CN113390372A - 氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，包括超声探测模块、温度补偿模块、超声波数据分析模块、超声波测厚仪、检测设备主机和显示器，所述检测设备主机与超声波测厚仪、超声波数据分析模块分别相连接，所述超声波数据分析模块和超声探测模块、温度补偿模块相连接，所述超声探测模块包括超声波发射器、超声波接收器以及各自对应的波导杆，所述温度补偿模块固定在波导杆上。本发明基于波导技术的超声波高温测厚方法，优化波导杆结构，能够实现应用于氟化工装置高危环境的非侵入式的腐蚀在线检测，实现常温、高温工况下的在线检测功能，精度更高，同时能够为关键部位实现长周期监测。

Description

氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备
技术领域
本发明涉及一种检测设备，尤其是涉及一种氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备。
背景技术
氟化工行业是化工行业的一个子行业，该行业由于产品品种多、性能优异、应用领域广，成为一个发展迅速的重要行业。在今后较长时期内，氟化工行业也将是化工领域内发展速度最快的行业之一。氟化工行业又可分无机氟化工和有机氟化工两大行业。无机氟化工行业是化工行业的重要组成部分，其产品是机械、电子、冶金等行业的重要原料和辅料。在无机氟化物中，作为铝电解工业生产原料的氟化铝、冰晶石等氟化盐产品占总生产量的绝大部分，其他产品产量较少。有机氟化工产品以其耐化学品、耐高低温、耐老化、低摩擦、绝缘等优异的性能，广泛应用于军工、化工、机械等领域，已成为化工行业中发展最快、最具高新技术和最有前景的行业之一。
随着氟产品的加工，氟化工装置腐蚀情况日趋严重，这些腐蚀会对生产产生极大的安全隐患。而针对于腐蚀监测，现有的方法存在一定的局限性，例如：电阻探针法工作温度不能高于240℃，电感探针法虽然温度可以达到 430℃，测量准确性和灵敏度也很好，但它需要在管线上开孔安装，拆装探针相对麻烦。高温人工定点超声波测厚具有一定的灵活性和准确性，但它也存在一定的缺点，首先，它需要人进装置检测，人的安全是需要考虑的；其次，测厚探头的连续耐温性能较差，不能长时间的接触高温管道，而且，高温耦合剂会蒸发，使得测量必须尽快完成，这会给高温区人工测量作业带来不便。再者，由于不同的测量人员对仪器操作存在差异，同一点测厚数据的连续性较差，不能很好地反映出该点腐蚀变化趋势。
发明内容
本发明提供了一种氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，解决了能够应用于氟化工装置高危环境的非侵入式的腐蚀在线检测问题，其技术方案如下所述：
一种氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，包括超声探测模块、温度补偿模块、超声波数据分析模块、超声波测厚仪、检测设备主机和显示器，所述检测设备主机与超声波测厚仪、超声波数据分析模块分别相连接，所述超声波数据分析模块和超声探测模块、温度补偿模块相连接，所述超声探测模块包括超声波发射器、超声波接收器以及各自对应的波导杆，所述温度补偿模块固定在波导杆上。
所述波导杆的下端通过夹具固定，所述夹具采用矩形结构，在下部设置有用于涂覆放置耦合剂的凹槽，凹槽内设置有多个均匀布置的通孔，用于插入波导杆。
所述超声波测厚仪包括超声侧厚传感器、发射电路、接收电路、A/D转换电路和主控电路，所述主控电路通过发射电路与超声侧厚传感器相连接，所述超声侧厚传感器的数据通过接收电路、A/D转换电路依次处理后，发送到主控电路。
所述主控电路采用单片机、DSP芯片或FPGA芯片。
所述温度补偿模块至少采用一组，且布置在波导杆顶部，所述温度补偿模块通过温度传感器采集温度数据。
所述波导杆的中部布置有一组温度补偿模块。
所述波导杆的形状采用圆柱形；或者主体为圆柱形，底部为矩形接触面；或者采用纺锤体状。
所述通孔的数量为3～7个。
所述夹具的两侧设置有连接卡槽，通过连接卡槽与金属丝或者绳子连接，所述金属丝或者绳子从夹具的两侧出发，在待测管道的另一端固定连接。
超声探测模块包括结构相同的超声波发射器和超声波接收器，所述超声波发射器安装在第一波导杆的顶部，所述超声波接收器安装在第二波导杆的顶部，所述第一波导杆和第二波导杆采用相同的波导杆。
所述氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，基于波导技术的超声波高温测厚方法，优化波导杆结构，能够实现应用于氟化工装置高危环境的非侵入式的腐蚀在线检测，实现工作温度-180～450℃工况下的在线检测功能，检测厚度范围5～50mm，精度达到±0.1mm，同时能够为关键部位长周期监测提供现场前端仪器设备。
附图说明
图1是所述氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备的结构示意图；
图2是所述超声波测厚仪的示意图；
图3是所述固定夹具的结构示意图；
图4是超声波的波形示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，包括超声探测模块、温度补偿模块、超声波数据分析模块1、超声波测厚仪7、检测设备主机5和显示器6。所述检测设备主机5与超声波测厚仪7、超声波数据分析模块1分别相连接，对收到的数据进行存储，并通过显示器6进行表示。所述检测设备主机5可以采用计算机主机。
所述超声波数据分析模块1和超声探测模块、温度补偿模块相连接，所述超声探测模块包括超声波发射器、超声波接收器以及波导杆，所述超声波发射器通过第一波导杆与管道相接触，所述超声波接收器通过第二波导杆与管道相接触。所述管道100表面放置有夹具8，用于固定波导杆底部。
以下是各部件的具体描述：
所述超声波测厚仪7和检测设备主机5相连接，用于壁厚测定时通常采用脉冲反射式超声波测厚仪，如图2所示，其包括超声侧厚传感器11、发射电路12、接收电路13、A/D转换电路14和主控电路15，所述发射电路 12、接收电路13、A/D转换电路14和主控电路15集成在外壳10内。
所述主控电路15通过发射电路12控制超声侧厚传感器11发出超声波，通过超声侧厚传感器11接收到回传的超声波后，通过接收电路13获得传来的模拟信号，并通过A/D转换电路14实现模数转换，最后通过主控电路15 进行数值运算，得到壁厚结果。所述主控电路15采用单片机、DSP、FPGA 或者其他嵌入式数据处理芯片。
通过超声波测厚仪7，能够简单的得到管道100的壁厚数据，如果在测量时，知道该管道的规格，将测得的壁厚数据和常规规格数据进行比较，若差值较大，则可以得知腐蚀较大，得到粗处理结论。但是对于其他情况，比如规格不确定，壁厚采用的加工手段不同，则难以粗判断是否存在腐蚀产生，因此，需要对内壁进行进一步的测量。根据得到的壁厚数据，可以选择更合理的超声探测模块。
所述超声波发射器和超声波接收器，可以采用相同的结构，选用同一超声波传感器4，通常来说，发射器和接收器能够互通使用；所述第一波导杆和第二波导杆采用相同的波导杆2；温度补偿模块3则固定在波导杆2上，为使得温度补偿能够精确，本实施例可以设置三组，分别位于波导杆2的中下部、中部和顶部，实际使用时，至少采用一组，位于波导杆2的顶部。
所述超声波传感器4，固定在波导杆2的顶部，可以和顶部的温度补偿器设置在一起，顶部设置的温度补偿器位于超声波传感器4的周边。常用的超声波传感器采用的超声探头类型有超声直探头和斜探头，直探头产生纵波，斜探头产生横波，也可以根据入射角的不同产生表面波或兰姆波，超声探头的主要参数包括：尺寸、频率。本实施例采用双波导杆模式，根据相应的测量范围和测量精度采用对应功率的超声波传感器，然后通过超声波数据分析模块1处理回波处理信号，包括波导杆底面回波信号、耦合界面回波信号及被测工件表面回波信号的处理。
所述超声波数据分析模块1为现有装置，其通过计算获取超声波的相关信息，并通过有线或无线方式，将数据传输到检测设备主机5，进而将分析结果通过图示方法在显示器6进行显示。
所述波导杆2能够用来引导电磁波的结构，常用的截面有矩形波导、圆波导，材质有铁、铝及不锈钢等。由于使用波导技术，可以将无法直接接触的被测件表面转变为直接接触的表面，从而可以使用普通的超声传感器，耦合简单、操作简单，经济适用。但是，将被检工作表面的温度降到常温，不仅与材质及波导杆的长短有关，同时也与波导杆的截面尺寸有关。本实施例中采用的圆柱形的波导杆，或者采用主体为圆柱形且底部连接有矩形接触面的波导杆，也可以变形为纺锤体状的波导杆，使得散热均匀，只要第一波导杆和第二波导杆相同，那么就能有效的实现超声波的信号传递。
所述温度补偿模块同样和超声波数据分析模块1相连接。超声波在金属材料中的传播速度不但与其自身的金相组织有关，还与温度有关，温度越高，超声波的耗散越大，声速越低。实验研究表明，在一定范围内(350℃以下)，由于波导杆、环氧树脂的界面影响将相应的声程抵消，不影响测量结果，然而，当温度超过这一临界值时，超声波波速会受温度影响而发生变化，因此为了提高测量精度，准确测量被检测对象，需进行温度补偿，给出相应的温度补偿修正参数。
所述温度补偿模块通过温度传感器采集波导杆顶部的温度，同时也是超声波传感器的温度。至少一组温度补偿模块设置时，由于两根波导杆的温度传感器，在其中一个出现故障时，会使得温度数据不准确，则能够通过另一组温度补偿模块获取温度数据。
如图3所示，本发明提供的夹具8，采用矩形结构，在下部设置有第一凹槽16，用于涂覆放置耦合剂。检测高温或低温容器和管道壁厚时，传统的超声检测技术(直接接触式)面临着很大的挑战，主要是传感器的耦合和耐受性。通过波导杆可以缓解传感器的耐受性，通过耦合剂可以排除被测工件与超声波探头之间的空气，使超声波能量能比较有效地穿透进工件中，达到要出缺陷或者测厚的目的。对于高温设备需要采用高温耦合剂，其他的则可以选用常温耦合剂，本实施例中采用的耦合剂为环氧树脂。
所述第一凹槽16内设置有多个均匀布置的通孔9，用于插入波导杆2，通过不同位置的组合，可以得到更加精准的数据，所述通孔9的数量为5个。采用主体为圆柱形且底部连接有矩形接触面的波导杆时，虽然矩形接触面的面积大于圆柱形截面面积，但其仍能够放置于第一凹槽16内，不影响相邻的波导杆。
所述夹具8的两侧设置有连接卡槽，通过连接卡槽与金属丝或者绳子连接，所述金属丝或者绳子从夹具8的两侧出发，在管道的另一端固定连接，连接方式可通过魔术贴、螺栓、卡扣等固定。本实施例中，连接卡槽分为第一连接卡槽17和第二连接卡槽18，所述第一连接卡槽17和第一绳体20相连接，第二连接卡槽18和第二绳体19相连接，第一绳体20和第二绳体19 在管道的背面通过魔术贴固定连接，直接绑紧也可以。
如图4所示，本发明工作时，超声波发射器发出的超声波，反射后通过超声波接收器进行接收，调整两者之间的距离，可以得到更加精确的数据，进而能够对管道100的内壁腐蚀部位101进行探测。
本发明使用时，可以用于一次检查，也可以实现长期监控，在长期监控时，所述超声波数据分析模块1通常采用无线的数据传输方式，将数据传输到检测设备主机5，所述超声波数据分析模块1以及超声探测模块、温度补偿模块的外部覆盖有防水壳体，使得工作不受影响。
本发明解决氟化工装置中高、低温设备的在线腐蚀检测问题，实现了数值仿真分析，优化了波导杆结构，在氟化工过程关键设备高危介质冲刷腐蚀时，提供数值计算的提取与分析，实现工作温度-180～450℃工况下的在线检测功能，检测厚度范围5～50mm，精度达到±0.1mm，同时能够为关键部位长周期监测。

Claims (10)

1.一种氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：包括超声探测模块、温度补偿模块、超声波数据分析模块、超声波测厚仪、检测设备主机和显示器，所述检测设备主机与超声波测厚仪、超声波数据分析模块分别相连接，所述超声波数据分析模块和超声探测模块、温度补偿模块相连接，所述超声探测模块包括超声波发射器、超声波接收器以及各自对应的波导杆，所述温度补偿模块固定在波导杆上。
2.根据权利要求1所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述波导杆的下端通过夹具固定，所述夹具采用矩形结构，在下部设置有用于涂覆放置耦合剂的凹槽，凹槽内设置有多个均匀布置的通孔，用于插入波导杆。
3.根据权利要求1所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述超声波测厚仪包括超声侧厚传感器、发射电路、接收电路、A/D转换电路和主控电路，所述主控电路通过发射电路与超声侧厚传感器相连接，所述超声侧厚传感器的数据通过接收电路、A/D转换电路依次处理后，发送到主控电路。
4.根据权利要求3所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述主控电路采用单片机、DSP芯片或FPGA芯片。
5.根据权利要求1所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述温度补偿模块至少采用一组，且布置在波导杆顶部，所述温度补偿模块通过温度传感器采集温度数据。
6.根据权利要求5所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述波导杆的中部布置有一组温度补偿模块。
7.根据权利要求1所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述波导杆的形状采用圆柱形；或者主体为圆柱形，底部为矩形接触面；或者采用纺锤体状。
8.根据权利要求2所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述通孔的数量为3～7个。
9.根据权利要求2所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：所述夹具的两侧设置有连接卡槽，通过连接卡槽与金属丝或者绳子连接，所述金属丝或者绳子从夹具的两侧出发，在待测管道的另一端固定连接。
10.根据权利要求1所述的氟化工装置非侵入式腐蚀在线检测设备，其特征在于：超声探测模块包括结构相同的超声波发射器和超声波接收器，所述超声波发射器安装在第一波导杆的顶部，所述超声波接收器安装在第二波导杆的顶部，所述第一波导杆和第二波导杆采用相同的波导杆。
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