管线外表面温度的获取装置的制作方法

本实用新型涉及石油化工领域，具体而言，涉及一种管线外表面温度的获取装置。

背景技术：

目前，管线的保温是工业设备的重要工程问题。比如，新疆油田公司目前有注汽管线约800km，在油田稠油开发中发挥着重要作用的同时，其产生的能耗问题十分巨大，稠油热采管线保温效果直接影响着原油的采收率和油田生产总能耗。管线的保温通常配置有保温层，无论是管线的内保温还是管线的外保温，保温效果的好坏都是影响企业经济效益的一个重要指标。

石油工业中使用大量稠油热采管道，这些稠油热采管道在运行过程中是不间断长周期地运行，一般的保温检测装置难以准确得出管线外表面的温度以及散热损失值。红外检测装置主要是在地面处手推式或其它机动方式来进行在役检测，目前红外热像仪用于测定工业锅炉表面散热损失，但是适用于工艺结构复杂机械，而且并未给出具体的计算散热损失的数学模型，也未提及外表面温度如何准确地获取。红外测温仪测量目标点的温度，不能涉及面的测量，导致管线外表面温度的获取准确性低。

针对现有技术中管线外表面温度获取的准确性低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种管线外表面温度的获取装置，以至少解决管线外表面温度获取的准确性低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种测量装置，该管线外表面温度的获取装置包括：测量装置，与管线外表面相接触，用于测量管线外表面的测量温度和外部环境数据；采集装置，与测量装置相连接，用于在第一预设处理模型下根据测量温度和外部环境数据得到管线外表面的真实温度；承载车，用于承载测量装置和采集装置。

进一步地，该测量装置包括：红外热像仪，与采集装置相连接，用于测量管线外表面的预设截面上的测量温度。

进一步地，该外部环境数据包括管线外表面接收的太阳辐射热流量，测量装置包括：辐射热流传感器，与管线外表面接触，用于测量太阳辐射热流量。

进一步地，该外部环境数据包括管线外表面所处外部环境的温度，测量装置包括：第一表面温度计，设置在距离管线外表面的预设距离处，用于测量外部环境的温度。

进一步地，外部环境数据包括管线外表面所处外部环境的风速，该测量装置还包括：风速仪，设置在承载车上，用于测量管线外表面所处外部环境的风速。

进一步地，该采集装置还用于在第二预设处理模型下根据真实温度、外部环境的温度和外部环境的风速得到管线外表面的散热损失值。

进一步地，该采集装置包括：数据采集仪，与测量装置相连接，用于记录测量温度和外部环境数据。

进一步地，该采集装置还包括：计算机，与数据采集仪相连接，用于将测量温度和外部环境数据按照第一预设处理模型处理为真实温度。

进一步地，该承载车包括：支撑底座；伸缩拉杆架，与支撑底座相连接，用于移动支撑底座。

进一步地，该采集装置包括：第二表面温度计，与管线外表面接触，用于测量管线外表面的预设个数的目标点的真实温度。

进一步地，该第二表面温度计为表面温度传感器，表面温度传感器的探头与目标点通过导热胶粘连。

通过本实用新型，采用测量装置，与管线外表面相接触，用于测量管线外表面的测量温度和外部环境数据；采集装置，与测量装置相连接，用于在第一预设处理模型下根据测量温度和外部环境数据得到管线外表面的真实温度；承载车，用于承载测量装置和采集装置，由于通过融入了外部环境数据的预设模型可以适应多种外部环境数据的变化以得到管线外表面的真实温度，解决了管线外表面温度获取的准确性低的问题，进而达到了提高管线外表面温度获取的准确性的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种管线外表面温度的获取装置的示意图；以及

图2是根据本实用新型实施例的另一种管线外表面温度的获取装置的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、支撑底座；2、伸缩拉杆架；3、红外热像仪；4、风速仪；5、表面温度计；6、工控计算机；7、数据采集仪；8、辐射热流传感器；9、保温管线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

实施例1

本实用新型实施例提供了一种管线外表面温度的获取装置。

图1是根据本实用新型实施例的一种管线外表面温度的获取装置的示意图。如图1所示，该管线外表面的获取装置包括：测量装置10、采集装置20和承载车30。

测量装置10，与管线外表面相接触，用于测量管线外表面的测量温度和外部环境数据。

管线外表面可以为保温管线外表面，处于室外环境中，比如，野外的管道现场测量中。测量装置10与管线外表面相接触，可选地，该测量装置10通过辐射热流传感器与管线外表面接触，其中，辐射热流传感器与管线外表面上的目标点相接处，用于测量管线外表面接收的太阳辐射热流量。该测量装置10用于测量管线外表面的测量温度，该测量温度与管线外表面的真实温度存在一定的误差。可选地，通过红外热像仪测量管线外表面的测量温度，该红外热像仪可以测量一个管线外表面一个截面上的温度，相比表面温度计和红外测温仪限于对点的温度测量的局限性，该测量装置可以测量管线外表面的测量温度的范围大于表面温度计和红外测温仪测量测量管线外表面的测量温度的范围，从而避免了表面温度计和红外测温仪通过测量点的温度而得出面的温度的不足，进而提高了管线外表面测量温度的准确性。

测量装置10还可以用于测量管线外表面所处的外部环境的外部环境数据，该外部环境数据影响管线外表面的温度测量的准确性，可以包括管线外表面所处外部环境的风速、太阳辐射热流量、环境空气温度等外部环境数据，其中，外部环境的风速可以通过风速仪测量得到，太阳辐射热流量可以通过辐射热流传感器测量得到，包括一天中不同时刻辐射热流量，环境空气温度可以通过表面温度计测量得到，在一定时间内可以近似不变。

采集装置20，与测量装置10相连接，用于在第一预设处理模型下根据测量温度和外部环境数据得到管线外表面的真实温度。

采集装置20与测量装置10相连接，用于获取测量装置10采集到的测量温度和外部环境数据。第一预设模型为管线外表面的真实温度、测量温度、外部环境数据具有预设关系的热平衡方程，通过测量温度、外部环境数据根据第一预设模型可以得到管线外表面的真实温度，或者近似真实温度，从而融入了外部环境对管线外表面的温度的影响因素，提高了管线外表面温度获取的准确性。

可选地，采集装置20通过数据采集仪采集测量装置10测量的测量温度和外部环境数据，通过计算机按照第一预设模型对测量温度和外部环境数据进行计算得到管线外表面的真实温度，提高了管线外表面温度获取的准确性。

承载车30，用于承载测量装置10和采集装置20。

承载车30包括支撑底座，该支撑底座用于承载测量装置10和采集装置30，该承载车还可以包括伸缩拉杆，通过伸缩拉杆可以使用户手推移动该管线外表面的获取装置，提高了该管线外表面的获取装置的部署的灵活性，进而方便用户操作，更适合野外操作，降低了管线外表面的获取装置使用的局限性。

该实施例通过测量装置10与管线外表面相接触，测量管线外表面的测量温度和外部环境参数的测量数据；通过采集装置20与测量装置10相连接，在第一预设处理模型下根据测量温度和测量数据得到管线外表面的真实温度；通过承载车30承载测量装置和采集装置，由于通过融入了外部环境数据的预设模型可以适应多种外部环境数据的变化以得到管线外表面的真实温度，解决了管线外表面温度获取的准确性低的问题，进而达到了提高管线外表面温度获取的准确性的效果。

可选地，该测量装置包括：红外热像仪，与采集装置相连接，用于测量管线外表面的预设截面上的测量温度。

测量装置包括红外热像仪，该红外热像仪与采集装置相连接，用于测量管线外表面的预设界面上的测量温度，并将测量温度向采集装置传输。可选地，红外热像仪用于测量管线外表面的目标点处的温度，打开红外热像仪调试内部参数值，该内部参数值包括环境温度、辐射率、测试距离等，通过调整红外热像仪的角度与预设界面上的目标点之间的距离，使红外热像仪对准目标点，获取目标点的红外热像图，并将红外热像图传输到计算机上，通过计算机根据红外热像图记录目标点处的温度值，从而方便管线外表面温度的采集，同时适用在野外的管道现场中测量管线外表面的温度。

可选地，外部环境数据包括管线外表面接收的太阳辐射热流量，该测量装置包括：辐射热流传感器，与管线外表面接触，用于测量太阳辐射热流量。

测量装置可以包括辐射热流传感器，该辐射热流传感器可以为太阳辐射器，与管线外表面接触，用于测量管线外表面接收到的太阳辐射热流量。比如，辐射热流传感器与管线外表面上的预设截面上的目标点紧密接触，测量并记录一天中不同时刻管线外表面接收到的太阳辐射热流量。结合太阳辐射热流量对测量温度按照第一预设模型进行计算，得到管线外表面的真实温度，从而适应多种外部环境参数的变化，提高了管线外表面温度获取的准确性。

可选地，外部环境数据包括管线外表面所处外部环境的温度，该测量装置包括：第一表面温度计，设置在距离管线外表面的预设距离处，用于测量外部环境的温度。

测量装置采集到的外部环境数据包括管线外表面所处外部环境的温度，可以通过第一表面温度计测得外部环境温度。该第一表面温度计可以放置在距离管线外表面的预设距离处，比如，放置在离管线外表面2米处的位置，以测定室外环境空气温度，可选地，该第一表面温度计还可以用于测量管线外表面的目标点的真实温度。根据外部环境的温度对测量温度按照第一预设模型进行计算。可选地，结合太阳辐射热流量、外部环境的温度对测量温度按照第一预设模型进行计算，得到管线外表面的真实温度，从而适应多种外部环境参数的变化，提高了管线外表面温度获取的准确性。

可选地，外部环境数据包括管线外表面所处外部环境的风速，测量装置还包括：风速仪，设置在承载车上，用于测量管线外表面所处外部环境的风速。

测量装置采集到的外部环境数据包括管线外表面所处外部环境的风速，也即，测试管线外表面风速，可以通过风速仪测得。该风速仪可以放置在承载车上，实时监测风速大小和风向的走势。根据外部环境的风速对测量温度按照第一预设模型进行计算，从而得到管线外表面的真实温度。可选地，结合太阳辐射热流量、外部环境的温度、外部环境的风速对测量温度按照第一预设模型进行计算，得到管线外表面的真实温度，从而适应多种外部环境参数的变化，提高了管线外表面温度获取的准确性。

可选地，采集装置还用于在第二预设处理模型下根据真实温度、外部环境的温度和外部环境的风速得到管线外表面的散热损失值。

采集装置除了用于在第一预设处理模型下根据测量温度和外部环境数据得到管线外表面的真实温度之外，还可以用于根据管线外表面的真实温度、外部环境的温度和外部环境的风速按照第二预设模型获取管线外表面的热损失值，其中，外部环境的风速用于计算对流换热系数。可选地，该热损失值为单位面积管线外表面散热损失，可以由对流换热热流密度与辐射换热热流密度之差得到。

在得到管线外表面的散热损失值之后，可以根据管线外表面面积和时间计算出管线每月或每年的散热损失量，从而及时采取应对措施。

可选地，采集装置包括：数据采集仪，与测量装置相连接，用于记录测量温度和外部环境数据。

采集装置，与测量装置相连接，可以通过信号传输线接收测量装置测量得到的测量温度和外部环境数据，在第一预设处理模型下根据测量温度和外部环境数据得到管线外表面的真实温度。该采集装置包括数据采集仪，与测量装置可以通过信号传输线相连接，接收测量装置测量得到的测量温度和外部环境数据并自动记录，从而实现了对数据的采集。

可选地，该采集装置还包括：计算机，与数据采集仪相连接，用于将测量温度和外部环境数据按照第一预设处理模型处理为真实温度。

采集装置除了包括数据采集仪之外，还可以包括计算机，该计算机可以为工控计算机，与数据采集仪相连接，用于将测量温度和外部环境数据按照第一预设模型处理为管线外表面的真实温度并记录。

可选地，该承载车包括：支撑底座；伸缩拉杆架，与支撑底座相连接，用于移动支撑底座。

承载车用于承载测量装置和采集装置，可以为手推移动的小车。该承载车包括支撑底座，通过支撑底座承载测量装置和采集装置。该承载车除了包括支撑底座之外，还可以包括伸缩拉杆架，可以拉长、收短，用于移动支撑底座。

可选地，该采集装置包括：第二表面温度计，与管线外表面接触，用于测量管线外表面的预设个数的目标点的真实温度。

该采集装置还可以包括第二表面温度计，贴在管线外表面处，用于测得预设截面的目标点的真实温度值，通过信号传输线将目标点的真实温度传输至数据采集仪进行自动记录。可选地，目标点的真实温度可以用于修正在第一预设模型下根据测量温度和外部环境数据得到管线外表面的真实温度，提高了管线外表面温度获取的准确性。

可选地，该第二表面温度计为表面温度传感器，表面温度传感器的探头与目标点通过导热胶粘连。

第二表面温度计可以为表面温度传感器，表面温度传感器的探头应与目标点充分接触，可以利用导热胶将其粘连，稳固风干20分钟以上，从而准确测量目标点的真实温度。

该实用新型的测量装置包括红外热像仪、风速仪、表面温度计、辐射热流传感器，采集装置包括数据采集仪、工控计算机。通过风速仪测试当地环境风速，通过表面温度计可以得出环境温度值以及保温管线外表面目标点处真实温度值，通过辐射热流传感器记录一天中不同时刻辐射热流值。调整红外热像仪的角度和与被测的目标点之间的距离，对准目标点，获取红外热像图传输到计算机上，记录热像仪测量的目标点处的温度值。该实施例的线外表面温度的获取装置应用于野外的管道现场测量，可以对有风以及太阳辐射天气可以进行实时监测，测量得出大量的数据库与已建立的模型相结合可以得出不同时刻的管线外表面真实温度值及不同时间段、不同季节的散热损失值。

该实施例有效地避开了热像仪中发射率难以确定问题，从建立带有太阳辐射热流量的数学模型出发，得出红外热像仪下的真实温度计算公式，同时搭建的实验装置可以适应多种外部环境参数的变化，同时能够准确快捷的得出管线外表面温度及散热损失。

实施例2

下面结合优选的实施例对本实用新型的技术方案进行说明。

本实用新型提出了一种室外获取管线外表面温度、散热损失的装置，该装置包括：承载车、测量装置系统、数据采集记录装置。其中，承载车包括支撑底座和伸缩拉杆架；测量装置系统包括红外热像仪、风速仪、表面温度计、辐射热流传感器；数据采集记录装置包括数据采集仪、工控计算机。

该实施例的室外获取管线外表面温度、散热损失的实验装置利用风速仪测试当地环境风速，通过表面温度计可以得出环境温度值及保温管线外表面目标点处的真实温度值，太阳辐射器记录了一天中不同时刻辐射热流值。调整红外热像仪的角度和与被测目标点距离，对准被测目标点，获取红外热像图传输到计算机上，记录热像仪测量的目标点处的温度值。该装置方便地应用于野外的管道现场测量，可以对有风及太阳辐射天气可以进行实时监测，测量得出大量的数据库与已建立的模型相结合可得出不同时刻的管线外表面真实温度值及不同时间段、不同季节的散热损失值。

本实用新型有效地避开热像仪中发射率难以确定问题，从建立带有太阳辐射的数学模型出发，得出红外测温技术下的真实温度计算公式，同时搭建的实验装置可以适应多种外部环境数据的变化，同时能够准确快捷的得出管线外表面温度及散热损失。

图2是根据本实用新型实施例的另一种管线外表面温度的获取装置的示意图。如图2所示，该管线外表面温度的获取装置包括：支撑底座1、伸缩拉杆架2、红外热像仪3、风速仪4、表面温度计5、工控计算机6、数据采集仪7和辐射热流传感器8。

该管线外表面温度的获取装置用于获取保温管线9的管线外表面温度。

该实施例的管线外表面温度的获取装置包括：承载车、测量装置系统和数据采集记录装置。其中，承载车由支撑底座1和伸缩拉杆架2两部分组成，测量装置系统包括红外热像仪3、风速仪4、表面温度计5和辐射热流传感器8。数据采集记录装置包括工控计算机6和数据采集仪7，室外背景环境中测量的主体为保温管线9。选定保温管线外表面的某个截面，并在截面等间距地标定三个被测的目标点，通过红外热像仪3测量保温管线外表面目标点处的温度，通过辐射热流传感器8测量管线外表面接收的太阳辐射热流量，表面温度计5放置在离管线外表面2m处位置可以测定室外环境的空气温度，同时还可以将表面温度计贴至被测保温材料表面处，测得目标点的真实温度值。辐射热流传感器8、表面温度计5所采集的数据通过信号传输线连接至数据采集仪7自动记录，其中，数据采集仪7与工控计算机6相连接。

建立红外热像仪与管线外表面及周围环境之间热平衡方程，通过该方程推导出管线外表面温度及散热损失理论模型。

管线外表面真实温度T如下：

εσT₀⁴＝εσT⁴+ρ(I+εσT_sky⁴)，

其中，ε为管道外表面发射率；

σ为玻耳兹曼常量，其值为5.67×10-8W/(m2.K4)；

T₀为红外热像仪测量下的管道外表面目标点处的温度；

T为管道外表面目标点处的真实温度；

ρ为反射率；

I为太阳辐射热流量；

T_sky为天空温度。

管线外表面散热损失如下：

q_s＝q_d-q_f，

其中：q_d为对流换热热流密度；

q_f为辐射换热热流密度；

q_s为单位面积管线外表面散热损失。

q_s＝α_cr(t-t_k)-εσ[T⁴-T_k⁴]，

其中，α_cr为对流换热系数；

t、T为管线外表面目标点处的真实温度，其中，t为摄氏温度、T为华氏温度；

t_k、T_k为管线外表面目标点出的环境空气温度，其中，t_k为摄氏温度，T_k为华氏温度。

对流换热系数经验公式如下：

其中，ω为管线外表面风速。

针对室外获取管线外表面温度、散热损失的获取，其具体实施过程如下：

在保温管线外表面每隔1m处选取一个截面，每个截面可以平均选取三个目标点。在具体测试的时间段为有风晴天与无风晴天中的早、中、晚时间段。当测量目标点处的真实温度值时，表面温度传感器的探头与目标点充分接触，可以利用导热胶将其粘连，稳固风干20min以上。辐射热流传感器也与目标点紧密接触。为了测量真实的管线外表面接收的辐射热流值，风速仪放置在承载车上，从而实时地监测风速大小以及风向的走势。打开红外热像仪调试内部参数值，比如，环境温度、辐射率、测试距离等，调整角度对准目标点进行测量，最终将所有测的数据记录数据采集仪并保存至工控计算机中。

在数据采集记录装置中，将上述测量数据通过管线外表面的温度计算模型以及散热损失模型，从而准确地获取管线外表面的温度，以及管线外表面的散热热流密度，再根据散热热流密度即可根据保温管线的表面积与时间计算出管线每月或每年的散热损失值。

该室外获取管线外表面温度、散热损失的实验装置的核心是采集装置建立管线外表面真实温度及散热损失计算模型。该真实温度模型考虑到了太阳辐射的影响，散热损失计算模型中加入了风速的影响，对于高原多风、日照时间较长区域具有很好的实际意义。该室外被测保温管线由三部分组成，由内至外分别为工作钢管层、聚氨酯保温层及镀锌铁皮层。在镀锌铁皮外表面处放置辐射热流传感器，该传感器热流测试范围为0～1000W/m2，同时在外表面处布置温度传感器。在被测管线外表面选定某三个截面，截面处平均标定三个被测目标点，调节红外热像仪内部参数并与被测目标点切平面成900方向角，最后保存并记录被测实验数据，提高了数据测量的准确性。

该实施例的承载车由支撑底座和伸缩拉杆架组成；通过风速仪测试当地环境风速，通过表面温度计可得出环境温度值以及保温管线外表面目标点处真实温度值，通过太阳辐射器记录一天中不同时刻辐射热流值，通过调整红外热像仪的角度和与被测目标点距离，对准被测目标点，获取红外热像图传输到计算机上，记录热像仪测量目标点处的温度值，从而可以对有风及太阳辐射天气可以进行实时监测，准确且快捷地获取管线外表面温度、散热损失值，对于评价保温效果，优化保温方案，降低生产耗能具有十分重要的意义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。