探针100，则除了对于单个微波探针100已足够的反射测量之外，还可以进行透射测量。

附图标记列表

10 管道系统

12 管道

14 弯头

15 法兰堵头

16 收集管道

18 大直径管道

20 锥体

22 法兰(管道系统)

24 接近连接器

26 流

50 薄壁石墨插入件

52 厚壁石墨插入件

100 微波探针

102 窗口

110 套管

111 套管

112 外壳

114 法兰

115 螺栓

116 连接板

118 连接部

120 天线

122 端盖

124 同轴电缆

126 杆

128 保持板

130 滑动轴承

132 保护管

134 连接管道

136 环

137 环

138 长度补偿元件

139 连接件

140 密封件

142 法兰

144 罩帽

146 排挤部件

150 纵向轴线

152 端子板

200 测量系统

210 网络分析仪

212 微波发生器

214 微波接收器

216 分析仪

218 电缆

Claims

1.一种用于对设备的管道系统(10)中的沉积物进行识别的方法，所述设备由流体流过，

其特征在于，以这样的方式将至少一个微波探针(100)引入所述管道系统(10)中，即，使流体对着所述微波探针(100)的对微波辐射透明的窗口(102)流动，其中微波借助所述至少一个微波探针(100)经由对微波辐射透明的所述窗口(102)耦合到所述管道系统(10)中，其中耦合到所述管道系统(10)中的微波以与在中空导体中相同的方式在所述管道系统(10)中传播，

其中

a.)进行反射测量，在该反射测量中，由所述至少一个微波探针(100)辐射的微波的反射被相应的微波探针(100)再次接收，截止频率被确定，其中为了确定截止频率，耦合到所述管道系统(10)中的微波的频率在预设区域内变化，并且针对每个频率确定反射的微波辐射的强度，并且由与基准或在先测量结果的比较来推断所述微波探针(100)的周围区域中的收缩部，其中对指示出收缩部的截止频率进行识别并从该指示出收缩部的截止频率确定收缩部处的自由横截面，和/或

b.)进行反射测量，在该反射测量中，由所述至少一个微波探针(100)辐射的微波在收缩部处的反射被相应的微波探针(100)再次接收，考虑信号飞行时间来确定相应的微波探针(100)与管道系统中的收缩部之间的距离，和/或

c.)将至少两个微波探针(100)彼此相距一定距离地引入所述管道系统中并在两个微波探针(100)之间进行透射测量，这两个微波探针(100)的布置限定出一管道系统节段，确定该管道系统节段的截止频率，其中为了确定截止频率，在预设区域中改变耦合到所述管道系统(10)中的微波的频率并针对每个频率确定反射的微波辐射的强度，并且通过与基准或在先测量结果的比较来推断所述管道系统节段中的收缩部，其中识别指示出收缩部的截止频率并从该指示出收缩部的截止频率确定收缩部处的自由横截面，

其中，从收缩部的识别来推断沉积物的有无。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管道系统(10)包括至少一个变截面区域、分支和/或弯曲部。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了确定根据变型b)的微波信号的信号飞行时间，将限时微波脉冲耦合到所述管道系统(10)中或耦合入连续单色微波信号，从而产生微波谐振场，其中通过所述微波探针(100)确定所述谐振场的振幅和相位，改变所述信号的频率，并借助于傅里叶逆变换来计算所述管道系统对限时微波脉冲的响应。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将两个微波探针(100)彼此相距一定距离地引入所述管道系统(10)中，并从由这些微波探针(100)限定的管道系统节段的两侧进行根据变型b)的反射测量，由所确定的、收缩部离所述两个微波探针(100)的距离和所述管道系统节段的已知长度来确定该收缩部的长度或两个收缩部之间的距离。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在根据变型c)的透射测量中，额外地对振幅进行测量，所述振幅的变化指示出狭窄部。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述测量在所述设备的运行期间连续进行，并且确定被测参数的时间上的变化，其特征在于，所述设备的运行条件是变化的，时间上的变化的加速意味着不利的运行条件，而时间上的变化的减慢意味着有利的运行条件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在模型上确定所述设备的管道系统(10)的基准值，将所述基准值按比例缩放到所述设备的尺寸，当进行测量时，将测量结果与所述基准值进行比较，其中所述模型是计算机模型或管道系统(10)的缩小比例模型。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述管道系统(10)的连接部位处布置屏蔽部。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述管道系统(10)具有至少一个弯曲区段，其中在所述弯曲区段处将所述至少一个微波探针(100)引入所述管道系统(10)中。

10.一种用于将微波耦合到设备的管道系统(10)中的微波探针(100)，其中耦合到所述管道系统(10)中的微波在所述管道系统(10)中以与在中空导体中相同的方式传播，所述微波探针包括：

-微波天线(120)，

-由对微波辐射透明的材料形成的窗口(102)，

-连接到所述微波天线(120)的同轴电缆(124)，和

-套管(110)，

其特征在于，所述微波探针(100)被设计用于在根据权利要求1至9中任一项所述的方法中使用，其中

a)所述微波天线(120)由耐高温金属合金、优选镍基合金组成，所述同轴电缆(124)包含耐高温金属合金和无机电介质，所述窗口(102)被设计为围绕所述微波天线(120)的外壳(112)，其中所述套管(110)构造成使得所述套管(110)在外部邻接所述管道系统(10)，其中被设计为外壳(112)的所述窗口(102)在面向所述同轴电缆(124)的一侧过渡到保护管(132)，所述保护管经由长度补偿元件(138)连接到所述套管(110)，所述套管(110)至少部分地围绕所述保护管(132)，或者

b)所述套管(110)由导电材料构成并且被构造为中空导体，所述套管(110)的内径与所述管道系统(10)的内径相当，所述套管(110)在第一侧具有用于连接到所述管道系统(10)的开口，由对微波辐射透明的外壳(112)覆盖并且延伸到所述套管(110)的内部的所述微波天线(120)布置在相对的第二侧，所述窗口(102)被设计为排挤部件(146)，所述排挤部件由耐高温并对微波辐射透明的材料构成并且占据所述套管(110)内的剩余空间。

11.根据权利要求10所述的微波探针(100)，其特征在于，被设计为排挤部件(146)的所述窗口(102)的面向所述开口的一侧具有圆锥形形状或楔形形状。

12.根据权利要求10或11所述的微波探针(100)，其特征在于，所述排挤部件(146)在面向所述开口的一侧包括由耐磨且对微波辐射透明的材料制成的罩帽(144)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的微波探针(100)，其特征在于，在所述天线(120)的纵向轴线的方向上看，所述微波天线(120)的尖端与所述外壳(112)之间的距离至少为20mm。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的微波探针(100)，其特征在于，所述微波天线(120)与围绕微波天线的所述外壳(112)之间的区域填充有惰性气体。

15.一种用于对设备的管道系统(10)中的沉积物进行识别的测量系统(200)，其包括：

-至少一个根据权利要求10至14中任一项所述的微波探针(100)，

-至少一个微波发生器(212)，和

-至少一个微波接收器(214)，

所述测量系统(200)被设计成执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。