一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统及方法技术方案

一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统及方法，本发明专利技术涉及基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统及方法。本发明专利技术的目的是为了解决高温液体容器出现局部剥落后难以实现壁厚的在线实时监测，导致安全隐患的问题。一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统包括：壁厚运算监测器(6)、高温液体容器(1)、位于高温液体容器(1)内的第一温度传感器(2)以及位于高温液体容器(1)外部的至少一组设备，每组设备包括第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)和红外热像仪(5)；一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测方法，利用传热学原理计算得到容器壁厚场。本发明专利技术属于高温液体容器壁厚监测技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统及方法。
技术介绍
高温液体容器壁厚的监测有很大的难度，因为：(1)高温容器壁剥落减薄的部位是随机的，因此容器壁厚的数据将构成一个数量场，称之为壁厚场，类似容器壁温的温度场。高温容器体积越大，监测工作量和难度也将急剧增加；(2)高温容器壁一般很厚，常规的射线透射监测方法无法实施；(3)高温容器壁一般由多层的不同材料构成，各层材料的不同特性也为厚度监测带来极大困难；(4)温度很高，工作环境恶劣，无法进行人工监测。开发一种能对高温液体容器壁厚进行大区域的远程在线实时的扫描监测的系统和方法具有重要的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决高温液体容器壁厚在使用过程中出现剥落减薄，难以实现高温液体容器壁厚的在线实时监测，导致安全隐患的问题，进而提出了一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统及方法。 上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的： 一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：所述系统包括： 壁厚运算监测器(6)、高温液体容器(1)、位于高温液体容器(1)内的第一温度传感器(2)以及位于高温液体容器(1)外部的至少一组设备，每组设备包括第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)和红外热像仪(5)； 所述第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)、红外热像仪(5)的信号输出端分别连接壁厚运算监测器(6)的高温液体温度信号输入端、空气温度信号输入端、环境辐射温度信号输入端、高温液体容器外壁面温度信号输入端；壁厚运算监测器(6)用于实时接收监测温度数据Ti、Ta、Tu、To； 所述的第一温度传感器(2)用于监测高温液体的温度Ti； 所述的第二温度传感器(3)用于监测空气温度Ta； 所述的第三温度传感器(4)用于监测环境辐射温度Tu； 所述的红外热像仪(5)用于监测高温液体容器外壁面温度To； 所述壁厚运算监测器(6)利用第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)、红外热像仪(5)所提供的实时监测数据，以及预先储存的高温液体容器被监测区域的结构尺寸、容器壁的各层构成材料的尺寸和热物性参数、高温液体的热物性参数、空气的热物性参数、容器外壁面发射率εb、容器壁的报警警戒壁厚δ*内置数据，计算得到高温液体容器的壁厚场分布，同时进行数据储存、显示、报警。 一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测方法，其特征在于： a、将以下六个方面的参数设置为壁厚运算监测器的内置参数或公式，以供后续运算调用： (一)高温液体容器被监测区域的结构尺寸，例如直径、高度等； (二)容器壁的各层构成材料的尺寸和热物性参数，主要包括各层构成材料的原始设计厚度δ0n、密度ρbn、导热系数λbn、比热容cbn及其随温度的变化规律； (三)高温液体的热物性参数，主要包括密度ρi、导热系数λi、比热容ci、动力粘度μi、体积膨胀系数αi、普朗特数Pri及其随温度的变化规律； (四)空气的热物性参数，主要包括透射率τa，密度ρa、导热系数λa、比热容ca、动力粘度μa、体积膨胀系数αa、普朗特数Pra及其随温度的变化规律； (五)容器外壁面发射率εb； (六)容器壁的报警警戒壁厚δ*； b、采用与红外热像仪(5)相同的点阵划分，将高温液体容器外壁面的被监测区域划分为多个微元区域，并用每个微元区域的平均参数来表征该微元区域，从而构成整个监测区域的温度场或者壁厚场； c、根据第二温度传感器(3)在线实时监测得到的空气温度Ta和红外热像仪(5)在线实时监测得到的容器外壁面各微元区域的温度To，调用高温液体容器的结构尺寸、空气的热物性参数，根据传热学理论公式或计算传热学手段，按照自然对流方式计算容器外壁面各对应微元区域的对流散热量qc； d、根据第二温度传感器(3)在线实时监测得到的空气温度Ta，红外热像仪(5)在线实时监测得到的容器外壁面各微元区域的温度To，以及第三温度传感器(4)在线实时监测得到的环境辐射温度Tu，调用空气的透射率τa、容器外壁面发射率εb参数，根据传热学理论公式或计算传热学手段，计算容器外壁面各对应微元区域的辐射散热量qr； e、容器外壁面各对应微元区域的对外传热量qb等于容器外壁面各对应微元区域的对流散热量qc与辐射散热量qr之和，即qb＝qc+qr； f、根据第一温度传感器(2)在线实时监测得到的高温液体的温度Ti，红外热像仪(5)在线实时监测得到的容器外壁面各微元区域的温度To，调用高温液体容器被监测区域的结构尺寸，容器壁的各层构成材料的尺寸和热物性参数，高温液体的热物性参数，根据传热学理论公式或计算传热学手段，计算容器外壁面各对应微元区域的导热传热量qb′等于第d步所得容器外壁面各对应微元区域的对外传热量qb时的各对应微元区域容器壁厚δ； g、将计算得到的容器外壁面被监测区域所有微元区域壁厚数据进行储存和显示，采用云图或者等高线图的形式来显示容器的壁厚场，当某微元区域的壁厚达到或超过报警警戒厚度，则进行报警提示。 专利技术效果 (1)能够在线实时地监测得到高温液体容器壁面被监测区域的壁厚场，信息量丰富，能够及时发现随机出现的壁面剥落破损。 (2)无需对高温液体容器进行切割处理，无需为了测厚而停止容器的正常使用，真正实现在线实时监测。 (3)本专利技术可以采用计算传热学的手段对高温液体容器中形状较为复杂的部位进行壁厚监测运算，提高壁厚的监测精度至毫米级，扩大装置的应用范围。 (4)监测数据可进行远程传递，并进行集中处理，不受现场恶劣条件的影响。 附图说明 图1为本专利技术具体实施方式一的系统结构图； 图2为本专利技术具体实施方式二的系统结构图； 图3为本专利技术具体实施方式三的系统结构图； 图4为本专利技术具体实施方式四的系统结构图； 图5为本专利技术具体实施方式五的系统结构图。 具体实施方式 具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于红外热像的高温液体容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：所述系统包括： 壁厚运算监测器(6)、高温液体容器(1)、位于高温液体容器(1)内的第一温度传感器(2)以及位于高温液体容器(1)外部的至少一组设备，每组设备包括第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)和红外热像仪(5)； 所述第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)、红外热像仪(5)的信号输出端分别连接壁厚运算监测器(6)的高温液体温度信号输入端、空气温度信号输入端、环境辐射温度信号输入端、高温液体容器外壁面温度信号输入端；壁厚运算监测器(6)用于实时接收温度数据Ti、Ta、Tu、To； 所述的第一温度传感器(2)用于监测高温液体的温度Ti； 所述的第二温度传感器(3)用于监测空气温度Ta； 所述的第三温度传感器(4)用于监测环境辐射温度Tu； 所述的红外热像仪(5)用于监测高温液体容器外壁面温度To； 所述壁厚运算监测器(6)利用第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)、红外热像仪(5)所提供的实时监测数据，以及预先储存的高温液体容器被监测区域的结构尺寸、容器壁的各层构成材料的尺寸和热物性参数、高温液体的热物性参数、空气的热物性参数、容器外壁面发射率εb、容器壁的报警警戒壁厚δ*内置数据，计算得到高温液体容器的壁厚场分布，同时进行数据储存、显示、报警。...

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：所述系统包括： 
壁厚运算监测器(6)、高温液体容器(1)、位于高温液体容器(1)内的第一温度传感器(2)以及位于高温液体容器(1)外部的至少一组设备，每组设备包括第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)和红外热像仪(5)； 
所述第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)、红外热像仪(5)的信号输出端分别连接壁厚运算监测器(6)的高温液体温度信号输入端、空气温度信号输入端、环境辐射温度信号输入端、高温液体容器外壁面温度信号输入端；壁厚运算监测器(6)用于实时接收温度数据Ti、Ta、Tu、To； 
所述的第一温度传感器(2)用于监测高温液体的温度Ti； 
所述的第二温度传感器(3)用于监测空气温度Ta； 
所述的第三温度传感器(4)用于监测环境辐射温度Tu； 
所述的红外热像仪(5)用于监测高温液体容器外壁面温度To； 
所述壁厚运算监测器(6)利用第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)、红外热像仪(5)所提供的实时监测数据，以及预先储存的高温液体容器被监测区域的结构尺寸、容器壁的各层构成材料的尺寸和热物性参数、高温液体的热物性参数、空气的热物性参数、容器外壁面发射率εb、容器壁的报警警戒壁厚δ*内置数据，计算得到高温液体容器的壁厚场分布，同时进行数据储存、显示、报警。 
2.根据权利要求1所述的一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：所述第三温度传感器(4)为红外热像仪，所述红外热像仪的工作端背向高温液体容器外壁面的被监测区域，面向周围环境。 
3.根据权利要求1所述的一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：所述第一温度传感器(2)是一台红外点温仪。 
4.根据权利要求1所述的一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：所述系统还包括风速仪(7)，所述风速仪(7)靠近第二温度传感器(3)。 
5.根据权利要求1所述的一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：在高温液体容器(1)外部设置多组设备，对应将高温液体容器(1)的外壁面划分为多个被监测区域，针对每个被监测区域分别设置由第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)和红外热像仪(5)构成的一组设备；一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统共用一 个第一温度传感器(2)和壁厚运算监测器(6)，壁厚运算监测器(6)针对每个被监测区域进行数据处理和壁厚运算，可实现对高温液体容器的壁厚进行全方位的在线实时监测。 
6.根据权利要求5所述的一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：设置多个风速仪(7)，针对每个被监测区域分别设置一个风速仪(7)，每个被监测区域内的风速仪(7)靠近该区域内第二温度传感器(3)。 
7.根据权利要求5或6所述的一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统，其特征在于：在高温液体容器(1)外部设置多组设备，多组设备为4组。 
8.一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测方法，其特征在于： 
a、将以下六个方面的参数设置为壁厚运算监测器的内置参数或公式，以供后续运算调用： 
(一)高温液体容器被监测区域的结构尺寸，例如直径、高度等； 
(二)容器壁的各层构成材料的尺寸和热物性参数，主要包括各层构成材料的原始设计厚度δ0n、密度ρbn、导热系数λbn、比热容cbn及其随温度的变化规律； 
(三)高温液体的热物性参数，主要包括密度ρi、导热系数λi、比热容ci、动力粘度μi、体积膨胀系数αi、普朗特数Pri及其随温度的变化规律； 
(四)空气的热物性参数，主要包括透射率τa，密度ρa、导热系数λa、比热容ca、动力粘度μa、体积膨胀系数αa、普朗特数Pra及其随温度的变化规律； 
(五)容器外壁面发射率εb； 
(六)容器壁的报警警戒壁厚δ*； 
b、采用与红外热像仪(5)相同的点阵划分，将高温液体容器外壁面的被监测区域划分为多个微元区域，并用每个微元区域的平均参数来表征该微元区域，从而构成被监测区域的温度场或者壁厚场； 
c、根据第二温度传感器(3)在线实时监测得到的空气温度Ta和红外热像仪(5)在线实时监测得到的容器外壁面各微元区域的温度To，调用高温液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承虎，邵博函，朱添奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23