CN115703054B - 反应器内部声波传导装置及应用该装置的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应器内部声波传导装置及应用该装置的反应器，包括：套筒，其贯穿反应器的器壁，且套筒外壁与反应器内壁密封连接；导波杆，其穿设在套筒中并将来自反应器内部的声波传导至反应器外，该导波杆外端连接声发射传感器探头；填料密封组件，其通过法兰连接在套筒外端，用于通过多级填料在套筒和导波杆之间形成密封。本发明的反应器内部声波传导装置及反应器既能将声波从反应器内部实时导出，满足在线监测声发射信号的要求，同时可保证密封效果。

Description

反应器内部声波传导装置及应用该装置的反应器

技术领域

本发明涉及石化设备监测技术领域，特别涉及一种反应器内部声波传导装置。

背景技术

流化床(多相流)反应器在过程工业的连续生产中起到了举足轻重的作用，其设计正朝着多功能、高集成、自动化的方向飞速发展。反应器内高度复杂的流体动力学行为形成具有非线性、多尺度、动态性等特征的复杂系统,且一般为高温反应环境，设备易发生损伤，尤其是反应器的内部一些重要的结构，受到流体冲刷等作用，易发生损伤，一旦损伤累积形成故障，将导致设备停工并引发严重事故。据统计，由于反应器故障造成的非计划停车事件中，90％以上是由于反应器内构件异常导致的。内构件悬挂于反应器内部，且苛刻的运行环境给多相流反应器的实时故障检测与诊断带来困难。而传统检测手段温度、压力等仅针对过程的工艺参数进行采集，间接反映运行状态，难以达到设备故障检测灵敏、准确、及时的高标准，不能满足安全生产的需求。

声发射监测具有灵敏度高，可探测缺陷的萌生、扩展及断裂的全过程，能够对缺陷的产生、扩展活动进行连续监测和预警。具有其它无损检测手段所不具备的一些优势，在许多行业领域得到应用。流化床反应器的内部流化环境、流体冲刷作用，决定传感器无法直接布置在反应器中或内构件表面；同时，反应器内部一般为高温环境，常规的压电探头使用温度较低，通常要求被测件温度低于60℃，对于高温设备，需使用导波杆连接探头和被测面。

现有的声波导波结构，未考虑设备内部的流化环境以及设备开孔后的密封要求，不能满足流化床反应器内构件的监测条件。例如，中国专利CN211504171U公开了一种焊接方式导波杆工装，包括旋杆、外壳、压块、螺钉、声导杆；旋杆采用螺纹控制旋杆的上下移动，螺纹结构保证了对中性和紧固性，避免传感器因高度不同导致紧固力不足的问题。外壳采用圆柱形空腔结构，最大程度利用内部空间，适应不同高度的传感器，并避免了传感器的径向滑动。压块通过螺纹连接紧固在旋杆上，有利于根据传感器高度进行调整，保证传感器的稳定紧固，压块采用非金属材料避免电磁干扰。

因此，亟需一种用于流化床反应器内构件声学监测的导波装置，既能将声波从反应器内部实时导出，满足在线监测声发射信号的要求，同时可保证密封效果。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应器内部声波传导装置，既能将声波从反应器内部实时导出，满足在线监测声发射信号的要求，同时可保证密封效果。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种反应器内部声波传导装置，包括：套筒，其贯穿反应器的器壁，且套筒外壁与反应器内壁密封连接；导波杆，其穿设在套筒中并将来自反应器内部的声波传导至反应器外，该导波杆外端连接声发射传感器探头；填料密封组件，其通过法兰连接在套筒外端，用于通过多级填料在套筒和导波杆之间形成密封。

进一步，上述技术方案中，导波杆可以为圆柱形不锈钢丝。

进一步，上述技术方案中，导波杆位于反应器内、套筒外的部分呈波浪状；该波浪状部分的内端与待监测的反应器内构件外壁接触并压紧。

进一步，上述技术方案中，波浪状的导波杆部分的相应位置处可设有挡板结构，用于防止反应器内部流化物质对导波杆的冲刷和磨蚀。

进一步，上述技术方案中，挡板结构可采用角钢焊接而成，角钢可位于波浪状的导波杆部分的正下方且呈V形布置；所述角钢内表面覆有陶瓷纤维毯。

进一步，上述技术方案中，波浪状部分的内端可通过压板压接在反应器内构件的外壁上，该压板、波浪状部分的内端与反应器内构件外壁接触的部位通过焊接的方式进行固定。

进一步，上述技术方案中，套筒与导波杆之间可填充陶瓷纤维毯。

进一步，上述技术方案中，填料密封组件可包括：填料函，其为中空结构且导波杆穿设其中，该中空结构的内侧和外侧分别设有第一挡圈和第二挡圈；多级密封填料，其从中空结构内侧至外侧依次设有一次填料、液体填料以及二次填料；一次填料和液体填料设于第一挡圈和第二挡圈之间，二次填料设于第二挡圈外侧。

进一步，上述技术方案中，二次填料外端部可设有填料压盖，该填料压盖通过螺栓固定在填料函上。

进一步，上述技术方案中，填料函内壁可设有阶梯状结构，第二挡圈设置在该阶梯状结构处并通过紧定螺栓固定。

进一步，上述技术方案中，当反应器待监测内构件为易于缠绕的柱状体时，导波杆的内端通过缠绕的方式与待监测内构件接触并压紧。

进一步，上述技术方案中，当在反应器内监测结焦对流化物质运行产生干扰形成的异常声波时，导波杆的内端可以设置为自由状态且设置在易结焦的部位。

进一步，上述技术方案中，声发射传感器探头设置在基座上，探头外部可设置固定罩，且固定罩顶部设有螺栓孔，该固定罩焊接在基座上，紧定螺栓穿设螺栓孔并拧紧后将探头压接在基座上。

进一步，上述技术方案中，声发射传感器探头设置在基座上，该基座上可设有焊接固定的螺栓座，探头外壁设有与螺栓座螺孔相适配的外螺纹，探头与螺孔螺纹连接并拧紧后压接在基座上。

为实现上述目的，根据本发明的第二方面，本发明提供了一种反应器，包括前述的声波传导装置；反应器可以为流化床反应器或提升管反应器等类似内部为高温环境和/或流体冲刷环境的反应器。

进一步，上述技术方案中，声波传导装置用于将流化床反应器中内构件处的声波传导至反应器外部；内构件可以为翼阀(类似具有器壁的内构件)或吊耳螺栓(类似易于缠绕的部件)。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)针对类似翼阀这种反应器内构件的声波监测，位于反应器内的波浪状的导波杆可有效消除翼阀与反应器器壁之间的热膨胀差带来的导波杆的变形；

2)为了避免位于套筒内部的导波杆接触金属的套筒内壁，套筒与导波杆之间填充陶瓷纤维毯，可将导波杆进行有效隔离，保证机械波的传导效果；

3)为防止因安装本发明装置时反应器衬里脱落，套筒的内侧端口处可焊接衬板，该衬板不仅可起到固定衬里的作用，也能起到套筒内侧与反应器内壁的密封作用；

4)本发明填料函中的多级填料可有效增加密封性能，其中一次填料不仅可以起到密封的作用，同时可以固定导波杆且阻隔导波杆与金属部件的接触；液体填料起到二次压紧密封的作用；二次填料可在挡圈后端进一步密封，整体密封效果更佳；

5)当反应器待监测内构件(例如吊耳螺栓)为易于缠绕的柱状体时，导波杆的内端可通过缠绕的方式与待监测内构件接触并压紧；

6)当需要在反应器内监测结焦对流化物质运行产生干扰形成的异常声波时，导波杆的内端可以为自由状态且设置在易结焦的部位。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明反应器内部声波传导装置实施例1的结构示意图。

图2是本发明图1的部分结构示意图(示出了反应器壁面处的套筒、导波杆以及连接法兰的结构)。

图3是本发明填料密封组件的内部剖视示意图。

图4是本发明图1的A-A向剖视示意图。

图5是本发明图1的K向示意图。

图6是本发明图5的B-B向剖视示意图。

图7是本发明反应器内部声波传导装置实施例2的结构示意图。

图8是本发明反应器内部声波传导装置实施例3的结构示意图。

图9是本发明实施例4结构(示出声发射传感器探头第一种固定方式)的剖视示意图。

图10是本发明实施例4结构的俯视示意图。

图11是本发明实施例5结构(示出声发射传感器探头第二种固定方式)的剖视示意图。

主要附图标记说明：

1-流化床反应器，10-反应器器壁，11-反应器衬里，110-衬板，12-翼阀，121-翼阀外壁，13-吊耳螺栓，2-导波杆，21-导波杆内端，210-压板，3-挡板，30-挡板陶瓷纤维毯，31-拉筋，4-套筒，5-管法兰，51-法兰盖，6-填料密封组件，60-填料函，61-第一挡圈，62-第二挡圈，621-挡圈紧定螺栓，63-一次填料，64-液体填料，641-截止阀，65-二次填料，66-填料压盖，7-陶瓷纤维毯，8-声发射传感器探头，80-基座，81-固定罩，810-紧定螺栓，82-探头引线，83-螺栓座。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

本发明的反应器内部声波传导装置应用在流化床反应器中的高温以及流化物质的冲刷环境下，可将反应器内高温环境下的待监测声波传导至外部，同时可有效抵抗反应器内部流化物质对导波杆的冲刷作用，该装置可与设备器壁开孔密封，实现反应器正常运行情况下的内构件声学在线监测。下面以待监测内构件或部位为翼阀、吊耳螺栓以及提升管等进行说明。

实施例1

本发明实施例1的反应器内部声波传导装置，用于翼阀的声学在线监测。如图1所示，流化床反应器1的器壁10内侧设有衬里11，翼阀12位于流化床反应器1内，翼阀12具有翼阀外壁121(即料腿金属外壁)。本发明实施例1的声波传导装置用于将翼阀外壁121处的声波信号传导至流化床反应器1的器壁10的外部。该声波传导装置包括套筒4、导波杆2以及填料密封组件6。其中，套筒4贯穿流化床反应器1的器壁10，且套筒4的外壁与流化床反应器1的内壁密封连接。导波杆2穿设在套筒4中并将来自反应器内部的声波(即翼阀12外壁121处的声波)传导至流化床反应器1外，优选而非限制性地，导波杆2可采用圆柱形不锈钢丝。进一步如图1所示，导波杆2一部分位于流化床反应器1内，一部分位于套筒4内。优选而非限制性地，导波杆2位于反应器内、套筒外的部分呈波浪状，该波浪状部分的内端(即图1中左侧端)与翼阀外壁121接触并压紧。位于反应器内的这段导波杆设置成波浪状，可有效消除翼阀12与反应器器壁之间的热膨胀差带来的导波杆的变形。导波杆2的外端连接声发射传感器探头(图1中未示出，参考图9至图11)。填料密封组件6通过管法兰5连接在套筒4外端，用于通过多级填料在套筒4和导波杆2之间形成密封。

进一步如图1、图4至图6所示，为了有效防止反应器内流化物质对导波杆的冲刷和磨蚀，波浪状的导波杆部分的相应位置处设有挡板结构。优选而非限制性地，挡板3可采用角钢焊接而成，角钢位于波浪状的导波杆部分的正下方且呈V形布置(参考图4)。为了避免导波杆2与角钢直接接触，角钢内表面覆有挡板陶瓷纤维毯30。进一步如图1、5、6所示，波浪状部分的内端(即图1中的左侧端)通过压板210压接在翼阀外壁121上，压板210、波浪状部分的内端与翼阀外壁121接触的部位通过焊接的方式进行固定。为保证导波杆2与翼阀12之间连接牢固，导波杆2与翼阀外壁121之间采用连续焊，焊接完毕采用压板210压紧，压板210与翼阀外壁121之间也采用连续焊。

进一步如图1、2所示，套筒4的外侧端设有管法兰5，套筒4和管法兰5整体穿设在流化床反应器1的器壁10上，管法兰5用于连接填料密封组件6。为了设备监测的整体性，采用的管法兰结构为各类仪表接口的常规连接方式，即将翼阀12的声学监测也作为设备状态监测的参数之一。管法兰5设有法兰盖51，法兰盖51套设填料密封组件6并通过螺栓固定在管法兰5上。进一步如图2所示，为了避免位于套筒4内部的导波杆2(即直杆部分)接触金属的套筒内壁，套筒与导波杆之间填充陶瓷纤维毯7。为防止反应器衬里11的脱落，套筒4的内侧端口处焊接衬板110起到固定衬里的作用，该衬板110也能起到套筒4内侧与反应器内壁的密封作用。

进一步如图3所示，填料密封组件6具体包括填料函60和填料函60内部填装的多级密封填料。填料函60为中空结构且导波杆2穿设其中，该中空结构的内侧(图3中左侧)和外侧(图3中右侧)分别设有第一挡圈61和第二挡圈62。第一挡圈61卡接在图3中左侧的阶梯结构上，第二挡圈62卡接在图3中右侧的阶梯结构上并通过挡圈紧定螺栓621进行固定。多级密封填料从中空结构内侧至外侧依次设有一次填料63、液体填料64以及二次填料65。一次填料63和二次填料65可采用碳化纤维浸渍聚四氟乙烯编织填料，液体填料64可采用密封油并通过截止阀641控制注入量。一次填料63和液体填料64设于第一挡圈61和第二挡圈62之间，二次填料65设于第二挡圈62外侧。进一步如图3所示，二次填料65外端部设有填料压盖66，该填料压盖66通过螺栓固定在填料函60上。填料函60中的多级填料可有效增加密封性能，其中一次填料63不仅可以起到密封的作用，同时可以固定导波杆2且阻隔导波杆2与金属部件的接触；液体填料63起到二次压紧密封的作用；二次填料65可在挡圈后端进一步密封，密封效果更佳。

实施例2

当反应器待监测内构件为易于缠绕的柱状体时，导波杆的内端可通过缠绕的方式与待监测内构件接触并压紧。如图7所示，本实施例以吊耳螺栓13为例进行说明。

参考图7，本发明实施例2的声波传导装置用于将吊耳螺栓13处的声波信号传导至反应器1的器壁10的外部。该声波传导装置包括套筒4、导波杆2以及填料密封组件6。其中，套筒4贯穿反应器1的器壁10，且套筒4的外壁与反应器1的内壁密封连接。导波杆2穿设在套筒4中并将来自反应器内部的声波(即吊耳螺栓13处的声波)传导至反应器1外，优选而非限制性地，导波杆2可采用圆柱形不锈钢丝。进一步如图7所示，导波杆2一部分位于反应器1内(端部缠绕后可留有一定的伸缩度)，一部分位于套筒4内。套筒内的填充物以及填料密封组件6、管法兰的固定方式等与实施例1的内容相同(可参考图3)，在此不再赘述。

实施例3

当需要在反应器内监测结焦对流化物质运行产生干扰形成的异常声波时，导波杆的内端可以为自由状态且设置在易结焦的部位。如图8所示，本实施例以催化裂化提升管反应器为例进行说明，提升管中由于进行催化反应，易出现结焦现象。

参考图8，本发明实施例3的声波传导装置用于将提升管内的声波信号传导至提升管反应器的器壁10的外部。该声波传导装置包括套筒4、导波杆2以及填料密封组件6。其中，套筒4贯穿反应器的器壁10，且套筒4的外壁与反应器的内壁密封连接。导波杆2穿设在套筒4中并将来自反应器内部的声波(即器壁内的空间中易结焦处的声波)传导至反应器外，优选而非限制性地，导波杆2可采用圆柱形不锈钢丝。套筒内的填充物以及填料密封组件6、管法兰的固定方式等与实施例1的内容相同(可参考图3)，在此不再赘述。

实施例4

本发明实施例4为连接在导波杆外端的声发射传感器探头与器壁的第一种固定方式实施例。如图9、10所示，声发射传感器探头8设置在基座80上，探头8外部设有固定罩81(固定罩可以设计为前后侧镂空的结构)，且固定罩81顶部设有螺栓孔，该固定罩81焊接在基座80上，紧定螺栓810穿设固定罩81的螺栓孔并拧紧后可将探头8压接在基座80上。探头引线82可从探头后侧引出。

实施例5

本发明实施例5为连接在导波杆外端的声发射传感器探头与器壁的第二种固定方式实施例。该实施例中，声发射传感器探头8设置在基座80上，该基座80上设有焊接固定的螺栓座83，探头8外壁设有与螺栓座螺孔相适配的外螺纹，探头与螺孔螺纹连接并拧紧后可压接在基座80上。通过该方式固定，探头引线82可设置在探头8的顶部。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种反应器内部声波传导装置，其特征在于，用于将流化床反应器中内构件处的声波传导至反应器外部，包括：

套筒，其贯穿所述反应器的器壁，且套筒外壁与所述反应器内壁密封连接；

导波杆，其穿设在所述套筒中并将来自所述反应器内部的声波传导至反应器外，该导波杆外端连接声发射传感器探头；所述导波杆为圆柱形不锈钢丝；导波杆位于反应器内、所述套筒外的部分呈波浪状；该波浪状部分的内端与待监测的反应器内构件外壁接触并压紧；波浪状的导波杆部分的相应位置处设有挡板结构，用于防止反应器内部流化物质对所述导波杆的冲刷和磨蚀；

填料密封组件，其通过法兰连接在所述套筒外端，用于通过多级填料在所述套筒和导波杆之间形成密封；所述填料密封组件包括：填料函，其为中空结构且所述导波杆穿设其中，该中空结构的内侧和外侧分别设有第一挡圈和第二挡圈；多级密封填料，其从所述中空结构内侧至外侧依次设有一次填料、液体填料以及二次填料；所述一次填料和液体填料设于所述第一挡圈和第二挡圈之间，所述二次填料设于所述第二挡圈外侧。

2.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述挡板结构采用角钢焊接而成，所述角钢位于所述波浪状的导波杆部分的正下方且呈V形布置；所述角钢内表面覆有陶瓷纤维毯。

3.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述波浪状部分的内端通过压板压接在所述反应器内构件的外壁上，该压板、波浪状部分的内端与反应器内构件外壁接触的部位通过焊接的方式进行固定。

4.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述套筒与导波杆之间填充陶瓷纤维毯。

5.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述二次填料外端部设有填料压盖，该填料压盖通过螺栓固定在所述填料函上。

6.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述填料函内壁设有阶梯状结构，所述第二挡圈设置在该阶梯状结构处并通过紧定螺栓固定。

7.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，当所述反应器待监测内构件为易于缠绕的柱状体时，所述导波杆的内端通过缠绕的方式与所述待监测内构件接触并压紧。

8.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述声发射传感器探头设置在基座上，探头外部设有固定罩，且固定罩顶部设有螺栓孔，该固定罩焊接在所述基座上，紧定螺栓穿设所述螺栓孔并拧紧后将所述探头压接在所述基座上。

9.根据权利要求1所述的反应器内部声波传导装置，其特征在于，所述声发射传感器探头设置在基座上，该基座上设有焊接固定的螺栓座，所述探头外壁设有与螺栓座螺孔相适配的外螺纹，所述探头与螺孔螺纹连接并拧紧后压接在所述基座上。

10.一种反应器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的声波传导装置；所述反应器为流化床反应器或提升管反应器。

11.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述声波传导装置用于将流化床反应器中内构件处的声波传导至反应器外部；所述内构件为翼阀或吊耳螺栓。