CN1121587A - 隔热管质量快速检测系统装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够实现多测点，成批快速地检测隔热管隔热质量的系统装置及方法，特别是对隔热油管进行质量检测，它是由加热管线并联流程装置，检测采集控制装置和计算机软件三个部分所组成。本发明适用于石油工业，测量各类新旧隔热油管的隔热保温性能，完成质量筛选分级。也可以应用于其它行业工业装备的热物理性能的测试评价。

Description

隔热管质量快速检测系统装置及方法

本发明涉及一种检测隔热管质量的系统装置及方法，特别是一种能够多测点成批地快速检测隔热油管的系统装置及方法。本发明适用于石油工业各种新旧隔热油管隔热性能及质量的测试和筛选。

目前，国内外尚无在测量原理上与本发明相同的隔热油管质量检测装备，特别是不具备本发明成批地快速检测隔热油管的功能。国内现拥有隔热油管质量检测手段的辽河油田红村总机厂隔热油管生产车间，及胜利油田汽修一分厂隔热油管生产车间，其设备和技术均由青岛化工学院提供。其方法是：采用电热棒器材加热隔热油管的管内空间，待温度稳定平衡后测出管内壁温度，管外壁温度和电加热功率，利用视导热系数计算公式，计算出视导热系数，做为判定隔热油管隔热性能的依据。现有的隔热油管质量检测系统装置结构如图1所示。图中：1--被测隔热油管、2--对管内加热的电加热棒、3--测量管内加热温度的传感器组、4--测量管外壁表面温度的传感器组、5--测量电加热功率的电流传感器、6--电压传感器、7--微机A/D数据采集接口电路、8--微型计算机系统、9--专业计算机软件、10--电功率调节器。由于目前使用的隔热油管质量检测系统装置及方法，受电加热功率的限制，加热稳定和平衡时间长，每次只能加热和测试一根隔热油管，须8-12小时，仅限于抽样检测出厂产品，不适于油田现场测试旧的隔热油管，因为旧隔热油管管内残存的大量原油在电加热时易发生燃爆，必须对隔热油管做清洗除油等预处理，工作效率很低。

本发明的目的在于提供一种能快速批量检测隔热管质量的系统装置及方法，它能够不受电加热功率的限制，对不同类型的新旧隔热油管实现多测点，成批地快速测量其隔热性能和质量的功能。

本发明的目的以如下方式完成：(1)将油田现场高热焓工业蒸汽，注入并加热经过管线流程“并联”组成批量的隔热油管；(2)模拟被测物体的工作温度环境控制蒸汽压力和干度，即可控制隔热油管内加热功率和温度，并迅速达到要求；(3)将带有防外界干扰工作罩的“热流/表面温度”传感器贴于隔热油管外壁的被测点上，准确测量隔热油管的热流及表面温度值；(4)具有“多路选一”功能的“多路时序步进采集控制器”，将多个传感器的测量信号按规定时序逐一送入计算机“模/数”转换接口。计算机在专门编制的软件支持下，完成对数据采集过程的控制及运算处理、鉴别分类、贮存并送出最终检测结果报告。本发明采用专门设计的隔热管质量快速检测系统装置，由加热管线“并联”流程装置、检测采集控制装置及计算机专用软件三部分组成，加热管线流程装置是在高热蒸汽入口处设有压力调节器、压力表、控制阀门，其后装有“并联”的管线，经快速接头与隔热管连通，并在隔热管的另一端汇总，引入回收池；检测采集控制系统主要由热流/表面温度传感器组、入口和出口温度传感器、多路时序步进采集控制器、数字式热流计、A/D模数转换电路板、三并行通讯口电路板及微型计算机系统构成，多路时序步进采集控制器的接口与热流/表面温度传感器组相接，时序步进采集控制器又与数字式热流计及三并行通讯口电路板相接，三并行通讯口电路板及A/D模数转换电路板均与微型计算机系统相接；计算机软件主要由能达到按规定时序完成数据采集、转换、计算、分析的参数设定、数据采集、打印报告、流程显示、检索数据、数据分析、采集自检及参数修改八个功能块组成。在计算机中增加三个并行通讯口，实现了增加传感器控制数量的目的，每个并行通讯口有八根数据线，其中七根数据线用于增加传感器控制数量，一根用于清零和复位，每一根数据线可以控制八传感器的工作，三个并行通讯口的21根数据线，总计可以控制168个传感器的工作，按每根隔热油管设四个检测点(传感器)计，每批最多可以测量42根隔热油管。检测结果报告自动将隔热油管分为三个质量等级：

Ki＜0.058W/m.℃为优级品(用于蒸汽驱油的油井)。

Ki＝0.058～0.118W/m.℃为良级品(用于蒸汽吞吐的油井)。

Ki＞0.118W/m.℃为劣级品(报废，禁止使用)。

由于加热介质是高温蒸汽，因此在测试的同时，还可以完成隔热油管管内污物的清洗，油水分离和原油回收。本发明采用部颁标准的计算公式，根据径向传热原理，隔热油管视导热系数方程为： $\mathrm{Ki}=\frac{Q\ln \frac{\mathrm{Rci}}{\mathrm{Rto}}}{2\mathrm{\π}\·L(\mathrm{Tto}-\mathrm{Tc})}$

式中：

Ki为隔热油管视导热系数(w/℃.m²)。

Q为径向热流速度(W)。

Tto为隔热油管内管管内温度(℃)。

Tc为隔热油管外管外表面温度(℃)。

Rto为隔热油管内管内半径(m)。

Rci为隔热油管外管外半径(m)。

L为被测隔热油管长度(m)。

本发明具有如下优点：(1)、批测量大：设计测量点最多可达168点(传感器)，按每管四测点计，每批最多可测量42根隔热油管。而现有技术只能测出一根。(2)、批测时间短：装卸一个传感器仅需五秒钟，从加热到测量完成。每批测试时间不超过0.5小时。而现有的技术测量一根隔热油管须8-12小时。(3)、节约电能：加热隔热油管的工业蒸汽通常取自注汽井供汽管线，用量小，间歇使用，不增加锅炉负担，不影响正常生产，也不增加油田日益紧张的电网负担。而现有的技术，每测试一根隔热油管即消耗电能50度。(4)、适应性强：本发明所涉装置及方法，不仅可以在生产厂快速检测新隔热油管，还可以在油田现场建站使用，筛选旧隔热油管和检测修复的旧管。(5)、应用领域广阔：本发明由于采用了测量“热流/表面温度”的基本测量原理和相应手段，因此可以广泛应用于石油、化工、冶金、热力、能源等行业，测量其工业装备、管线流程的热物理性能，评价其节能效果，也可以应用于某些工业隔热材料产品的质量和性能的检测评价方面，这些对节约能源消耗都有积极意义。

附图说明：

图2为隔热油管质量快速检测系统装置及流程图；

图3为多路时序步进采集控制器电路原理图；

图4为热流/表面温度传感器工作罩结构示意图；

图5为计算机专业软件工作流程图。

其中：

图5a为主程序流程图；

图5b为子程序1(参数设定)流程图；

图5c为子程序2(四测点数据系集)流程图；

图5d为子程序3(显示四测点检测报告)流程图；

图5e为子程4流程图；

图5f为子程5流程图；

图5g为子程6流程图；(其中子程序A为均衡度分析及显示打印；子程序B为相关性分析及显示打印；子程序C为数据库分析及显示打印)

图5h为子程序7(系统自检)流程图(其中：子程序D：逐点检查继电器及发光管；子程序E：检查采集通道板；子程序F：定位检查继电器及晶体管)。

附图2--5中：

1--隔热油管、2--蒸汽管线流程、3--蒸汽压力调节器、4--蒸汽压力表、5--供汽控制阀门、6--“并联”分流管路、7--快速装卸接头、8--油水排放管线、9--油水回收池、10--工业蒸汽锅炉、11--管线入口蒸汽温度测量传感器、12--管线出口蒸汽温度传感器、13--蒸汽温度传感器变送器、14--蒸汽温度传感器变送器20V直流电源、15--热流/表面温度传感器组、16--多路时序步进采集控制器、17--数字式热流计、18--微型计算机系统、19--显示器、20--打印机、21--计算机专业软件、22--A/D模数转换电路板、23--并行通讯口电路板、24--三并行通讯口电路板、25--“八或非”门电路、26--“双四”移位寄存器、27--与左边双点划线框内电路相同、28--键盘、29--硬盘驱动器、30--热流计9V直流电源、31--继电器和集成电路12V、5V直流电源、32--逻辑脉冲时序、33--传感器工作罩壳体(图中所示为工作罩打开状)、34--夹式手柄、35--压力弹簧、36--弹簧固定螺钉、37--轻型绞链、38--传感器吊挂弹簧、39--弹簧吊挂板、40--传感器出线孔。

下面结合附图对本发明作进一步描述：

注入并加热隔热油管1的工业蒸汽，从工业蒸汽锅炉10获得，经蒸汽管线流程2，送入蒸汽压力调节器3，蒸汽压力调节器可以是手控式的，也可以是自控式的，按预先设定的压力，自动调节。由于是按被测对象的实际工作温度来确定加热模拟的温度条件，因此，设定压力可以在很宽范围内选定。如对隔热油管，压力选定在4兆帕(Mpa)，以使蒸汽温度达到250摄氏度，模拟井下油层的温度。即从总体上，蒸汽压力在0至221兆帕内选定，对应的蒸汽温度可以从0至374摄氏度。在蒸汽压力调节器之后管线上安装的蒸汽压力表4，直接观察蒸汽压力的变化。供汽控制阀门5，可以是手动的，也可以是自动的，根据工况适时地打开蒸汽通道对隔热油管供汽加热和关闭停汽。蒸汽通过“并联”分流管路6，分配给各被测隔热油管，为了使隔热油管快速安装和拆卸，在其两端使用了快速装卸接头7。高温蒸汽通入隔热油管后，迅速对管壁加热，同时溶化和清洗管内油污和泥沙，并在流动汽、水的推动下，经油水排放管线8，将污物引入油水回收池9。为了减少热损失，蒸汽管线应加保温，可以采用矿渣棉包裹，厚度不小于40毫米，外缠玻璃丝布的工艺，也可以采用矿渣保温涂料的新工艺。分别在蒸汽管线入口和出口处，设置了蒸汽管线入口和出口蒸汽温度传感器11、12，测量和取得蒸汽温度数据，保证蒸汽温度稳定。蒸汽温度传感器送出的弱电信号，经蒸汽温度传感器变送器13，放大为4至20ma的电流信号，20V直流电源14，给蒸汽温度传感器变送器13供电，并实现电流和电压的转换，获得0至5V的标准工业电压信号，送入计算机A/D模数转换电路板22，在计算机程序控制下完成蒸汽管线入口和出口蒸汽温度的数据采集。热流/表面温度传感器组15，安装于传感器工作罩壳体33内，该工作罩以薄金属板制成两半圆筒状，经轻型绞链37连接其一边，使工作罩能围绞链轴心旋转，实现张开和闭合，并能卡在隔热油管上。两个夹式手柄34分别安装在两罩上，其间装有压力弹簧35，以弹簧固定螺钉36固定，靠弹簧压力使两罩闭合。捏紧两手柄，两罩即可张开，卡在隔热油管上。工作罩内的热流/表面温度传感器15，其四角经四只吊挂弹簧38，吊挂于两罩内的弹簧吊挂板39上。由于弹簧在圆切线方向的拉力，可以使传感器工作面与隔热油管外壁紧密贴合。热流/表面温度传感器及工作罩以拉力弹簧吊挂于厂房中平行布置的钢丝绳或滑杆上，并设滑轮组，使传感器组能够平行滑动和移位，转换测量对象。

测量隔热油管时，微型计算机18按程序规定令三并行通讯口电路板24发出控制脉冲，多路时序步进采集控制器16每收到三并行通讯口电路板24发出的一个脉冲，即有序地打开一个继电器，将某个热流/表面温度传感器的测量信号送入数字式热流计17，经函数放大转换为0至5V标准信号后，送入A/D模数转换电路板，对热流和表面温度的模拟量进行数字量转换，最后由微型计算机完成及数据采集和运算，并在显示器19显示结果和打印机20打印报告。多路时序步进采集控制器内部电路的工作逻辑，见逻辑脉冲时序32。其中“双四”移位寄存器26，根据每根隔热油管所设测量点数，可以有多种选型，如每管设八测点，可用“八”移位寄存器，每管设五测点，可用“五”移位寄存器，最多可以用到“64”或“双64”移位寄存器。“八”或非门电路25的选型与移位寄存器相适应，当移位寄存器能够可靠实现“环形计数”和“N选一”功能时，或非门电路也可以省略不用。计算机软件主要由参数设定，数据采集、打印报告、流程显示、检索数据、数据分析、采集自控及参数修改八个功能块组成，其功能是将模拟量测量、转换采集、数据计算和报告等各项工作实现智能化操作，按规定的时序完成数据采集，按规定的算法，完成数据计算分析，并按规定的格式和途径输出最终结果报告。

Claims (6)

1、一种隔热管质量快速检测方法，特别是隔热油管质量的检测方法，它包括下列步骤：

(1)以工业高热焓蒸汽为热源，注入并加热经过管线流程并联的多根隔热油管的管内空间；

(2)模拟被测物体的工怍温度环境，控制蒸汽压力(可在0～221兆帕内选定)和干度(在10％～90％)达到控制压力为一定值(如隔热油管压力选定在4兆帕)，使隔热管内壁和外壁快速升到一恒定温度(如隔热油管其蒸汽温度达到250℃)；

(3)在每根隔热管外壁的被测点上贴“热流/表面温度”传感器，所设测点个数根据被测管的长短而定(如隔热油管可设4或8个测点)；

(4)分别在蒸汽管线入口和出口处设置蒸汽管线入口和出口传感器，测量并取得蒸汽温度数据，蒸汽温度传感器送出电信号，经蒸汽温度传感器变送器放大，送入计算机A/D模数转换电路板；

(5)各路传感器通过具有”多路选一”功能的”时序步进循环采集多路控制电路”依次与热流计接通，同时微机接受热流计输出的各点的热流温度电信号，按规定时序逐一送入计算机模/数转换接口，由计算机对各根隔热管的热流和温度进行计算；

(6)根据经向传热原理，隔热油管视导热系数方程得出各隔热油管的视导热系数，由此确定隔热管的质量等级。

2、根据权利要求1所述的隔热管质量快速检测方法，其特征在于环形计数器输入端接收“三并行通讯口某一位数据线的置数脉冲，自动移位输出，并经晶体管驱动电路，驱动对应微功率继电器，闭合触点，将与触点对应的传感器热流、温度测量信号送入热流计仪器测量端，经热流计做函数放大后，再送入计算机A/D模数转换电路板，转换为数据量，按计算机程序规定完成计算处理和分析。

3、一种使用权利要求1所述方法而专门设计的隔热管质量快速检测系统装置，由加热管线“并联”流程装置、检测采集控制装置及计算机专用软件三部分组成，其特征在于：

A.加热管线流程装置是在高热蒸汽入口处设有压力调节器、压力表、控制阀门，其后装有“并联”的管线，经快速接头与隔热管连通，并在隔热管的另一端经“并联”的管线汇总，引入回收池；

B.检测采集控制系统主要由热流/表面温度传感器组(15)蒸汽入口和出口温度传感器(11)、(12)、多路时序步进采集控制器(16)、数字式热流计(17)、A/D模数转换电路板(22)、三并行通讯口电路板(24)及微型计算机系统构成，其多路时序步进采集控制器(16)接口的输入端与热流/表面温度传感器组(15)相接，其输出端与数字式热流计(17)相接，时序步进采集控制器的控制端与三并行通讯口电路板(24)相接，数字式热流计(17)的输出端、三并行通讯口电路板(24)及A/D模数转换电路板(22)均与微型计算机系统相接；

C.计算机软件主要由能达到按规定时序完成数据采集、转换、计算、分析的参数设定、数据采集、打印报告、流程显示、检索数据、数据分析、采集自检控及参数修改八个功能块组成。

4、根据权利要求3所述的隔热管质量快速检测系统装置，其特征在于多路时序步进采集控制器至少由一个“多路移位寄存器构成环形计数器，环形计数器输入端与“三并行通讯口相接。

5、根据权利要求3所述的隔热管质量快速检测系统装置，其特征在于热流/表面温度传感器由热电偶串联组成的热电偶堆绝缘封固在耐热硅橡胶或金属板中。

6、根据权利要求3或5所述的隔热管质量快速检测系统装置，其特征在于热流/表面温度传感器工作罩，其壳体内设有热流/表面温度传感器组，由吊挂弹簧吊挂于两罩内的弹簧吊挂板上，工作罩壳体为两半圆筒状，由轻型绞链连接其一边，成可开闭的圆筒状，并能卡在隔热油管上；壳体上还设有两夹式手柄，两手柄间装有压力弹簧。

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