一种基于在线温度测量的埋地蒸汽管道保温性能监控装置的制作方法

本实用新型涉及供热蒸汽管道技术，尤其涉及一种基于在线温度测量的埋地蒸汽管道保温性能监控装置。

背景技术：

热力管道是热力管网系统的基础构件，热力管道的性能直接决定了热力管网系统的能耗指标、供热半径等关键特征参数。埋地管到作为热力管道的主要形式之一，存在广泛的应用。

需要指出的是，由于埋地管深埋地下的工作环境特点，很可能由于腐蚀、浸泡等原因，导致保温层失效、甚至是工作管道泄露爆炸，对热力系统的性能和安全都构成了极大威胁，有可能造成极大的经济损失和不良的社会影响。另外，由于深埋地下，对其保温性能的测量存在极大困难。因此，如何实现埋地管道保温性能的高效快捷测量成为当前热力管道系统性能检测的重点内容。

针对现有热力管道不能实现无盲区全程温度特征的测量，中国专利CN201711425052.3提出了通过在一种在热力管道外部全程敷设光缆的新型热力管道实现对全程温度的测量。中国专利CN201711424989.9提出了基于热力管道的测温测漏光缆网，实现如何利用光缆通过温变和/或噪声扰动信号的对应关系，通过温度和扰动实现对管道漏损的监测。尽管如此，现有技术的主要不足在于缺少对热力管道特殊管件中的光缆的布置的设计，以及如何通过全程温度特征实现对热力管道保温性能和损坏特征的判断。

因此，如何针对埋地管的特点，实现对埋地管温度的全程测量，并基于温度特征实现对管道保温性能和漏损特征的准确判断和定位是解决埋地管性能维护的关键。

技术实现要素：

针对上述不足，本实用新型提出了一种基于在线温度测量的埋地蒸汽管道保温性能监控装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于在线温度测量的直埋蒸汽管道保温性能监控装置，其包括直埋蒸汽管、在线温度监测系统两部分；直埋蒸汽管包括主管道、补偿节和固定节，主管道、补偿节和固定节通过串联焊接连接；主管道、补偿节和固定节均包括工作管、钢套管和保温层；工作管和钢套管均同轴布置，且钢套管嵌套于工作管外部，工作管与钢套管之间均填充有保温层；补偿节的工作管上焊接有波纹管；固定节中的钢套管包括内钢套管和外钢套管，外钢套管同轴嵌套安装于内钢套管的外部，且两者之间也填充有保温层；主管道和补偿节的工作管与钢套管之间靠钢套管一侧以及固定节的内钢套管和外钢套管之间靠外钢套管一侧分别设有传感器保护套管，且各段传感器保护套管串联相通，连续贯穿整条直埋蒸汽管；在线温度监测系统包括温度传感器和远程温度监测终端；温度传感器沿程安装于传感器保护套管内，主管道、补偿节和固定节内的温度传感器通过串联或并联方式与远程温度监测终端相连。

在直埋蒸汽管的横断面中，传感器保护套管可以是一根，也可以是沿断面周向均匀布置的多根，且每条传感器保护套管中均设有温度传感器。

所述的温度传感器可以为感温光纤、热电偶或热电阻。

所述的固定节中，还可以设有第一同心大小头和第二同心大小头；第一同心大小头的大直径端(即直径较大的一端)紧贴内钢套管内壁固定，小直径端(即直径较小的一端)紧贴工作管外壁固定，用于在内钢套管和工作管之间形成支撑；所述的外钢套管两端各设有一个第二同心大小头，两端的第二同心大小头的大直径端均与外钢套管的端面密合固定，小直径端均紧贴内钢套管外壁固定，用于在内钢套管和外钢套管之间形成支撑。

所述的固定节中，内钢套管的管壁上可以设有连通内钢套管内腔和外钢套管内腔的通孔。

所述的第一同心大小头和第二同心大小头可以在管道轴向方向交错布置，使第一同心大小头和第二同心大小头在内钢套管上的固定位置不重合。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型通过解决埋地管不同管件上温度传感器的布置安装方式，实现了对埋地管道全局温度的测量。

(2)本实用新型可以利用保温层温度与供热温度变化率和最大温度两个阈值作为埋地管道热力性能的评价判据，实现对埋地管性能快速检测的目的。

(3)本实用新型利用同心大小头，使得工作管与内钢套管之间的固定连接错开，导致同心大小头两端的换热温差减小，从而减小了了支撑结构的热桥，有利于保温。而且利用同心大小头固定内钢套管和外钢套管，提高了内外钢套管的支撑性能，避免了保温结构的变形，保证了保温性能的可靠性。

附图说明

图1是基于在线温度测量的直埋蒸汽管道保温性能监控装置示意图；

图2是主管道的一种剖面图；

图3是主管道的另一种剖面图；

图4是另一实施例中固定节的结构示意图；

图中：直埋蒸汽管1、在线温度监测系统2、主管道1-1、补偿节1-2、固定节1-3、工作管1-4、钢套管1-5、保温层1-6、波纹管1-7、内钢套管1-8、外钢套管1-9、传感器保护套管1-10、通孔1-11、第一同心大小头1-12、第二同心大小头1-13、温度传感器2-1、远程温度监测终端2-2。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步阐述，以便本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的实质。

如图1所示，一种基于在线温度测量的直埋蒸汽管道保温性能监控装置，其主要包括直埋蒸汽管1、在线温度监测系统2两部分。

直埋蒸汽管1包括主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3，主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3通过串联焊接连接。

主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3中均包括工作管1-4、钢套管1-5和保温层1-6。主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3中的工作管1-4和钢套管1-5均同轴布置，且钢套管1-5嵌套于工作管1-4外部，工作管1-4与钢套管1-5之间均填充有保温层1-6。

补偿节1-2的工作管1-4上焊接有一段波纹管1-7，用于补偿管道的轴向伸缩。主管道1-1、补偿节1-2中的钢套管1-5均为单层套管，而固定节1-3中的钢套管1-5为双层套管，包括内钢套管1-8和外钢套管1-9，内钢套管1-8与工作管1-4之间填充有保温层1-6，外钢套管1-9同轴嵌套安装于内钢套管1-8的外部，且两者之间也填充有保温层1-6。

主管道1-1和补偿节1-2的工作管1-4与钢套管1-5之间靠钢套管1-5一侧以及固定节1-3的内钢套管1-8和外钢套管1-9之间靠外钢套管1-9一侧分别设有传感器保护套管1-10，且主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3中的三段传感器保护套管1-10串联相通，形成一条连续贯穿整条直埋蒸汽管1的传感器保护套管1-10，用于保护内部安装的传感器。

在线温度监测系统2包括温度传感器2-2和远程温度监测终端2-1；温度传感器2-2沿程安装于传感器保护套管1-10内，主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3内的温度传感器2-2通过串联或并联方式与远程温度监测终端2-1相连，将感应到的温度数据传输至远程温度监测终端2-1进行存储，供后续分析。传感器保护套管1-10外部被保温层1-6包裹，但是由于其贴近最外部的钢套管铺设，因此内部的温度传感器所感应到的温度可以反映保温层外侧的温度变化。远程温度监测终端2-1是能够实时接收各温度传感器2-2所发送信号的终端装置，如温度监控仪、温度记录仪、在线温度监控分析系统等等。远程温度监测终端2-1所接收到的信号转化为温度数据存储后，可人工或自动发送至其他平台进行分析，当然假如远程温度监测终端自身具有分析能力，也可以直接在终端进行数据显示和分析。

在直埋蒸汽管1的横断面中，传感器保护套管1-10可以只设置一根，传感器保护套管1-10内设有温度传感器2-2，如图2所示。当然，也可以沿断面周向均匀布置的多根，且每条传感器保护套管1-10中均设有温度传感器2-2，如图3所示，由此可以更为准确的监控管道不同位置的保温性能。

在线温度监测系统2中的温度传感器2-2可以是感温光纤，也可以是热电偶或热电阻。感温光纤在铺设范围内测温具有连续性，因此仅需将感温光纤沿着传感器保护套管1-10连续铺设即可，能够获得所有光纤铺设范围内每个点的温度数据。而热电偶或热电阻的测温不具有连续性，仅能反应设置位置的温度，因此其在传感器保护套管1-10内需要每隔一定间隔设置一个，具体的设置间隔和密度需要根据测量精度而定。为了对直埋蒸汽管1进行全面的监控，不论何种温度传感器2-2，其设置区域范围均应当覆盖所有待监控的直埋蒸汽管1范围。

固定节是直埋蒸汽管中的核心构件之一，提高固定节的热防护性，避免漏热现象，对于提高直埋管道整体保温性能具有重要意义。而传统固定节结构，往往在保温厚度或者支撑可靠性方面存在问题，导致漏热。在另一实施例中，基于上述直埋蒸汽管道保温性能监控装置进一步对固定节1-3进行改进。如图4所示，在该实施例的固定节1-3中，除了工作管1-4、保温层1-6、内钢套管1-8和外钢套管1-9之外，还设有1个第一同心大小头1-12和2个第二同心大小头1-13；第一同心大小头1-12的大直径端紧贴内钢套管1-8内壁环向焊接固定，小直径端紧贴工作管1-4外壁环向焊接固定，由此在内钢套管1-8和工作管1-4之间形成了支撑。外钢套管1-9两端各设有一个第二同心大小头1-13，两端的第二同心大小头1-13的大直径端均与外钢套管1-9的端面环向焊接固定，小直径端均紧贴内钢套管1-8外壁环向焊接固定，由此在内钢套管1-8和外钢套管1-9之间也形成了支撑。三个同心大小头在双层套管之间形成了稳定可靠的支撑，能够防外力作用下产生偏心现象影响保温效果。而且第二同心大小头1-13的大直径端与外钢套管1-9的直径相同，焊接后两个端面同轴且保持密合，内钢套管1-8和外钢套管1-9之间形成一个填充保温层1-6的密封空间，能增加保温厚度。在该种固定节1-3中，传感器保护套管1-10需要从固定节1-3一端的内钢套管1-8内腔，穿过内钢套管1-8管壁后，进入该密封空间，然后在固定节1-3的另一端再穿过管壁，重新回到内钢套管1-8内腔中。而且，第一同心大小头1-12和第二同心大小头1-13在管道轴向方向交错布置，使第一同心大小头1-12和第二同心大小头1-13在内钢套管1-8上的固定位置不重合，相互之间具有一定的间距。由此，在保证支撑的作用下，通过交错布置减小支撑结构的热桥，进而提高固定节的保温性能。在本实施例中，第一同心大小头1-12在内钢套管1-8上的固定位置刚好位于两个第二同心大小头1-13在内钢套管1-8上的固定位置的中间。

另外，固定节1-3中，内钢套管1-8的管壁上还可以开设连通内钢套管1-8内腔和外钢套管1-9内腔的通孔1-11，保证套管内在特殊情况下不产生高压现象。

使用上述基于在线温度测量的直埋蒸汽管道保温性能监控装置的管损检测方法，其具体过程如下：

温度传感器2-2预先安装于主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3的传感器保护套管1-10内，并随主管道1-1、补偿节1-2和固定节1-3一同施工后，各段温度传感器2-2通过串联或并联方式与远程温度监测终端2-1连接，实现对直埋蒸汽管道任一点处的温度值进行远程在线监控；

远程温度监测终端2-1获得任一点保温层外侧的温度Ti，同时获取直埋蒸汽管的供热温度Ts和压力P参数；通过计算和监测设定时间间隔Δt(具体取值可根据实际调整)内任一点保温层外侧的温度变化斜率ki和供热温度参数变化率ks，当ki/ks超过设定阈值时，出现报警，表明该点保温性能出现恶化；与此同时，通过对不同供热温度的蒸汽设定不同的阈值温度Tc；当同时出现任一点保温层外侧的温度Ti高于阈值温度Tc和ki/ks超过设定阈值时，判定保温管道损坏，并根据报警监测点的数量，确定管道损害的长度，确定检修位置，排查隐患。

本实用新型的具体工作过程如下：

温度传感器在管道不同管件制作的同时，即安装布置于管件内；在现场施工阶段，各管件分别在现场安装，与此同时，各管件之间的温度传感器通过串联或并联的方式，构成覆盖所有待监控管道范围的测温网络，并与远程温度监测终端相连，将每个点的温度监控数据发送至终端。

在埋地管道输送蒸汽工作过程中，远程温度监测终端通过读取直埋蒸汽管的供热参数，得到供热蒸汽的供热温度(Ts)和压力(P)。与此同时，埋地管道内布置的温度传感器构成的测温网络，可以获得任意位置的保温层外侧的温度值(Ti)，通过Ti可以评估埋地管道的保温性能。

通过对一定时间间隔内(如1小时)的温度变化特征进行计算，求得保温层外侧的温度变化率(ki)和供热温度参数变化率(ks)，当工作管出现泄漏时，供热蒸汽温度变化不大，但保温层外侧温度会出现明显升高，此时，保温层外侧的温度变化率(ki)会出现明显升高现象，当ki/ks高于设定阈值，远程终端系统报警，表明保温性能出现异常；随着温度的继续升高，保温层外侧温度升高到一定的程度，超过设定的阈值温度(Tc)，此时管道保温性能已经丧失，判定保温管道损坏，并根据报警监测点的数量和位置，确定管道损害的长度，确定检修位置，排查隐患。

当工作管没有泄露，单保温层由于外套管破损等原因出现泡水现象，此时保温层保温效果降低，保温层外侧的温度变化率(ki)会出现明显升高现象，当ki/ks高于设定阈值，同样出现报警，表明管道保温性能降低；但是由于保温层外侧的温度没有高于阈值温度，此时只表明保温性能出现降低，但还未达到更换标准。

本实用新型通过解决埋地管不同管件上温度传感器的布置安装方式，实现了对埋地管道全局温度的测量，此外，通过利用保温层温度与供热温度变化率和最大温度两个阈值作为埋地管道热力性能的评价判据，实现了对埋地管性能快速检测的目的。