过程容器隔离体监测的制作方法

本公开的实施例涉及用于工业工厂的工业过程控制系统。更具体地，本公开的实施例涉及监测过程容器热隔离体的健康状况。

背景技术：

在工业背景下，控制系统用于监测和控制工业和化学过程的库存(inventory)等。热隔离系统是典型工业工厂(例如炼油厂、化工厂以及食品和饮料生产设施)内的关键资产。这种系统通常利用围绕过程容器(例如管道、导管或罐)的隔离材料，并减少过程容器内的过程材料与周围环境之间的热传递。隔离系统由于物理损坏或环境影响而受损会导致运行效率和产品质量下降。

技术实现要素：

本公开的实施例涉及一种用于监测包含过程材料的过程容器的被隔离区段的工业过程容器隔离体监测系统、工业过程容器隔离体监测设备以及监测被隔离的过程容器的方法。系统的一个实施例包括一个或多个状况传感器和控制器。一个或多个状况传感器被配置为感测过程容器的被隔离区段处或隔离区段内的至少一个环境状况，例如温度、湿度、潮湿度和/或化学成分。一个或多个状况传感器中的每一个被配置为生成指示对应的所感测的状况的状况输出。控制器被配置为基于状况输出检测与被隔离区段有关的至少一个区段状况，并生成与至少一个检测到的区段状况有关的状况信息。区段状况的示例包括被隔离区段的隔离体的热阻、被隔离区段的隔离体的损坏或退化、被隔离区段处过程容器的腐蚀、促进过程容器的腐蚀的状况以及向隔离体的潮湿侵入。

工业过程容器隔离体监测设备的一个实施例包括隔离体的区段和附接到隔离体的多个状况传感器。多个状况传感器被配置为感测隔离体的区段处或隔离体的区段内的至少一个环境状况。环境状况的示例包括温度、湿度、潮湿度和/或化学成分。多个状况传感器中的每一个被配置为生成指示对应的所感测的状况的状况输出。

在监测隔离过程容器的方法的一个实施例中，提供了上述隔离体监测设备。使用多个状况传感器生成使用多个状况传感器的状况输出。每个状况输出指示对应的所感测的状况。使用控制器，基于状况输出检测与隔离体的区段和过程容器有关的至少一个区段状况。区段状况的示例包括被隔离区段的隔离体的热阻、被隔离区段的隔离体的损坏或退化、被隔离区段处过程容器的腐蚀、促进过程容器的腐蚀的状况以及向隔离体的潮湿侵入。使用控制器生成与至少一个检测到的区段状况有关的状况信息。

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍对理念的选择，以下将在具体实施方式中进一步描述这些理念。本发明内容不意在确认要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意在用作帮助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何或全部缺点的实施方式。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量或控制系统100的简化图。

图2是根据本公开的实施例的示例性隔离监测设备的简化截面图。

图3是根据本公开的实施例的一般沿线3-3截取的图2的设备的简化截面图。

图4是根据本公开的实施例的图表，包括示例性的所测量的界面和过程温度随时间的曲线图、界面和过程温度之间的差值的曲线图以及阈值温度差的曲线图。

图5是根据本公开的实施例的示例性隔离体监测设备的简化侧截面图。

图6是示出根据本公开的实施例的使用隔离体监测设备监测被隔离的过程容器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，参考附图更全面地描述本公开的实施例。使用相同或相似的附图标记标识的要素指代相同或相似的要素。本公开的各种实施例可以以许多不同的形式来体现，并且不应该被解释为限于本文中所阐述的特定实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本公开将是全面和完整的，并且将本公开的范围充分传达给本领域技术人员。

图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量或控制系统100的简化图。系统100可以用于例如流体(即液体或气体)、固体(即颗粒或粉末材料)、浆料等过程材料102的处理，以将材料从价值较低的状态转化为更有价值和有用的产品，例如石油、化学品、纸张、食品等。例如，炼油厂执行可以将原油加工成汽油、燃油和其他石化产品的工业过程。

过程材料102可以通过过程容器104(例如罐、管道或另一过程容器)包含或运输。可以使用合适的热隔离体106将过程容器104隔离，如图1所示。如以上所讨论的，隔离体106可能随时间而退化，这会影响隔离体106的热阻(即R值)。另外，隔离体106的劣化可能影响容器104本身的健康状况。例如，隔离体106的劣化会导致在过程容器104的外表面和隔离体106的内部之间的界面处存在潮湿，这会导致容器104的外表面处的隔离体中腐蚀(CUI)状况。

本公开的实施例涉及过程容器隔离体监测系统110，其被配置为监测和/或检测与过程容器104和/或隔离体106有关的一个或多个状况，例如隔离体106的热阻、CUI状况、潮湿侵入和/或与容器104和/或隔离体106有关的其他状况。

监测系统110的一些实施例包括一个或多个状况传感器112(一般称为112)和控制器114。在一些实施例中，监测系统110的传感器112包括一个或多个传感器，用于感测与隔离体106和过程容器104有关的被隔离区段116处的状况，并生成指示所感测的状况的一个或多个输出(一般称为118)。

在一些实施例中，传感器112可以包括具有温度输出118A的一个或多个温度传感器112A、具有潮湿度输出118B的一个或多个潮湿度传感器112B、具有化学成分输出118C的一个或多个化学成分传感器112C、具有湿度输出的一个或多个湿度传感器112D和/或被配置为监测被隔离区段116的其他环境状况的传感器112。因此，一个或多个状况传感器112可以被配置为感测与容器104的被隔离区段116有关的温度、潮湿、湿度、化学成分和/或其他环境状况，并生成指示所感测的状况的一个或多个状况输出118。控制器114基于状况输出118所指示的一个或多个所感测的环境状况来检测与过程容器隔离体106有关的一个或多个状况。

一个或多个温度传感器112A可以被配置为监测与过程容器104的被隔离区段116相关联的温度，并生成与所感测的温度有关的温度输出118A。如以下更详细地讨论的，控制器114可以使用温度传感器输出118A测量隔离体106的热阻，检测缺失、损坏或退化的隔离体106，并检测可能指示或导致例如CUI状况的状况。一个或多个温度传感器112A可以利用任何合适的温度传感器，例如电阻温度检测器、负温度系数热敏电阻、热电偶、基于半导体的温度传感器或其他合适的温度传感器。

一个或多个潮湿度传感器112B被配置为监测与过程容器104的被隔离区段116相关联的潮湿度以及生成的与检测到的潮湿度有关的潮湿度输出118B。控制器114可以使用潮湿度输出118B检测可能导致CUI状况的状况、隔离体106的损坏以及被隔离区段116的其他状况。一个或多个潮湿度传感器112B可以包括潮湿检测线缆或其他合适的潮湿传感器。

一个或多个化学成分传感器112C可以用于检测腐蚀性化学物质(例如酸、碱和/或盐)和/或腐蚀副产品(例如金属氧化物)的存在，并生成指示检测到这种腐蚀副产品的化学成分输出118C。因此，控制器114可以使用化学成分输出118C来检测例如CUI状况。一个或多个化学成分传感器112C可以采用任何合适的形式。示例性传感器112C包括pH传感器、氧还原电位传感器、电导率传感器和隔离体电阻传感器。

一个或多个湿度传感器112D可以用于感测湿度水平，并生成指示所感测的湿度水平的湿度水平输出118D。因此，控制器114可以使用湿度水平输出118D检测可以促进例如CUI状况的状况。一个或多个湿度传感器112D可以采用任何合适的形式。

监测系统110还可以包括过程温度传感器120，其被配置为检测过程材料102的温度，并生成指示所感测的温度的过程温度输出122。如图1所示，过程温度传感器120可以是耦接到过程的现场设备124的组件。控制器114可以使用过程温度输出122例如检测隔离体的热阻和隔离区段116的其他状况。

监测系统110还可以包括环境温度传感器126，其被配置为检测过程容器104的被隔离区段116处或附近的环境温度，并基于所感测的温度生成环境温度输出128。控制器114可以在对被隔离区段116的状况的评估或检测(例如隔离体106的热阻或隔离体106的损坏)中使用环境温度输出128。

在一些实施例中，监测系统110包括变送器130，其被配置为从一个或多个传感器接收输出信号(例如，状况输出118、过程温度输出122和环境温度输出128)，并向控制单元132发射基于输出信号的区段信息。例如，如图1所示，控制单元132可以在控制室134中远离变送器而定位。控制单元132可以通过合适的物理通信链路(例如双线控制回路136或无线通信链路)通信地耦接到变送器130。可以根据传统的模拟和/或数字通信协议在控制回路136上执行控制单元132和变送器130之间的通信。

在一些实施例中，控制回路136包括4-20毫安控制回路，其中一个或多个传感器输出(例如，状况输出118、过程温度输出122和环境温度输出128)可以由流过控制回路136的回路电流I的电平表示。示例性数字通信协议包括例如根据通信标准将数字信号调制到双线控制回路136的模拟电流电平上。也可以采用其他纯数字技术，包括现场总线(FieldBus)和过程现场总线(Profibus)通信协议。

变送器130还可以被配置为使用传统的无线通信协议与控制单元132无线地通信。例如，变送器130可以被配置为实现无线网状网络协议，例如(IEC 62591)或ISA 100.11a(IEC 62734)，或另一无线通信协议，例如WiFi、LoRa、Sigfox、BLE或任何其他合适的协议。

可以从任何合适的电力源向变送器130供应电力。例如，变送器可以完全由流过控制回路136的电流I驱动。也可以利用合适的电源驱动变送器130，例如内部电池或外部电池。也可以使用电力发电机(例如，太阳能电池板、风力发电机等)给变送器130供电和/或对变送器130内部或外部的电池源充电。

如图1所示，控制器114可以表示变送器和/或控制单元的组件。例如，控制器114包括一个或多个处理器(即微处理器、中央处理单元等)，其响应于指令的执行而执行本文中所描述的一个或多个功能，指令可以本地存储在控制单元的非暂时性计算机可读介质或存储器(例如存储器138)或变送器的存储器中。在一些实施例中，控制器114的处理器是一个或多个基于计算机的系统的组件，例如控制单元132。控制器114可以包括一个或多个控制电路、基于微处理器的引擎控制系统、一个或多个可编程硬件组件，例如现场可编程门阵列(FPGA)，用于控制监测系统110的组件和/或执行本文中所描述的一个或多个功能。控制器114还可以表示其他传统的工业过程变送器或控制单元电路。

在一些实施例中，控制器114基于来自传感器112的状况输出118中的一个或多个检测与过程容器104的被隔离区段116有关的一个或多个状况。另外，控制器114被配置为生成与过程容器104的区段116的检测到的一个或多个状况有关的状况信息140。

当控制器114完全或部分地包含在变送器130内时，变送器130可以将状况信息140作为以上提及的发射的区段信息传送给控制单元132。备选地，控制单元132的控制器114可以使用由变送器130发射的与状况输出118有关的区段信息产生状况信息140。

在一些实施例中，状况信息140一般包括关于每个检测到的状况的信息，例如，检测到的状况的标识、与检测到的状况有关的所感测的状况的值(例如温度测量结果、湿度测量结果、潮湿度测量结果、化学成分测量结果等)和/或其他信息。例如，状况信息140可以如图1所示被记录在系统110的存储器中，或可以被传送给期望的数据存储系统或计算设备。控制器114可以发出与状况信息140有关的通知，包括在显示器(例如控制单元132的显示器142或另一显示器)上显示状况信息140、触发警报和/或提供另一种类型的通知。

如图1所示，工业过程容器隔离体监测系统110的一些实施例包括工业过程容器隔离体监测设备150，工业过程容器隔离体监测设备150一般包括隔离体106的区段152和上述状况传感器112中的一个或多个，所述一个或多个状况传感器112连接到隔离体区段152。将参考图2和图3描述隔离体监测设备150的示例性实施例。图2是示例性隔离监测设备150的简化截面图，图3是根据本公开的实施例的一般沿线3-3截取的图2的设备150的简化截面图。

如图2所示，在一些实施例中，隔离体区段152可以包括完全包围过程容器104(例如管道)的隔离体106的套管。例如，隔离体区段152可以被配置为缠绕在过程容器104周围。备选地，隔离体区段152可以仅形成隔离过程容器104的隔离体106的一部分。

设备150可以包括一个或多个温度传感器112A，所述一个或多个温度传感器112A位于过程容器104的外表面154与隔离体区段152的外表面156之间的各种位置。例如，设备150可以包括在隔离体区段152和过程容器104的外表面154之间的界面158处的一个或多个界面温度传感器112A-1，隔离体区段152内的一个或多个嵌入式温度传感器112A-2，和/或在隔离体区段152的外表面156处的一个或多个外部温度传感器112A-3，如图2和图3所示。界面温度传感器112A-1可以附接到隔离体区段152的内表面160，或者当隔离体区段152被安装在过程容器104上时位于隔离体区段152的内表面160和过程容器104的外表面154之间。可以使用任何合适的技术将外部温度传感器112A-3附接在隔离体区段152的外表面156上，或者嵌入隔离体区段152的外表面156中。因此，在一些实施例中，一个或多个温度传感器112A包括至少两个温度传感器，所述至少两个温度传感器位于距过程容器104或隔离体区段152的纵向轴线162的不同径向距离处，如图2所示。

在一些实施例中，界面温度传感器112A-1用于检测促进CUI状况的温度。例如，当界面温度传感器112A-1的输出118A-1所指示的界面温度在促进过程容器104的腐蚀的温度范围内时，控制器114可以生成与检测有关的状况信息，例如，指示CUI状况的存在或潜在发展的通知。

界面温度传感器112A-1还可以用于检测隔离体区段152的损坏或退化。在一些实施例中，控制器114将输出118A-1所指示的温度与期望由界面温度传感器112A-1检测的预期的温度或温度范围进行比较，并在检测到的界面温度与预期的界面温度或温度范围之间的差异超过对应的阈值164时对隔离体区段152的损坏进行检测，阈值164例如可以存储在控制单元132的存储器138(图1)中。控制器114可以生成与检测到的隔离体区段152的损坏或退化有关的状况信息140，状况信息140可以包括隔离体区段152的退化状况的通知。在一些实施例中，控制器114基于过程温度传感器120所感测的过程温度和/或环境温度传感器126所感测的环境温度来设置预期的界面温度。

当隔离体区段152基本上没有损坏时，界面温度和过程温度之间的差值小，但是当隔离体区段152损坏时，其隔离性能下降并且界面温度和过程温度之间的差值增加。根据本公开的实施例，这一般在图4的图表中示出，所述图表包括示例性测量的界面温度(Ti)和过程温度(Tp)随时间的曲线图，界面温度和过程温度之间的差值(Td)的曲线图以及阈值温度差值(Tth)的曲线图。阈值温度差值可以存储为阈值164(图1)中的一个，用于评估隔离体区段152的状况。在一些实施例中，阈值温度差值被选择为指示隔离体区段152何时不再提供期望的热隔离体的水平。在图4中的图表所示出的示例中，在14小时标记附近，界面温度和过程温度之间的温度差从低于阈值温度差转变为高于阈值温度差，从而表明隔离体区段152在那个时间附近可能已经损坏并且需要修理或替换。因此，控制器114基于界面温度和过程温度之间的差值来检测隔离体区段152的这种损坏或退化状况，并响应于对该状况的检测，生成状况信息140(例如通知)。

如以上所提及的，相对于过程温度对界面温度的这种监测可以包括针对环境温度状况的补偿，预期的界面温度对其具有一定的依赖性。具体地，如图1所示，可以基于由环境温度传感器126指示的环境温度与由过程温度传感器120指示的过程温度之间的差值来调整阈值温度差。例如，当环境温度与过程温度之间的差值低时，阈值温度差值可以由于过程容器104与周围环境之间预期的较低的热传递而降低，当环境温度与过程温度之间的差值高时，阈值温度差值可以由于过程容器104与周围环境之间预期的较高的热传递而增加。因此，控制器114可以使用由传感器126所感测的或测量的环境温度动态地调整阈值温度差值。

在一些实施例中，控制器114使用一个或多个温度传感器112来测量通过隔离体区段152的直接热流和/或隔离体区段152的热阻(R值)。例如，控制器114可以使用一个或多个界面温度传感器112A-1的界面温度输出118A-1与来自一个或多个嵌入式温度传感器112A-2的嵌入式温度输出118A-2和/或一个或多个外部温度传感器112A-3的外部温度输出118A-3之间的差异，使用传统技术计算通过隔离体区段152的热流和/或隔离体区段152的热阻。控制器114可以基于来自环境温度传感器126(图1)的环境温度输出128来补偿这些热传递或热阻的测量。控制器114生成状况信息140，所述状况信息140可以指示所测量的通过隔离体区段152的热流和/或隔离体区段152的热阻。

在一些实施例中，控制器114分别将计算的热流和/或热阻与对应的阈值热流或热阻值(其可以作为阈值164中的一个存储在存储器138中)进行比较，以确立隔离体区段152是否正在提供所需的隔离水平。由控制器114生成的状况信息140可以指示通过隔离体区段152的热流和/或隔离体区段152的热阻是否满足基于阈值的期望的标准。

如图2和图3所示，监测设备150的一些实施例包括一个或多个潮湿传感器112B，如以上所提及，潮湿传感器112B可以包括潮湿检测线缆。潮湿检测传感器112B可以嵌入隔离体106内并生成与检测到的潮湿度有关的潮湿度输出118B。这允许控制器114直接监测向隔离区段152的潮湿侵入，向隔离区段152的潮湿侵入会导致隔离体区段152的退化和CUI状况。在一些实施例中，控制器114将检测到的潮湿度与阈值潮湿度值进行比较，所述阈值潮湿度值可以存储为阈值164(图1)中的一个。控制器114可以基于潮湿度输出118B和/或检测到的潮湿度与阈值潮湿度值之间的比较生成状况信息140，所述阈值潮湿度值可以包括检测到的潮湿度和其他有关的信息。另外，当检测到的潮湿度超过潮湿度阈值时，状况信息140可以包括隔离体区段152的潜在损坏或退化的通知，和/或指示存在可能导致例如CUI状况的状况的通知。

当监测设备150包括化学成分传感器112C中的一个或多个时，控制器114可以使用由对应的输出118C指示的化学成分来检测CUI状况或可能导致CUI状况的状况。由控制器生成的状况信息140可以包括关于检测到的化学成分的信息，例如检测到的成分(例如氧化铁)的标识、检测到的成分的浓度和其他信息。在一些实施例中，控制器114被配置为将检测到的成分的浓度与阈值浓度值进行比较，阈值浓度值可以存储为阈值164(图1)中的一个。例如，当检测到的浓度水平超过阈值浓度值时，状况信息140可以包括对过程容器104的潜在损坏或退化的通知、对隔离体区段152的潜在损坏或退化的通知和/或指示存在或可能存在CUI状况的通知。

如以上所讨论的，监测设备150的一些实施例包括一个或多个湿度传感器112D。一个或多个湿度传感器112D生成与检测到的湿度水平有关的湿度水平输出118D，控制器114可以使用该湿度水平输出118D直接监测会导致CUI状况的状况。在一些实施例中，控制器114将检测到的湿度水平与阈值湿度水平值进行比较，阈值湿度水平值可以存储为阈值164(图1)中的一个。控制器114可以基于湿度水平输出118D和/或检测到的湿度水平与阈值湿度水平值之间的比较来生成状况信息140，阈值湿度水平值可以包括检测到的湿度。另外，例如，当检测到的湿度水平超过湿度水平阈值时，状况信息140可以包括对隔离体区段152的潜在损坏或退化的通知，和/或指示存在可能导致CUI状况的状况的通知。

如以上所提及的，状况传感器112可以利用多个传感器112来感测诸如温度之类的特定状况。因此，例如，温度传感器112A可以包括多个温度传感器112A，每个温度传感器112A用于在各种位置处执行离散温度测量。例如，界面温度传感器112A-1、嵌入式温度传感器112A-2和/或外部温度传感器112A-3可以各自包括多个温度传感器，这些温度传感器沿着过程容器104或隔离体区段152的纵向轴线162彼此移位，如图3所示。

控制器可以处理各个温度传感器112A中的每一个所感测的温度，以确定平均温度测量结果。因此，可以对由界面温度传感器112A-1所感测的温度进行处理以确定平均界面温度，可以对由嵌入式温度传感器112A-2所感测的温度进行处理以确定平均嵌入温度，以及可以对由外部温度传感器112A-3所感测的温度进行处理以确定平均外部温度。控制器114可以使用这些平均温度中的一个或多个来检测与隔离体区段152有关的一个或多个状况。控制器可以类似地通过对来自多个状况传感器112的测量结果求平均值来确定其他环境状况(例如湿度、潮湿度、化学成分等)的平均测量结果。

状况传感器112可以采用任何合适的形式，并且可以包括到变送器130的有线连接，以传达所生成的状况输出。这种布置的一个示例性备选方案包括将无源表面声波传感器112AW与射频激励器和读取器170结合使用，一般如图5所示，图5是根据本公开的实施例的示例性隔离体监测设备150的简化侧截面图。多个表面声波传感器112AW各自从射频激励器和读取器170接收能量，射频激励器和读取器170可以由变送器130供电，并且响应地生成射频信号，射频信号具有相角的改变或另一可检测的射频特性(例如频率或幅度)的改变，所述改变是所测量的参数的函数。激励器和读取器170接收来自声波传感器112AW的信号，并将状况输出118AW递送给变送器130(图1)。因此，一个或多个温度传感器112A、潮湿度传感器112B、化学成分传感器112C和湿度传感器112D可以用合适的表面声波传感器112AW代替，从而消除与传感器中的每一个进行有线连接的需要。备选地，嵌入式测量设备可以采用无源RFID传感器的形式，无源RFID传感器由RFID读取器供能和读取，RFID读取器可以由变送器130供电。

本公开的另外的实施例针对使用隔离体监测设备150监测被隔离的过程容器104的方法。图6是示出根据本公开的实施例的方法的示例的流程图。在方法的180处，提供根据上述一个或多个实施例形成的工业过程隔离体监测设备150。在一些实施例中，设备150包括附接到过程容器104的隔离体区段152，以及附接到隔离体区段152的多个状况传感器112。状况传感器112被各自配置为感测隔离体区段152处或隔离体区段152内的至少一个环境状况，例如温度、湿度、潮湿度和/或化学成分。状况传感器112被配置为生成指示对应的所感测的状况的状况输出118，例如温度输出118A、潮湿度输出118B、化学成分输出118C和/或湿度输出118D，如图1所示。

在方法的182处，使用多个状况传感器112生成指示对应的所感测的状况的状况输出118。然后，在步骤184处，使用控制器114，基于状况输出118，检测与隔离体区段152有关的至少一个状况。例如，如以上所时论的，控制器114可以基于来自状况传感器112的状况输出，检测隔离体区段152的热阻、隔离体区段152的损坏(即退化)、过程容器104的腐蚀或者有助于过程容器104腐蚀的状况和/或隔离体区段152的潮湿侵入。

在方法的186处，使用控制器114生成与至少一个检测到的区段状况有关的状况信息140。如以上所讨论的，状况信息140可以识别检测到的状况，包括与检测到的状况有关的所感测的参数、关于检测到的状况的通知和/或与检测到的状况有关的其他信息。在方法的一些实施例中，状况信息140例如通过控制单元132(图1)的显示器142传递给用户。状况信息140还可以包括通知用户检测到的状况的通知，例如警报。

虽然已经参考优选实施例描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员应认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。