非侵入式管壁诊断制造技术

管道诊断系统包括传感器封壳、测量电路和控制器。传感器封壳被配置为联接到管道的外表面并且具有设置在其中的至少一个温度敏感元件。测量电路联接到传感器封壳并且被配置为测量至少一个温度敏感元件的电特性并提供测量的指示值。控制器联接到测量电路并且被配置为获得变送器参考测量值并且利用变送器参考测量值和指示值以进行热传递计算来生成估算的过程流体温度。控制器还被配置为获得过程流体温度的指示值并基于估算的过程流体温度与所获得的过程流体温度的指示值的比较来提供管道诊断指示。

Non-invasive wall diagnosis

【技术实现步骤摘要】
非侵入式管壁诊断
技术介绍
许多工业过程通过管道或其他导管输送过程流体。这种过程流体可包括液体、气体，有时还包括夹带的固体。这些过程流体流可以在各种工业中找到，包括但不限于卫生食品和饮料生产，水处理，高纯度药物制造，化学处理，烃燃料工业，包括烃提取和加工以及利用磨蚀性和腐蚀性浆料的水力压裂技术。当流体通过管道输送时，它们可能在管道的内表面上形成沉积物。随着这些沉积物增长，它们会降低管道满足过程的流动要求的能力。另外，在管道安装时通常不知道在那些位置会形成这种沉积物。此外，当开始形成沉积物时，重要的是检测它们以便可以采取补救措施。在一些过程流体流动环境中，管道也可能从内表面磨损或以其他方式腐蚀。例如，在天然气的生产过程中，砂有时夹带在过程流体流中并且可能刮擦并磨损管道的内表面。如果有足够的时间，这种磨损会削弱管道并增加破损或泄漏的可能性。一些管道诊断系统需要访问管道的内部以便查看或以其他方式评估管道的内部的状况。这种系统通常要求停止流动，从而使系统脱机。甚至一些允许在线管道诊断的系统仍然需要访问管道的内部，从而提供潜在的泄漏点。转让给本申请的受让人的美国专利7,290,540提供了一种声学检测系统，其能够通过联接到管道的外部来提供腐蚀和污垢检测。然而，在一些环境中，具有较高的过程噪声和/或振动，这种基于声学的检测可能不是最佳的。因此，需要一种管道诊断系统，该管道诊断系统能够在过程系统在线时，在不管声学或振动的情况下在所有环境中操作，并且不会产生任何潜在的泄漏点。
技术实现思路
管道诊断系统包括传感器封壳、测量电路和控制器。传感器封壳被配置为联接到管道的外表面并且具有设置在其中的至少一个温度敏感元件。测量电路联接到传感器封壳并且被配置为测量至少一个温度敏感元件的电特性并提供测量的指示值。控制器联接到测量电路并且被配置为获得变送器参考测量值并且利用变送器参考测量值和指示值以进行热传递计算来生成估算的过程流体温度。控制器还被配置为获得过程流体温度的指示值并基于估算的过程流体温度与所获得的过程流体温度的指示值的比较来提供管道诊断指示。附图说明图1是管道的示意性透视图，示出了内表面上的内部沉积物。图2是说明当水垢积垢积累在管道的内表面上时水垢积垢对来自过程流体的热流的影响的示意图。图3是对本文描述的实施例特别有用的示意性热流测量系统。图4是根据本专利技术的实施例的热流测量系统的方框图。图5A是根据本专利技术的实施例的基于热流的管道诊断系统的示意图。图5B是根据本专利技术的实施例的提供管道诊断的方法的流程图。图6A是根据本专利技术的实施例的基于热流的管道诊断系统的示意图。图6B是根据本专利技术的实施例的提供热流管道诊断的方法的流程图。图6C是根据本专利技术的实施例的多点热流测量系统的示意图。图7是结合了本专利技术的各方面的热电偶套管的横截面示意图，热电偶套管检测关于热电偶套管壁的腐蚀/积垢。具体实施方式图1是管道100的一部分的示意图，示出了管道100的内直径104处的水垢积垢102。结垢102或残余物可能在管道(例如管道100)中积垢，从而降低了管道输送过程流体流的效率。如果通常发生结垢，则可以定期清洁管道。维护周期可以基于假设的积垢速率，并且通常不被测量。为了清洁管道，通常需要使该过程脱机并且需要相当多的时间和精力。在清洁过程中，可以评估积垢的严重程度。如果积垢不严重，可能会在未来的另一个时间定期维护。管道还可以由于腐蚀而损害和变薄。在许多情况下，这是使用腐蚀测试试样假设的参数。测试试样的腐蚀速率对应于过程管道的腐蚀速率。由于存在多种不同的腐蚀情况，因此腐蚀试样不是100％有效的。本文描述的实施例通常利用从过程流体通过管壁的热流特性的改变，当存在积垢时，或相反地，当腐蚀或一些其他过程使管壁变薄时发生热流特性的改变。热流的这些差异可以以多种方式确定，这将在下面描述。图2是示出通过水垢层和管壁的热流的示意图。左侧轴是温度，水平轴对应于距离。当不存在结垢时，如虚线110所示，管壁的内直径104处的温度通常等于过程流体温度111。假设过程流体温度相对于环境温度113升高，则通过管壁的热流112通常会导致相对较小但可检测到的温度降低，使得外直径116处的测量温度114略低于内直径104处的温度。在所示的示例中，环境温度113直接显示在管壁106的外表面上。在管壁106周围提供隔热部或一些额外层的情况下，环境温度113将存在于额外的隔热部/额外层的外表面处。该温差的大小取决于管壁材料的导热率，以及通过管壁的热流的大小。金属管道通常具有相对较高的导热率，而基于聚合物的管道(例如PVC管道)具有较低的导热率。当存在诸如水垢层102的水垢层时，热必须首先在流过管壁106之前流过水垢层。因此，水垢层的接近过程流体的表面的温度通常等于过程流体温度111。然而，在如图2所示的例子中，水垢层118具有比管壁相对较低的导热率。因此，过程流体温度111与内直径104处的温度之间的温差的大小可以显著地大于当热仅仅流过管壁时出现的差值。如图2所示，一旦热流过水垢层118，则从内直径104通过管壁到外直径116的温度改变与不存在结垢时的温度改变大致相同。然而，由于热必须流过水垢层118，因此引入了Tskin_error120。本文中描述的实施例通常利用该Tskin_error的量的检测和表征，以提供关于水垢或残余物的积垢以及管壁中发生的潜在腐蚀的信息。可以想象，在管壁被刮擦或以其它方式变薄的情况下，温差将小于在全厚度管壁的情况下测量的温差。图3是热流测量系统的示意图，本专利技术的实施例尤其适用于该热流测量系统。如图所示，系统200通常包括管道夹具部分202，管道夹具部分202配置成夹持在管道100周围。管道夹具202可具有一个或多个夹具耳部204，以便允许夹具部分202定位并夹持到管道100上。管道夹具202可以用铰接部分替换夹具耳部204中的一个，使得管道夹具202可以打开以定位在管道上，然后通过夹具耳部204闭合和固定。虽然图3中所示的夹具特别有用，但是根据本文所述的实施例，可以使用用于将定位系统200牢固地定位在管道的外表面周围的任何合适的机械装置。系统200包括热流传感器封壳206，热流传感器封壳206通过弹簧208被推抵管道100的外直径116。术语“封壳”并不意味着表示任何特定的结构或形状，因此可以形成各种形状、尺寸和构造。虽然示出了弹簧208，但是本领域技术人员将理解，可以使用各种技术来推动传感器封壳206与外直径116连续接触。传感器封壳206通常包括一个或多个温度敏感元件，例如电阻温度装置(RTDS)。封壳206内的传感器电连接到壳体210内的变送器电路，变送器电路配置成从传感器封壳206获得一个或多个温度测量值，并基于来自传感器封壳206的测量值和参考温度计算过程流体温度的估算值，参考温度例如为在壳体210内测量的温度，或以其他方式提供给壳体210内的电路。在一个示例中，基本热流计算可以简化为：tcorrected＝tskin+(tskin-treference)*(Rpipe/Rsensor)在该等式中，tskin是导管的外表面的测量温度。另外，treference是关于具有固定热阻抗(Rsensor)的位置的、从测量tskin的温度传感器获得的第二温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道诊断系统，包括：传感器封壳，所述传感器封壳配置成联接到管道的外表面，所述传感器封壳具有设置在其中的至少一个温度敏感元件；测量电路，所述测量电路联接到传感器封壳并且被配置为测量所述至少一个温度敏感元件的电特性并提供所述测量的指示值；控制器，所述控制器联接到测量电路，所述控制器被配置为获得变送器参考测量值并且利用变送器参考测量值和所述指示值进行热传递计算来生成估算的过程流体温度；并且其中，控制器还被配置为获得过程流体温度的指示值并基于估算的过程流体温度与获得的过程流体温度的指示值的比较来提供管道诊断指示。

【技术特征摘要】
2018.03.23 US 15/934,1011.一种管道诊断系统，包括：传感器封壳，所述传感器封壳配置成联接到管道的外表面，所述传感器封壳具有设置在其中的至少一个温度敏感元件；测量电路，所述测量电路联接到传感器封壳并且被配置为测量所述至少一个温度敏感元件的电特性并提供所述测量的指示值；控制器，所述控制器联接到测量电路，所述控制器被配置为获得变送器参考测量值并且利用变送器参考测量值和所述指示值进行热传递计算来生成估算的过程流体温度；并且其中，控制器还被配置为获得过程流体温度的指示值并基于估算的过程流体温度与获得的过程流体温度的指示值的比较来提供管道诊断指示。2.根据权利要求1所述的管道诊断系统，还包括联接到所述控制器的通信模块，所述通信模块被配置为接收表示过程流体温度的指示值的信息。3.根据权利要求2所述的管道诊断系统，其中，所述通信模块是无线通信模块。4.根据权利要求1所述的管道诊断系统，其中，所述控制器被配置为使用所述通信模块将所述管道诊断指示传送到远程装置。5.根据权利要求1所述的管道诊断系统，还包括夹持组件，所述夹持组件配置成将所述传感器封壳联接到所述管道的外表面。6.根据权利要求1所述的管道诊断系统，其中，所述温度敏感元件是电阻温度装置。7.根据权利要求1所述的管道诊断系统，其中，所述变送器参考测量值是从布置在所述管道诊断系统的电子装置壳体内的温度传感器获得的。8.根据权利要求1所述的管道诊断系统，还包括第二传感器封壳，所述第二传感器封壳联接到所述测量电路并且被配置为在相对于所述管道的不同于所述传感器封壳的径向位置处联接到所述管道的外表面。9.根据权利要求8所述的管道诊断系统，其中，所述传感器封壳和所述第二传感器封壳配置成在直径上彼此相反地联接。10.根据权利要求1所述的管道诊断系统，其中，所述控制器被配置为接收管壁直径、管壁材料和管道等级的指示值，以确定所述管道的导热率。11.根据权利要求10所述的管道诊断系统，其中，确定的所述管道的导热率用于执行所述热传递计算。12.根据权利要求11所述的管道诊断系统，其中，所述控制器被配置为使用过程流体温度的指示值来计算当前导热率并且将当前导热率与管道的导热率进行比较以提供管道诊断指示。13.根据权利要求1所述的管道诊断系统，还包括第二传感器封壳，所述第二传感器封壳设...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·H·路德，史蒂文·R·特林布，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US