CN111855112A - 一种换热器泄漏检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及属于换热器泄露检测的技术领域，具体涉及一种换热器泄漏检测系统及检测方法。系统包括泄漏检测装置和泄漏检测控制单元，泄漏检测装置包括样品采样池、液位敏感池、两路液封管线和两路放空管线；样品采样池为水冷型冷凝器；样品采样池的底部出口通过连接上游流路管线连通着液位敏感池的中部进口，液位敏感池的底部出口通过排液管线连通着并联的两路液封管线，液位敏感池的上部出口连通着并联的两路放空管线，泄漏检测控制单元包括内浮筒液位计、远传转子流量计和计算机系统，计算机系统采用DCS或PLC实现。本发明能及时、准确识别换热器的早期泄漏，并判断泄漏的严重程度，具有更广泛的应用领域。

Description

一种换热器泄漏检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及属于换热器泄露检测的技术领域，具体涉及一种换热器泄漏检测系统及检测方法。

背景技术

在化工、石油化工领域，换热器被广泛应用，换热器在实际运行过程中，由于某些原因可能会导致泄漏的发生，泄漏会产生严重的后果，尤其对于高压反应器的换热器，如氨合成换热器、甲醇合成换热器等。这类反应器一般过程介质为高温、高压气体（多为可燃、有毒介质），冷却介质一般为脱盐水,经换热后产生不同压力等级的蒸汽。一旦换热器换热管大量泄漏，气体泄漏至换热介质系统（蒸汽系统）轻则影响装置生产，重则造成人员中毒、爆炸事故的发生，因此对这类换热器的泄漏检测，尤其是早期的微泄漏检测，对安全生产具有重要意义。

目前对这类换热器的泄漏检测，根据不同介质特性，有采用检测换热介质电导率或pH值的变化，但这类检测方法对不同介质不具有普遍性，即不能检测对电导率或pH值变化不敏感的介质泄漏。另外也有采用气体分析仪直接测量气相组分的，但分析仪的投资及维护成本很高，且检测时间滞后，因此需要开发出一种新型的换热器泄漏检测系统及方法。

发明内容

为避免上述现有技术的不足，本发明提供一种换热器泄漏检测系统及检测方法，区别于常规的直接泄漏气体检测、电导率或PH值检测，而采用样品动态采样池进行采样，并通过液位敏感池对液位进行测量，可判断泄漏是否发生以及判断早期泄漏严重程度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种换热器泄漏检测系统，所述系统包括泄漏检测装置、泄漏检测控制单元；

所述泄漏检测装置包括样品采样池、液位敏感池、两路液封管线和两路放空管线；

所述样品采样池为水冷型冷凝器，且换热器的换热介质经样品采样池降温后的温度≤30℃，所述液位敏感池的横截面积≤200mm、高度≤2m；

所述样品采样池的顶部进口接通有并联的两支路，其中一支路通过样品采样管线连通着换热器的换热介质出口31，且样品采样管线上依次设有第一针型阀32和第二针型阀33，另一支路依次通过第一止逆阀34和氮气截止阀35接通氮气口36；

所述样品采样池的的底部出口通过连接上游流路管线连通着液位敏感池的中部进口，液位敏感池的底部出口通过排液管线连通着并联的两路液封管线，两路液封管线的高位端连通，且设有排放口41，其中一路液封管线上设有第一常闭针型阀门42，另一路液封管线上依次设有第一常开针型阀门43和第一电磁阀44；

所述液位敏感池的上部出口连通着并联的两路放空管线，两路放空管线之间依次通过第二电磁阀51、第二常开针型阀52连通，且连通出处设有放空口53，其中一路放空管线上设有安全阀54，另一路放空管线上通过第二常闭针型阀55设有取样点56；

所述泄漏检测控制单元包括内浮筒液位计61和远传转子流量计71，且内浮筒液位计61配合设置在液位敏感池内，远传转子流量计71安装在排液管线上；所述计算机系统采用DCS或PLC实现。

进一步，所述第一法兰直通管11的高度≥1.5m，第一法兰直通管11的下部进水口通过循环水给水管线接通循环给水口91，且在循环水给水管线上依次设有给水阀92、就地转子流量计93和第二止逆阀94，第一法兰直通管11的上部出水口通过回水管线接通循环回水口95，且回水管线上设有回水阀96，第一法兰直通管11的底部通过排污截止阀13接通排污口14；所述螺旋盘管12布设在第一法兰直通管11内，且螺旋盘管12走换热器的换热介质。

进一步，所述液位敏感池包括竖直布设的第二法兰直通管21，且第二法兰直通管21的管径为50～200mm，第二法兰直通管21的高度≤2m。

进一步，所述连接上游流路管线上分别设有压力表81和温度计82。

本发明还包括一种换热器泄漏检测系统的检测方法，方法步骤如下：

S1：泄漏检测装置运行

11）、打开第一止逆阀34和氮气截止阀35，通过氮气管线向系统中通入氮气，对系统进行吹扫排净后，关闭第一止逆阀34和氮气截止阀35；

12）、开启给水阀92，向样品采样池通入循环水，并通过就地转子流量计13随时观察给水情况，第二止逆阀94防止循环水回流，样品采样池出现干烧；

13）、打开第一针型阀32和第二针型阀33，向螺旋盘管12中通入换热器的换热介质，换热介质通过螺旋盘管12降温后从底部出口通过连接上游流路管线流入液位敏感池内，且换热介经过螺旋盘管12后温度≤30℃；

14）、缓慢打开第一常开针型阀42，调节远传转子流量计71，使液位敏感池稳定在50%的液位，两路液封管线的液位均≥1/2液位敏感池的高度；

S2：泄漏检测控制

21）、内浮筒液位计61实时测得液位敏感池的液位，液位信号采用4～20 mA送至计算机系统，当液位敏感池的液位降低至设定值时，计算机系统触发报警信号，判断被检测的换热器的换热介质发生泄漏；

22）、当检测到液位敏感池的液位继续降低，且降低至液位敏感池高度的25%时，计算机系统联锁关闭第一电磁阀44；

23）、根据检测到的液位敏感池液位，计算机系统分析液位下降速率，判断被检测的换热器的泄漏严重程度，当液位下降速率过快，当则判定泄漏严重并发出报警；

S3：检测报警控制

由远传转子流量计71测得经排液管线流出液位敏感池的液体流量，流量信号采用4～20 mA送至计算机系统，由计算机系统进行分析判断，来辅助判断换热器发生泄漏的状况，以单位时间内液位敏感池的液位变化率，和单位时间内远传转子流量计71的流量变化量作为泄漏严重程度的判断依据，并在发生严重泄漏时由计算机系统发出报警。

进一步，在步骤S2中，计算机系统按设定时间联锁打开第二电磁阀51，进行定期排放系统中的不凝性气体，且设定时间可为24小时。

进一步，在步骤23）中，计算机系统判断被检测的换热器的泄漏严重程度，当泄漏严重发出报警时，通过取样点56进行样品取样，避免开车阶段局部带气造成误报。

本发明的有益效果包括：

（1）本发明中泄漏检测装置包括样品采样池、液位敏感池，样品采样池为水冷型冷凝器可以将换热器的换热介质迅速冷凝降温，当降温后的换热介质进入液位敏感池，在液位敏感池中气液分离形成一稳定液位，由于液位敏感池的横截面积较小，对于液位变化灵敏；当液位敏感池的液位出现非正常下降，内浮筒液位计检测到的液位变化被转换为4～20mA电信号送至计算机系统，计算机系统据此判断换热器发生泄漏；同时根据液位敏感池的液位下降速率、远传转子流量计的流量变化判断被检测的换热器的泄漏严重程度，并发出报警；因此本发明换热器泄漏检测系统的检测方法能及时、准确识别换热器的早期泄漏，并判断泄漏的严重程度，为装置停车、检修赢得宝贵时间，对保证装置的稳定、安全运行具有重要意义；

（2）本发明换热器泄漏检测系统采用内浮筒液位计+远传转子流量计的测量方法，当换热器发生泄漏时，气相介质泄漏至蒸汽系统，经样品采样池冷凝后，泄漏介质不溶于水或部分溶解于水后PH值或电导率变化不明显，此时传统的电导率或PH值测量方法并不适用，而由于泄漏的发生，即使微量泄漏，由于液位细微变化的积分作用，在一定时间内也会产生明显的液位变化，内浮筒液位计+远传转子流量计能迅速检查此液位的变化及变化率，因此本发明具有更广泛的应用领域；

（3）本发明采用传统常规仪表，相较于其它直接采用分析气相成分的测量方法（如红外分析仪、热导分析仪、色谱分析仪），测量原理简单，不受混合气体中其它气体组分干扰，且浮筒液位计在冷凝真空工况抗干扰能力更强，具有更高的可靠性，更易于维护；因此投资费用不高、维护成本低，易于撬装集成，具有更高的性价比，具有更广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

附图标记说明：11第一法兰直通管、12螺旋盘管、13排污截止阀、14排污口、21第二法兰直通管、31换热介质出口、32第一针型阀、33第二针型阀、34第一止逆阀、35氮气截止阀、36氮气口、41排放口、42第一常闭针型阀门、43第一常开针型阀门、44第一电磁阀、51第二电磁阀、52第二常开针型阀、53放空口、54安全阀、55第二常闭针型阀、56取样点、61内浮筒液位计、71远传转子流量计、81压力表、82温度计、91循环给水口、92给水阀、93就地转子流量计、94第二止逆阀、95循环回水口、96回水阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

见图1，一种换热器泄漏检测系统，所述系统包括泄漏检测装置和泄漏检测控制单元；

所述泄漏检测装置包括样品采样池、液位敏感池、两路液封管线和两路放空管线；

所述样品采样池为水冷型冷凝器，包括竖直布设的第一法兰直通管11和螺旋盘管12，螺旋盘管12的管径为12mm，螺旋盘管12布设在第一法兰直通管11内，第一法兰直通管11的高度≥1.5m，且底部通过排污截止阀13接通排污口14，排污管线的管径为15mm；

所述第一法兰直通管11的下部进水口通过循环给水管线接通循环给水口91，且在循环给水管线上依次设有给水阀92、就地转子流量计93和第二止逆阀94，第一法兰直通管11的上部出水口通过循环回水管线接通循环回水口95，且循环回水管线上设有回水阀96。

所述螺旋盘管12顶部进口接通有并联的两支路，其中一支路通过样品采样管线连通着换热器的换热介质出口31，且样品采样管线上依次设有第一针型阀32和第二针型阀33，换热介质出口31与第一针型阀32之间的采样管线的管径为22mm，为提高采样速度第一针型阀32与采样池入口之间的采样管线的管径为27mm，另一支路依次通过第一止逆阀34和氮气截止阀35接通氮气口36。

因此上述样品采样池螺旋盘管12走换热器的换热介质，第一法兰直通管11走循环冷却水，对换热器的换热介质进行冷却降温；

但是由于不同换热器的换热介质出口的蒸汽等级及热值存在差别，可以根据需要采用两个或多个单级样品采样池进行串联形成多级在线样品动态采样池，采用多级循环水冷却，保证换热介质降温后的温度为30℃左右。

所述螺旋盘管12的底部出口通过连接上游流路管线连通着第二法兰直通管21的中部进口，第二法兰直通管21的底部出口通过排液管线接通有并联的两路液封管线，两路液封管线的高位端连通，且设有排放口41，其中一路液封管线上设有第一常闭针型阀门42，另一路液封管线上依次设有第一常开针型阀门43和第一电磁阀44。

所述液位敏感池包括竖直布设的第二法兰直通管21，且第二法兰直通管21的管径为50～200mm，第二法兰直通管21的高度≤2m；由于第二法兰直通管21的横截面积即管径较小，泄漏气体造成的液位变化能非常灵敏反应出来。

所述第二法兰直通管21的上部出口接通有并联的两路放空管线，两路放空管线之间依次通过第二电磁阀51、第二常开针型阀52连通，且连通出处设有放空口53，其中一路放空管线上设有安全阀54，安全阀54的设定值为0.6MPa，液位敏感池不超压；另一路放空管线上通过第二常闭针型阀55设有取样点56，通过取样点56进行样品取样。

所述泄漏检测控制单元包括内浮筒液位计61、传转子流量计71和计算机系统，且内浮筒液位计61配合设置在第二法兰直通管21内；内浮筒液位计61可以克服蒸汽冷凝造成的在第二法兰直通管21中真空对仪表测量值的影响。

远传转子流量计71安装在排液管线上，计算机系统采用为DCS或PLC实现，可将采集的检测信号转化成4～20mA模拟量信号，并实现相应的分析判断功能。

所述连接上游流路管线上分别设有压力表81和温度计82。压力表81采用弹簧管压力表、温度计82采用双金属温度计，连接上游流路管线的管径不大于DN40,为保证温度测量可靠性，安装温度计82的局部管径可局部扩大至不小于DN80。

所述远传转子流量计71的量程为2.5～25L/h。

本发明系统中实现了换热介质的采样、放空和安全排放，正常运行时，第一常开针型阀门43和第一电磁阀44均开启，当第二法兰直通管21液位降低时，泄漏检测控制单元进行泄漏报警，当第二法兰直通管21液位继续降低至第二法兰直通管21高度的25%时，关闭第一电磁阀，避免有毒有害气体泄漏造成事故。在发生严重泄漏早期的轻微泄漏，单位时间内液位变化率以及远传转子流量计71的流量变化量作为泄漏严重程度的判断依据。

为避免开车工况，系统管线局部地区带气造成误报，还需从高点放空系统的取样点56进行取样分析，进一步进行分析。

当第一电磁阀失效关闭时，可打开第一常闭针型阀门42，保证液体排放。当第二电磁阀失效关闭时，不凝气可经安全阀54所在的放空管线排出放空口53。

其中第一针型阀32的阀门开度为1/4"，回水阀96、给水阀92和排污截止阀13的阀门开度为3/4"。

实施例2

本发明还包括一种换热器泄漏检测系统的检测方法，方法步骤如下：

S1；系统运行

11）打开第一止逆阀34和氮气截止阀35，通过氮气管线向系统中通入氮气，对系统进行吹扫排净后，关闭第一止逆阀34和氮气截止阀35；

12）开启给水阀92，向第一法兰直通管11通入循环水，并通过就地转子流量计93随时观察给水情况，第二止逆阀94防止循环水回流，第一法兰直通管11出现干烧；

13）打开第一针型阀32和第二针型阀33，向螺旋盘管12中通入换热器的换热介质，换热介质通过螺旋盘管12降温后从底部出口通过连接上游流路管线流入液位敏感池内；

14）缓慢打开第一常开针型阀42，调节远传转子流量计71，使第二法兰直通管21稳定在50%的液位，两路液封管线的液位均≥1/2第二法兰直通管21的高度；

S2：泄漏检测控制

21）内浮筒液位计61实时测得第二法兰直通管21的液位，当计算机系统检测到液位降低时，判断被检测的换热器发生泄漏；

22）当检测到第二法兰直通管21的液位继续降低，且降低至第二法兰直通管21高度的25%时，连锁关闭第一电磁阀44，避免泄漏气体排出；

23）根据检测到第二法兰直通管21的液位下降速率，计算机系统判断被检测的换热器的泄漏严重程度，当泄漏严重时发出报警；

S3：检测报警控制

由远传转子流量计71测得经排液管线流出第二法兰直通管21的液体流量，计算机系统判断换热器发生泄漏的状况，以单位时间内第二法兰直通管21的液位变化率，和单位时间内远传转子流量计71的流量变化量作为泄漏严重程度的判断依据，并在发生严重泄漏时系统发出报警。

在步骤S2中，系统多少含有不凝性气体，不凝性气体造成液位敏感池液位下降，此时可以通过泄漏检测控制单元按设定时间联锁打开第二电磁阀51，进行定期排放；设定时间间隔为24小时，如果系统中不凝性气体较多，可以根据实际情况进行调整。

步骤23）中，泄漏检测控制单元判断被检测的换热器的泄漏严重程度，当泄漏严重系统发出报警时，通过取样点56进行样品取样，避免开车阶段局部带气造成误报。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种换热器泄漏检测系统，其特征在于：所述系统包括泄漏检测装置和泄漏检测控制单元；

所述泄漏检测装置包括样品采样池、液位敏感池、两路液封管线和两路放空管线；

所述样品采样池为水冷型冷凝器，且换热器的换热介质经样品采样池降温后的温度≤30℃，所述液位敏感池的横截面积≤200mm、高度≤2m；

所述样品采样池的顶部进口接通有并联的两支路，其中一支路通过样品采样管线连通着换热器的换热介质出口（31），且样品采样管线上依次设有第一针型阀（32）和第二针型阀（33），另一支路依次通过第一止逆阀（34）和氮气截止阀（35）接通氮气口（36）；

所述样品采样池的的底部出口通过连接上游流路管线连通着液位敏感池的中部进口，液位敏感池的底部出口通过排液管线连通着并联的两路液封管线，两路液封管线的高位端连通，且设有排放口（41），其中一路液封管线上设有第一常闭针型阀门（42），另一路液封管线上依次设有第一常开针型阀门（43）和第一电磁阀（44）；

所述液位敏感池的上部出口连通着并联的两路放空管线，两路放空管线之间依次通过第二电磁阀（51）、第二常开针型阀（52）连通，且连通出处设有放空口（53），其中一路放空管线上设有安全阀（54），另一路放空管线上通过第二常闭针型阀（55）设有取样点（56）；

所述泄漏检测控制单元包括内浮筒液位计（61）、远传转子流量计和计算机系统，所述内浮筒液位计（61）配合设置在液位敏感池内，所述远传转子流量计（71）安装在排液管线上，所述计算机系统采用DCS或PLC实现。

2.根据权利要求1所述一种换热器泄漏检测系统，其特征在于：所述样品采样池包括竖直布设的第一法兰直通管（11）和螺旋盘管（12）；

所述第一法兰直通管（11）的高度≥1.5m，第一法兰直通管（11）的下部进水口通过循环给水管线接通循环给水口（91），且在循环给水管线上依次设有给水阀（92）、就地转子流量计（93）和第二止逆阀（94），第一法兰直通管（11）的上部出水口通过循环回水管线接通循环回水口（95），且循环回水管线上设有回水阀（96），第一法兰直通管（11）的底部通过排污截止阀（13）接通排污口（14）；

所述螺旋盘管（12）布设在第一法兰直通管（11）内，且螺旋盘管（12）内走换热器的换热介质。

3.根据权利要求1所述一种换热器泄漏检测系统，其特征在于：所述液位敏感池包括竖直布设的第二法兰直通管（21），且第二法兰直通管（21）的管径为50～200mm，第二法兰直通管（21）的高度≤2m。

4.根据权利要求1所述一种换热器泄漏检测系统，其特征在于：所述连接上游流路管线上分别设有压力表（81）和温度计（82）。

5.根据权利要求1～4任一所述一种换热器泄漏检测系统的检测方法，其特征在于：方法步骤如下：

S1：泄漏检测装置运行

11）、打开第一止逆阀（34）和氮气截止阀（35），通过氮气管线向系统中通入氮气，对系统进行吹扫排净后，关闭第一止逆阀（34）和氮气截止阀（35）；

12）、开启给水阀（92），向样品采样池通入循环水，并通过就地转子流量计（13）随时观察给水情况，第二止逆阀（94）防止循环水回流，样品采样池出现干烧；

13）、打开第一针型阀（32）和第二针型阀（33），向螺旋盘管（12）中通入换热器的换热介质，换热介质通过螺旋盘管（12）降温后从底部出口通过连接上游流路管线流入液位敏感池内，且换热介经过螺旋盘管（12）降温后温度≤30℃；

14）、缓慢打开第一常开针型阀（42），调节远传转子流量计（71），使液位敏感池稳定在50%的液位，两路液封管线的液位均≥1/2液位敏感池的高度；

S2：泄漏检测控制

21）、内浮筒液位计（61）实时测得液位敏感池的液位，液位信号采用4～20 mA送至计算机系统，当液位敏感池的液位降低至设定值时，计算机系统触发报警信号，判断被检测换热器的换热介质发生泄漏；

22）、当检测到液位敏感池的液位继续降低，且降低至液位敏感池高度的25%时，计算机系统联锁关闭第一电磁阀（44）；

23）、根据检测得到的液位敏感池的液位，计算机系统分析液位下降速率，判断被检测的换热器的泄漏严重程度，当液位下降速率过快，则判定泄漏严重并发出报警；

S3：检测报警控制

由远传转子流量计（71）测得经排液管线流出液位敏感池的液体流量，流量信号采用4～20 mA送至计算机系统，由计算机系统进行分析判断，来辅助判断换热器发生泄漏的状况，以单位时间内液位敏感池的液位变化率，和单位时间内远传转子流量计（71）的流量变化量作为泄漏严重程度的判断依据，并在发生严重泄漏时由计算机系统发出报警。

6.根据权利要求5所述一种换热器泄漏检测系统的检测方法，其特征在于：在步骤S2中，计算机系统按设定时间联锁打开第二电磁阀（51），进行定期排放泄漏检测系统中的不凝性气体，且设定时间可为24小时。

7.根据权利要求5所述一种换热器泄漏检测系统的检测方法，其特征在于：在步骤23）中，计算机系统判断被检测的换热器的泄漏严重程度，当泄漏严重发出报警时，通过取样点（56）进行样品取样，避免开车阶段局部带气造成误报。

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