CN117642248A - 用于监测热交换器的管片的方法 - Google Patents

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Abstract

壳管设备通常需要定期维护。本文描述的是一种用于在维护活动期间跟踪各个管的状态并记录状态数据以供审查和分析的自动方法。状态数据可以可选地以实时摘要格式报告并且/或用于预测完成时间。该方法有助于减少在壳管设备(包括壳管反应器和热交换器)中执行维护活动的费用。

Description

用于监测热交换器的管片的方法
技术领域
本发明涉及用于在维护活动期间监测热交换器的管片的方法。
背景技术
管壳设备(诸如热交换器)可包括数百或数千根管。壳管热交换器通常需要定期维护(诸如清洁和检查各个管)以确保可靠性和安全运行。此外，壳管反应器需要定期更换催化剂以获得最佳生产率。由于存在大量管，维护活动需要大量人力费用和长时间的处理停机时间才能完成；因此，快速且高效地执行这些活动具有强大的经济动机。未能正确执行壳管交换器内每个管的维护活动可导致代价高昂的处理停机时间、设备损坏和缩短反应器内的催化剂使用寿命。
发明内容
本文描述的是一种用于在维护活动期间跟踪壳管设备的各个管的状态并记录状态数据以供审查和分析的自动方法。具体地，该方法监测壳管设备内的“突出类型”维护活动的性能，其中跟踪从各个管突出的对象的出现。这是所有维护活动的较大组的子集。当突出对象出现在(多个)成像设备的视场内时，指示已对给定管执行了特定的维护活动，诸如清空、清洁或检查。在检测到突出对象之后，该方法进一步包括确定对象从其突出的管的唯一标识符。
这种监测方法的实用性在于，它将标识省略错误(未执行维护活动的管)，并且还将标识性能错误，诸如当(i)清洁抛射体卡在管中时；(ii)清洁设备不清洁管子的整个长度时；或者(iii)鱼胶带没有将催化剂从管完全清空时。此外，该方法还可标识重复突出，其中所监测的活动在同一管上多次执行——这是不期望的。
本方法可用一对成像设备(例如，相机、非接触式测距设备(NRD))来执行，该对成像设备被定位成使得它们能够从不同的有利位置查看管片表面的相同部分。实际上，这意味着成像设备被放置在管片平面附近并位于管片平面上方的某个高度处，并且被调整以同时从两个不同侧查看管片。
因为任何成像设备的视角可能不垂直于管片，并且通常被跟踪的突出对象并不总是笔直地延伸出每个管(相反，它通常相对于管的中心线成一定角度)，所以图像中多于一个管的属性将受到影响。考虑到突出对象实际上只穿过一根管，多根管的属性的变化可成为复杂因素。
因此，本发明的一种方法使用两个视图和阵列数学来确定突出对象正在穿过或离开哪个单独的管。这可例如通过使用一对成像设备来实现。
然而，为了简化图像处理，可能优选的是该对中的两个成像设备具有相同类型(例如，两个LiDAR设备)。可使用两个以上的成像设备来解决视场(FOV)限制(例如，允许创建“马赛克”数字图像)，但可能只需要两个成像设备来执行该方法的图像处理步骤。或者，可仅使用一个成像设备。
本发明的另一种方法使用至少两个视图和阵列数学来创建增强的数字图像。当处理包括快速移动对象(诸如抛射体)的模糊或扭曲图像时，增强的数字图像可能是有益的。该方法利用增强的数字图像来确定突出对象正在穿过或离开哪个单独的管。
此外，状态数据可以可选地以实时摘要格式报告和/或用于预测维护活动的完成时间。所描述方法最小化省略和性能错误，并有助于减少在壳管设备(包括壳管热交换器和反应器)中执行维护活动的费用。
附图说明
图1描绘了用于监测壳管设备的系统。
图2A描绘了水平定向的壳管热交换器的示例性实施例。
图2B描绘了图2A的热交换器的管片中的一个。
图3A描绘了垂直定向的壳管热交换器的另一示例性实施例。
图3B描绘了图3A的热交换器的管片中的一个。
图4描绘了采集管片的图像的光学设备的等距示意图。
图5描绘了由图4中的光学设备采集的视图的示意性表示。
图6描绘了采集图4所示的管片的图像的光学设备的平面示意图。
图7描绘了图像捕获和数据收集过程的示意图。
图8描绘了维护活动(鱼胶带引线(fishtaping))的实时显示。
具体实施方式
(A)用于监测壳管设备的系统
图1描绘了用于监测壳管设备110的系统100。壳管设备110(其不一定构成系统100的一部分)包括空心壳112(示出了其一部分)，空心壳112包含安装在其端部的管片114。管片114具有穿过其定义的一系列孔116。管118安装至分别的孔116，并且位于空心壳112内。壳112被示出为切开以展现管118。管118的端部119通过孔116暴露。管118及其分别的孔/通道可以是圆形(如图所示)、正方形、矩形等。
系统100通常包括位于孔116上方和/或旁边的成像系统120。成像系统120被配置为查看孔116。如下文将更详细描述的，成像系统120可包括一个成像设备120a(例如，相机)。替代地，成像系统120可包括多个成像设备120a和120b，用于在不同角度和有利位置查看孔116。成像设备120a和成像设备120b位于管片114的顶平面上方的某个高度处。成像设备120a和120b可以是静止的。替代地，一个或多个成像设备可被安装至移动设备122，诸如X-Y-Z平移平台、X-Y平移平台或运载工具。
成像系统120被配置成用于将与管端部119处的维护活动有关的数据传输到计算机124。计算机124可包括图像处理器126、存储器128、时钟130、编程软件132和关系数据库134(以及其他特征)。处理器126被配置成用于分析与管端部119相关的数据，如下文所述。计算机124连接到用于显示经分析数据的显示器140，如下文也将所述。例如，显示器140、成像系统120与计算机124之间的互连可以是有线的或无线的。
下文提供了与系统100和设备110相关的进一步详细信息和替代特征。
(B)壳管设备
壳管设备110在图1中示意性地示出。壳管设备110可形成热交换器的一部分，诸如图2A和图3A所示。现在转向图2A和图3A的壳管热交换器200和和壳管热交换器300，热交换器200和热交换器300通常包括定义空心内部的壳112，以及位于空心内部内的管118。
根据背景技术，壳管热交换器是工业中使用的常见类型的热交换器。它因其两个主要部件而得名，即安装在圆柱壳112内部的一个或多个传热管118。壳管热交换器的目的是在两流体之间传递热量。每一流体可以是液体或气体。在工业实践中，这些流体中至少一者是液态水或蒸汽是常见的。
在壳管热交换器200、壳管热交换器300内，一流体在管118的内部流动(指定为“管侧流体”)，而另一流体在管118的外部周围但在壳112内流动(指定为“壳侧流体”)。热交换器被构造为使得两流体不直接彼此接触。通过使热量通过管118的壁，从管侧流向壳侧或从壳侧流向管侧而将热量从一流体传递到另一流体。为了有效地传递热，可以在单个交换器中使用数百甚至数千根管118(统称为“管束”)。
壳管热交换器200和壳管热交换器300还包括一个或多个管片、头以及可选的其他部件(诸如挡板、连接杆、垫片和膨胀接头)。更具体地，管片114a、管片114b、管片114c和/或管片114d(统称为或单独称为(一个或多个)管片114)安装在壳112的端部。管片114是具有平面相反表面并且具有孔116的板或锻造物，管118通过孔116插入。管片114的所需厚度主要是具体壳管交换器的操作压力的函数。管118的端部通过焊接或通过机械或液压膨胀固定到管片114，使得防止壳侧的流体与管侧的流体混合。
管118的几何形状确定所需的管片114的数量。如果使用直管，诸如在图1、图2A和图3A中，可能需要两个管片114。或者，如果管118弯曲成字母“U”的形状(称为U管)，可能只需要一个管片114。
管片114中的孔116通常以两种几何配置(即，三角形或正方形)中的一种布置。管片114利用固定的相邻管118之间的中心到中心距离，称为“管间距”。此类配置的统一性简化交换器的设计和构造。常见的管间距是管118的外径的1.25倍。三角形配置(见图3B)通常用于获得高热传递和紧凑性，而方形配置(见图2B)对于需要定期从壳中提取管束并清洁管的外表面的服务是优选的。
壳管热交换器需要头220来容纳管侧流体并提供通过交换器的期望的流动路径。通常，每个管片114都有相对应的头。具有大致圆柱形的头被称为“通道”222(见图2A)，而具有大致圆顶形状的头被称为“阀盖”224(见图2A和图3A)。在某些情况下，头还可包括一个或多个用于引导管侧流体流过具体管的分程隔板228(图2A)。在这些情况下，管片114a的表面可进一步包括凹槽230(图2B)，凹槽230用于稳定隔板228和任何相关联的密封垫圈。头220可以就地焊接或者用法兰附接到壳112。在需要对管片114和管118提供进出口以用于维护和检查的情况下，具有可移除盖230(图2A)的带法兰的阀盖或通道是优选的。
壳管热交换器200、壳管热交换器300在整个行业中广泛使用，仅举几例，在电力发电、工业制冷和石化加工等中发现使用。可以以水平定向(图2A)或垂直定向(图3A)安装壳管热交换器。按照惯例，在工业设施内，壳管热交换器根据其处理功能命名。例如，壳管热交换器的典型工业应用包括冷凝器、重沸器、预热器、锅炉、过热器、急冷换热器、传输线换热器(Transfer Line Exchanger，TLE)、蒸发器、废热锅炉、同流换热器、交叉交换器和过程加热器。通常，单个工业系统内使用多个热交换器；例如，工业制冷系统可包括蒸发器和冷凝器两者，并且石化蒸馏系统可包括重沸器和冷凝器两者。
有关壳管热交换器的进一步信息可参阅《佩里化学工程师手册》，第6版，2008年，特别地第11节：热传递装备和相关联图11-1和11-2。本手册以其整体并出于一切目的并入本文。
(C)壳管设备的替代应用
壳管设备110也可被纳入其他工业装置/工艺系统，诸如下文所述。
包括U型管束的高强度壳管热交换器可以用作核电厂的蒸汽发生器，诸如美国第4,200,061号专利所公开的，该美国专利通过引用整体并入本文。
壳管设备可被并入到降膜换热器(falling film exchanger)中，诸如用于净化(甲基)丙烯酸的降膜熔体结晶器。
壳管设备可以作为用于在诸如氰化氢或氮氧化物之类的温度敏感产品离开反应区时快速冷却温度敏感产品的紧密耦合的急冷换热器被并入反应系统，诸如美国专利第6,960,333号所公开的，该专利通过引用整体并入本文。同样，传输线换热器(TLE)用于在高温处理气体离开乙烯炉时快速冷却高温处理气体。
在化学制造行业中，壳管设备110也可以用作化学反应器。在这些所谓的“壳管反应器”(也称为“固定床反应器”)中，管侧流体通常包括被转化为一种或多种化学产品的化学反应物。一般来说，商业规模的壳管反应器是大型装备，由1000至50000根管组成并且具有直径在1至10米之间的范围内的管片。在此类规模，这些壳管反应器的头可以很容易地包围足够大的体积，让工人实际进入并执行工作，当壳管反应器垂直定向时(如图3A所示)，顶部管片114c的上平面表面可以成为封闭工作区的实际“地板”。
通常，一个或多个微粒催化剂被放置在壳管反应器的管内，以促进期望的化学产品的形成。通过使热传递流体通过壳管反应器的壳侧，可以严格控制管侧反应温度，以最大化产品产量并延长催化剂寿命。独特的管配置和壳侧挡板设计也可用于进一步优化温度控制。
在壳管反应器内执行的化学转化可能是放热(热释放)或吸热(热吸收)反应。在高度放热反应(诸如例如碳氢化合物氧化反应)的情况下，通常使用高沸点流体(诸如熔融无机盐、煤油或有机热传递流体(例如，DOWTHERMTM))作为壳侧流体。管和管片的定制机械设计特征和特殊构造材料通常也用于确保在用于化学反应的较高工作温度和压力下安全操作。
丙烯酸的生产只是使用壳管设备作为反应器的商业碳氢化合物氧化过程的一个众所周知的示例。化学转化涉及两个连续的放热反应步骤，其中丙烯首先被氧化成中间丙烯醛，然后丙烯醛被进一步氧化成丙烯酸。已经开发了许多用于促进这种两阶段氧化过程的固体混合金属氧化物(MMO)颗粒型催化剂，并且文献中很好地记录了制备这些催化剂的方法。通过将一个或多个微粒型催化剂装载到反应器的管中来在反应器中组装固定催化剂床。当处理气体流过管时，气体与MMO催化剂颗粒直接接触，并且反应的热通过管壁传递到壳侧冷却剂。
目前，商业规模的丙烯到丙烯酸处理使用壳管型反应器的三种主要配置之一：串联反应器、单反应器壳(“SRS”)反应器和单壳开放级间(“SSOI”)反应器。作为群体，这些商用壳管反应器可在单个反应容器中包括约12000直至约22000根管，并且可具有高达100kT/年(每年220,000,000磅)的丙烯酸生产能力。某些大型商用反应器可在单个反应容器中包括25000直至约50000根管，生产能力高达250kT/年(每年550,000,000磅)。通过引用并入本文的美国专利第9,440,903号提供这三种反应器配置中的每一种及其相应的生产丙烯醛和丙烯酸的能力的描述。
生产环氧乙烷是使用壳管设备作为反应器的商业处理的另一个示例。壳管设备110可以以商用乙烯环氧化反应器的形式提供，例如包括多达12000根管。这些管通常装有环氧化催化剂(包括银)和促进剂组分(诸如铼、钨、钼和铬)，并且冷却剂通过反应器的壳侧循环。参考了美国专利第4,921,681号和美国专利申请第2009/0234144号和第2014/0135513号，该美国专利和美国专利申请均在此通过引用以其整体并入本文。
乙烯到1,2-二氯乙烷(也称为EDC)的氧氯化是使用壳管设备的化学处理的又一个示例。在这个处理中，壳管设备110中的管通常装有包括氯化铜(所谓的“迪肯”催化剂)的微粒催化剂，并且冷却剂通过反应器的壳侧循环。在一些实施例中，氧氯化反应系统可包括串联的两个或更多个壳管设备。参考了美国专利第6,180,841号、美国专利第3,892,816号和美国专利第5,905,177号，该美国专利均在此通过引用以其整体并入本文。
许多其他商业重要的气相催化反应在壳管反应器中执行，包括：丙烯转化为丙烯醛和/或丙烯酸(如上所述)；丙烷转化为丙烯醛和/或丙烯酸；甘油转化为丙烯醛和/或丙烯酸；叔丁醇、异丁烯、异丁烷、异丁醛、异丁酸或甲基叔丁基醚转化为甲基丙烯醛和/或甲基丙烯酸；丙烯醛转化为丙烯酸；甲基丙烯醛转化为甲基丙烯酸；邻二甲苯或萘转化为邻苯二甲酸酐；丁二烯或正丁烷转化为马来酸酐；苯胺转化为蒽醌；乙烯转化为环氧乙烷(如上所述)；丙烯转化为环氧丙烷；异丁烯和/或甲基丙烯醛转化为甲基丙烯腈；以及乙烯氧氯化为1,2-二氯乙烷。
因此，对于普通技术人员而言应当显而易见的是，本发明的方法被设想为可应用于任何壳管设备，包括但不限于化学反应器、预热器、锅炉、过热器、重沸器、冷凝器、蒸发器、同流换热器、急冷交换器、传输线换热器(TLE)、交叉交换器、废热锅炉、蒸汽发生器、降膜换热器和过程加热器。
(D)壳管维护背景
由于壳管设备中有大量的管118，因此完成每个壳管设备的维护和检查工作需要大量时间。跟踪维护任务的状态和进度也很困难。遗漏错误和性能错误可能是实质性问题。
在开始时，注意到，本文使用的术语“遗漏错误”是指未能对管118执行具体维护任务。例如，操作员可能会无意中跳过管，导致管可能未被清洁、检查或装载催化剂。遗漏错误的概率随着壳管设备中的管的数量以及维护活动的持续时间而增加。许多流程负责人普遍认为，只有通过以下步骤才能防止遗漏错误，诸如a)持续监测/监督执行活动的劳动力，或b)活动“完成”后进行100％的检查。本文描述的创造性方法在功能上对执行活动的劳动力进行持续监测/监督，最小化100％检查的需求。
相比之下，“性能错误”是指以不足的质量执行任务，或仅部分完成该任务。性能错误的示例包括使用校准不当的探头进行管壁厚度测量；仅从20英尺长的管的前15英尺处除锈；或用不正确类型的催化剂填充管。性能错误往往对壳管设备中的管数量相对不敏感。此外，性能错误通常会一次影响大量管。例如，用来自相同、不正确的催化剂桶球团的材料填充所有管。用本发明的方法解决遗漏错误既提高效率，又可获得用于防止性能错误的更多的监督资源。
可以对壳管设备的管执行许多维护活动。维护活动可包括一个或多个多步任务，并且这些任务通常对壳管设备中的每个管重复。可以使用本发明的方法有益地监测的维护活动的示例包括但不限于：
a)检查活动：清洁和/或机械损坏的视频检查；厚度测量(例如，涡流检查)；堵塞管的识别(例如，低流量管的红外检测)；以及经由反射UV光检查的有机污染的识别。
b)清洁活动：喷砂、CO2球团爆破、水力清理、液氮爆破、钻孔、钢丝刷清理、清管(Pigging)、以及去除焦炭积累。
c)维修活动：重新焊接管到管片焊缝；以及管的机械封堵。
对于用作反应器的壳管设备，维护活动也可包括与催化剂变化相关联的活动。可以使用本发明的方法进行有益监测的催化剂变化活动的示例包括但不限于：
a)例如使用“空气吹灰枪”、鱼胶带(fish tape)或真空软管从管去除催化剂，
b)目视验证管是空的(即“光检查”)，
c)将热传递插片安装到管中，
d)安装催化剂保持器，例如催化剂弹簧或催化剂夹，
e)将陶瓷或金属惰性颗粒装载到管中，
f)将一层或多层催化剂装载到管中，
g)测量催化剂床停供，以及
h)测量催化剂装载压降(dP)。
(E)成像系统详细信息
系统100的成像系统120的进一步详细信息在下文中描述。
(a)成像设备的数量和布置
系统100优选地包括两个成像设备120a和120b，例如，如图4中所布置，即在管片114的平面上方并且分别位于东西方向和南北方向上。
替代地，成像系统120可包括位于管片114上方的单个成像设备120a。例如，单个成像设备120a可布置在反射折射(catadioptric)系统中，该反射折射系统用于用单个成像设备实现同一物体(即，管片114)的两个视图。这实质上构成了单相机立体视觉，这是使用棱镜和/或反光镜(例如平面镜、抛物面镜或球面镜)完成的。除了使用更少的物理相机之外，还消除了同步图像收集的任何问题。在最简单的实施例中，直角镜被放置在成像设备120a正前方以充当分束器，从而产生右手视场和左手视场；然后定位附加的镜以允许右侧视图和左侧视图从两个不同的视角采集同一对象的图像。美国专利申请公开第2011/0143287号中公开了一种反射折射系统，该美国专利申请公开通过引用以其全部内容并入本文。在Garbacz的“MULTI-MIRROR SYSTEM FOR HIGH-SPEED CAMERA MONITORING APPLICATIONS,PROBLEMY EKSPLOATACJI–MAINTENANCE PROBLEMS(用于高速相机监测应用的多反光镜系统、维护问题)”(2013年)中也公开了反射折射系统，该文献通过引用以其全部内容并入本文。例如，参见该文献的图3。Shaopeng Hu等人的“Monocular Stereo Measurement UsingHigh-Speed Catadioptric Tracking,Sensors(使用高速反射折射跟踪的单目立体测量、传感器)”(2017年)中也公开了反射折射系统，该文献通过引用以其全部内容并入本文。
(b)成像设备类型
每个成像设备可以是检测器，诸如光电检测器或热检测器。光电检测器进一步包括多个光传感器，称为图像元素或“像素”。同样，热检测器包括多个热传感器，称为微测热辐射计或简称为辐射热测定器。
最常见和优选的实施例包括光学成像。在光学成像实施例中，包括光电检测器和图像处理软件封装的成像设备用于用可见光成像。例如，成像设备120a和成像设备120b可以各自是数码相机、RGB颜色视频摄像机或黑白相机。光学器件(即，透镜)将光聚焦在位于相机的焦平面内(即所谓的焦平面阵列或FPA)的光电检测器上，以获得失真最小的图像(即，对焦图像)。光电检测器内的各个传感器(即，像素)将与光电检测器接触的光转换为数字信号。然后将数字信号传输到图像处理器，其中组合数字信号数据的数字图像表示为数学阵列。
当管片114的数字图像被采集时，它可包含数千个甚至数百万个数字值，具体取决于所使用的检测器阵列。例如，典型的“4K”颜色数码相机将包括具有3840个水平像素乘2160个垂直像素的CMOS光电检测器阵列，从而产生8294400个不同的颜色测量结果；这在本领域中通常被称为“8百万像素阵列”或简称为“8MP”检测器。
如数字成像的领域中已知，光学器件和检测器大小控制成像设备可以“看到”多少物理世界，即被称为视场(FOV)的术语。检测器通常被配置成单个检测元件的固定阵列(网格)，其中更多的检测元件支持更宽的视场和/或更高的分辨率。大多数商用光电检测器实现为建立在硅晶片上的平坦阵列，这意味着可用硅晶片的最大物理大小限制可能的检测元件的总数；一旦达到最大阵列大小，只有(一个或多个)透镜的选择才能影响成像设备分辨率和视场(FOV)的宽度。
按照惯例，相机透镜通常由其水平FOV角度和其垂直FOV角度来描述，而光电检测器通常由检测器阵列的水平维度和垂直维度的像素数来描述。由于给定的光电检测器中存在固定数量的图像元素(像素)，FOV和图像分辨率是成反比的，即更宽的FOV(检测器看到更多图像区域)导致更低的分辨率，而更窄的FOV(每单位图像区域更多像素)导致更高的分辨率。选择适当的检测器大小(即，像素总数)和适当的透镜FOV是数字成像领域的普通技术人员的能力范围内。
静止图像数码相机可用于采集光学图像，但视频摄像机通常更容易配置成用于与联网计算机一起使用。市售视频摄像机通常被构造成具有经由Wi-Fi、LAN/PoE(以太网供电)布线、光纤等将图像数据传输到图像处理器(例如，笔记本电脑)的内置功能。在一些实施例中，至少一部分图像处理可以在相机的电路系统内执行，以加快处理/减少要传输的数据量(从而降低带宽要求)。
(c)能量传输
成像系统120可检测可见光能，然而，上述一般概念适用于所有形式的能量传输(例如，光、热、压力、声音、X射线、无线电波、电子束)及其适当的专用检测器。
如果能量是从物体的表面反射的光(例如，从可见光光谱、红外光谱或紫外(UV)光谱中的一个或多个选择的光波长)，则可以使用光电检测器阵列(例如，基于硅的CMOS光电检测器，包括称为像素的各个传感器阵列)来测量所述一个或多个波长的光强度，并创建单色(灰度颜色)数字图像或“RGB”颜色数字图像。使用适当的数据可视化软件(例如，称为显示驱动的软件)，颜色数据可以可选择性地在显示设备上渲染为视觉图像。
反射光的光源可来自环境(例如，阳光)——称为无源照明，或者光可来自人工白光源(例如，灯)——称为有源照明。光源可发射可见光光谱、红外(IR)光谱或紫外(UV)光谱中的一个或多个内的光的波长。
如果能量是从物体发射的热能(例如，波长在7.5-14μm之间的IR辐射)，则可以使用热成像系统120(包括称为辐射热测定器的传感器)来创建包括温度值的数字图像。使用适当的数据可视化软件，温度数据可以可选择性地在显示设备140上渲染为热成像(视觉)图像。注意，红外能量是从物体发射/辐射的，因此本身没有照明源。
如果能量是(例如，从雷达系统)反射的无线电波，则产生的数字图像包括无线电信号返回时间值，该值表示物体上的点与无线电波检测器(接收器)之间的距离。当与创造性方法一起使用时，在EHF带(也称为毫米波雷达)中运行的雷达是优选的。基于雷达、声纳、Lidar等的图像采集系统在本文被称为非接触测距设备(NRD)，它通常用移动的能量束“描绘”物体的表面，以便收集大量紧密间隔的返回时间(距离)测量结果。使用数据可视化软件，此距离数据可以可选地在显示设备140上渲染为视觉图像(例如，天气雷达显示器或LIDAR地形图)。就其性质而言，NRD需要具有然后可以反射回来的能量的有源“照明”。
(F)软件详细信息
执行本文描述的图像处理步骤的软件代码可以使用各种计算机编程语言(例如，使用C++、Python或MATLAB编程语言)编写。所采用的图像处理步骤可包括数字图像处理的领域中广为人知的一种或多种技术，诸如滤波、颜色与灰度之间的像素转换、(Canny算法)边缘检测、圆霍夫变换、将图像数据从一个颜色模型转换为另一个颜色模型(例如，RGB到L*a*b*)、图像掩模的创建以及颜色检测。已经创建了用于高效执行这些图像处理步骤的标准化函数库，并且目前可用于并入编程代码，从而大大简化软件例程的准备工作。OpenCV(开源计算机视觉库：http://opencv.org)是一个此类图像处理函数库，其目前可用于下载作为开源软件。虽然最初是在C++编程语言下编写的，但所谓的“封装器”现在可用于允许OpenCV中的函数与其他编程语言(诸如Python、JAVA和MATLAB)一起使用。专有应用(诸如图像处理工具箱TM和计算机视觉工具箱TM(从美国马萨诸塞州纳蒂克的MathWorks公司市售))可用于实现本文描述的图像处理。适于与Python语言一起使用的OpenCV(也称为OpenCV-Python)也可用于图像处理。称为“数值Python(Numerical Python)扩展”或“NumPy”的Python的增强也可用于提高具有数组数据的数学操作的性能。
图像处理软件(诸如Matlab和OpenCV)可以使用许多不同的颜色模型执行操作。如本领域已知的，“颜色模型”是使用有序参数列表(本文称为“通道”)对颜色的抽象数学表示。图像可以以与已知的颜色模型(包括RGB、HSV和L*a*b*)相对应的许多不同的格式表示。RGB颜色模型中表示的颜色使用0到255的值指定三个通道中每个通道的强度：R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)。RGB是诸如视频摄像机和电视之类的设备的原生格式。HSV颜色模型中表示的颜色指定以下三个通道：色相，代表主导波长；饱和度，代表色调；以及值：代表强度。L*a*b*颜色模型中表示的颜色指定以下三个通道：L*，表示感知亮度或光度；a*，表示红色与绿色之间的范围内的轴上的颜色；以及b*表示黄色与蓝色之间的范围内的轴上的颜色。
与全彩图像不同，灰度图像只包含代表灰度的单个通道。这个色彩空间中的像素强度由0到255的范围内的值表示，其中黑色是最弱的强度(值为0)而白色是最强的强度(值为255)。因此，灰度中单个像素可以表示的状态的最大数量是256。利用仅单个通道，灰度的图像处理与全彩相比可以更快并且需要更少的计算资源。
图像处理软件进一步包括颜色转换算法，诸如在一个颜色模型下采集的图像(例如，来自视频摄像机的RGB图像)可被转换为不同的颜色模型。通常执行此类转换以简化处理计算或突出显示感兴趣区域(ROI)中的某些特征。此外，转换算法允许将颜色数字图像转换为灰度；在搜索通常沿物体边缘出现的高对比度区域时，这通常是有利的，并且这是物体检测算法的关键方面。
(G)突出类型维护活动示例
本文描述的系统100对于监测“突出类型维护活动”尤其有效，其中物体在活动期间从壳管设备的管端部119突出。各种“突出类型维护活动”在下文中描述并且表示可在壳管设备上执行的维护活动的重要子集。
在图2A所示的示例中，当对热交换器进行水力处理时，首先移除盖230和阀帽224，然后将水力处理喷枪(hydroblasting lance)250插入到管的入口端部中；加压水从喷枪250的端部252喷出，从而将材料从管118移出以用于清洁目的。操作者使用连接到加压水源的手柄253来控制喷射。如图所示，水以及最终喷枪250在排放管片114b处从管118的排放端部突出。作为安全预防措施，工作人员仅存在于壳管热交换器200的入口端部处，并且在排放管片114b附近不存在工作人员。
在图3A所示的示例中，鱼胶带350穿过下管片114d插入管118的底部，并且鱼胶带350的自由端部352最终在上管片114c处从管118的顶部(排放端部)突出。应注意，操作者(工作人员)仅处于下管片114d下方的空间中，并且不直接观察从管118的排放端部突出的鱼胶带350，因此他们可能不确定鱼胶带350的端部352已经完全穿过管118。根据本发明的方法，系统100可有利地由工作人员使用来接收反馈以确认鱼胶带350的端部352成功从上顶片114c处的管118的排放端部突出。
在又另一示例中，使用一阵加压空气将泡沫圆柱体(“拭子”)通过管118“射出”。该活动可用于在清洁步骤(诸如喷砂或水力处理)之后从管118移除灰尘或湿气(例如，液态水)。在这种突出类型维护活动中，重要的是每个拭子从每个管118排出。留在管中的任何拭子可能妨碍后续活动，诸如例如催化剂装载。
在突出类型催化剂移除维护活动期间可跟踪的突出对象的一些示例包括(i)从管顶部突出的鱼胶带，(ii)从管底部突出的催化剂移除空气喷枪，以及(iii)从管子的任一端部突出的“多管(polytube)”真空软管。
在突出类型管检查维护活动期间可跟踪的突出对象的一些示例包括从管的任一端部突出的管道镜和从管的任一端部突出的涡流探头。
在突出类型管清洁维护活动期间可跟踪的突出对象的一些示例包括：
a.泡沫清管器、管清洁器(例如，来自美国德克萨斯州拉波特的Conco服务公司)、橡胶球或从任一管端部排出(“射出”)的其他抛射体；
b.来自水力处理；喷砂；CO2、核桃壳或N2喷砂的清洁介质(水等)——从任一管端部排出(“喷射”)；
c.从任一管端部突出的旋转导线管刷；
d.从任一管端部突出的钻头；以及
e.用于水力处理；喷砂；CO2、核桃壳或N2喷砂的喷枪——从任一管端部突出。
通常注意到，执行上述突出类型维护活动的操作者可能位于壳管设备的“入口端部”，而本方法下的监测在壳管设备(例如，热交换器或反应器)的“排放端部”执行。这意味着，一般来说，在执行突出类型维护活动时，在被监测的管片114附近不存在遮挡对象或人，因此不必解决视野受遮挡的问题。
(H)监测壳管设备的突出类型维护活动的过程
一般来说，并且根据一个示例性方法，针对包括管片的壳管设备，管片包括以固定的行和列模式布置的多个管端部，一种用于在突出类型维护活动期间监测所述壳管设备的状态的方法包括以下一般步骤：
a)为管端部的每个管端部分配唯一标识符，
b)在初始采集时间(Ti)，从两个不同的有利位置采集管片的至少一部分的一对初始数字图像(Dai和Dbi)，
c)确定针对所述对初始数字图像内的所述管端部的每个管端部具有至少两个状态的属性(Ai)的初始状态，以及
d)在关系数据库中创建所述对初始数字图像内的每个管端部的初始数据记录，所述初始数据记录包括：
i.初始采集时间(Ti)，
ii.管端部的唯一标识符，以及
iii.初始采集时间(Ti)处图像属性(Ai)的初始状态。
下面将描述上述方法的更精细的详细信息。
(a)初始映射过程
现在转向图1、图4和图6，并且，在开始突出类型维护活动(例如，鱼胶带引线)之前，成像系统120首先收集(即，采集)管片114的顶平面的初始图像以映射管端部119的位置。该步骤可被称为初始映射步骤(即，上面的步骤a))。
成像系统120可以例如是包括可见光谱光电检测器的光学系统。在收集图像时，成像系统120通过其孔径接收光并将光转换为数字测量结果集，该光代表管片114的状况。如背景技术，格式化为阵列的采集的测量结果数据在本文被称为数字图像。
一旦被采集，管片114的数字图像就经由Wi-Fi、LAN/PoE(以太网供电)布线、光纤等被转发到计算机124的处理器126。计算机124的软件132对数字图像内可见的每个管端部119创建唯一管标识符。首先，图像处理软件定位每个管端部119的几何中心。唯一标识符然后被分配给图像阵列中每个中心的(x,y)位置。优选地，将每个管的唯一标识符提供为笛卡尔坐标集的形式(行、列)，与管片的制造图中使用的行和列名称相对应。通过这种方式，软件132知道它在图像阵列中查看的是哪个(哪些)管118，并且可以唯一地标识每个管。
图像处理软件可以通过执行以下步骤来定位管端部119的几何中心：
i.使用圆霍夫变换(CHT)函数和/或OpenCV或Matlab软件中的Canny边缘检测算法，标识图像阵列中所有感兴趣的几何区域(即，圆管端部)。注意，软件中有使用这些函数的具体命令。命令返回表示阵列中圆中心坐标(x，y)以及圆的半径的变量。
ii.将图像阵列坐标与管片的已知尺寸数据对齐，以便将标识的圆管端部映射到管片图。注意，通过利用图像中的基准来对管片图进行定向，这一步骤可更容易。
iii.将图中每个管的唯一管标识符(行，列)与图像阵列中每个圆心的(x，y)位置坐标相关。
由于管片114是固定部件，它通常不会相对于成像系统120移动。因此，阵列中每个圆心的位置不会改变，并且在维护活动期间，此映射步骤应当只需执行一次。
应该注意的是，典型的壳管设备的只有大约1/3的管片面积实际上包括孔(管端部)，而其余约2/3的管片面积仅包括管端部之间的平面表面。因此，只有大约1/3的成像设备数据表示来自管片114上所谓的感兴趣区域(ROI)内的测量结果。通过了解图像中所有管端部的位置，后续处理可仅限于这些圆ROI，从而显著减少评估每个数字图像的时间。在图像处理领域中的那些普通技术人员将认识到，图像“掩模”可以使用图像处理软件创建，然后有益地应用于实现此类优化的图像处理。
在一些实施例中，这个初始映射步骤可以通过采集可见光参考图像并使用“图像查看器”软件(从Mathworks公司，Natick，纳蒂克，MA 01760–美国市售)在电脑上渲染来手动执行。图像查看器的关键特征是它显示用户选择的各个像素位置值及其相关联的颜色/强度值的能力。这允许手动标识落在每个管端部内的特定像素，从而提供一种将像素组与适当的唯一管标识符相关的方法。当壳管设备包括相对较少的管时，这种方法最有益。
通常注意到，设备120a和设备120b中的一个或两个可被用在系统100中，然而，出于本描述的目的，假设设备120a和设备120b两者都被用在系统100中。如图4和图6所示，一个成像设备120a从西向东采集图像，而另一成像设备120b从南向北采集图像。因此，设备120a和设备120b两者覆盖管片114的所有四个象限。
还注意到，管片114可以或可以不被有源照明，并且设备120a和设备120b可首先或可不首先与管端部119的特定行和列对准。最后，设备120a和设备120b可以是具有可见光、IR和/或UV光谱检测器的数码相机。由于发射率的差异，在某些情况下可使用热红外相机。
(b)监测处理
在开始鱼胶带引线维护活动之前(例如)，设备120a和设备120b同时采集管片114的一对初始图像(Dai和Dbi)。这构成上述方法的步骤b)。然后计算机124确定针对管端部119的每个管端部119的属性(Ai)的初始状态。这构成上述方法的步骤c)。根据背景技术，属性描述能够被监测的可标识的质量(形状、颜色等)。注意到，任何属性都可通过所选择的成像设备来测量，诸如：
a)圆管端部119的形状的变化或明显的变化，例如，由于大体上矩形的鱼胶带出现在圆管端部的顶部，即检测到的形状从“O”形变为类似希腊字母“Φ”(Phi)的形状，
b)管片114和从管118突出的对象之间的颜色、光度或暗度差异，以及
c)使用例如canny边缘检测的新对象的出现。注意到，边缘检测将标识新对象的轮廓，诸如大体矩形鱼胶带352的边界。
因此，被监测的属性可以是对象的形状、颜色或存在。还可存在许多其他可评估的有用属性。
在处理的这一早期阶段，属性(Ai)的初始状态应该表示没有对象从管118突出，因为鱼胶带引线处理尚未开始。状态可用数字来表示。简单地说，该步骤建立了管118的状态的初始基线。
在上述方法的步骤d)中，计算机124在关系数据库134中针对一对初始数字图像内的每个管端部119创建初始数据记录。初始数据记录包括初始采集时间(Ti)、管端部的唯一标识符以及初始采集时间(Ti)处所选图像属性(Ai)的初始状态。
在步骤a)-步骤d)完成之后，系统100通过使用设备120a和设备120b连续采集管片114的并发数字图像对来监测管端部119处的变化。对于许多突出类型维护活动来说，变化可能非常快。因此优选地以高频率采集图像对，诸如例如每秒1对图像，或每秒60对图像，或甚至每秒180对图像。在一个实施例中，使用两台Aida型号#UHD-100A RGB数码相机(可从美国加利福尼亚州西科维纳91797的AIDA成像公司(www.Aidaimaging.com)商购获得)以每秒30个的速率采集数字图像对。
转向图4-图7，在突出类型维护活动(例如，鱼胶带引线)期间，图像内属性的瞬时变化将由穿过管片114的平面并从管118的端部突出的对象(鱼胶带端部352)引起。将管片118的连续图像(Tx>Ti)相互比较以检测感兴趣区域(即，靠近圆管端部，但不一定仅在管片114的xy平面内)处的属性的瞬时变化。
在一个实施例中，以高频率(例如以每秒60张图像的速率)收集管片图像，并监测连续图像之间的指示管片上已发生运动的变化。该过程在本领域中可被称为“光学运动检测”。如果没有检测到运动，则不执行进一步的图像处理，从而优化计算机资源的使用。
注意，运动检测不一定需要图像对。运动检测构成运动“触发器”，用于决定何时采取进一步的图像处理动作，并且不需要确定运动发生的确切位置。更具体地，如果没有检测到运动，则不对特定图像对执行进一步的图像处理。简而言之，当没有任何变化时，无需评估每个管的状态。这消除了处理图像和用不必要的数据填充数据库所浪费的时间。相反，如果检测到运动，则执行根据本文描述的示例性方法的所有必要的图像处理，从而确定每个管端部的状态。例如，鱼胶带可能同时从多个管突出，然后将状态(连同唯一的管标识符)记录在数据库中。
还应注意，“运动触发器”可以是(例如)管片上任何位置的颜色变化，而管端部属性(A)可替代地是管端部的形状。这两个属性可用于不同的目的，并且不必相同。使用图像处理软件评估图像中像素的颜色比评估图像中的形状更快，这使得颜色成为响应更灵敏的运动触发器。相反，虽然形状识别可能会导致更慢的处理，但它对于标识鱼胶带从其突出的特定管可能更准确。这是因为评估圆管端部必然涉及在视场内使用大量像素；使用一组像素进行评估将利用数学求平均，使其本质上对噪声不太敏感。
图4、图5和图6描绘了在鱼胶带动作维护活动期间由一对设备120a和设备120b采集的视图。该对中的每个图像都是同时采集的，并且每个图像代表不同的视图。
在该示例中，在某个时间点，鱼胶带350的端部352在管位置“C5”处并且在管片114的平面上方从管118突出(参见图6)。该变化由设备120a和设备120b捕获。注意到，管118布置在行A-G和列1-8中；并且，在该示例中，鱼胶带端部352位于C行和第5列。
参考图4和图5所示，设备120b检测位于C5和A4处的管处的鱼胶带端部352(例如，对象)的存在。例如，这里监测的属性可以是形状。注意到，由于设备120b和鱼胶带端部352的定向，设备120b检测位于A4处的管处的鱼胶带端部352的存在(即使鱼胶带端部352没有定位在位置A4处)。设备120a检测位于C5、C6和C7处的管处的鱼胶带端部352的存在。类似地注意到，由于设备120a和鱼胶带端部352的定向，设备120a检测位于C6和C7处的管处的鱼胶带端部352的存在(即使鱼胶带端部352没有定位在位置C6和C7处)。
回到监测方法，设备120a和设备120b都将该信息作为数字图像(参见图7)传输到计算机124的图像处理器126。数字图像可以是两个阵列(即，阵列1和阵列1)的形式。计算机124对由设备120a和设备120b两者传输的数据进行比较，并且确定两个设备120a和120b已经检测到位于C5处的管118处的对象(即，鱼胶带端部352)(参见图7处的图像处理器126的阵列3处的值“2”)。应当理解，管118在C5处的位置(以及所有其他管)是在初始映射步骤中确定的。
计算机124通过例如添加阵列值、减去阵列值或执行本领域已知的其他数学运算来对由设备120a和设备120b提供的每对图像执行图像处理，从而评估图像内所有管118的状态。在图7所示的示例中，图像处理器126将两个检测器阵列1和2中的对应单元的值相加(因此，0+1＝1、1+1＝2等)以得到阵列3。因此，计算机124得出结论：突出的鱼胶带端部352存在于位于C5处的管118处。
然后计算机124为每个管的管端部形状属性(A1)分配适当的状态值(0、1、2)。在图7所示的示例中，值2指示在两个图像中都存在非圆形形状，1指示仅在图像中的一个图像中存在非圆形形状，而0指示在两个图像中仅存在圆形形状。然后将这些状态值传递到关系数据库134以供存储和分析。关系数据库134将属性状态(A1)映射到状况值(C1)。例如，状态值“2”映射到条件“检测到”；而值“1”和“0”映射到条件“未检测到”。关系数据库134软件计算活动的性能度量(例如，完成百分比、规格外数、预测完成时间、时间戳、管标识“ID”)。
性能度量(可选地)传输到视觉显示器140(诸如数字计算机监视器或打印机)进行实时报告。数据可视化软件也可用于渲染数字图像内测量结果的可视化表示。
在一个实施例中，计算机124使用由设备120a和设备120b采集的图像对来形成单个增强的数字图像。通常，在该对的两个图像中发现的视觉元素被保留在增强的数字图像中，而仅在该对的两个图像中的一个图像中发现的视觉元素被从增强的数字图像中省略。增强数字图像可以可选地包括来自一个或多个附加成像设备(未示出)、来自设备120a和设备120b的先前图像对、或者甚至来自初始数字图像对(Dai和Dbi)的补充数据。当处理具有噪声、失真或模糊的图像数据时，诸如例如在跟踪快速移动的物体(诸如抛射体)时可能发生的情况，使用增强的数字图像可能是有益的。可选地，增强的数字图像可被存档在计算机124的存储设备内，以供后续用于改进图像处理算法和/或调整属性评估参数。一旦形成，增强的数字图像就可用于评估该数字图像对内的每个管的状态，其中计算机124为每个管的属性分配适当的状态值(S0、S1、S2…)。
尽管关于从反应器管突出的鱼胶带进行了描述，但是普通技术人员可容易地将本发明的方法应用于许多其他突出类型维护活动的监测，诸如例如使用水力处理喷枪从重沸器管中清除聚合物，或对使用气压驱动抛射体(例如清管器)的热交换器管进行除锈。
(c)数据可视化处理
现在转向图8，可使用数据可视化软件将数字图像数据转换为适合在显示器140上呈现为视觉图像[即，图片]的格式。除了视觉图像外，数据可视化软件还可用于以一种或多种摘要格式(诸如表格、图表、电子表格或颜色编码摘要图形)呈现数字图像数据。性能度量传递到视觉显示器140(诸如数字计算机监测器或打印机)以进行实时报告。数据可视化软件也可用于渲染数字图像内测量结果的可视化表示。
使用关系数据库134软件评估具体时间段期间所有管的维护行为，有可能(i)生成性能度量，诸如“已清除的管的数量”或“已清除的管的百分比”，以及(ii)预测未来的行为，诸如完成维护活动的剩余时间。此外，通过以这种方式评估所有管，可以确定活动结束时管片114的总体状况(例如，54％的管已被清除)，并可以创建该结果的数据库记录，以供将来参考。计算机124可以进一步被配置为计算因变于开始时间、当前时间、管的总数和已清除(或剩余)的管的总数的预测完成时间。
系统100还可用作能够经由显示器140在特定时间传达每个管118的状态的实时显示接口。在显示器140上可视化的是对管片114的每个管118执行的鱼胶带动作维护。显示界面可包括使用符号或颜色的管片114的表示。显示界面可以可选地包括关键性能度量，诸如已清除的管、剩余的管、经检查的管的百分比等，这些度量是使用来自关系数据库134的数据记录计算的。显示界面还可包括从关系数据库134存取相关信息，诸如设备名称或对正在执行的任务的描述。
附加地，向壳管设备(例如，反应器)的工作空间内的操作者提供一个或多个便携式显示设备可以是有益的，使得他们可以在作业执行期间监测管的状态。例如，从下管片下方的位置执行鱼胶带的工人可能会受益于实时监测上管片内管端部的行为的能力。如果使用，优选地将此类显示设备配置成无线(Wifi)显示设备。显示设备优选地利用触摸屏功能，以便于在现场使用。
(I)图像元数据和工作空间参数
如上所述，数字图像内的数据被处理以确定关于图像中的每个管端部119的属性详细信息，如上所述。一般来说，属性是图像内的特征，诸如例如形状、颜色、强度和/或纹理。每个属性通常可以通过存在或不存在一个或多个具体状态来描述。关于每个管的时间戳数据(包括其标识符和其属性详细信息)被存储在关系数据库134(SQL软件或类似数据)中，以供后来分析。在一个实施例中，时间戳以朱利安日期格式提供。
附加图像信息(本文称为图像元数据)也可被存储在关系数据库中。图像元数据可以可选择地包括GPS坐标、相机编号、工作描述(例如，“2020年7月检查”)和/或壳管设备ID。
工作空间参数也可以存储在关系数据库134中，如下所述。更具体地，并且如前所述，商业规模的壳管反应器可具有直径在1米到10米之间的管片。在此类规模下，这些壳管反应器的头可以很容易地包围足够大以让一个或多个工人实际进入的体积，从而创造出在工业上被称为的“密闭工作空间”。在维护活动期间，此类密闭工作空间内的环境可被控制以便防止对催化剂的损坏，最小化反应器内锈的形成，并保护工人免受潜在危害。因此，在执行维护活动时，测量一个或多个工作空间参数以便更好地控制密闭工作空间环境可以是有益的。
例如，气候控制的空气(加热或冷却)可被供应给密闭工作空间，以便保持优选内部温度和/或控制反应器内的相对湿度。在一个实施例中，一个或多个温度测量设备可被放置在气候控制系统的管道系统内和/或密闭工作空间内。在另一个实施例中，一个或多个启用Wi-Fi的传感器可被暂时放置在密闭工作空间内，以持续监测其中的相对湿度(％RH)。然后，有时间戳的温度测量结果和/或有时间戳的％RH测量结果可以通过有线或无线方式自动传输到计算机124，存储在关系数据库134中，并可选择地呈现在视觉显示器140上。
在另一个示例中，便携式气体分析仪可用于持续监测密闭工作空间大气，以(使用所谓的“有毒气体检测器”)检测有害气体的存在，(使用所谓的“氧气计”)验证保持足够的氧气浓度，和/或(使用所谓的“LEL监测器”)监测易燃性危害。传统上，此类大气监测活动由被称为“空洞观察”的个体执行，分析仪测量结果数据通常用手记录在纸质日志上。然而，在优选实施例中，来自此类气体分析仪的有时间戳的测量结果可以通过有线或无线方式自动传输到计算机124，记录在关系数据库134中，并可选择地呈现在视觉显示器140上。
根据安全规则，通常需要跟踪密闭工作空间内的工人人数，并在紧急疏散的事件中对他们负有责任。传统上，这项活动也由“空洞观察”执行，再次通常使用手写日志。然而，在优选实施例中，一个或多个LiDAR设备(诸如例如密度入口传感器(可从美国加利福尼亚州旧金山的密度公司获得))可被安装在入口点(诸如反应器头的人行走道)上方以自动跟踪进入/离开工作空间的人员。通过有线或无线方式持续将有时间戳的进入和离开数据传输到计算机124，有可能实时确定维护活动期间工作空间内的人员数量。将这些有时间戳的工作空间占用数据存储在关系数据库134中允许计算人力性能度量，例如，人力效率因素和任何停工的持续时间。
虽然本文公开的具体示例说明了本方法对例如化学反应器或热交换器的应用，但本领域普通技术人员可以很容易地设想将类似的方法应用于其他壳管设备。
另外，为了简单起见，本发明的方法在上文被描述为使用成像系统120内的光学设备(例如相机)。然而，在一些实施例中，成像系统120包括至少一个非接触式测距设备(NRD)，诸如例如雷达设备、声纳设备、激光扫描(LiDAR)设备或电子束设备。
例如，在优选实施例中，成像系统120包括Velarray M1600固态LiDAR设备(可从美国加利福尼亚州圣何塞的Velodyne Lidar获得)，并且包括“velodynelidar”接口的MATLAB软件用于图像处理并可选地用于相关联点云的可视化。
虽然本发明相对于至少一个实施例进行了描述，但本发明可在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变型、使用或修改。进一步，本申请旨在涵盖本发明相关领域中已知或惯常实践内的对本公开内容的偏离，并且其落入所附权利要求书的限制内。

Claims (24)

1.一种用于在突出类型维护活动期间监测壳管设备的状态的方法，所述方法包括：
采集所述壳管设备的管片的至少一部分上的管端部的初始数字图像(Di)；
在所述突出类型维护活动期间的后来时间采集所述管端部的后续数字图像(Dx)；以及
将所述初始数字图像(Di)与所述后续数字图像(Dx)进行比较，以标识从所述管端部突出的对象的存在。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个采集步骤包括从两个不同的有利位置采集所述管端部的一对数字图像。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从两个不同视角采集所述管端部的所述对数字图像是使用包括单个成像设备的反射折射系统执行的。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在关系数据库中创建所述管端部的数据记录的步骤，所述数据记录包括表示所标识的对象的存在的值。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，进一步包括在关系数据库中为所述壳管设备的所述多个管端部创建数据记录的步骤。
6.如权利要求4或权利要求5所述的方法，进一步包括使用存储在所述关系数据库中的一个或多个数据记录来产生表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项的步骤。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括产生所述突出类型维护活动的性能度量的步骤，其中产生步骤包括计算所述性能度量并以表格、图表、电子表格或颜色编码概要图形的形式显示所述性能度量。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括在移动视觉显示设备上显示所述性能度量。
9.如权利要求4或权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：
测量一个或多个工作空间参数，
在所述关系数据库中记录工作空间参数测量，以及
可选地在视觉显示器上呈现所述工作空间参数测量。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述壳管设备是反应器、预热器、锅炉、过热器、重沸器、冷凝器、蒸发器、同流换热器、急冷交换器、传输线换热器(TLE)和交叉交换器中的一项。
11.对于包括管片的壳管设备，所述管片包括以行和列的固定模式布置的多个管端部，一种用于在突出类型维护活动期间监测所述壳管设备的状态的方法，所述方法包括：
a)对所述管端部中的每个管端部分配唯一标识符，
b)在初始采集时间(Ti)，从两个不同的有利位置采集所述管片的至少一部分的一对初始数字图像(Dai和Dbi)，
c)针对所述对初始数字图像(Dai和Dbi)内的所述管端部中的每个管端部确定具有至少两个状态的属性(Ai)的初始状态，以及
d)在关系数据库中创建所述对初始数字图像(Dai和Dbi)内的每个管端部的初始数据记录，所述初始数据记录包括：
i.所述初始采集时间(Ti)，
ii.所述管端部的所述唯一标识符，以及
iii.所述初始采集时间(Ti)处图像属性(Ai)的初始状态。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：
e)在后来采集时间(Tx)，其中Tx>Ti，从两个不同的有利位置采集所述管片的至少一部分的后来的一对数字图像(Dax和Dbx)，
f)确定所述后来的一对数字图像(Dax和Dbx)中每个管端部的属性(Ax)的后来状态，以及
g)在关系数据库中创建所述后来的一对数字图像(Dax和Dbx)内每个管端部的后来数据记录，所述后来数据记录包括：
i.所述后来采集时间(Tx)，
ii.所述管端部的所述唯一标识符，
iii.所述后来采集时间(Tx)处所选择的属性(Ax)的所述后来状态，以及
h)重复步骤e)至步骤g)直到所述突出类型维护活动完成为止。
13.如权利要求11或权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于，所述壳管设备是反应器、预热器、锅炉、过热器、重沸器、冷凝器、蒸发器、同流换热器、急冷交换器、传输线换热器(TLE)和交叉交换器中的一项。
14.如权利要求11-13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述壳管设备被反应器用于执行化学转化，所述化学转化包括：
i.丙烯到丙烯醛和/或丙烯酸的转化；
ii.丙烷到丙烯醛和/或丙烯酸的转化；
iii.甘油到丙烯醛和/或丙烯酸的转化；
iv.叔丁醇、异丁烯、异丁烷、异丁醛、异丁酸或甲基叔丁基醚到甲基丙烯醛和/或甲基丙烯酸的转化；
v.丙烯醛到丙烯酸的转化；
vi.甲基丙烯醛到甲基丙烯酸的转化；
vii.邻二甲苯或萘到邻苯二甲酸酐的转化；
viii.丁二烯到马来酸酐的转化；
ix.正丁烷到马来酸酐的转化；
x.苯胺到蒽醌的转化；
xi.乙烯到环氧乙烷的转化；或
xii.丙烯到环氧丙烷的转化。
15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，进一步包括使用存储在所述关系数据库中的一个或多个数据记录来产生表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项的步骤。
16.如权利要求11-15中任一项所述的方法，进一步包括产生所述突出类型维护活动的性能度量的步骤，其中产生步骤包括计算所述性能度量并以表格、图表、电子表格或颜色编码概要图形的形式显示所述性能度量。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括在移动视觉显示设备上显示所述性能度量。
18.如权利要求11-17中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
测量一个或多个工作空间参数，
在所述关系数据库中记录工作空间参数测量，以及
可选地在视觉显示器上呈现所述工作空间参数测量。
19.针对包括管片的壳管设备，所述管片包括以行和列的固定模式布置的多个管端部，一种用于在突出类型维护活动期间监测所述壳管设备的状态的方法，所述方法包括：
a)为所述管端部中的每个管端部分配唯一标识符，
b)在初始采集时间(Ti)，从两个不同的有利位置采集所述管片的至少一部分的至少一对初始数字图像(Dai和Dbi)，
c)处理所述至少一对初始数字图像以创建初始增强数字图像(Ei)，
d)针对所述初始增强数字图像(Ei)内的所述管端部中的每个管端部确定具有至少两个状态的属性(Ai)的初始状态，以及
e)在关系数据库中创建所述初始增强数字图像(Ei)内的每个管端部的初始数据记录，所述初始数据记录包括：
i.所述初始采集时间(Ti)，
ii.所述管端部的所述唯一标识符，以及
iii.所述初始采集时间(Ti)处图像属性(Ai)的初始状态。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：
f)在后来采集时间(Tx)，其中Tx>Ti，从两个不同的有利位置采集所述管片的至少一部分的至少一对后来数字图像(Dax和Dbx)，
g)处理所述至少一对后续数字图像以创建后来增强数字图像(Ex)，
h)确定所述后来增强数字图像(Ex)中每个管端部的属性(Ax)的后来状态，以及
i)在关系数据库中创建所述后来增强数字图像(Ex)内每个管端部的后来数据记录，所述后来数据记录包括：
i.所述后来采集时间(Tx)，
ii.所述管端部的所述唯一标识符，
iii.所述后来采集时间(Tx)处所选择的属性(Ax)的所述后来状态，以及
j)重复步骤f)至步骤i)直到所述突出类型维护活动完成为止。
21.如权利要求19或权利要求20中任一项所述的方法，其特征在于，所述壳管设备是反应器、预热器、锅炉、过热器、重沸器、冷凝器、蒸发器、同流换热器、急冷交换器、传输线换热器(TLE)和交叉交换器中的一项。
22.如权利要求19-21中任一项所述的方法，进一步包括使用存储在所述关系数据库中的一个或多个数据记录来产生表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项的步骤。
23.如权利要求19-22中任一项所述的方法，进一步包括产生所述突出类型维护活动的性能度量的步骤，其中产生步骤包括计算所述性能度量并以表格、图表、电子表格或颜色编码概要图形的形式显示所述性能度量。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括在移动视觉显示设备上显示所述性能度量。
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