CN1981267A - 用于炉管检查的二维和三维显示系统和方法 - Google Patents

用于炉管检查的二维和三维显示系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于显示从炉子收集的检查数据的系统和方法。该系统包括存储设备(106)，用于存储检查数据(112)。该系统还包括计算机(102)，其被编程用来在多个数据标记处划分检查数据(112)，以便将检查数据(112)关联到炉子的物理几何形状。每个数据标记标识炉子的物理特征(例如弯头、外部凸起表面、跨接管道系统、热井、焊缝、法兰、管壁厚度改变和/或直径改变)的位置。优选的是，计算机(102)还被编程用来产生划分后的检查数据的显示，其中，所述显示是炉子的管道段的二维或三维表示。然后，可以使用这一显示来可视地检测炉内的问题区域。提供了所述系统和相关联的方法的各种示例实施例。

Description

用于炉管检查的二维和三维显示系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及一种炉管(furnace tube)检查系统，并且更具体地涉及一种用于以二维和/或三维格式来显示检查数据以允许炉内的问题区域的可视检测的系统和方法。
背景技术
如图1A-1C所示，炉子一般包括数百到数千英尺的迂回管道系统(tubing)，所述迂回管道系统特征在于通过有角度的弯头(其每一个被标识为附图标号20)互连的直管道段(tube segment)(其每一个被标识为附图标号10)。弯头允许为了最大的热传导和效率而紧密地堆叠管道段。虽然在图1A-1C中未示出，但是也可以使用管道系统的介质(medium)长度部分来互连位于炉子不同区域内的炉子管道系统。管道系统的这些部分不是炉子几何形状的一部分，而是被使用使得检查工具(在下面进行描述)可以一次通过地工作(如果可能的话)，从而大大减少工厂的停工期。
如果工厂维护人员需要维修或更换炉子的磨损部分，则准确识别哪个管道段包含该磨损部分以及所识别的管道段位于炉内何处非常重要。另外，重要的是获得关于炉内的过热点(hot spot)的信息，使得工厂维护人员可以调整炉子以减少或消除所述热点，由此延长炉子的寿命并且减少成本和今后的工厂停工期。
在这一点上，开发了炉管检查系统，其中，从发射器(launcher)(在图1A中示出)通过炉子(在图1B中示出)并且向接收器(receiver)(在图1C中示出)冲出(flush)检查工具(被标识为附图标号30)。通常，当检查工具通过炉子时，它以预定时间间隔收集检查数据(尽管可以经由基于位置的收集系统来替换地收集检查数据)。检查数据包括炉子内半径的读数、炉子壁厚的读数等。然后，从检查工具提取所收集的检查数据，据此，将各种读数转换为校准后的工程单位(engineering unit)。最后，工程师可以审查转换后的检查数据以识别炉子内的变薄、凸出和其他缺陷。
现有技术的炉管检查系统的一个问题是难以将从炉子收集的检查数据与炉子的物理几何形状相关联。这是因为以下事实，即：检查工具不以恒定速率前进通过炉子。而是，检查工具经常减慢和流过炉子并且/或者可能在瞬间被卡在所述结构中的点上。而且，检查工具可能花费更长时间来穿过炉内的弯头。另外，炉子可能在管壁厚度(schedule)尺寸或直径上改变，因此延缓或促进检查工具的通过。例如，炉子可以从管壁厚度40改变到管壁厚度80(或反之)，从而改变检查工具的通过速率，或者，炉子可以从4英寸内径改变到6英寸内径(或反之)，从而改变检查工具的通过速率。所有这些条件产生在收集的检查数据和检查工具相对于炉子的物理几何形状的精确位置之间的关联(即映射或定标(scaling))问题。结果，工程师可能不能识别炉子的磨损部分和/或过热点的精确位置。
现有技术的炉管检查系统的另一问题是没有以容易“通知”炉内问题区域的方式来显示检查数据。传统上，以一维表格形式呈现检查数据，这不足之处在于：工程师必须细读每行数据以确定是否产生了潜在的问题。可以明白，这种审查检查数据的方法是耗时、低效的，并且不容易允许管道系统的一个部分和另一部分之间的比较。因此，工程师不能容易地检测炉子的磨损部分，并且不能确定在炉子的操作期间是否出现对于炉子区域常见的过热点。
近来，已经开发了数据可视化工具，其允许以二维格式用图形显示一份(slice)检查数据，其中，每一份包括从炉子的短轴部分(例如小于1英尺)收集的检查数据。虽然检查数据的这种图形表示相对于上述一维表格格式是一种改进，但是工程师一次只能查看一份检查数据。当试图识别检查数据中的整体趋势然后将它们应用到工厂的实际操作时，这个严重的问题。
发明内容
本发明涉及一种用于显示从炉子收集的检查数据的系统和方法，所述炉子包括由多个弯头连接的多个管道段。所述系统包括存储设备，用于存储由被冲过炉子的检查工具收集的检查数据。优选的是，检查数据包括由超声波换能器阵列或由具有旋转镜的单个换能器收集的多个内半径和/或壁厚读数。所述存储设备也可以存储由一个或多个辅助传感器(诸如轴编码器(axialencoder)、加速度计、滚动编码器(roll encoder)、陀螺仪和/或惯性导航系统)收集的传感器数据。
所述系统还包括可被编程为产生与检查数据相关的多个数据标记的计算机，其中，每个数据标记标识炉子的物理特征(feature)(例如弯头、外部凸起表面、跨接管道系统、热井(well)、焊缝、法兰、管壁厚度改变和/或直径改变)的位置。在一些应用中，可以基于来自分析了检查数据的二维显示的数据分析人员的输入来产生数据标记，以便标识这些物理特征的位置。在其他应用中，计算机基于对从炉子收集的检查数据和/或传感器数据的分析来自动产生数据标记。
例如，可以通过检测在从炉子收集的检查数据和/或传感器数据中的一个或多个“数据线索”来识别炉子弯头的位置。这些“数据线索”的示例包括在特定时间间隔内的壁厚读数和/或内半径读数的变化上的增加、在特定时间间隔内的壁厚读数和/或内半径读数的数量上的减少和/或检查工具的居中(centering)的改变(其全部都很可能在弯头发生)。可以根据检查工具行进的距离(其可以与炉子的已知几何形状相比较以定位弯头)、检查工具的加速度(其很可能在弯头中发生)和/或检查工具的滚动(其可能在弯头中以更快的速率发生)来检测其他“数据线索”。
所述计算机还被编程为在数据标记处划分检查数据，以便将检查数据关联到炉子的适当管道段。优选的是，所述计算机还被编程为产生划分后的检查数据的显示，其中，所述显示是炉子的一个或多个管道段的二维或三维表示。所述显示可以用于可视地检测炉子内的问题区域，使得可以由工厂维护人员维修或更换适当的管道段。
本发明相对于现有技术具有若干优点。例如，本发明提供了一种处理和显示方法，它允许将大量检查数据与炉子的物理几何形状相关联。另外，本发明提供了一种方便的方法，用于在单页上显示检查数据以快速评估炉子内的问题区域，并且便于观察检查数据内的趋势。当然，本发明的其他优点对于本领域技术人员是显而易见的。
附图说明
图1A-1C是从发射器(在图1A中示出)通过炉子(在图1B中示出)并且向接收器(在图1C中示出)传递的检查工具的示意图；
图2是根据本发明的用于显示检查数据的计算机系统的方框图；
图3是根据本发明第一示例的、示出从炉子收集的所有壁厚读数的由图2的计算机系统产生的二维带状图；
图4是根据本发明第一示例的、示出从炉子收集的所有内半径读数的由图2的计算机系统产生的二维带状图；
图5是根据本发明第二示例的、示出从炉子的对流(convection)部分收集的所有壁厚读数的由图2的计算机系统产生的二维带状图；
图6是根据本发明第三示例的、示出从炉子的对流部分收集的所有壁厚读数的由图2的计算机系统产生的二维带状图；
图7是根据本发明第四示例的、示出可用于标识炉子弯头位置的独立数据标记和复合数据标记的由图2的计算机系统产生的图；
图8是根据本发明第四示例的、示出可用于标识炉子弯头位置的与自适应阈值相关联的复合数据标记的由图2的计算机系统产生的图；
图9是根据本发明第四示例的、示出在去除连接弯头情况下的炉子的各种管道段的由图2的计算机系统产生的三维图；以及
图10A和10B是根据本发明的用于显示检查数据的方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于包括通过多个弯头连接的多个管道段的炉子(例如图1A-1C所示的炉子)的炉管检查系统。根据本发明，将检查工具冲过炉子，以便当检查工具前进通过炉子时收集检查数据和/或传感器数据。如在以下更详细地描述的那样，可以分析从炉子收集的检查数据和/或传感器数据以产生多个数据标记，每个数据标记标识炉子的物理特征。然后，在数据标记处划分检查数据，以便将所述检查数据关联到炉子的物理几何形状(例如适当的管道段)。还将看出，按照允许炉内问题区域的可视检测的方式来显示所述检查数据。
可以标识多种不同类型的物理特征以帮助将检查数据关联到炉子的物理几何形状。这样的物理特征的示例包括炉子的弯头、炉子对流部分中的外部凸起表面(例如散热片(fin)或螺栓(stud))、跨接管道系统(piping)、热井(例如焊接到在中间具有螺纹孔的管线(pipe)的Weld-O-Let)、两个管道段之间或管道段和弯头之间的焊缝、法兰、两个管道段之间的管壁厚度改变和/或两个管道段之间的直径改变。虽然以下将对于炉子弯头的识别而详细描述本发明，但是应当理解：也可以使用许多其他类型的物理特征来将检查数据关联到炉子的物理几何形状。
检查工具可以包括用于从炉子收集检查数据和/或传感器数据的多种不同设备。优选的是，检查工具以预定的基于时间的速率来收集数据(尽管检查工具可以替换地使用基于位置的收集系统(其中，当检查工具前进预定距离时收集数据)来收集所述数据)。使用基于时间的收集系统，通过数据收集速率和检查工具前进通过炉子的速度来确定数据密度。在典型应用中，数据收集速率范围将是每个换能器30-50Hz，并且检查工具速度的范围将是1-2英尺/秒(尽管平均速度和瞬时速度可能由于检查工具不以恒定速率前进通过炉子的事实而显著变化)。当然，也可以使用其他数据收集速率和工具速度。现在，将说明可被并入检查工具中的各种类型设备的示例。
通常，使用一个或多个超声波换能器来从炉子收集检查数据(尽管也可以使用具有旋转镜的单个换能器)。虽然可以使用任何数量的换能器，但是优选的是，将8、16、32、64或128个换能器的阵列布置在检查工具周围的附近。每个换能器用于测量在该换能器和炉子内壁之间的距离，由此，当检查工具前进通过炉子时，换能器依序收集多个“内半径读数”。每个换能器还用于测量炉子的壁厚，由此，当检查工具前进通过炉子时，换能器依序收集多个“壁厚读数”。这些读数可以用于检测炉子的内表面的异常，例如炉子的凹陷、腐蚀、变形和/或破裂。应当明白，这种内表面异常的检测指示炉内的问题区域。
由超声波换能器收集的检查数据也可以用于识别炉子弯头的位置，从而帮助将检查数据关联到炉子的物理几何形状。例如，在特定时间间隔内的内半径读数和/或壁厚读数的数量的减少可以提供关于弯头位置的“数据线索”。由于当换能器和炉子内壁之间的角度改变超过几度时一个或多个换能器可能不能接收到足够的能量这一事实，丢失数据更可能处于弯头内。此外，在特定时间间隔内的内半径读数和/或壁厚读数的变化的增加可以提供关于弯头位置的另一“数据线索”。这是因为以下事实，即：当检查工具穿过弯头时，来自特定换能器的读数更可能与其他换能器的读数不同。另外，可以使用所述读数来检测检查工具的居中的改变，以提供关于弯头位置的另一“数据线索”。
可用于从炉子收集检查数据的另一种设备是激光表面光度仪(profilometer)。激光表面光度仪用于通过将聚焦光束投射到表面上并将其运动成像到位置敏感光传感器上来映射炉子内壁。当检查工具前进通过炉子时，激光表面光度仪旋转，从而产生对炉子内壁的螺旋扫描。结果是炉子内壁的数字高分辨率图像，与上述超声波换能器相比，其提供更准确的内半径读数(以及给定表面区域的大量内半径读数)。这些读数也可用于检测检查工具的居中的改变，从而提供关于弯头位置的“数据线索”。
出于从炉子收集传感器数据的目的，还可以将一个或多个辅助传感器并入检查工具。所述传感器数据也可以提供关于弯头位置的“数据线索”，从而帮助将检查数据关联到炉子的物理几何形状。最好与检查数据同时收集传感器数据，以便保证将所有数据在时间上相关联。
可用于从炉子收集数据的一种辅助传感器是轴编码器。轴编码器具有与炉子内壁接触的滚轮，并且当检查工具前进通过炉子时旋转。来自轴编码器的每个输出脉冲指示检查工具已经通过炉子移动了预定距离(例如1/4英寸或1/2英寸)。在基于时间的收集系统中，使用这些输出脉冲来递增在每个预定时间间隔上读取的计数器，由此，将计数器读数存储在检查工具的存储器中。应当明白，这些计数器读数可被转换为距离读数，然后与炉子的已知几何形状相结合地使用以便识别弯头位置。优选的是，采用两个轴编码器，以便在检查工具前进通过炉子时，在一个被卡住的情况下提供冗余。
本领域技术人员将理解：轴编码器可能不提供对检查工具在炉内的位置的准确测量。通常，轴编码器具有2％到4％炉子长度的位置误差。例如，10000英尺长的炉子通常将产生200英尺到400英尺的位置误差。这一位置误差将不是不变的，而是将根据炉子不同部分的摩擦特性而变化。因为轴编码器可能不提供关于弯头位置的准确“数据线索”，所以最好与轴编码器相结合地使用其他类型的辅助传感器来帮助识别弯头位置。
可用于从炉子收集传感器数据的另一类型的辅助传感器是加速度计。加速度计用于检测检查工具的加速度(即速度的改变)，其很可能出现在弯头中。在基于时间的收集系统中，在每个预定时间间隔处读取加速度计的电压，由此将电压读数存储在检查工具的存储器中。应当明白，这些电压读数可以被转换为加速度读数，以由此识别弯头位置。当然，如果检查工具被设计为可靠地流过炉子，则弯头中的加速度与检查工具可能遇到的其它加速度可能不会显著不同。在这些实例中，加速度计可能不提供关于弯头位置的准确“数据线索”，因此，应当优选地使用其他类型的辅助传感器。
应当明白，上述设备(即一个或多个超声波换能器、激光表面光度仪、轴编码器和加速度计)仅仅是可被并入检查工具内的设备类型的示例。本领域技术人员将认识到：也可以使用许多其他类型的设备，诸如滚动编码器、陀螺仪或惯性导航系统。另外，被并入检查工具中的设备的数量可从单个设备(例如激光表面光度仪)变化为几个设备(例如超声波换能器阵列和若干辅助传感器)。因此，根据本发明，可以使用任何类型和数量的设备来从炉子收集检查数据和/或传感器数据。
现在参考图2，可以根据本发明使用的系统的示例实施例被一般地指定为附图标号100。系统100包括计算机102，其被编程用来执行各种处理(其每一个将在下文中详细描述)。为了执行这些处理，计算机102包括用于执行在计算机可读介质上存储的计算机可读指令的处理器104。虽然也可以使用其他编程语言(例如C、C++、C#和Java)，但是最好使用MatLab编程语言来编码所述计算机可读指令。所述计算机可读介质可以包括任何类型的计算机存储器，例如软盘、传统硬盘、CD-ROM、快闪ROM、非易失性ROM和RAM。虽然也可以使用其他类型的计算机，但是适合用于本发明的计算机的示例包括个人计算机、服务器计算机和多处理器计算机。
仍然参考图2，系统100还包括存储设备106，其中，计算机102被编程用来在存储设备106中保存识别各种类型的关系数据的数据库108。在这个实施例中，所述关系数据包括多个时间间隔110以及在每个时间间隔期间(如上所述)从检查工具的存储器下载的对应的检查数据112和传感器数据114。虽然也可以使用其他数据库配置，但是所述关系数据最好被保存在数据库108内的单个表中。应当明白，计算机102可以包括适合于在存储设备106中保存数据库108的任何关系数据库软件。
在图2的示例实施例中，检查数据112包括由8个超声波换能器的阵列从炉子收集的多个检查读数，即对于每个时间间隔110的八(8)个壁厚读数116a-116h和八(8)个内半径读数118a-118h。传感器数据114包括由一对轴编码器和加速度计从炉子收集的多个传感器读数，即对于每个时间间隔110的二(2)个位置读数120a和120b以及一(1)个加速度读数122。因此，可以看到，每个时间间隔110包含在该特定时间间隔期间从炉子收集的总共19个不同读数。当然，应当明白，可以将许多不同类型的设备并入检查工具中，使得所述数据集的宽度将在不同应用之间变化。
根据用来实现本发明的一种方法，计算机102被编程用来产生从炉子收集的所有检查数据112的显示。然后，数据分析人员可以分析所述检查数据112的显示(最好与传感器数据114相结合)，以便识别炉子弯头的位置。然后，根据数据分析人员的输入，计算机102最好被编程为产生标识炉子弯头位置的多个数据标记。优选的是，与检查数据112相关联地在显示器上示出这种数据标记的可视指示符。计算机102也可以被编程用来在数据标记处划分检查数据112，以便将检查数据112关联到炉子的适当管道段。最后，数据分析人员可以查看检查数据112的显示以可视地检测炉内的问题区域，使得可以由工厂维护人员维修或更换适当的管道段。将参考下面的“示例1”、“示例2”和“示例3”来下面此方法的示例。
根据实现本发明的另一方法，计算机102被编程用来分析检查数据112和/或传感器数据114，然后根据这一分析自动产生标识炉子弯头位置的多个数据标记。计算机102还被编程用来在数据标记处划分检查数据112，以便将检查数据112关联到炉子的适当管道段。计算机102还被编程用来产生划分后的检查数据112的显示，其中，所述显示是炉子的一个或多个管道段的二维或三维表示。最后，数据分析人员可以查看此显示来可视地检测炉内的问题区域，使得可以由工厂维护人员维修或更换适当的管道段。将参考下面的“示例4”来说明这种方法的示例。
使用两种方法，可以通过检测在从炉子收集的检查数据112和/或传感器数据114中的一个或多个“数据线索”来识别炉子弯头的位置。这些“数据线索”的示例包括在特定时间间隔110内的壁厚读数116a-116h和/或内半径读数118a-118h的变化的增加、在特定时间间隔110内的壁厚读数116a-116h和/或内半径读数118a-118h的数量的减少和/或检查工具的居中的改变。所有这些条件更可能发生在炉子弯头中。
此外，可以使用位置读数120a和120b来确定在每个时间间隔110期间检查工具行进的距离，其可以与炉子的已知几何形状相比较以帮助识别炉子弯头的位置。另外，可以使用加速度读数122来确定在每个时间间隔110期间的检查工具的加速度，以由此帮助识别炉子弯头的位置。当然，应当明白，根据本发明，还可以使用其他类型的“数据线索”来识别炉子弯头的位置。
根据用于实现本发明的另一方法，将所述数据标记包括在从检查工具下载的数据集内。例如，一个或多个传感器可以足够可靠以便检测每个物理特征的位置，由此，数据集中的“1”指示物理特征的检测，数据集中的“0”指示没有检测物理特征。然后，计算机102被编程用来在数据标记处划分检查数据112，以便将检查数据112关联到炉子的物理几何形状。计算机102还被编程用来产生划分后的检查数据112的显示，其中，所述显示是炉子的一个或多个管道段的二维或三维表示。最后，数据分析人员可以查看这个显示以可视地检测炉内的问题区域，使得可以由工厂维护人员维修或更换适当的管道段。
为了增强数据分析人员可视地检测炉内的问题区域的能力，最好从检查数据的显示去除工具偏离中心(de-centering)的影响。虽然当检查工具穿过炉子时工具几何形状将检查工具保持在大致在管线的中心，但是在水平管线中，重力经常使检查工具位于中心线之下。另外，当穿过弯头时，当检查工具进入弯头时，它具有推进到一侧的趋势。如果检查工具良好地位于圆形管线的中心，则每个超声波换能器将测量到距管线内壁的相同距离(假定没有凹陷或腐蚀)。但是，如果检查工具偏离中心，则在由检查工具周边附近的每个超声波换能器收集的距离读数中将存在接近正弦的变化。如果所述偏离中心是要测量的凹陷或腐蚀的大部分，则很难通过只查看所显示的检查数据来准确确定凹坑深度或腐蚀。
由于这一原因，最好变换所述数据集，使得所述数据被显示为好像它是从管线的中心线收集的一样。这一居中处理可以使用管线的外表面或管线的内表面来作为居中基准。如果数据分析人员预期管线内壁上的腐蚀，则管线的外表面是优选的居中基准。但是，如果预期腐蚀在管线的外壁上，则管线的内壁是优选的居中基准。在任一情况下，执行所述居中处理，以便引用(reference)距未受损害的管线中心的半径数据(内半径数据或外半径数据(即内半径加上壁厚))，以便可视地强调炉内的问题区域。
对于圆形管线，所述居中处理使用半径数据来计算到圆的最小二乘拟合。去除距最佳拟合的圆最远的半径读数。然后，可以重复所述拟合处理，由此去除下一个距最佳拟合的圆最远的半径读数。可以进一步重复这一拟合处理，直到剩余的半径读数处于距最佳拟合的圆的预设阈值内为止。该拟合处理产生与所述数据集和管线的平均半径相关的管线中心的x、y位置。然后，通过所计算的管线中心的x、y位置与半径读数的矢量相加来将原始半径值变换为管线中心。应当明白，可以使用内半径数据或外半径数据来执行这一拟合处理。
另外，对于椭圆管线或者当工厂想计算管线的椭圆度时，可以使用椭圆形而不是圆形来进行所述拟合处理。此拟合处理产生大(major)直径、小(minor)直径、管线中心的x、y位置和方向。另外，可以将拟合处理扩展到圆柱体，其中在拟合处理使用多于一份数据。
现在将提供各种示例来进一步描述本发明的炉管检查系统。这些示例仅被提供用来说明可用于将检查数据关联到炉子的物理几何形状、并以允许炉内问题区域的可视检测的方式来显示检查数据的不同方法。当然，应当明白：也可以使用其他方法，并且这些示例不以任何方式限定本发明的范围。
示例1
在这个示例中，计算机102被编程用来产生从炉子收集的壁厚读数和/或内半径读数的二维显示，其可由数据分析人员查看以便识别炉子弯头的位置。然后，根据来自数据分析人员的输入，计算机102被编程用来在显示器上产生多个数据标记，以由此将各种读数关联到炉子的适当管道段。在产生数据标记后，数据分析人员可以查看所述显示以便可视地检测炉内的问题区域。现在将参考图3和4来更详细地说明这个示例。
参考图3，计算机102被编程用来产生带状图300，其中，在多个水平带上绘制了多个时间间隔的所有壁厚读数。从左到右和从下到上地在时间上连续地绘制壁厚读数。因此，所述图的左手下方的角落对应于检查工具离开发射器(参见图1A)的时间，并且所述图的右手上方的角落对应于检查工具到达接收器(参见图1C)的时间。在水平带的高度上垂直绘制每个时间间隔的壁厚读数。可以看到，根据图例(legend)302而以灰度级来表示在带状图300上显示的各种壁厚读数。在这个示例中，壁厚读数范围是从0.15英寸到0.35英寸。
参考图4，计算机102还被编程用来产生带状图400，其中，在多个水平带上绘制了多个时间间隔的所有内半径读数。同样，从左到右和从下到上地在时间上连续地绘制内半径读数，并且在水平带的高度上垂直绘制每个时间间隔的内半径读数。可以看到，根据图例402而以灰度级来表示在带状图400上显示的各种内半径读数。在这个示例中，内半径读数的范围是从0.00英寸到5.00英寸。
应当明白，对于不同的应用，可以根据期望来定制图例302和402。此外，作为对于使用图例302和402的替换，可以在带状图上对壁厚读数和/或内半径读数进行颜色编码(与以灰度级表示相对)，以便容易地“通知”在带状图上示出的各种读数之间的差别。
在带状图300和400上，每个水平带表示60秒的时段。假定检查工具的速度是2英尺/秒并且数据收集速率是每个换能器38Hz，则可以计算出：每个水平带显示在超过2280个不同时间间隔(即38Hz×60秒)上的从120英尺的炉子(即2英尺/秒×60秒)收集的读数。由于在带状图300和400上显示的大量读数，因此提供缩放功能，其允许数据分析人员更详细地审查水平带的期望部分。
在这个示例中，数据分析人员分析带状图300和/或带状图400，以便识别炉子弯头的位置。如上所述，可以通过可视地检测带状图上的一个或多个“数据线索”来识别炉子弯头的位置。这些“数据线索”可以包括在特定时间间隔内的壁厚读数和/或内半径读数的变化的增加(其将被示出为在水平带的高度上的不同灰度阴影)、和/或在特定时间间隔内的壁厚读数和/或内半径读数的数量上的减少(其将被示出为在水平带的高度上的空白或间隙)。
当分析带状图300和/或带状图400时，数据分析人员在水平带上移动鼠标，并且通过在带状图上的适当位置上点击来标记炉子弯头的位置。根据来自数据分析人员的这一输入，计算机102被编程为产生数据标记，并且将后面跟随着“x”的罗马数字(表示管道段编号)置于数据分析人员标注的位置上方。这样，在数据标记处划分各种读数，以由此将所述读数关联到炉子的适当管道段。
优选的是，数据分析人员将与炉子的物理布局的机械图相结合地分析带状图300和/或带状图400，以便提供关于弯头或管道段的末端应当位于哪里的提示。如上面注意到的那样，炉子的物理几何形状不总是不变的，使得炉子的壁厚或内半径可以从一个管道段到另一个而改变。例如，根据带状图300清楚的是：管道段1到30一般具有一个壁厚，管道段31到37一般具有另一壁厚，而管道段38到47一般具有另一壁厚。类似地，根据带状图400清楚的是：管道段1到37一般具有一个内半径，而管道段38到47一般具有另一内半径。应当明白，可以将各种管道段的已知长度叠加在带状图300和400上，以便提供在识别弯头或管道段末端的位置上的附加指导。
可以看到，带状图300和400容易地“通知”炉内的问题区域。例如，根据带状图300清楚的是：壁厚读数在管道段33和34中改变，并且在管道段31、36和37中较小程度地改变(如沿着这些管道段的长度的灰色的变化所示)。这些变化一看带状图300就立即显而易见。也可以从带状图400看到潜在的问题区域。使用带状图300和400，数据分析人员可以确定一个或多个有缺陷并且应当由工厂维护人员维修或更换的管道段。
应当明白，带状图300和400仅仅是可用于可视地检测炉内的问题区域的显示类型的示例。例如，在产生数据标记后，可以将壁厚读数和/或内半径读数显示为堆叠的一组条，其中，每个条表示炉子的一个管道段。此外，可以以三维格式来显示壁厚读数和/或内半径读数，其中，管道段的结构匹配炉子的实际物理几何形状。本领域技术人员将明白，根据本发明，也可以使用其他类型的显示。
示例2
在这个示例中，计算机102被编程用来产生从炉子的对流部分收集的壁厚读数的二维显示，由此可以由数据分析人员查看所述显示以便可视地检测炉内的问题区域。具体地说，计算机102被编程用来产生图5所示的图410，其中，在多个垂直条上绘制多个时间间隔的所有壁厚读数。每个垂直条显示来自单个管道段的壁厚读数。所述管道段位于其正确方向上(但是去除了连接弯头)。
在这个示例中，根据图例412而以灰度级来表示在图410上显示的壁厚读数，其中，读数范围从3毫米到10毫米。应当明白，可以替换地在图410上对壁厚读数进行颜色编码(与以灰度级表示相对)，以便容易地“通知”在图上示出的各种读数之间的差别。
当查看处于其正确方向上的所有管道段时，数据分析人员可以确定图410上的黑点是由焊接在管道段外部的插片(pin)(其用于增加热传导面积)引起的。这些黑点沿着垂直条414a-414g的长度特别突出。数据分析人员也可以确定图410上的有间隙的黑斑指示在管道段上的外部腐蚀的区域。可以在点416a-416f处看到这些有间隙的黑斑的示例。在这个示例中，这些黑斑之间的间隙指示问题的来源是位于管道段上方、正向炉子上滴落液体的缓慢泄漏的固定物。因此，可以从图5的图410容易地确定炉内的问题区域和其来源二者。
示例3
在这个示例中，计算机102被编程用来产生从另一炉子的对流部分收集的壁厚读数的二维显示，由此，可以由数据分析人员查看所述显示以便可视地检测炉内的问题区域。具体地说，计算机102被编程用来产生图6所示的图420，其中，在多个垂直条上绘制多个时间间隔的所有壁厚读数。与图5的图类似，每个垂直条显示来自单个管道段的壁厚读数，其中，所述管道段位于其正确方向上(但是去除了连接弯头)。
在这个示例中，根据图例422而以灰度级来表示在图420上显示的壁厚读数，其中，所述读数范围是从0.20英寸到0.45英寸。同样，可以替换地在图420上对壁厚读数进行颜色编码(与以灰度级表示相对)，以便容易地“通知”在图上示出的各种读数之间的差别。
当查看处于其正确方向上的所有管道段时，数据分析人员可以确定图420上的旋转图案指示由炉内的流型(flow pattern)引起的一般壁变薄。应当注意，所述旋转图案不是由检查工具在炉内的旋转引起的，因为内半径读数(未示出)不指示这样的旋转。而且，检查工具通常由于重力而在炉子内偏离中心。因此，如果检查工具正在旋转，则位置与炉子内壁最近的超声波换能器的读数将改变(这不是这里的情况)。因此，在这个示例中，由炉子内的流型引起的问题区域容易地在图6的图420上通知它们本身。
示例4
在这个示例中，计算机102被编程用来分析从炉子收集的检查数据和传感器数据，以便自动产生标识炉子弯头位置的多个复合数据标记(它们是从多个独立的数据标记得到的)。计算机102还被编程用来在复合数据标记处划分检查数据，以由此将检查数据关联到炉子的适当管道段。计算机102还被编程用来产生划分后的检查数据的显示，所述显示可以被数据分析人员查看以便可视地检测炉内的问题区域。现在将参考图7、8和9来更详细地说明这个示例。
参考图7，计算机102被编程用来产生图500。其中，多个独立的数据标记被绘制在线502、504、506、508、510和512上，并且多个复合数据标记被绘制在线514上。计算机102被编程用来根据对在检查数据和传感器数据中的各种“数据线索”的检测来自动地在线502、504、506、508、510和512上产生独立的数据标记。这些线的每一条被描述如下：
·线502表示通过检测在特定时间间隔内的壁厚读数的数量的减小而产生的独立数据标记。
·线504表示通过检测在特定时间间隔内的内半径读数的数量的减小而产生的独立数据标记。
·线506表示通过检测在特定时间间隔内的壁厚读数的变化上的增加而产生的独立数据标记。
·线508表示通过检测在特定时间间隔内的内半径读数的变化上的增加而产生的独立数据标记。
·线510表示通过检测在特定时间间隔内的检查工具的偏离中心而产生的独立数据标记。
·线512表示通过检测在特定时间间隔内的检查工具的加速度而产生的独立数据标记。
可以看出，通过线502、504、506、508、510和512上的尖峰来示出每个独立数据标记的位置，其中，在所述线上方(即在所述线的正向侧)的尖峰的长度是该独立数据标记的可靠度的指示符。换句话说，较高的尖峰具有比较低的尖峰更高的可靠度。
计算机102还被编程用来通过组合在线502、504、506、508、510和512上示出的独立数据标记而自动地在线514上产生复合数据标记。在这个示例中，将所述独立数据标记标准化(normalize)，使得在特定时间间隔内，一个数据标记不强于其他数据标记。作为示例，对于壁厚读数或内半径读数的N×M阵列(其中N＝以38Hz的速率获取的份的数量，M＝超声波换能器的数量)，可以通过将阵列元素除以在阵列中找到的最大值来标准化每个独立数据标记。然后，使用均方根计算来组合标准化的独立数据标记，以产生复合数据标记(虽然也可以使用其他类型的计算或算法)。同样，可以看到，通过线514上的尖峰来示出每个复合数据标记的位置，其中，在线上方(即在线的正向侧)的尖峰的长度是该复合数据标记的可靠度的指示符。当然，应当明白，复合数据标记提供比任何单独的独立数据标记更高的可靠度。
应当注意，图500还包括线516，它是从来自轴编码器的整数计数导出的检查工具位置的曲线。线516可用于验证检查工具没有被卡在炉子内的任何点上。在这个示例中，沿着线516不存在如果检查工具被卡住则将会出现的平坦部分。如果存在一个或多个平坦部分，则数据分析人员可以手动地去除在那个特定时间间隔期间收集的冗余数据。
参考图8，计算机102还被编程用来产生图520，其示出相对于预定阈值的所有复合数据标记。具体地说，从左向右和从上向下地在时间上连续绘制在图500的线514上示出的所有复合数据标记，以形成图520上的线522(即具有周期性峰值的线)。通过对比，在图520上示出的线524表示可用于确定复合数据标记是否是炉子弯头位置的“有效”指示符的预定阈值。换句话说，当所述峰值位于预定阈值之上时，复合数据标记“有效”，而当所述峰值位于预定阈值之下时，复合数据标记“无效”。
作为示例，可以通过以下方式产生所述预定阈值：(1)通过复合数据标记(C_DataN)在两个方向上应用50点的移动平均滤波器(50 point running averagefilter)，以产生基本信号(BaseN)，其中，在两个方向上移动滤波器去除了时间延迟；(2)使用1000的块大小来计算复合数据标记(C_DataN)的运行标准偏差以创建标准偏差阵列(STDArrayN)；以及(3)通过将基本信号(BaseN)加到2.5倍的标准偏差阵列(STDArrayN)上来计算阈值阵列(ThreshN)(即，ThreshN＝BaseN+2.5*STDArrayN)。本领域技术人员将认识到，数据分析人员可以分析图520以便修改或“调整”用于产生所述预定阈值的算法。
在这个示例中，图7和8所示的复合数据标记包括用于“指向”对应于炉子弯头位置的数据库中的位置的指针。或者，可以将复合数据标记直接嵌入数据库中，或者复合数据标记可以包括用于各种检查数据的文件名。而且，数据分析人员可以简单地使用复合数据标记来作为划分检查数据的指导(在下面进行描述)。当然，根据本发明，也可以使用其他类型的复合数据标记来将检查数据关联到炉子的物理几何形状。
在产生复合数据标记后，计算机102被编程用来在复合数据标记处划分检查数据，以便将检查数据关联到炉子的适当管道段。计算机102还被编程用来产生划分后的检查数据的显示，其可以被数据分析人员查看以便可视地检测炉内的问题区域。这个显示可以包括可根据客户要求定制的炉子的一个或多个管道段的二维或三维表示。例如，一个客户可能要求示出沿着特定管道段的长度的5个等距位置上的壁厚的显示，而另一客户可能要求示出炉子的每个管道段的最小壁厚的显示。当然，也可以将此信息以伴随所述显示的书面报告的形式提供给客户。
在图9中示出了可以根据特定客户要求定制的显示的示例。所述显示包括三维图700，其示出了所感兴趣的5个不同管道段的内半径读数(去除了连接弯头)。按照匹配炉子的实际物理几何形状的方式显示了管道段，并且根据客户对那些管道段的指定来标注所述管道段(即PIPE C4-1、PIPE C4-2、PIPEC4-3、PIPE C4-4和PIPE C4-5)。可以看到，根据图例702而以灰度级表示在图700上显示的各种内半径读数。在这个示例中，内半径读数范围从2.86英寸到3.04英寸。
可以看到，图700容易地“通知”在所感兴趣的5个管道段内的问题区域。例如，根据图700清楚的是：内半径度数在被标注为PIPE C4-1、PIPE C4-2、PIPE C4-3和PIPE C4-5的管道段中变化(如在这些管道段内的灰色的变化所示)。因此，使用图700，数据分析人员可以确定这些管道段中的一个或多个有缺陷，并且应当由工厂维护人员维修或更换。
参考图10A和10B的流程图，现在将参考步骤800-830来说明本发明的方法的示例实施例。首先，在步骤800，从检查工具提取从炉子收集的检查数据和/或传感器数据。接着，在步骤802，将所提取的检查数据和/或传感器数据转换为校准的工程单位。例如，将超声波换能器收集的读数从时间转换为距离(例如英寸)，将轴编码器收集的读数从计数器值转换为距离(例如英寸)，并且将加速度计收集的读数从电压转换为加速度(例如英尺/秒2)。对于其他类型读数的转换对于本领域技术人员将是显而易见的。然后，在步骤804，将所转换的检查数据和/或传感器数据存储在数据库中。当然，应当明白，对于已经预先被获取和存储在数据库中的数据集的分析，不需要步骤800-804。
接着，产生多个数据标记，其与在数据库中存储的检查数据相关联地标识炉子弯头的位置。可以在步骤806到812中“半自动”地或者在步骤814到822中“自动地”产生所述数据标记。
使用所述“半自动”方法，在步骤806中，使用计算机来产生二维或三维显示，所述显示(优选地在单页上)示出在数据库中存储的一些或全部检查数据。在步骤808，数据分析人员查看和分析所述显示，以便可视地检测帮助识别炉子弯头位置的“数据线索”。然后，在步骤810，数据分析人员向计算机输入标识炉子弯头位置的信息。最后，在步骤812中，计算机根据来自数据分析人员的输入来产生数据标记。
使用所述“自动”方法，在步骤814，使用计算机来分析在数据库中存储的检查数据和/或传感器数据，以便自动产生多个数据标记。如步骤816到820中所示，这个分析可以包括：根据对在检查数据和/或传感器数据中的“数据线索”的检测来产生多个独立数据标记，将所述独立数据标记标准化，然后组合所述独立数据标记以产生多个复合数据标记。然后，在步骤822中，计算机可以将复合数据标记与预定阈值相比较，以确定所述复合数据标记是否是炉子弯头位置的“有效”指示符。
一旦(在步骤806到812中“半自动”地或在步骤814到822中“自动地”)产生了所述数据标记，就在步骤824中，在所述数据标记处划分检查数据，以便将检查数据关联到炉子的适当管道段。然后，在步骤826，数据分析人员输入与划分后的检查数据的显示有关的信息。这个信息可以包括关于期望的显示类型(例如二维格式或三维格式)和期望的要显示的管道段(例如所有管道段或特定管道段)的客户要求。在步骤828，计算机根据客户要求产生显示。最后，在步骤830，数据分析人员查看和分析所述显示，以便识别检查数据中的整体趋势并且/或者可视地检测炉内的问题区域。
虽然在上文中参照示例实施例描述和说明了本发明，但是应当明白，可以在不脱离本发明的范围的情况下对这些实施例进行各种修改。因此，除了在这样的限定被包括在所附权利要求中的范围内以外，本发明不限于上文描述和说明的示例实施例。

Claims (44)

1.一种用于显示从具有指定的物理几何形状的炉子收集的检查数据的系统，所述系统包括：
存储设备，用于存储所述检查数据；和
计算机，其被编程用来：
在多个数据标记处划分所述检查数据，其中所述多个数据标记中的每一个标识所述炉子的物理特征的位置，以便将所述检查数据关联到所述炉子的所述物理几何形状；以及
产生所述划分后的检查数据的显示，以由此使得能够可视地检测所述炉子内的问题区域。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示包括所述炉子的一个或多个管道段的二维或三维表示。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机还被编程用来根据来自数据分析人员的输入而产生所述数据标记。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机还被编程用来分析所述检查数据，并且根据对所述检查数据的所述分析来产生所述数据标记。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述检查数据包括从下组中选择的多个读数：所述炉子的壁厚读数、所述炉子的内半径读数及其组合。
6.如权利要求5所述的系统，其中，由从下组中选择的一个或多个设备来收集所述检查数据：超声波换能器、激光表面光度仪及其组合。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述存储设备存储从所述炉子收集的传感器数据，并且其中，所述计算机还被编程用来分析所述传感器数据，并且根据对所述传感器数据的所述分析来产生所述数据标记。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述传感器数据包括由从下组中选择的一个或多个辅助传感器收集的多个读数：轴编码器、加速度计、滚动编码器、陀螺仪、惯性导航系统及其组合。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机还被编程用来产生所述数据标记，并且其中，所述数据标记中的每一个包括从多个独立数据标记导出的复合数据标记。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述计算机被编程用来：
产生所述独立数据标记；
将所述独立数据标记标准化；以及
通过计算所述标准化的独立数据标记的均方根来产生所述复合数据标记。
11.如权利要求1所述的系统，其中，从下组选择所述炉子的所述物理特征的每一个：弯头；外部凸起表面；跨接管道系统；热井；焊缝；法兰；管壁厚度改变；直径改变；以及它们的组合。
12.一种用于显示从具有指定的物理几何形状的炉子收集的检查数据的计算机化方法，所述方法包括：
在多个数据标记处划分所述检查数据，其中所述多个数据标记中的每一个标识所述炉子的物理特征的位置，以便将所述检查数据关联到所述炉子的所述物理几何形状；以及
产生所述划分后的检查数据的显示，以由此使得能够可视地检测所述炉内的问题区域。
13.如权利要求12所述的计算机化方法，其中，所述显示包括所述炉子的一个或多个管道段的二维或三维表示。
14.如权利要求12所述的计算机化方法，还包括：接收来自数据分析人员的输入，并且根据来自所述数据分析人员的所述输入而产生所述数据标记。
15.如权利要求12所述的计算机化方法，还包括：分析所述检查数据，并且根据对所述检查数据的所述分析来产生所述数据标记。
16.如权利要求15所述的计算机化方法，其中，所述检查数据包括从下组中选择的多个读数：所述炉子的壁厚读数、所述炉子的内半径读数及其组合。
17.如权利要求16所述的计算机化方法，其中，在所述炉子内以预定时间间隔收集所述检查数据。
18.如权利要求17所述的计算机化方法，其中，所述检查数据包括在所述时间间隔的每一个内的多个所述读数。
19.如权利要求18所述的计算机化方法，其中，由从下组中选择的一个或多个设备来收集所述检查数据：超声波换能器、激光表面光度仪及其组合。
20.如权利要求19所述的计算机化方法，其中，通过检测从下组中选择的数据线索来产生所述数据标记中的每一个：所述时间间隔之一内的所述壁厚度数的变化的增加、所述时间间隔之一内的所述壁厚读数的数量的减少、所述时间间隔之一内的所述内半径读数的变化的增加、所述时间间隔之一内的所述内半径读数的数量的减少、所述检查工具的居中的改变以及其组合。
21.如权利要求12所述的计算机化方法，还包括：分析从所述炉子收集的传感器数据，并且根据对所述传感器数据的所述分析来产生所述数据标记。
22.如权利要求21所述的计算机化方法，其中，所述传感器数据包括由从下组中选择的一个或多个辅助传感器收集的多个读数：轴编码器、加速度计、滚动编码器、陀螺仪、惯性导航系统及其组合。
23.如权利要求12所述的计算机化方法，其中，所述数据标记中的每一个包括从多个独立数据标记导出的复合数据标记。
24.如权利要求23所述的计算机化方法，还包括：
产生所述独立数据标记；
将所述独立数据标记标准化；以及
通过计算所述标准化的独立数据标记的均方根来产生所述复合数据标记。
25.如权利要求12所述的计算机化方法，其中，从下组选择所述炉子的所述物理特征的每一个：弯头；外部凸起表面；跨接管道系统；热井；焊缝；法兰；管壁厚度改变；直径改变；以及其组合。
26.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于执行显示从包括多个管道段的炉子收集的检查数据的方法，所述方法包括：
产生多个数据标记，所述多个数据标记中的每一个标识所述炉子的物理特征的位置；
在所述数据标记处划分所述检查数据，以便将所述检查数据关联到所述炉子的所述管道段中的适当的一个；以及
产生所述划分后的检查数据的显示，以由此使得能够可视地检测所述炉内的问题区域。
27.如权利要求26所述的计算机可读介质，其中，所述显示包括所述炉子的所述管道段中的一个或多个的二维或三维表示。
28.如权利要求26所述的计算机可读介质，其中，所述方法还包括：接收来自数据分析人员的输入，并且根据来自所述数据分析人员的所述输入而产生所述数据标记。
29.如权利要求26所述的计算机可读介质，其中，由从下组中选择的一个或多个设备来收集所述检查数据：超声波换能器、激光表面光度仪及其组合。
30.如权利要求29所述的计算机可读介质，其中，所述检查数据包括从下组中选择的多个检查读数：所述炉子的壁厚读数、所述炉子的内半径读数及其组合。
31.如权利要求30所述的计算机可读介质，其中，还从所述炉子收集传感器数据，所述传感器数据包括由从下组中选择的一个或多个辅助传感器收集的多个传感器读数：轴编码器、加速度计、滚动编码器、陀螺仪、惯性导航系统及其组合。
32.如权利要求31所述的计算机可读介质，其中，所述方法还包括：分析所述检查数据和所述传感器数据，并且根据对所述检查数据和所述传感器数据的所述分析来产生所述数据标记。
33.如权利要求31所述的计算机可读介质，其中，所述数据标记中的每一个包括从多个独立数据标记导出的复合数据标记。
34.如权利要求33所述的计算机可读介质，其中，所述方法还包括：
产生所述独立数据标记；
将所述独立数据标记标准化；以及
通过计算所述标准化的独立数据标记的均方根来产生所述复合数据标记。
35.如权利要求26所述的计算机可读介质，其中，从下组选择所述炉子的所述物理特征的每一个：弯头；外部凸起表面；跨接管道系统；热井；焊缝；法兰；管壁厚度改变；直径改变；以及其组合。
36.一种用于显示从炉子收集的检查数据的方法，所述炉子包括通过多个弯头连接的多个管道段，所述方法包括：
与所述检查数据相关联地识别所述炉子的所述弯头；
在所述弯头处划分所述检查数据，以便将所述检查数据关联到所述炉子的所述管道段中的适当的一个；以及
产生所述炉子的所述管道段中的一个或多个的所述检查数据的二维或三维表示，以由此使得能够可视地检测所述炉内的问题区域。
37.如权利要求36所述的方法，其中，所述检查数据包括从下组中选择的多个检查读数：所述炉子的壁厚读数、所述炉子的内半径读数及其组合。
38.如权利要求37所述的方法，其中，由从下组中选择的一个或多个设备来收集所述检查数据：超声波换能器、激光表面光度仪及其组合。
39.如权利要求38所述的方法，其中，还从所述炉子收集传感器数据，所述传感器数据包括由从下组中选择的一个或多个辅助传感器收集的多个传感器读数：轴编码器、加速度计、滚动编码器、陀螺仪、惯性导航系统及其组合。
40.如权利要求39所述的方法，还包括：分析所述检查数据和所述传感器数据，并且根据对所述检查数据和所述传感器数据的所述分析来识别所述弯头。
41.一种用于显示从包括多个管道段的炉子收集的检查数据的方法，所述方法包括：
产生从所述炉子的所述管道段中的一个或多个收集的所述检查数据的二维或三维表示；以及
分析所述二维或三维表示，以由此使得能够可视地检测在所述炉子的所述管道段中的所述一个或多个内的问题区域。
42.如权利要求41所述的方法，还包括：将所述检查数据关联到所述炉子的所述管道段中的适当的一个。
43.如权利要求41所述的方法，其中，所述检查数据包括从下组中选择的多个检查读数：所述炉子的壁厚读数、所述炉子的内半径读数及其组合。
44.如权利要求43所述的方法，其中，由从下组中选择的一个或多个设备来收集所述检查数据：超声波换能器、激光表面光度仪及其组合。
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