CN113567051A - 基于光纤测温技术焊缝在线监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光纤测温技术焊缝在线监测系统及监测方法，本发明的系统温度场测量传感器和微型处理器；其中，所述温度场测量传感器布置在焊缝外表面，用于实时测量焊缝表面温度场数据并将其上传给所述微型处理器；所述微型处理器将接收的实时温度场数据和基准温度场数据进行对比分析，判断该焊缝是否存在泄漏或缺陷。本发明能够对管道焊缝、容器焊缝等进行实时监测并准确确定泄漏位置，为争取抢修时间，避免安全事故提供准确的依据。

Description

基于光纤测温技术焊缝在线监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于焊缝测试技术领域，具体涉及一种基于光纤测温技术焊缝在线监测系统及监测方法。

背景技术

焊接是广泛使用的一种连接形式，其基本功能是确保连接部位的密封和强度。然而，目前存在大量年代久远的在线焊缝，随着疲劳效应，焊缝强度已不如焊接初期，管道和容器等焊接焊缝时常发生泄漏现象。尤其对于压力容器、高温高压回路装置、带有核辐射的装置等的焊缝，通常焊缝都埋于保温棉之下，细微的泄漏很难判定出来。如若发生泄漏情况，往往同时会伴随着一些重大安全事故的发生，带来巨大的经济损失。采用一些焊缝的在线检测设备，可以第一时间检测到焊缝泄漏情况和泄漏位置，操作人员及时采取处理措施，有效的预防安全事故发生，减少经济损失。

目前国内外在线检测的方法主要有：

1、电容法：当管道发生泄漏时，管道内介质溢出至管道外壁和环形电极所形成的环形空间，改变绝缘介质的介电常数，从而使电容值发生突变。该方法可以有效的发现和寻找泄漏焊缝。缺点是焊缝必须发生泄漏，在泄漏后介质溢出才可以监测处来。而且周边泄漏产生的介质溢流至该测点或者其它物质触碰至该测点同样会被判定为泄漏，产生误判。

2、负压波法：当管道发生泄漏事故时，泄漏处立即发生物质损失，引起局部密度减小，造成压力降低，导致泄漏点与周边产生压差，泄漏产生的减压波称为负压波。设置在泄漏点两端的传感器根据压力信号的变化判定泄漏位置。该方法主要用于泄漏刚发生的情况，对于发生一段时间后，系统稳定了，则无法测量泄漏位置。

发明内容

为了解决现有技术存在的监测不可靠且精度差等问题，本发明提供了一种基于光纤测温技术焊缝在线监测系统。本发明能够对管道焊缝、容器焊缝等进行实时监测并准确确定泄漏位置，为争取抢修时间，避免安全事故提供准确的依据。

本发明通过下述技术方案实现：

基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，所述焊缝位于热工管道或容器上，包括温度场测量传感器和微型处理器；

其中，所述温度场测量传感器布置在焊缝外表面，用于实时测量焊缝表面温度场数据并将其上传给所述微型处理器；

所述微型处理器将接收的实时温度场数据和基准温度场数据进行对比分析，判断该焊缝是否存在泄漏或缺陷。

本发明的监测原理为：通过在被监测焊缝外表面设置温度场测量传感器，获得焊缝表面温度分布，当装置稳定运行时，焊缝表面温度为均匀稳定分布或呈一定规则温度梯度分布。当焊缝某位置发生泄漏，或者某位置存在缺陷，缺陷深度达到一定程度后，该点的温度值将明显与周边温度不同，通过该点的温度与周边温度的比对提取特征，从而判断泄漏点位置以及泄漏或缺陷情况。

优选的，本发明的温度场测量传感器采用但不限于光纤测温环或红外线温度场测量仪；

所述温度场测量传感器覆盖整个焊缝表面。

优选的，本发明的系统还包括存储器；

所述微型处理器和所述存储器构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构；

所述微型处理器根据采集的温度场数据分析提取无泄漏工况下的典型温度场存储至所述存储器中，或将场外试验或数值仿真计算得到的无泄漏工况下的典型温度场输入至所述存储器中，作为基准温度场数据用于对比分析。

优选的，本发明的微型处理器在判断焊缝存在泄漏的情况下，计算泄漏位置处的泄漏量大小和泄漏口大小。

优选的，本发明的微型处理器将焊缝泄漏状态和泄漏大小上报给DCS运行系统进行报警。

优选的，本发明的系统还包括信号调解器；

所述信号调解器用于对所述温度场测量传感器采集的数据进行调理，之后传输给所述微型处理器进行分析处理。

另一方面，本发明还提出了如本发明所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统的监测方法，包括：

步骤1，实时获取温度场测量传感器采集的整条被监测焊缝的温度场数据；

步骤2，将实时温度场数据与基准温度场数据进行比对，判断该焊缝是否存在泄漏；

步骤3，如果存在泄漏，则计算泄漏位置处的泄漏大小。

优选的，本发明的基准温度场数据的获取方法包括：

根据历史采集的温度场数据通过大数据分析或图像识别处理提取出无泄漏工况下的典型温度场数据作为基准温度场数据；

或者，通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场数据作为基准温度场数据。

优选的，本发明的方法还包括：

步骤4，将焊缝泄漏状态以及泄漏大小上报给DCS运行系统进行泄漏报警，便于操作人员启动相应紧急安全处理。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用温度场测量传感器(例如光纤测温环、红外线温度场测量仪等)测量被监测焊缝外表面处，通过泄漏点或缺陷处温度趋势与焊缝其它区域温度趋势的不同间接诊断焊缝泄漏或缺陷情况，实现焊缝缺陷或泄漏有效监测且不受使用环境限制。

2、本发明结合微型处理器，以及试验模拟数据，可模拟计算出实时泄漏量，获得有效的定量数据，为操作人员采取安全措施决断提供数据支持。

3、本发明提出的系统简单，仅需要在被监测焊缝表面紧贴温度场测量传感器，无须额外的安装空间，运行及后续检修方便。

4、本发明适用范围广，可广泛应用于设备内部与外部环境存在一定温度差的所有焊缝监测，尤其对于高温高压设备装置效果更为明显，监测更加准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的监测系统示意图。

图2为本发明的温度场数据处理流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-焊缝，2-温度场测量传感器，3-传输信号线，4-信号调解器，5-微型处理器，6-存储器，7-传输信号线，8-DCS运行系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，本实施例的监测系统采用温度场测量传感器(光纤测温环、红外线温度场测量仪等)测量焊缝外表面温度场，结合前端微型处理器，比对泄漏或缺陷处温度值与周边温度变化趋势，大数据对比分析泄漏或缺陷情况，并根据温度场的变化情况获得当前泄漏量，实现焊缝泄漏的有效监测。

如图1所示，本实施例的监测系统主要由温度场测量传感器2、信号调解器4、微型处理器5、存储器6组成。

其中，本实施例的温度场测量传感器2采用但不限于光纤测温环、红外线温度场测量仪，传感器宽度满足覆盖被监测焊缝1(本实施例的被监测焊缝位于热工管道或容器上)表面，用于实时监测焊缝表面温度场，并将实时获得的焊缝表面温度场数据上传给微型处理器5，微型处理器5根据获得的实时温度场数据以及该焊缝的稳态典型温度场数据实现该焊缝的泄漏或缺陷监测。

传统的温度传感器只能离散单点测量温度，只有获得全部的温度场数据，才能保证泄漏引起的细微温度变化得以监测，而本实施例的温度场测量传感器2如光线测温环、红外线温度场测量仪等是一种连续温度场的测量元件，即本实施例的温度场测量传感器2能够实时监测整条焊缝的温度，并根据实时获得的温度场数据判定泄漏点位置，实现焊缝在线实时监测。

本实施例的监测原理为：当焊缝某处发生泄漏时，由于容器或管道内部温度高于外部环境温度，因此该处的温度值将会明显的区别于周边温度，通过该处温度扩散范围以及突变程度，甚至可以模拟计算泄漏大小。由于测温传感器的测温点是一对一布置的，因此可以通过本发明准确判定泄漏点位置。如果内外温差足够大的情况，对于焊缝缺陷情况也可以达到一定预警监测的效果，通过实时判定焊缝泄漏对于安全防范争取最佳的时间。

本实施例的微型处理器5是一种可实时进行数据计算分析的微型处理器，不仅能够记录实时测量的温度场数据还可以对其进行数据处理分析，可以根据温度异常点来判定其是否为泄漏点，并根据该点温度变化情况计算泄漏量。

本实施例的微型处理器5与存储器6组成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构，不仅可以根据历史采集的温度场数据分析提取出无泄漏工况下的典型温度场存储至存储器，也可将场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场输入至存储器，作为典型基准温度场用作后续对比判断。

本实施例的信号调解器4用于对温度场测量传感器2采集的温度场数据进行调理，之后将调理之后的实时温度场数据上传给微型处理器5进行处理对焊缝泄漏状态以及泄漏量等进行分析，本实施例的微型处理器5将焊缝泄漏状态及泄漏量上报给DCS运行系统进行泄漏报警。

实施例2

本实施例采用上述实施例1提出的监测系统对被监测焊缝进行泄漏监测，如图2所示，其具体过程包括：

步骤1，实时获取温度场测量传感器2采集的整条被监测焊缝的温度场数据；

步骤2，将实时温度场数据与基准温度场数据进行比对，判断该焊缝是否存在泄漏；

本实施例中的基准温度场数据通过(1)或(2)获得：

(1)根据历史采集的温度场数据通过大数据分析或图像识别处理提取出无泄漏工况下的典型温度场数据作为基准温度场数据；

(2)通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场数据作为基准温度场数据。

本实施例根据上述监测原理，通过比对，发现温度异常点，则判断该温度异常点是否为泄漏点。

步骤3，如果存在泄漏，则根据温度场变化速率等参数，计算泄漏大小(包括泄漏量以及泄漏口大小等)；

步骤4，将焊缝泄漏状态以及泄漏大小上报给DCS运行系统进行泄漏报警，便于操作人员启动相应紧急安全处理。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，所述焊缝(1)位于热工管道或容器上，其特征在于，包括温度场测量传感器(2)和微型处理器(5)；

其中，所述温度场测量传感器(2)布置在焊缝(1)外表面，用于实时测量焊缝表面温度场数据并将其上传给所述微型处理器(5)；

所述微型处理器(5)将接收的实时温度场数据和基准温度场数据进行对比分析，判断该焊缝是否存在泄漏或缺陷。

2.根据权利要求1所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，其特征在于，所述温度场测量传感器(2)采用光纤测温环或红外线温度场测量仪；

所述温度场测量传感器(2)覆盖整个焊缝表面。

3.根据权利要求1所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，其特征在于，还包括存储器(6)；

所述微型处理器(5)和所述存储器(6)构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构；

所述微型处理器(5)根据采集的温度场数据分析提取无泄漏工况下的典型温度场存储至所述存储器(6)中，或将场外试验或数值仿真计算得到的无泄漏工况下的典型温度场输入至所述存储器(6)中，作为基准温度场数据用于对比分析。

4.根据权利要求1所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，其特征在于，所述微型处理器(5)在判断焊缝存在泄漏的情况下，计算泄漏位置处的泄漏量大小和泄漏口大小。

5.根据权利要求4所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，其特征在于，所述微型处理器(5)将焊缝泄漏状态和泄漏大小上报给DCS运行系统进行报警。

6.根据权利要求1所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统，其特征在于，还包括信号调解器(4)；

所述信号调解器(4)用于对所述温度场测量传感器(2)采集的数据进行调理，之后传输给所述微型处理器进行分析处理。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于光纤测温技术焊缝在线监测系统的监测方法，其特征在于，包括：

步骤1，实时获取温度场测量传感器采集的整条被监测焊缝的温度场数据；

步骤2，将实时温度场数据与基准温度场数据进行比对，判断该焊缝是否存在泄漏；

步骤3，如果存在泄漏，则计算泄漏位置处的泄漏大小。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，所述基准温度场数据的获取方法包括：

根据历史采集的温度场数据通过大数据分析或图像识别处理提取出无泄漏工况下的典型温度场数据作为基准温度场数据；

或者，通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场数据作为基准温度场数据。

9.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，还包括：

步骤4，将焊缝泄漏状态以及泄漏大小上报给DCS运行系统进行泄漏报警，便于操作人员启动相应紧急安全处理。

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