承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法与流程

本发明涉及承压类设备检验检测，尤其涉及一种承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法。

背景技术：

1、承压设备包括压力管道、压力容器、锅炉等设备，内部一般运行高温高压介质，主要用于化工生产、石化储运、制冷、供热等场合。管道是承压设备中广泛应用的设备结构，可作为独立的工业管道或以大量并排管束的方式在换热压力容器内部，常用于输送高温、高压或有害介质。承压设备长期使用过程中，由于介质不纯净、介质粘度过大等原因，经常会发生管道或管束内壁结垢甚至堵塞，从而影响工艺参数稳定，并加大了设备腐蚀风险危害。对不停工打开设备的前提下，在管道外部对管内结垢堵塞状况进行检测/监测或评估具有重要意义，有利于优化设备污垢清理维护周期，提高生产工艺参数稳定性，减轻管道内壁垢下腐蚀危害。

2、传统方法主要用管道清洗器定期对压力管道内部污垢进行清理，或者定期打开换热压力容器封头后用高压水对内部的管束进行冲洗，以达到去除污垢、保障管道/管束安全运行的目的。

3、然而，上述方法往往根据经验操作，无法实现承压设备管道内部结垢状况的在线连续监测，无法根据实际结垢堵塞状况合理安排污垢清理间隔时间，不利于生产工艺的稳定。例如，按照传统的定期清理方式，如果某段时间管道结垢堵塞状况比较轻微且未达到影响工艺参数稳定和管道安全性的情况下进行污垢清理操作，则将浪费额外维护时间和费用；如果某段时间刚好管道结垢堵塞状况比较严重而因未到维护时间周期，从而不进行污垢清理工作，则可能导致生产工艺参数异常，结垢堵塞严重也会加快管道内壁垢下腐蚀进度，影响压力管道和换热器安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法，具有实时监测能力强且自动化程度高的特点，从而有效保证了（特种）承压设备的使用安全和节能。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法，包括：多个温度振动集成测量节点，工业计算机，现场报警装置，云服务器，远程计算机，以及远程手持式智能终端设备；

4、所述温度振动集成测量节点用于在线连续采集承压设备各部位的温度和振动加速度；多个所述温度振动集成测量节点分别通过无线通讯方式与承压设备现场的所述工业计算机进行数据通讯，并将温度、振动加速度数据发送至所述工业计算机，所述工业计算机通过曲线、文本方式显示各测量节点的当前温度、振动数据和数据变化趋势；

5、所述工业计算机用于对获取的各节点的数据进行分析，当发现短时间内某个节点或多个节点监测到的温度或振动数据急剧变化，超过设定的阈值时，将控制设备中的所述现场报警装置进行连续声光报警，同时控制对应集成测量节点进行连续声光报警，并提醒相关人员及时处理；

6、所述工业计算机获取各个测量节点数据的同时，通过互联网方式将数据实时上传至所述云服务器进行备份，且所述远程计算机或所述远程手持式智能终端设备能够通过互联网连接至所述云服务器，并远程在线获取及显示当前设备运行时各个测量节点得到的温度、振动数据，或远程获取所述工业计算机报警状态信息；

7、其中，所述温度振动集成测量节点向所述工业计算机传输的温度、振动加速度数据的计算方法如下：

8、集成测量节点向工业计算机传输数据的时间间隔为t秒，t不小于1且不大于10，每次同步传输一个平均温度值t和一个均方根振动加速度a；集成测量节点在连续两次对外传输数据的t秒时间间隔内以n次/秒的频率进行温度数据和三轴振动加速度数据采样，n不小于20且不大于200，共获取n·t组数据，根据n·t组数据计算出平均温度值t和均方根振动加速度a，平均温度值t为n·t个温度数据的平均值；

9、均方根振动加速度a的计算方式如下：若振动加速传感器三个测量轴分别为x轴、y轴和z轴，三个轴同时测得的振动加速度分别为ax、ay、az，则通过计算矢量和的方式计算出振动加速度总值a，用于评估瞬时振动强度大小： ；对集成测量节点在连续两次对外传输数据的t秒时间间隔内获取的n·t组振动加速度数据分别按上式计算，且每组中均包含ax、ay、az三个数据，得到n·t个瞬时振动加速总值，求这些值的均方根，得到均方根振动加速度a： ；

10、集成测量节点向工业计算机传输的平均温度t和均方根振动加速度a反映了数据传输时间间隔内承压设备外壁温度和振动的综合情况；

11、具体地，所述承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法包括以下步骤：

12、对压力管道结垢堵塞状况进行监测时集成节点的布置方式：使用不少于3个集成测量节点，沿压力管道走向等间距分布；对于流动高温介质或低温介质的带保温包覆层管道，通过不同时间、不同监测节点处温度、振动加速度的变化能够判断压力管道内壁结垢堵塞程度；对于同一个监测节点，通过分析温度、振动加速度随时间的变化规律能够对该监测部位的结垢堵塞趋势进行判断，并提前预警；通过对比分析沿压力管道分布的不同监测节点温度和振动，能够判断发生结垢堵塞的管道范围；如果管道内流动的为接近室温的介质，则结垢堵塞对测量节点的温度影响不大，此时能够通过振动加速度监测手段进行结垢堵塞状况的判断；另外，用于判断结垢堵塞状况的温度、振动加速度数据为管道内部有介质流动时的数据，设备停机时监测的数据无法判断；

13、对换热压力容器内部管束结垢堵塞状况进行监测时集成节点的布置方式：使用的集成节点数量为3，编号为1#、2#和3#，分别用于监测换热压力容器管程入口附近管道外壁、管程出口附近管道外壁、壳程外壁3个不同位置的温度和振动加速度；通过综合分析不同时间3个监测节点处温度、振动加速度的变化能够判断换热压力容器内部换热管束的结垢堵塞程度，并提前预警；；上述用于分析的温度和振动数据为换热压力容器运行过程中的数据，设备停机时监测的数据无法判断。

14、其中，如果压力管道内流动的为高温热介质，则管道内壁发生结垢或堵塞前后各个测点的温度、振动变化情况如下：

15、未发生结垢堵塞时的温度和振动加速度数据分布中，管道各监测部位结构一致，各监测节点的温度、振动加速度近似一致；介质在压力管道内部流动顺畅，管道振动较弱；当某节点到某节点之间管道内壁发生结垢或堵塞时，由于污垢热阻明显大于管道壁金属材料热阻，结垢堵塞部位管道的总体热阻明显变大，阻碍热传导，且压力管道内流动的为高温热介质，则某节点到某节点处管道外壁测得的温度将小于其他未结垢部位所测温度；结垢和堵塞将降低压力管道内部介质流动的平稳性，结垢堵塞较严重时，由于对介质流动的严重阻碍，流体性能可能有紊流变为湍流，导致管道振动强度变大，表现为某节点到某节点的振动加速度明显变大；

16、如果压力管道内流动的为低温冷介质，则管道内壁发生结垢或堵塞前后各个测点的温度、振动变化情况如下：

17、未发生结垢堵塞时的温度和振动加速度数据分布中，管道各监测部位结构一致，各监测节点的温度、振动加速度近似一致；介质在压力管道内部流动顺畅，管道振动较弱；当某节点到某节点之间管道内壁发生结垢或堵塞时，由于污垢热阻明显大于管道壁金属材料热阻，结垢堵塞部位管道的总体热阻明显变大，阻碍热传导，且压力管道内流动的为低温介质，则某节点到某节点处管道外壁测得的温度将大于其他未结垢部位所测温度；结垢和堵塞将降低压力管道内部介质流动的平稳性，结垢堵塞较严重时，由于对介质流动的严重阻碍，流体性能可能有紊流变为湍流，导致管道振动强度变大，表现为某节点到某节点的振动加速度明显变大。

18、其中，根据管程和壳程介质温度的不同，换热压力容器有两种换热方式：其一，管程温度低于壳程温度工况，热量由壳程流向管程，经过换热器后管程出口温度相对于入口温度将变高，壳程出口温度相对于壳程入口温度将变低；其二，管程温度高于壳程温度工况，热量由管程流向壳程，经过换热器后管程出口温度相对于入口温度将变低，壳程出口温度相对于壳程入口温度将变高；

19、工况一时，换热压力容器内部管束结垢堵塞前后测点温度、振动变化情况如下：未发生管程管束结垢堵塞时，管程温度由入口时的t1升高到出口时的t2，3#节点测得的壳程温度为t3，由于介质流动较为平稳，三个节点处的振动加速度值较小，较为一致；若换热器内部管程的换热管束内壁发生结垢或堵塞，将使管程和壳程之间的热阻变大，影响热交换效率，壳程的高温不能很好的传递到管程介质，导致管程介质温升变小， 3#节点测得的壳程温度升高并高于t3，2#节点管程出口处的介质温度比未结垢时要低并低于t2；换热器内部管束的结垢堵塞将影响管程介质流动平稳性，使换热器整体发生振动，表象为3个节点的振动加速度均变大；

20、工况二时，换热压力容器内部管束结垢堵塞前后测点温度、振动变化情况如下：未发生管程管束结垢堵塞时，管程温度由入口时的t3降低到出口时的t2，3#节点测得的壳程温度为t1，由于介质流动较为平稳，三个节点处的振动加速度值较小，较为一致；若换热器内部管程的换热管束内壁发生结垢或堵塞，将使管程和壳程之间的热阻变大，影响热交换效率，管程的高温不能很好的传递到壳程介质，导致壳程介质温升变小， 3#节点测得的壳程温度降低并低于t1，2#节点管程出口处的介质温度比未结垢时更高并高于t2；换热器内部管束的结垢堵塞将影响管程介质流动平稳性，使换热器整体发生振动，表象为3个节点的振动加速度均变大。

21、实际应用时，所述温度振动集成测量节点所测得部位包括压力管道外壁，管壳式换热压力容器管程入口处管道外壁，管程入口处管道外壁和壳程外壁。

22、具体地，所述温度振动集成测量节点采集的振动加速度为正交的三轴振动加速度。

23、进一步地，所述现场报警装置在人为操作结束报警或所监测的温度、振动参数恢复到正常范围内时将停止声光报警。

24、实际应用时，所述温度振动集成测量节点包括：温度传感器，安装底板，磁吸座，隔热支架，电路模块，防护罩，以及连接件；

25、所述温度传感器与所述电路模块的电路板电连接，且所述电路模块装配于所述隔热支架，所述隔热支架采用镂空的层叠结构，以便于散热并用于避免承压设备内部高温介质或低温介质对所述电路模块造成温度损伤；

26、所述隔热支架通过所述连接件固定于所述安装底板，且所述电路模块的外侧设置有所述防护罩，所述防护罩用于保护所述电路模块；

27、所述磁吸座安装于所述安装底板，且通过所述磁吸座能够将温度振动集成测量节点吸附于承压设备的铁磁性金属外表面。

28、其中，所述温度传感器采用片式温度传感器，所述片式温度传感器能够直接粘贴于管道外表面或换热压力容器壳程外表面。

29、具体地，所述电路模块的所述电路板包括数据处理单元和电源管理单元，且所述电源管理单元用于给所述数据处理单元供电；

30、所述数据处理单元包括：所述温度传感器，三轴振动加速度传感器，温度变送器，模数转换模块，微处理器，报警元件，以及无线通信模块；

31、所述电源管理单元包括：可充电电池，以及充电、电压转换电路。

32、进一步地，所述三轴振动加速度传感器固定安装于所述隔热支架，承压设备的振动信号通过所述磁吸座及所述隔热支架传递至所述三轴振动加速度传感器。

33、进一步地，所述温度传感器与所述温度变送器连接，且所述温度变送器获取温度传感器的模拟量电信号，并将其变送为1-5v直流电压信号。

34、进一步地，所述模数转换模块具有三个模数转换通道，且分别将所述三轴振动加速度传感器输出的与振动加速度值大小有关的模拟电压信号转换为数字信号，并供所述微处理器进行处理。

35、进一步地，所述微处理器通过所述无线通信模块与所述工业计算机进行通讯，并将承压设备的温度、振动加速度数据发送给所述工业计算机；同时，所述微处理器通过所述无线通信模块获取所述工业计算机的报警触发指令，并触发所述报警元件进行声光报警。

36、进一步地，所述充电、电压转换电路用于给所述可充电电池充电，并能够将所述可充电电池输出的电压转换为所述数据处理单元中各个子模块的供电电压。

37、相对于现有技术，本发明所述的承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法具有以下优势：

38、本发明提供的承压设备管道内壁结垢堵塞程度的监测方法中，采用分布式温度传感器和振动传感器对换热器、压力管道等承压设备管道壁温度和振动状况进行在线监测，监测数据无线发送到计算机终端进行分析和计算，得出管道内部结垢堵塞状况和结垢堵塞发展趋势，从而能够进行管道内壁严重结垢堵塞前的提前预警，并能够进行设备运行状态突发异常状况的紧急报警；同时，基于管道外分布式温度、振动监测数据对管道内部结垢堵塞状况和发展趋势进行分析，能够根据实际结垢堵塞状况按需进行污垢清理操作，从而提高了设备管理的自动化水平，节约了设备维护费用，提高了设备使用安全性。