CN110455435A - 一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法 - Google Patents

一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法 Download PDF

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Abstract

一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温光纤装置和表面分布高效测温的分布方法，包括测温光纤（1）、无缝钢管（2）、不锈钢外套（3）、第一个洞孔（4）、第二个洞孔（5）、固定装置（6）等。通过在煤气化炉表面进行的特殊分布方法以达到在某一块区域内实现停留的光纤长度最长，能够测量到更多的温度点和获得准确的温度值，对温度突变点能正确的定位在那块区域上，为探究测温光纤是否能够实现煤气化炉外壁温度监测提供了一种光纤分布方法，为科研人员对探寻实时监测煤气化炉外壁温度变化的监测方法上创造了条件。

Description

一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法
技术领域
本发明涉及高温光纤测温领域，具体涉及一种高效、准确测出煤气化炉外壁每个测量点温度的光纤装置和其分布方法。
背景技术
煤气化炉在正常工作时，炉壁温度达到200℃左右，然而燃烧室炉内衬耐火砖在高温时会溶蚀、受热气体和熔渣的冲刷，使得耐火砖不断变薄，甚至在某些情况下由于砌砖的缺陷，耐火砖会脱落，使得气化炉炉壁表面温度升高至300℃甚至更高。而传统的测量方法主要有传统的表面热电偶、气化炉表面电缆测温和红外热像仪，但是热电偶往往无法覆盖整个表面炉壁、电缆测温无法准确定位、红外热像仪成本昂贵且工作环境不超过50℃，这使得当前煤气化炉外壁温度监测依然是未能很好地找到解决办法。
随着分布式光纤测温技术的发展，分布式光纤测温系统利用拉曼散射原理和光时域反射技术，通过光纤中反斯托克斯的光强受温度影响的变化而得出检测点的温度及位置，在工业现场已经有所应用，而利用这一技术，我们可以解决目前煤气化炉外壁温度检测难题。市场上的高温光纤主要是无缝钢管复合光纤，能在高温恶劣的环境下使用，这种光纤的缺陷是由于是钢管外套保护从而牺牲了光纤的柔韧性，加上耐火砖发生减薄或者脱落的情况是随机的，传统上的直线分布测温光纤的测量效果并不明显，如何分布光纤能正确、快速的判断出发生异常状况的位置可以让工作人员在后期对煤气化炉进行修补维护节省很多的时间。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供了一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，即实现如何分布光纤能正确得到温度数据和快速的判断出发生异常状况的位置。
为实现本发明目的，在装置结构上，对无缝钢管复合光纤在外层上再加上一层不锈钢管，对煤气化炉表面进行区域划分，并将测温光纤弯曲成一个一个等大的圆形结构，且置于煤气化炉外壁表面上，每一个区域内设置一个圆形结构的测温光纤，用固定装置对测温光纤进行固定；所述的不锈钢管设有一对对洞孔为一号洞孔和二号洞孔。
进一步，所述的围成圆形结构的测温光纤的周长由煤气化炉所用的耐火砖的面积来确定，即将煤气化炉外壁进行区域划分，分布设计原理为先从划分的区域的一侧排放到区域内局部绕成一个圈再经过另外一侧进入到下一个区域内局部绕圈，以此类推。
进一步，围成圆形结构的规则是保证测温光纤不会被折断且在划分的区域里光纤长度最长。
进一步，所述的不锈钢管设有一对对洞孔为一号洞孔和二号洞孔，该两个洞孔的距离大小为上述的圆形结构光纤的周长，且该两个洞孔开孔方向相反。
进一步，进一步，所述的固定装置采用氮化硼材料通过模具成型，且在划分的区域内放置的光纤上至少设置有6个固定点。
进一步，该装置的具体使用方法如下：
第一步，根据煤气化炉设计图得知耐火砖的长度和宽度大小及分布状况，对煤气化炉表面进行区域划分；
第二步，根据划分的区域大小，根据分布原理设计测温光纤的分布路线，计算测温光纤需要围成圆形所需要的最合适的长度，该长度即为不锈钢管外套两个洞孔之间的距离；
第三步，根据上述得到的长度在不锈钢管外套上开好一对对洞孔；
第四步，将无缝钢管复合光纤放入开好洞孔的不锈钢管外套里，按照设计好的光纤分布路线进行安置光纤，使不锈钢管外套的两个相反的洞孔重合在一起构成一个个圆形结构，用固定装置固定重合后的两个洞孔和将测温光纤固定在煤气化炉外壁上；
第五步，对划分的区域进行标号排序处理且记录每个区域内停留的光纤的总长度；
第六步，将光纤探头接入光纤测温设备，启动煤气化炉，采集和处理温度数据，实时监控煤气化炉外壁温度变化，若是测温设备上读取到存在一段距离的温度上升，通过相关程序将获得的温度变化的这一段距离进行处理得到是哪个标号的区域发生温度突变且发出警报。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过设计光纤分布的路线在煤气化炉的外壁上呈一个接一个圆形，该圆形为紧贴在对应的煤气化炉的一个耐火砖的外壁上，当某个区域发生温度突变，该区域内的光纤得到的温度曲线是一段与该圆形长度大体相同长度的温度上升曲线，而不是传统测温形式上得到一个单点或者一小段温度的变化；
2、本发明通过光纤测温设备得到一段温度的上升曲线变化，由于光纤的特有特性，通过光时域反射技术等计算可以快速的确定是哪个区域的温度发生了突变，即煤气化炉外壁上哪块耐火砖发生了异常；
3、本发明提出的光纤分布路线包括了每一块耐火砖的同时，几乎也将每2块耐火砖之间的缝隙也设置有光纤经过，从而增强了对整个煤气化炉外壁的温度监控，更便于科研人员对探寻实时监测煤气化炉外壁温度变化的监测方法上提供了便利。
说明书附图：
图1示意了本发明测温光纤的结构示意图；
图2示意了本发明无缝钢管外套的不锈钢管的开孔示意图；
图3示意了本发明测温光纤在煤气化炉外壁的分布示意图；
1、测温光纤；2、无缝钢管；3、不锈钢外套；4、一号洞孔；5、二号洞孔；6、固定装置。
具体实施方式：
（在耐火砖长度为20cm(长)*15cm（宽）*10cm（高）的煤气化炉外壁上进行监控测温）
下面根据图1-3对本发明的具体实施方式进一步解释
它包括对无缝钢管）复合光纤1在外层上再加上一层不锈钢管3，对煤气化炉表面进行区域划分，并将测温光纤弯曲成一个一个等大的圆形结构，且置于煤气化炉外壁表面上，每一个区域内设置一个圆形结构的测温光纤，用固定装置6对测温光纤进行固定；所述的不锈钢管3设有一对对洞孔为一号洞孔4和二号洞孔5。
进一步，所述的围成圆形结构的测温光纤1的周长由煤气化炉使用的耐火砖的面积来确定，即先将煤气化炉外壁进行区域划分，每个区域划分在之间，分布设计原理为先从划分的区域的一侧排放到区域内局部绕成一个圈再经过另外一侧进入到下一个区域内局部绕圈，以此类推。
进一步，围成圆形结构的规则是保证测温光纤不会被折断且在划分的区域里光纤长度最长。
进一步，所述的不锈钢管3设有一对对洞孔为一号洞孔4和二号洞孔5，该两个洞孔的距离大小为上述的圆形结构光纤的周长，且该两个洞孔开孔方向相反，考虑到外套为不锈钢外套3制作而成，这段圆形的周长不应该低于50cm，每对洞孔之间的距离至少要比划分的区域的宽度多出5cm-10cm，这个由现场具体情况来定。
进一步，所述的固定装置6采用氮化硼材料通过模具成型，且在划分的区域内放置的光纤上至少设置有6个固定点。
进一步，该装置的使用方法如下：
第一步，根据煤气化炉设计图得知耐火砖的长度和宽度大小及分布状况，对煤气化炉表面进行区域划分；
第二步，根据划分的区域大小，根据分布原理设计测温光纤1的分布路线，计算测温光纤需要围成圆形所需要的最合适的长度，该长度即为不锈钢管外套3两个洞孔之间的距离；
第三步，根据上述得到的长度在不锈钢管外套3上开好一对对洞孔；
第四步，将无缝钢管2复合光纤1放入开好洞孔的不锈钢管外套3里，按照设计好的光纤分布路线进行安置光纤1，使不锈钢管外套3的两个相反的洞孔重合在一起构成一个个圆形结构，用固定装置6固定重合后两个洞孔和将测温光纤固定在煤气化炉外壁上；
第五步，对划分的区域进行标号排序处理且记录每个区域内停留的光纤的总长度；
第六步，将光纤探头接入光纤测温设备，启动煤气化炉，采集和处理温度数据，实时监控煤气化炉外壁温度变化，若是测温设备上读取到存在一段距离的温度上升，通过相关程序将获得的温度变化的这一段距离进行处理得到是哪个标号的区域发生温度突变且发出警报。
本发明的工作原理：
通过本发明设计的对无缝钢管复合光纤再加一层不锈钢外套，弯曲成一个圆形，较与相对于传统的分布方法，即拉成一条直接一圈圈绕在煤气化炉表面，对于一块固定大小的区域，停留在该区域的光纤长度，一个圆形的长度远远的大于直线的长度。根据反斯托克斯光的强度受温度影响的变化可准确定位检测点的温度，考虑到现在大多数的拉曼DTS系统的空间分辨率所能达到的精度和各种其他条件的限制，若停留在某块区域内的光纤长度越长，能测量的温度点就越多且越准确。在此需要说明的是，由于分布式光纤测温定位系统已部分应用于工业生产现场，因而分布式光纤测温定位系统在本发明中未做详细说明，本发明所述测温光纤即为分布式测温定位系统中所配套采用的测温光纤。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体方法或特性等常识在此未作过多的描述。应当指出，对于本技术领域人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以进行若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，其特征在于：
它包括对无缝钢管（2）复合光纤（1）在外层上再加上一层不锈钢管（3），对煤气化炉表面进行区域划分，并将测温光纤弯曲成一个一个等大的圆形结构，且置于煤气化炉外壁表面上，每一个区域内设置一个圆形结构的测温光纤，用固定装置（6）对测温光纤进行固定；
所述的不锈钢管（3）设有一对对洞孔为一号洞孔（4）和二号洞孔（5）。
2.根据权利要求1所述的一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，其特征在于：
所述的围成圆形结构的测温光纤（1）的周长由煤气化炉使用的耐火砖的面积来确定，即将煤气化炉外壁进行区域划分，分布设计原理为先从划分的区域的一侧排放到区域内局部绕成一个圈再经过另外一侧进入到下一个区域内局部绕圈，以此类推。
3.根据权利要求1所述的一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，其特征在于：
所述的围成圆形结构的规则是保证测温光纤（1）不会被折断且在划分的区域里光纤（1）长度最长。
4.根据权利要求1所述的一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，其特征在于：
所述的不锈钢管（3）设有一对对洞孔为一号洞孔（4）和二号洞孔（5），该两个洞孔的距离大小为上述的圆形结构光纤的周长，且该两个洞孔开孔方向相反。
5.根据权利要求1所述的一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，其特征在于：
所述的固定装置（6）采用氮化硼材料通过模具成型，且在划分的区域内放置的光纤上至少设置有6个固定点。
6.根据权利要求1-5所构成的一种基于无缝钢管复合光纤在煤气化炉外壁的测温方法，其特征在于：
第一步，根据煤气化炉设计图得知耐火砖的长度和宽度大小及分布状况，对煤气化炉表面进行区域划分；
第二步，根据划分的区域大小，根据分布原理设计测温光纤（1）的分布路线，计算测温光纤（1）需要围成圆形所需要的最合适的长度，该长度即为不锈钢管外套（3）两个小孔之间的距离；
第三步，根据上述得到的长度在不锈钢管外套（3）上开好一对对洞孔；
第四步，将无缝钢管（2）复合光纤（1）放入开好洞孔的不锈钢管外套（3）里，按照设计好的光纤分布路线进行安置光纤（1），使不锈钢管外套（3）的两个相反的洞孔重合在一起构成一个个圆形结构，用固定装置（6）固定重合后的两个洞孔和将测温光纤固定在煤气化炉外壁上。
第五步，对划分的区域进行标号排序处理且记录每个区域内停留的光纤的总长度。
第六步，将光纤探头接入光纤测温设备，启动煤气化炉，采集和处理温度数据，实时监控煤气化炉外壁温度变化，若是测温设备上读取到存在一段距离的温度上升，通过相关程序将获得的温度变化的这一段距离进行处理，可以得到是哪个标号的区域发生温度突变且发出警报。
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