一种管道保温层下沉镂空特征检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种管道保温层下沉镂空特征检测系统及方法，包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、数据采集器、无线传输器、远程监测终端，用于检测工作管外部包裹的保温层在重力下沉作用下与工作管下端脱离形成的镂空层，温度传感器分别安装于工作管顶端外表面、保温层底端内表面、保温层底端外表面。本发明专利技术采用在保温管道的特征位置布置温度测点和无线传输技术，结合保温层传热模型，快速、准确、实时地得到了保温管道中镂空层高度，弥补了对于蒸汽供热管道保温结构变异和镂空层状态认识的不足，为热力管道散热损失的准确计算和热网的安全高效运行调度提供详实的数据支撑。据支撑。据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种管道保温层下沉镂空特征检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种管道保温层下沉镂空特征检测系统及方法，属于能源


技术介绍

[0002]供热蒸汽保温管道是构成工业热网的核心基础设施，是实现蒸汽热能有效输送的必要条件，蒸汽保温管道的保温性能直接决定了工业热网系统的能效指标、供热半径等关键技术参数，对于热网的安全经济高效运行意义重大。准确评估保温管道保温性能，对于准确评估热网的散热损失特征建立精确的热网模型具有重要意义。
[0003]传统蒸汽热力管道一般采用玻璃纤维、岩棉、硅酸铝等软保温材料，保温材料在使用过程中由于重力作用、进水等原因可能出现保温结构的变异现象，如保温层下沉并出现镂空。这种保温结构的变异对于管道保温性能造成影响，从而影响蒸汽热网系统的散热特性。
[0004]现有研究对于保温结构的变异现象有了一定的认识，但是仍然过于片面和脱离实际。在实际测试中发现，保温材料在重力作用下，不仅会出现偏心现象，而且会在管道底部形成一层空气层。更重要的是，这个镂空层结构会随着时间不断变化，导致保温管道的散热过程不仅仅是理想化的导热过程，还存在着热对流、热辐射等更为复杂的传热过程。这就说明，在实际使用过程中保温材料的结构特性变化较为复杂，这也是理论分析的保温管道散热损失要比实际散热值小得多的原因之一。在实际条件下，保温结构镂空层的变化特征无法直接观测。
[0005]中国专利201711425052.3提出在热力管道保温层外表面敷设光缆，以实现热力管道保温性能的全程无盲区监测，这种方法可得到保温层外表面的温度变化情况，但无法监测保温结构的变化情况，也无法得到保温结构变异与管道散热性能改变的机理关系。
[0006]中国专利201510043224.5提出了一种利用水平热力管道壁面温差检测保温层下沉的方法，但未考虑保温材料下沉时伴随出现的镂空结构对保温散热损失特征的影响。
[0007]因此，如何实时准确检测镂空结构特征及其随时间的变化特征，对于准确在线评估保温管道散热损失特征，提高热网散热损失模型的准确性，具有重要的意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述问题，提供一种管道保温层下沉镂空特征检测系统及方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种管道保温层下沉镂空特征检测系统，其包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、数据采集器、无线传输器和远程监测终端，用于检测工作管外部包裹的保温层在重力下沉作用下与工作管下端脱离形成的镂空层；第一温度传感器安装于工作管顶端外表面，第二温度传感器安装于保温层底端内表面，第三温度传感器安装于保温层底端外表面；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器分别于与数据采集器相
连，数据采集器经无线传输器与远程监测终端相连。
[0011]作为优选，保温层为单层或多层保温结构，其中最里层为软质保温结构，且软质保温层总厚度大于10mm。
[0012]作为优选，所述的第二温度传感器和第三温度传感器在同一条半径线上，且镂空层为该半径方向上的镂空特征。
[0013]作为优选，所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器视为一组温度传感器，同时有多组温度传感器布置于管道轴向不同位置。
[0014]本专利技术还提供了一种管道保温层下沉镂空特征检测方法，其采用前述的管道保温层下沉镂空特征检测系统实现，所述方法包括如下步骤：
[0015]步骤1：数据采集器分别通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器的测量获得工作管顶端外表面温度T1、保温层底端内表面温度T2、保温层底端外表面温度T3，并通过无线传输器将测量得到的温度值传输到远程监测终端；
[0016]步骤2：远程监测终端基于已知的工作管外径r1、保温层外径r2以及保温层所用的保温材料当量导热系数根据得到的保温层底端内表面温度T2和保温层底端外表面温度T3，得到内保温层散热热流密度q的计算公式为：
[0017][0018]其中，r1为工作管外径，r2为保温层外径，δ为镂空高度。
[0019]再根据得到的工作管顶端外表面温度T1和保温层底端内表面温度T2，得到内保温层散热热流密度q的计算公式为：
[0020][0021]其中，为镂空层当量导热系数，其取值范围为1.0～1.2倍空气导热系数；
[0022]步骤3：通过联立求解公式(1)和(2)得到镂空高度为：
[0023][0024]步骤4：利用沿管道轴向布置的n组温度传感器，在每个位置执行步骤1～3，得到不同位置处的镂空高度δ1,δ2,
…
,δ
n
，实现管道任意位置的镂空结构识别。
[0025]作为优选，当计算得到的镂空高度δ变化趋势发生反转时，需要取修正系数进行修正，修正系数范围为1.1～1.5之间。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的主要创新和特色在于：
[0027](1)本专利技术提出通过预布置温度传感器测量温度的方法，实现了保温管道中镂空层高度的实时检测，从而实现对保温管道结构变形的实时检测诊断，弥补了当前对于蒸汽供热管道保温结构变异和镂空层状态无法直接观测的不足。
[0028](2)本专利技术提出的检测系统结构简单，可通过预埋温度传感器实现，不会对保温管道结构进行破坏，保证了保温管道的完整。
[0029](3)采用本专利技术提出的方法可以实现对任意多个径向位置镂空高度的测量，从而实现镂空层结构的有效识别。
附图说明
[0030]图1为本实施例提供的无沉降时管道保温层下沉镂空特征检测系统示意图；
[0031]图2为本实施例提供的有沉降时管道保温层下沉镂空特征检测系统示意图；
[0032]图中：工作管1、保温层2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第三温度传感器5、镂空层6、数据采集器7、无线传输器8、远程监测终端9。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。
[0034]本专利技术提供一种管道保温层下沉镂空特征检测系统，系统包括第一温度传感器3、第二温度传感器4、第三温度传感器5、数据采集器7、无线传输器8和远程监测终端9，该系统的作用是检测工作管1外部包裹的保温层2在重力下沉作用下与工作管1下端脱离形成的镂空层6的镂空特征，即镂空层6的最大高度。
[0035]如图1所示，工作管1包裹有保温层2，在保温层无沉降时其紧贴于工作管1的外周，两者之间不存在镂空。而如图2所示，在长期使用过程中因为重力等因素的存在，保温层2的保温材料会在重力作用下出现沉降，其表现是保温层2会在工作管1底部位置逐渐与管道外壁脱离，形成一层空气层，即本专利技术中待检测的镂空层6。当出现镂空层6后，管道外部的热力学状态会出现变化，通过设置相应的温度传感器来检测这些变化即可反推镂空层6的高度。在本专利技术中，如图1所示，第一温度传感器3安装于工作管1顶端外表面，第二温度传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道保温层下沉镂空特征检测系统，其特征在于，包括第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第三温度传感器(5)、数据采集器(7)、无线传输器(8)和远程监测终端(9)，用于检测工作管(1)外部包裹的保温层(2)在重力下沉作用下与工作管(1)下端脱离形成的镂空层(6)；第一温度传感器(3)安装于工作管(1)顶端外表面，第二温度传感器(4)安装于保温层(2)底端内表面，第三温度传感器(5)安装于保温层(2)底端外表面；第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第三温度传感器(5)分别于与数据采集器(7)相连，数据采集器(7)经无线传输器(8)与远程监测终端(9)相连。2.根据权利要求1所述的一种管道保温层下沉镂空特征检测系统，其特征在于保温层(2)为单层或多层保温结构，其中最里层为软质保温结构，且软质保温层总厚度大于10mm。3.根据权利要求根据权利要求1所述的一种管道保温层下沉镂空特征检测系统，其特征在于所述的第二温度传感器(4)和第三温度传感器(5)在同一条半径线上，且镂空层(6)为该半径方向上的镂空特征。4.根据权利要求根据权利要求1所述的一种管道保温层下沉镂空特征检测系统，其特征在于所述的第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第三温度传感器(5)视为一组温度传感器，同时有多组温度传感器布置于管道轴向不同位置。5.一种管道保温层下沉镂空特征检测方法，其特征在于：采用如权利要求1～4任一项所述的管道保温层下沉镂空特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯伦，张良，林俊光，赵建法，彭逸枭，吴凡，俞李斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：