CN110081316B - 一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统。本发明包括伸缩测厚机构以及相应的控制单元，所述伸缩测厚机构包括超声测厚探头以及定时驱动所述超声测厚探头压紧高温承压设备被测面进行测厚并在测厚结束后离开高温承压设备被测面的伸缩单元。本发明通过伸缩单元定时控制超声测厚探头进行伸缩运动，使得常规超声测厚探头也可以用于高温设备剩余壁厚的在线监测。本发明利用所述伸缩单元可以避免超声测厚探头长时间紧贴在高温承压设备的表面而造成超声测厚探头失去测量能力，从而实现超声测厚探头具备对高温承压设备剩余壁厚长期监测的能力。

Description

一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体是涉及一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统。

背景技术

石化等流程工业装置处理的大多数为易燃易爆或有毒、腐蚀性介质，一旦发生因腐蚀减薄引发的失效往往造成灾难性后果。特别是在高温的环境下，原油中的硫极容易导致承压设备发生严重的高温硫腐蚀，腐蚀将会导致管壁的减薄，严重时将会导致发生破裂或穿孔，引发火灾等灾害，因此对于高温设备的剩余壁厚的监测十分有必要，由于常规的压电式超声测厚探头测量温度只有几十摄氏度，无法用于高温部位剩余壁厚的长时间测量，其次高温也会使得耦合剂快速蒸发，导致探头和被测面之间耦合不好，使测量准确度下降。市面上存在的电磁超声探头虽然可以完成高温的管线的测量，同时也不需要耦合剂，但仍然用于300℃以上高温部位的长时间监测。

公知技术中，针对主要从两个方面入手来解决问题，其一是从降低被测表面的温度，主要采用的方法为使用导波杆连接探头和被测表面，导波杆上增加翅片进行散热，测量时测量结果为导波杆和被测件厚度之和，然后减去波导杆的长度得到高温承压设备的生于壁厚壁厚；另一种方式则是采用电磁超声测厚探头来对高温承压设备的剩余壁厚进行测量，电磁超声测厚探头无需使用耦合剂，测量较为方便，但用于300℃以上部位的长时间监测仍存在较大的技术问题，且成本高昂。

上述技术中存在如下问题：

常规的压电超声探头使用温度较低，一般要求被测件温度低于60℃，为了能使得压电超声探头能够测量高温的工件，通常会使用导波杆连接超声测厚探头和被测面，从而起到降低温度的作用。但使用导波杆对被测面进行测量的时候，由于导波杆的长度要远大于壁厚的数值，因此在测量计算过程中可能存在较大的偏差，其次导波杆一般为金属杆，为了加强散热性能，都会在导波杆上安装一些散热片，散热片以焊接的方式固定在波导杆上，这些散热片都会使得超声波反射的能量进一步衰减，从而进一步降低测量的精确性。

使用电磁超声测厚探头可以实现对高温承压设备的剩余壁厚进行测量，但是由于高温会使得电磁超声探头前端的磁铁消磁，从而失去测量能力，因此电磁超声探头也无法长时间紧贴在高温承压设备的表面进行测量。也就失去了对高温承压设备的剩余壁厚长期监测的能力。同时电磁超声测厚探头的价格较为高昂，难以大规模的使用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统。该系统具有对高温承压设备的剩余壁厚长期监测的能力。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统，包括伸缩测厚机构以及相应的控制单元，所述伸缩测厚机构包括超声测厚探头以及定时驱动所述超声测厚探头压紧高温承压设备被测面进行测厚并在测厚结束后离开高温承压设备被测面的伸缩单元。

进一步的技术方案：所述伸缩单元包括定位组件、气囊以及压缩气瓶，所述定位组件包括定位板、下端盖以及安装在下端盖上的多个导向支柱，所述定位板上设有供所述导向支柱穿过的通孔，所述气囊上连接有穿过所述定位板以及下端盖并与超声测厚探头固定连接的定位杆，所述定位杆与导向支柱长度方向平行，所述定位板与下端盖之间设有套在所述定位杆上的阻尼弹簧；当所述压缩气瓶向所述气囊中通入气体时，所述气囊膨胀并通过定位板压缩所述阻尼弹簧实现所述超声测厚探头压紧高温承压设备被测面；当所述气囊泄气后，所述阻尼弹簧复位实现所述超声测厚探头离开高温承压设备被测面。

进一步的技术方案：所述喷淋机构包括测厚时向所述高温承压设备被测面喷淋耦合剂的喷淋端以及向所述喷淋端提供耦合剂的耦合剂储罐，所述耦合剂储罐与喷淋端之间的连接管路上设有与所述控制单元控制连接的电磁流量阀。

进一步的技术方案：该系统还包括夹具，所述夹具包括通过螺栓、螺母安装在高温承压设备表面的卡箍，所述卡箍上开设有与高温承压设备被测面对应并用于积聚耦合剂的凹槽。

进一步的技术方案：所述气囊与压缩气瓶之间设有与所述控制单元控制连接的两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的三个接口分别与所述气囊、压缩气瓶以及大气相通。

进一步的技术方案：所述卡箍上设有用于安装所述伸缩测厚机构的支架。

进一步的技术方案：所述超声测厚探头与所述控制单元控制连接。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过伸缩单元定时控制超声测厚探头进行伸缩运动，使得常规超声测厚探头也可以用于高温设备剩余壁厚的在线监测。本发明利用所述伸缩单元可以避免超声测厚探头长时间紧贴在高温承压设备的表面而造成超声测厚探头失去测量能力，从而实现超声测厚探头具备对高温承压设备剩余壁厚长期监测的能力。

(2)本发明使用压缩气体作为伸缩单元的动力源，配合二位三通阀和阻尼弹簧实现超声测厚探头的伸缩运动，在测试的过程中，两位三通阀打开，气瓶向气囊充气，气囊膨胀克服阻尼弹簧阻力将超声测厚探头压在高温承压设备的表面；当测量完成后，通过两位三通阀断开压缩气瓶和气囊的连接，气囊直接与大气相连接，在阻尼弹簧阻尼的作用下将超声测厚探头抬离被测面。压缩气瓶可以循环使用，价格便宜，可以有效的降低单次测量的成本。

(3)本发明为了提高测量精度，延长超声测厚探头使用寿命，设计了喷淋机构，在超声测厚探头向下运动之前，系统的控制单元控制电磁流量阀打开，使得喷淋端开始向高温承压设备被测面喷淋耦合剂(比如水)进行降温，在整个测量过程中持续不断的进行喷淋，可以持续不断的降温保护超声测厚探头，同时使超声测厚探头和被测面之间能够较好的耦合，从而提高测量的准确性。

(4)本发明中伸缩单元中定位组件采用了多个导向支柱和一个定位板的设计，在气囊膨胀的过程中，定位板可以保证超声测厚探头垂直接触到高温承压设备被测面，从保证超声测厚探头与被测面接触面积最大，提高了测量的准确性。

(5)本发明中伸缩测厚机构、喷淋机构都是由基于单片机为核心的控制单元控制，本发明所述控制单元中使用定时器周期的测量高温承压设备的剩余壁厚数据，在测量的间隔系统处于休眠状态，周期测量过程中无需人员值守，可进行大范围的高温承压设备剩余壁厚的监测。

(6)本发明所述夹具结构简单，安装过程对被测承压设备不会造成任何损伤，无需打孔、焊接等额外步骤，安装和拆卸步骤简单，因此能够广泛运用在各种高温承压设备壁厚监测系统中，大大拓展了各种高温承压设备壁厚的检测范围。所述卡箍上的凹槽用于在喷淋过程中积聚耦合剂，一方面可以进一步降低高温承压设备被测面温度，同时在测量过程中能使超声测厚探头完全浸没，从而达到更好的耦合效果。所述耦合剂的介质不限于水，也可以采用其他耦合剂，如硅脂等介质。

(7)本发明系统结构简单，系统运行可靠性高，系统各个部件成本较低，能够广泛的运用于石化工行业的各种高温承压设备的测量现场。

附图说明

图1、2为本发明结构示意图。

图3为本发明运行时状态示意图(离开高温承压设备被测面)。

图4为本发明运行时状态示意图(压紧高温承压设备被测面)。

附图中标记的含义如下：

1-高温承压设备；2-螺母；3-螺栓；4-卡箍；5-超声波测厚探头；6-下端盖；7-阻尼弹簧；8-控制单元；9-两位三通电磁阀；10-压缩气瓶；11-耦合剂储罐；12-气囊；13-定位板；14-导向支柱；15-电磁流量阀；16-喷淋端；17-凹槽；A1-气囊进气控制线；A2-电磁流量阀控制线；A3-超声波测厚探头控制线；A4-两位三通阀与气囊的接口；A5-两位三通阀与大气的接口；A6-两位三通阀与压缩气瓶的接口；A7-电磁流量阀与耦合剂储罐的接口，A8-电磁流量阀与喷淋端的接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案做出更为具体的说明：

如图1、2、3、4所示：本发明包括伸缩测厚机构以及相应的控制单元8，所述伸缩测厚机构包括超声测厚探头5以及定时驱动所述超声测厚探头5压紧高温承压设备1被测面进行测厚并在测厚结束后离开高温承压设备1被测面的伸缩单元。

所述伸缩单元包括定位组件、气囊12以及压缩气瓶10，所述定位组件包括定位板13、下端盖6以及安装在下端盖6上的多个导向支柱14，所述定位板13上设有供所述导向支柱14穿过的通孔，所述气囊12上连接有穿过所述定位板13以及下端盖6并与超声测厚探头5固定连接的定位杆，所述定位杆与导向支柱14长度方向平行，所述定位板13与下端盖6之间设有套在所述定位杆上的阻尼弹簧7；当所述压缩气瓶10向所述气囊12中通入气体时，所述气囊12膨胀并通过定位板13压缩所述阻尼弹簧7实现所述超声测厚探头5压紧高温承压设备1被测面；当所述气囊12泄气后，所述阻尼弹簧7复位实现所述超声测厚探头5离开高温承压设备1被测面。

所述气囊12可以用其他气动或液压机构代替，如笔形气缸、液压缸等等，用于充放的介质也不限于压缩空气或者其他气体、液体。

所述喷淋机构包括测厚时向所述高温承压设备1被测面喷淋耦合剂的喷淋端16以及向所述喷淋端提供耦合剂的耦合剂储罐11，所述耦合剂储罐11与喷淋端16之间的连接管路上设有与所述控制单元8控制连接的电磁流量阀15。

为提高适应性，本发明所述耦合剂储罐11上部分可以充压缩气体以提高喷淋效果，同时也便于所述耦合剂储罐11内压缩气体向气囊12提供，耦合剂储罐11底部盛装喷淋介质，从而进一步简化系统结构。

该系统还包括夹具，所述夹具包括通过螺栓3、螺母2安装在高温承压设备1表面的卡箍4，所述卡箍4上开设有与高温承压设备1被测面对应并用于积聚耦合剂的凹槽17。

所述气囊12与压缩气瓶10之间设有与所述控制单元8控制连接的两位三通电磁阀9，所述两位三通电磁阀9的三个接口分别与所述气囊12、压缩气瓶10以及大气相通。

所述卡箍4上设有用于安装所述伸缩测厚机构的支架。即所述伸缩测厚机构通过所述下端盖6固定在该支架上而实现安装。

所述超声测厚探头5与所述控制单元8控制连接。

本发明的使用过程如下：

图3为系统处于休眠状态，即此时未到达系统规定的测量时间，整个系统处于休眠状态，系统控制单元8未给超声波测厚探头5发出测量信号，超声波测厚探头5未工作，两位三通电磁阀9没有上电，此时伸缩式气囊12与大气相连通，气囊处于收缩状态。

当到达规定的测量时间时，定时器唤醒整个系统。由系统控制单元8通过喷淋机构的电磁流量阀控制线A2先打开流量电磁阀15，耦合剂从耦合剂储罐11中流出经喷淋端流到高温承压设备1被测面上进行降温工作。

随后系统控制单元8通过气囊进气控制线A1控制两位三通电磁阀9，使气囊12与压缩气瓶10相通，从而高压气体进入到气囊12内部，气囊12膨胀，克服阻尼弹簧7的阻力将超声波测厚探头5压到高温承压设备1被测面上，如图4所示。

系统控制单元通过超声波测厚探头信号线A3对超声波测厚探头5发出指令，对高温承压设备1被测面进行测量以获取壁厚数据并将壁厚数据上传到云服务器。

在测量工作完成后，系统控制单元通过气囊进气控制线A1控制两位三通电磁阀9，使气囊12与压缩气瓶10的连接断开，气囊12直接与大气相连接，气囊12排气萎缩，在阻尼弹簧7的作用下，超声波测厚探头5被抬离高温承压设备1被测面，恢复到初始位置。

随后系统控制单元8通过电磁流量阀控制线A2关闭电磁流量阀15，喷淋系统停止喷淋。整个系统恢复到图3的状态，完成整个单次测量过程。系统进入休眠状态，等待定时器的下一次唤醒。

本发明在控制单元中加入定时器用于设定测量时间间隔，除测量周期外绝大多数时间系统处于休眠状态，可以有效的降低系统电能的消耗，提高系统电池的使用寿命。

Claims (4)

1.一种适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统，其特征在于：包括伸缩测厚机构以及相应的控制单元(8)，所述伸缩测厚机构包括超声测厚探头(5)以及定时驱动所述超声测厚探头(5)压紧高温承压设备(1)被测面进行测厚并在测厚结束后离开高温承压设备(1)被测面的伸缩单元；

所述伸缩单元包括定位组件、气囊(12)以及压缩气瓶(10)，所述定位组件包括定位板(13)、下端盖(6)以及安装在下端盖(6)上的多个导向支柱(14)，所述定位板(13)上设有供所述导向支柱(14)穿过的通孔，所述气囊(12)上连接有穿过所述定位板(13)以及下端盖(6)并与超声测厚探头(5)固定连接的定位杆，所述定位杆与导向支柱(14)长度方向平行，所述定位板(13)与下端盖(6)之间设有套在所述定位杆上的阻尼弹簧(7)；当所述压缩气瓶(10)向所述气囊(12)中通入气体时，所述气囊(12)膨胀并通过定位板(13)压缩所述阻尼弹簧(7)实现所述超声测厚探头(5)压紧高温承压设备(1)被测面；当所述气囊(12)泄气后，所述阻尼弹簧(7)复位实现所述超声测厚探头(5)离开高温承压设备(1)被测面；

所述系统还包括喷淋机构，所述喷淋机构包括测厚时向所述高温承压设备(1)被测面喷淋耦合剂的喷淋端(16)以及向所述喷淋端提供耦合剂的耦合剂储罐(11)，所述耦合剂储罐(11)与喷淋端(16)之间的连接管路上设有与所述控制单元(8)控制连接的电磁流量阀(15)；

所述气囊(12)与压缩气瓶(10)之间设有与所述控制单元(8)控制连接的两位三通电磁阀(9)，所述两位三通电磁阀(9)的三个接口分别与所述气囊(12)、压缩气瓶(10)以及大气相通。

2.如权利要求1所述的适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统，其特征在于：该系统还包括夹具，所述夹具包括通过螺栓(3)、螺母(2)安装在高温承压设备(1)表面的卡箍(4)，所述卡箍(4)上开设有与高温承压设备(1)被测面对应并用于积聚耦合剂的凹槽(17)。

3.如权利要求2所述的适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统，其特征在于：所述卡箍(4)上设有用于安装所述伸缩测厚机构的支架。

4.如权利要求1-3任一项所述的适用于高温承压设备的剩余壁厚监测系统，其特征在于：所述超声测厚探头(5)与所述控制单元(8)控制连接。

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