CN110967381A - 一种酸储罐衬胶老化破损监测系统 - Google Patents

一种酸储罐衬胶老化破损监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种酸储罐衬胶老化破损监测系统，监测系统包括监测传感器与电化学交流阻抗监测仪，监测传感器设置在连接管道的两个法兰之间，监测传感器包括衬胶垫片及电极，衬胶垫片和电极均为环形结构，衬胶垫片沿圆周方向设置有容置空间，电极的一圆周端部设在容置空间内，另一圆周端部探出容置空间以与管道内液体接触，电极由耐酸金属材质制成；监测传感器用于采集电化学信号，电化学交流阻抗监测仪用于对电化学信号进行分析，并根据分析结果得到电化学交流阻抗值。本发明设计的监测系统适用于酸储罐的浓酸介质环境，电极使用寿命长，无需在罐本体打孔或更改进出口管道，且基于电化学交流阻抗测量原理，能快速响应，实时监测罐内衬胶完整性。

Description

一种酸储罐衬胶老化破损监测系统
技术领域
本发明涉及衬胶完整性在线监测系统领域，尤其涉及一种酸储罐衬胶老化破损监测系统。
背景技术
国内电力、化工等行业的酸储罐大部分采用碳钢加硬质橡胶内衬的防腐设计，硬质橡胶防腐性能优良，但延展性差，在受外力震动和损伤的情况下易造成局部失效。酸罐衬胶普遍存在不同程度的缺陷，如衬胶表面粉化、开裂、大面积密集鼓泡、搭接缝开裂、罐体腐蚀穿孔等各类腐蚀问题，主要原因为：橡胶衬里的正常老化，安装和检修期间橡胶衬里遭受外力损伤，新机组储罐橡胶衬里原材料与施工质量问题等。酸储罐衬胶缺陷引起的腐蚀穿孔对于工业设备稳定运行以及人员安全造成严重威胁。
检查衬胶是否有锈迹、鼓泡、开裂，常规采用外观检查、叩诊锤、电火花等方法，而针对酸储罐的衬胶老化破损监测技术，国内外尚未有成熟的实时在线监测技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种酸储罐衬胶老化破损监测系统，以便于监测酸储罐衬胶完整性，所述技术方案如下：
本发明提供一种酸储罐衬胶老化破损监测系统，所述酸储罐的进口和\或出口处设置有与所述酸储罐连通的管道，所述管道内壁设置有衬胶，所述监测系统包括监测传感器与电化学交流阻抗监测仪，所述监测传感器与电化学交流阻抗监测仪的输入端电连接，所述监测传感器设置在用于连接管道的两个法兰之间，所述监测传感器包括衬胶垫片及与衬胶垫片连接的电极，所述衬胶垫片和电极均为环形结构，所述衬胶垫片沿圆周方向设置有容置空间，所述电极的一圆周端部设置在容置空间内，另一圆周端部探出容置空间以与管道内液体接触，所述衬胶垫片与电极同轴设置，所述电极由耐酸金属材质制成；
所述监测传感器用于采集电化学信号，所述电化学交流阻抗监测仪用于对电化学信号进行分析，并根据所述分析结果得到电化学交流阻抗值。
进一步地，所述电极由铂金属材质制成。
进一步地，所述电极为具有多个网孔的网状结构。
进一步地，所述电极具有第一中心孔，所述衬胶垫片具有第二中心孔，所述第一中心孔的半径小于第二中心孔的半径。
进一步地，所述监测传感器还包括设置在衬胶垫片外的连接部，所述连接部与电极通过焊接固定连接，所述连接部远离衬胶垫片的端部设置有接线插头。
进一步地，所述电化学交流阻抗监测仪包括发射模块、测量模块、数据处理模块、数据存储模块、数据传输模块、显示屏和数据转换模块，所述发射模块用于向监测传感器发射正弦波电位信号，所述监测传感器用于对正弦波电位信号进行反馈得到电化学信号并发送至测量模块，所述测量模块用于对电化学信号进行测量以得到响应信号，所述数据处理模块用于对电化学信号和响应信号进行运算得到阻抗信号，所述数据转换模块用于将阻抗信号转换为显示屏能够显示的数据格式。
进一步地，所述电化学交流阻抗监测仪具有通讯接口、电极测量接口和电源接口，所述通讯接口通过数据线与参数设置单元连接；所述电极测量接口通过集成测量导线与电极连接，以形成电化学回路；所述电源接口通过连接线与电源连接。
进一步地，所述电化学交流阻抗监测仪还包括电源模块、控制机构及与所述控制机构连接的报警器，当检测的阻抗值低于目标阈值时，所述控制机构触发所述报警器工作。
进一步地，所述监测系统还包括参数设置单元，所述电化学交流阻抗监测仪与参数设置单元的输入端电连接。
进一步地，所述管道包括与所述酸储罐连通的第一管道及与所述第一管道连接的第二管道，所述第一管道和第二管道外通过第一法兰和第二法兰固定连接，所述第一法兰和第二法兰之间设置有监测传感器。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.本发明设计的酸储罐衬胶老化破损监测系统，适用于酸储罐的浓酸介质环境，电极使用寿命长，安装结构简单、无需在酸储罐本体打孔或更改进出口管道设计，且基于电化学交流阻抗测量原理，能快速响应，实时监测酸储罐内衬胶完整性；
b.本发明设计的酸储罐衬胶老化破损监测系统，将电极与衬胶集成连接，根据衬胶的材质、结构形状进行定制生产，电极性能稳定，适用范围广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明实施例提供的酸储罐衬胶老化破损监测系统的整体结构图；
图2是本发明实施例提供的酸储罐衬胶老化破损监测系统的衬胶和电化学交流阻抗监测仪的结构图；
图3是本发明实施例提供的酸储罐衬胶老化破损监测系统的衬胶和电极的立体图；
图4是本发明实施例提供的酸储罐衬胶老化破损监测系统的衬胶和电极的剖面图；
图5是本发明实施例提供的酸储罐衬胶老化破损监测系统的衬胶的俯视图。
其中，附图标记包括：1-衬胶，11-连接部，2-管道，21-第一管道，22-第二管道，3-电极，4-电化学交流阻抗监测仪，41-通讯接口，42-电极测量接口，43-电源接口，5-参数设置单元，6-接线插头，7-测量导线，8-第一法兰，9-酸储罐，10-第二法兰。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本发明的一个实施例中，提供了一种酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，具体结构参见图1，所述酸储罐内容置浓酸液体，所述管道内壁设置有硬质橡胶内衬即衬胶以防腐，所述酸储罐9的进口和\或出口处设置有与所述酸储罐连通的管道，所述管道2包括与所述酸储罐连通的第一管道21及与所述第一管道21连接的第二管道22，第一管道21为竖直管道，第二管道22为弯头管道，即具有弯折部，所述第一管道21和第二管道22外通过第一法兰8和第二法兰10固定连接，所述第一法兰8和第二法兰10之间设置有监测传感器。
所述监测系统的具体结构如下：具体参见图1和图2，所述监测系统包括监测传感器、电化学交流阻抗监测仪4以及参数设置单元5，所述监测传感器与电化学交流阻抗监测仪4的输入端电连接，所述电化学交流阻抗监测仪4与参数设置单元5的输入端电连接；所述监测传感器包括衬胶垫片1及与衬胶垫片1连接的电极3，所述衬胶垫片1由耐酸腐蚀的橡胶材质制成，衬胶垫片的材质与管道内衬胶的材质相同。所述衬胶垫片1和电极3均为环形结构，参见图3至图5，所述衬胶垫片1沿圆周方向设置有容置空间，即衬胶垫片1为一体成型的上层结构、连接部和下层结构，上下两层结构与连接部之间形成具有一端敞开结构的容置空间(容置空间指衬胶垫片为两层结构，两层结构的外边缘是一体结构，内边沿可打开，将电极放置在两层结构之间，即衬胶垫片将电极边缘包裹)，所述电极3的一圆周端部设置在容置空间内，另一圆周端部探出容置空间以与管道2内液体接触，且所述衬胶垫片1与电极连接的内圆周端部也会与管道内液体接触，以与原衬胶垫片处于同一环境下，且所述衬胶垫片1与电极3、管道2均同轴设置，具体地，所述电极3具有第一中心孔，所述衬胶垫片1具有第二中心孔，所述第一中心孔的圆心与第二中心孔的圆心重合，所述第一中心孔的半径小于第二中心孔的半径。将电极集成于衬胶垫片中，可根据原衬胶垫片的材质、结构形状进行定制生产。
因所述电极长期与浓酸介质接触，所述电极3由耐酸金属材质制成，优选使用铂金属为电极，铂网作为电极，电极性能稳定，使用范围广泛，此外，为了增加电极与衬胶垫片的结合力，同时减少其对液体流量的影响，并保证与流经管道的液体有一定的接触面积，将电极3设计成为具有多个网孔的网状结构。
所述监测传感器还包括设置在衬胶垫片1外的连接部11，所述连接部11与衬胶垫片1可形成一体结构，参见图3和图4，所述连接部11由耐酸腐蚀的橡胶材质制成，所述连接部11与电极3通过焊接固定连接，所述连接部11远离衬胶垫片1的端部设置有接线插头6，所述接线插头6用于接线，以便于与电化学交流阻抗监测仪4连接。
本发明提供的监测系统，采用与衬胶垫片连接的电极，并将两者安装于通过法兰8连接的酸储罐的进口管道或出口管道处，避免对酸储罐本体开孔或更改进出口管道设计。电极使用寿命长，安装结构简单，当衬胶垫片破损严重需要更换时，只需卸载法兰，取出衬胶垫片和电极，再放置新的衬胶垫片和电极于管道内，安装法兰后即可正常使用。
所述电化学交流阻抗监测仪4的具体结构如下：所述电化学交流阻抗监测仪4包括发射模块、测量模块、数据处理模块、数据存储模块、数据传输模块、显示屏和数据转换模块，所述发射模块用于向监测传感器发射正弦波电位信号，所述监测传感器用于对正弦波电位信号进行反馈得到电化学信号并发送至测量模块，所述测量模块用于对电化学信号进行测量以得到响应信号，所述数据处理模块用于对电化学信号和响应信号进行运算得到阻抗信号，所述数据转换模块用于将阻抗信号转换为显示屏能够显示的数据格式，即在显示屏上可以看到阻抗数值。所述数据存储模块用于存储阻抗数据。
所述电化学交流阻抗监测仪4还具有通讯接口41、电极测量接口42和电源接口43，所述通讯接口41通过数据线与参数设置单元5连接，所述电极测量接口42通过集成在接线插头6中测量导线7与电极3连接，形成电化学回路；所述电源接口43通过连接线与电源连接。
所述监测传感器用于采集电化学信号，所述电化学交流阻抗监测仪4用于对接收的电化学信号以进行分析，并根据所述分析结果得到电化学交流阻抗值，进而得到衬胶老化破损性能指标，即根据阻抗数值变化可以得知衬胶是否老化破损。
测量原理如下：基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压(或电流)对测得的信号电流(或电压)的相位移及阻抗的幅模值。从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。阻抗中涉及的参数有阻抗幅模(|Z|)、阻抗实部(Z,)、阻抗虚部(Z,,)、相位移(θ)、频率(ω)等变量。
基于电化学原理，采用小振幅的正弦波电位为扰动信号，测量响应信号值，由不同的频率的响应信号与扰动信号之间的比值，可以得到不同频率下阻抗的模值与相位角，从而可以进一步计算得到阻抗值，即是监测仪发出小幅度正弦波，并测量响应，通过电化学阻抗的测量，根据管道衬胶破损前后阻抗的变化判断管道衬胶的破损。
所述管道衬胶老化破损与阻抗值的关系如下：1)衬胶垫片未破损，阻抗值数量级为106Ω-1012Ω；2)衬胶垫片出现裂纹或小面积破损，阻抗值显著下降，数量级下降103左右；随着破损面积增加，阻抗值降低，因此，通过阻抗值变化，可以得知衬胶是否老化破损。
所述电极3探出容置空间的部分需与浓酸介质接触，所述电极3作为一个反应电极，而碳钢罐本体相当于另一个反应电极，浓酸介质作为电解液，相当于双电极体系，利用电化学交流阻抗测量原理，能快速响应，实时监测酸储罐衬胶垫片完整性。
所述电化学交流阻抗监测仪4还包括与控制机构连接的报警器，当检测的阻抗值低于目标阈值时，所述控制机构触发报警器启动，告知操作人员及时更换衬胶。电化学交流阻抗监测仪可实时反馈酸储罐衬胶状态，响应快速，保证设备的安全稳定运行。
所述电化学交流阻抗监测仪4通过数据线连接参数设置单元，参数设置单元优选为计算机，可进行电化学交流阻抗监测仪参数设置，包括监测时间间隔、报警的目标阈值等。所述数据传输模块用于将阻抗值传输至参数设置单元。
本发明设计的本发明设计的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，适用于酸储罐的浓酸介质环境，电极使用寿命长，安装结构简单、无需在酸储罐本体打孔或更改进出口管道设计，且基于电化学交流阻抗测量原理，能快速响应，实时监测酸储罐内衬胶完整性。本发明设计的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，将电极与衬胶垫片集成连接，根据衬胶的材质、结构形状进行电极的定制生产，电极性能稳定，适用范围广泛。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述酸储罐(9)的进口和\或出口处设置有与所述酸储罐连通的管道(2)，所述管道(2)内壁设置有衬胶，其特征在于，所述监测系统包括监测传感器与电化学交流阻抗监测仪(4)，所述监测传感器与电化学交流阻抗监测仪(4)的输入端电连接，所述监测传感器设置在用于连接管道的两个法兰之间，所述监测传感器包括衬胶垫片(1)及与衬胶垫片(1)连接的电极(3)，所述衬胶垫片(1)和电极(3)均为环形结构，所述衬胶垫片(1)沿圆周方向设置有容置空间，所述电极(3)的一圆周端部设置在容置空间内，另一圆周端部探出容置空间以与管道(2)内液体接触，所述衬胶垫片(1)与电极(3)同轴设置，所述电极(3)由耐酸金属材质制成；
所述监测传感器用于采集电化学信号，所述电化学交流阻抗监测仪(4)用于对电化学信号进行分析，并根据所述分析结果得到电化学交流阻抗值。
2.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述电极(3)由铂金属材质制成。
3.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述电极(3)为具有多个网孔的网状结构。
4.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述电极(3)具有第一中心孔，所述衬胶垫片(1)具有第二中心孔，所述第一中心孔的半径小于第二中心孔的半径。
5.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述监测传感器还包括设置在衬胶垫片(1)外的连接部(11)，所述连接部(11)与电极(3)通过焊接固定连接，所述连接部(11)远离衬胶垫片(1)的端部设置有接线插头(6)。
6.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述电化学交流阻抗监测仪(4)包括发射模块、测量模块、数据处理模块、数据存储模块、数据传输模块、显示屏和数据转换模块，所述发射模块用于向监测传感器发射正弦波电位信号，所述监测传感器用于对正弦波电位信号进行反馈得到电化学信号并发送至测量模块，所述测量模块用于对电化学信号进行测量以得到响应信号，所述数据处理模块用于对电化学信号和响应信号进行运算得到阻抗信号，所述数据转换模块用于将阻抗信号转换为显示屏能够显示的数据格式。
7.根据权利要求6所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述电化学交流阻抗监测仪(4)具有通讯接口(41)、电极测量接口(42)和电源接口(43)，所述通讯接口(41)通过数据线与参数设置单元(5)连接；所述电极测量接口(42)通过集成测量导线(7)与电极(3)连接，以形成电化学回路；所述电源接口(43)通过连接线与电源连接。
8.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述电化学交流阻抗监测仪(4)还包括电源模块、控制机构及与所述控制机构连接的报警器，当检测的阻抗值低于目标阈值时，所述控制机构触发所述报警器工作。
9.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括参数设置单元(5)，所述电化学交流阻抗监测仪(4)与参数设置单元(5)的输入端电连接。
10.根据权利要求1所述的酸储罐衬胶垫片老化破损监测系统，其特征在于，所述管道(2)包括与所述酸储罐连通的第一管道(21)及与所述第一管道(21)连接的第二管道(22)，所述第一管道(21)和第二管道(22)外通过第一法兰(8)和第二法兰(10)固定连接，所述第一法兰(8)和第二法兰(10)之间设置有监测传感器。
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