CN2169884Y - 主蒸汽管道防爆破在线监测报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种通过监测管道形变来实现防 止主蒸汽管道爆破，达到既保证安全，又能充分长时 间地使用管道的目的的在线监测报警装置，它由一位 移传感器及与之连接的位移显示与报警电路组成。 位移传感器将管道的周长变化转换为电信号传递给 位移显示与报警电路，经其识别后显示出被测管道的 周长变化，并在周长变化到允许极限时发出声光报警 信号，具有在线连续长期监测高温管道周长变化、结 构简单、监测可靠、使用方便、性能稳定、无零点漂移 的特点。

Description

本实用新型涉及一种报警装置，特别涉及一种用于主蒸汽管道防爆破的在线监测报警装置。

高温蒸汽管道的蠕变变形是反映管道运行安全状况的主要参量之一，国内外电站运行规范规定必须对管道的形变（周向形变，俗称胀粗）进行监测，达到既能充分长时间地利用管道，又确保它的安全性的目的。

现有方法是在停运时拨掉保温材料直接用外径卡尺等器具测定，其不足之处在于：（1）人为误差大；（2）增加了检修工作量，甚至影响可用率；（3）由于测量的人为误差和时间间隔大，数据不易管理；更不可能随时掌握运行中管系的蠕胀情况，而管道的爆破（破裂）正是在运行过程中发生的。

国外新近研制的用电容式高温应变计测量管道的局部形变的装置，也只能对某一小范围（20mm内）进行监测。且该设备的主要缺点是：（1）高温应变计的寿命很有限，且应变计材料本身也在老化，其特性随时间变化；（2）零点漂移始终消除不了，即使装补偿片（或称比较片）也不能保证工作片与补偿片的零点漂移是相同的，亦即片与片之间有一定的分散性；（3）只能测量很小范围的形变，不易捕捉某些截面的整体胀粗信息；（4）目前还缺乏长期使用经验；（5）必须对专业人员做专门培训后才能使用，因而不利于在电厂中普遍推广。

本实用新型的目的在于提出一种能在高温下长期、连续、可靠地传感管道周向形变（该形变与管道是否安全、有多长寿命等关键信息有直接的联系）的一次传感器和与这种传感器配套的二次显示仪器构成的在线监测报警装置。

用这套在线监测装置在运行中可随时掌握管道的形变状况（即形变和形变速度），并在发现管道的形变达到安全允许值（即蠕变量或蠕变速度的安全限定值）时，发出声光形式的报警信号。使操作人员采取相应的措施，或按照监测结果安排检修、换管等工作以避免毁坏性的严性事故发生，同时又充分利用管道的有效寿命。

这就为高温管道的安全、经济运行提供了一套切实可行的监测量技术装备。

图1是本实用新型的结构原理图。

图2是栅格位置接触头1的结构原理图。

图3是滑动块4的结构原理图。

图4是位移计量栅格块5的结构原理图。

图5是活动式位移传递杆2的结构原理图。

图6是固定式位移传递杆3的结构原理图。

图7是显示与报警单元9的电路原理图。

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作详细说明：

参照图1，本实用新型包括一活动式位移传递杆2，活动式位移传递杆2上面配置一栅格位置接触头1；活动式位移传递杆2的一端与一只滑动块4相连接，另一端插入固定式位移传递杆3的导轨槽内，两者之间可自由滑动。固定式位移传递杆3的上导轨槽底面上镶嵌一位移计量栅格块5，固定式位移传递杆3的一端固定在另一个滑动块4上；两滑动块4之间通过围带7连接在一起，提供一个相对不变的位移基准。两滑动块4由箍紧弹簧6箍紧，形成一闭合环，将整个监测装置固定在被测管道上，且弹簧6随管道的胀粗和收缩而伸长和缩短，将被测管道的周长变化转化为两滑动块4之间的弹簧长度变化。这种变化由两个滑动块4分别带动固定在它们上面的活动式位移传递杆2沿着固定式位移传递杆3的导轨滑动，使固定在活动式位移传递杆2上的栅格位置接触头1沿着位移计量栅格块5上的栅格丝相对滑动，检测到不同的位置信号。

栅格位置接触头1的触点10输出的信号作为电路的一极，位移计量栅格块5上的栅格丝作为电路的另一极，分别经传输电缆8与显示与报警电路9的输入接口相连接。

周向位移的一次传感器中，围带7和箍紧弹簧6通过滑动块4连接起来，形成一个紧密地围住管道外壁的闭合环，围带7和滑动块4在温度不变时为“线尺寸不变元件”，因此，若管道周长增加，就使弹簧6拉长。于是滑动块4将沿着管道外壁作相对滑动。两个滑动块4之间的间距增大。这个滑动块间距的增大值就是管道周长的增加值。

在一个滑动块4上固定的固定式位移传递杆3安在管道上并与管道横截面圆呈同心圆的方位。在另一滑动块4上，以活动连接的方式装上活动式位移传递杆2。活动式位移传递杆2可以以固定式位移传递杆3为导轨，沿着它滑动。这样，前述由于管道周长增加而引起的滑动块4之间间距的增加，转变成了两个位移传递杆间的相地位移。

为了在高温下以高的抗干扰能力长期连续地将反映管道周长变化的传递杆之间的相对位移转换成电信号传输出去。专门研制了高温位移计量栅格块5和栅格位置接触头1。位移计量栅格块5牢固地镶嵌在固定式位移传递杆3上。在它上面按一定间距布置着导电的位置栅线。栅格位置接触头1固定在活动式位移传递杆2的前端，通过自身弹力的作用与位移计量栅格块5上的导电位置栅线紧密地接触，形成导电通路。当管道周长变化时，接触头1与不同位置的栅线接触，于是通过判断某一栅线是否导通，就能确定接触头1和栅线的相对位置及这种相对位置的变化－－位移。

至此，便实现了对管道周长变化的传感及非电量（位移，长度量）－－电量的转换。

上述这样一个代表管道周长变化的电信号经过传输电缆8送到显示与 报警电路9中。显示与报警电路9接收这个信号经识别、比较后打开显示与报警仪表9中的报警电路，并点亮显示与报警仪表表盘上相应于位置信号的绿色指示灯。管道周长变化时，仪表上的绿色指示灯依次被点亮，就指示出相对于原来基准位置的不同的新的位置。新位置和基准位置的间距即为位移。

显示与报警电路9中的报警予置电路按被测管道的许用极限胀粗量设置了允许被点亮的绿灯的最大个数（在表盘上用另一排红色指示灯显示）。管道在胀粗过程中，胀粗量达到许用极限时，被点亮的绿灯数也正好与所设定的允许点亮的绿灯最大个数相同，这时，显示与报警电路9中的报警电路被打开，发出声、光报警信号。

参照图2，栅格位置接触头1由接触头10、弹性杆11和固定端12三部分组成。由固定端12与活动式位移传递杆2相连接；接触头10经弹性杆11与固定端12相连，在弹性杆11的弹力作用下始终与位移计量栅格块5上的栅线紧密接触，并沿栅线相对滑动。当接触到不同的栅线时测量出不同的管道胀粗、收缩值。

参照图3，滑动块4分别与围带7的两端相连，同时又与箍紧弹簧6相连，构成一闭合环。滑动块4与围带7一起形成一个基准长度，使被测管道的周长变化被传递而集中到箍紧弹簧6所在的弧段上。这样被测管道的周长变化就转化为箍紧弹簧6的伸缩变化。在箍紧弹簧6所在的弧段上，滑动块4分别与固定式位移传递杆3和活动式位移传递杆2相连。

参照图4，该位移计量栅格块5由固定栅格线用的陶瓷片和被固定在这一陶瓷片中的栅格式导电线组成。这一位移计量栅格块5镶嵌于固定式位移传递杆3的上导轨槽底部，随固定式位移传递杆3一起运动。当被测管道的周长变化达到一个栅格间距时，栅格位置接触头1滑过一根栅线。这个信号经显示与报警电路9处理后在仪器表盘上顺次改变一个点亮的绿色指示灯，指示出被测管道的周长胀缩量。

参照图5，活动式位移传递杆2由上叉、下叉和活动连接孔组成。上叉上固定了栅格位置接触头1，并带动这个栅格位置接触头1沿着位移计量栅格块5滑动。活动式位移传递杆2通过连接孔与一滑动块4成活动连接。下叉沿着固定式位移传递杆3的下导轨槽相对滑动，起导向的作用。

参照图6，固定式位移传递杆3由上导轨槽、下导轨槽和内空槽组成。上导轨槽底部镶嵌一位移计量栅格块5，位移计量栅格块5上的栅格丝引出线经过内空槽穿过一只滑动块引出。栅格丝的引出线和来自栅格位置接触头1的引线一起形成位移测量部分的输出接口。固定式位移传递杆3的下导轨槽有导向的作用。该固定式位移传递杆3固定在穿引引出线的那只滑动块4上。

参照图7，显示与报警仪的电路9由：信号接收电路13、位置记录电路14、脉冲产生电路15、报警予置电路16、小于等于位置显示电路17、光报警电路18、声报警电路19、报警予置显示电路20和信号产生电路21九部分组成。

由一块运算放大器LM358和若干电阻电容组成的位置识别信号产生电路单元21发出一矩形波信号给栅格位置接触头1。当接触头1的触点10接通位移计量栅格块5上的某一栅线时，这个矩形波信号经过这根接通的栅线并沿其引出线送回到显示与报警仪9的信号接收电路13的入口，信号接收电路13是由n个（例如24个）接地电阻Rn分别并联在n路信号线上构成的，它将接收到的信号经过变换后分两路分别送到位置记录电路14和脉冲产生电路15。脉冲产生电路15是由3块74LS27和两块74LS08组成的24端输入或非门组件和由74LS04、74LS02及若干电阻电容组成的单脉冲发生器串联而成。位置记录电路14由4块74LS04和3块74LS273串联。即由4块74LS04包含的24个非门分别与由3块74LS273包含的24个D型触发器串联而成。脉冲产生电路15接收到由任意栅线传来的信号后，发出一脉冲信号给位置记录电路14中的D型触发器，D型触发器将反向的各路栅线电压信号寄存起来。位置记录电路14记录的信号再分两路分别进入小于等于位置显示电路17和报警预置电路16。小于等于位置显示电路17由包含在6块74LS08的24个两输入端与门和24个电阻Rn₃、24个发光管BTn₂串联后接5V电源，24个与门的一输入端分别接位置记录电路14，另一输入端接后一与门的输出端，即接路数号大一号的与门的输入端。小于等于位置显示电路17根据位置记录电路14的输出信号进行比较，识别，并点亮对应于被触通的栅线及其前面的所有绿色发光二极管显示出所在的位置。报警预置电路16由包含24个2输入端或非门的6块74LS02和由3块74LS27、2块74LS08组合成的24输入端或非门组件串接而成。2输入端或非门的一输入端接位置记录电路14，另一输入端接一接地开关Kn。报警预置电路16接照被测量管道的允许胀粗界限值设定最大允许被点亮的绿色指示灯个数。这个设定值由报警预置显示电路20显示出来。报警预置显示电路20由接＋5V电源的发光管BTn₁和限流电阻Rn₂串联后分别并联在报警预置电路16的接地开关Kn上组成的。报警预置电路16将这个设定信号与位置记录电路14的输出信号随时进行比较。当位置记录电路14送来的信号（即被点亮的绿灯数）达到由报警预置显示电路20所显示的许用值（即最大允许点亮的绿灯个数）时，该报警预置电路16同时发出信号分别送入声报警电路19和光报警电路18。声报警电路19是由一接＋5V电源的扬声器Y和限流电阻R₇串联后串接在报警预置电路16上，光报警电路18是由接＋5V电源的发光管BT和限流电阻R₆串联后串接在报警预置电路16上，声报警电路19和光报警电路18则接照各自接收到的指令发出声、光报警信号。

本实用新型具有以下特点：

1、运行过程中可以连续监测，使长期以来运行中不能测定的蠕变胀粗信息随时显示在操作者面前；

2、由于采用了陶瓷片这种栅格式位移传感器，不再有零点漂移的现象出现，从而使显示结果稳定、准确；

3、大小修等起停，仪器自动跟踪管道热胀、冷缩的变化，不需要再打开保温去测量管道周长的变化；

4、由于启停和运行全过程中不需要人为干与，因而避免了人为误差；

5、所指示的周长变化量与现有规范要求监督的量是一致的，因而便于推广应用；

6、运行人员只要按说明书，观察记录指示仪表并做简单处理就能有效地防止高温高压管道的爆破。无需对运行人员做长时间专业化培训，操作简单，使用方便，为电站在线实施金属监督规程提供了一套行之有效的设备；

7、由于提高了管道运行的安全性；延长了超期服役机组管道的使用寿命；并且省去了停机时打开保温测量周长变化的工作，因而缩短了检修停炉时间，提高了机组可用率，有显著的经济效益和社会效益。

实施例：

本实用新型已在现场试用。试用的构件尺寸与工作条件如下：

最长试用时间：18000小时

被测管道外径：φ133－φ359mm

被测管道内压：9.8－14.0MPa

被测管道的工作温度510－540℃

实施结果：

1、已监测到起动和停机过程中主蒸汽管道的胀粗和收缩周长变化；

2、已监测到由蠕变引起的周长变化；

3、本实用新型装置的分辨能力已优于0.3mm；

4、本实用新型在现场试用过程中一直没有任何误动作、误记录、误显示和误报警。使用方便，监测结果可靠。

Claims (4)

1、主蒸汽管道防爆破在线监测报警装置，其特征在于：包括一活动式位移传递杆(2)，传递杆(2)上配置一栅格位置接触头(1)，传递杆(2)的一端与一只滑动块(4)相连接，另一端插在固定式传递杆(3)的导轨槽内，传递杆(3)的上导轨槽底面上镶嵌一位移计量栅格块(5)，传递杆(3)的一端固定在另一滑动块(4)上，两滑动块(4)通过围带(7)连接在一起，并由弹簧(6)箍紧，接触头(1)的触点端作为电路的一极，位移计量栅格块(5)的栅格丝的引出线作为电路的另一极通过传输电缆(8)与显示与报警电路(9)的输入接口相连接。

2、根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于：所说的显示与报警电路（9）包括一矩形波发生器（21）、信号接收电路（13），由矩形波发生器（21）的信号输出端与栅格位置接触头（1）经传输电缆（8）相连接，信号接收电路（13）接受来自位移计量栅格块（5）的信号，并把这个信号分别输送到位置记录电路（14）和脉冲发生电路（15）的输入端，位置记录电路（14）的输出端分别与报警予置电路（16）和小于等于位置显示电路（17）的输入端相连，小于等于位置显示电路（17）的输出端分别与光报警电路（18）、声报警电路（19）的输入端相连接。

3、根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于：所说的位移计量格块（5）由固定导电栅格丝用的陶瓷片和固定在这一陶瓷片中的栅络丝组成。

4、根据权利要求1、3所述的报警装置，其特征在于：所说的栅格位置接触头（1）由接触头（10）及与之连接的弹性杆（11）和固定端（12）组成。

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