CN110470254A - 一种管道蠕变测量***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道蠕变测量***及方法，包括待测管道、超声模块、温度模块、上位机、用于产生超声波信号的第一超声波换能器、用于将接收到的超声波信号转换为电信号的第二超声波换能器以及用于检测待测管道管壁温度的温度传感器；上位机与超声模块及温度模块相连接，超声模块的输出端与第一超声波换能器相连接，第二超声波换能器与超声模块的输入端相连接，温度传感器与温度模块的输入端相连接，第一超声波换能器发出的超声波经待测管道的一周表面后传播到第二超声波换能器中，该***及方法可以对管道的蠕变进行测量，且具有操作方便、检测结果精确及人为误差小的特点，能够最大程度避免温度变化对蠕变测量结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字测量***及方法，具体涉及一种管道蠕变测量***及方法。
背景技术
电站锅炉蒸汽管道长期运行在高温、高压的工作条件下，会造成高温蠕变损伤，损伤累积和应力叠加到一定程度会导致蒸汽管道泄漏或***，严重威胁电站的安全运行。通过对管道定期蠕变测量和数据分析，及时掌握蒸汽管道金属的蠕变规律，为正确分析和预测管道的剩余寿命提供可靠的技术依据。
目前，常用的蒸汽管道蠕变测量方法主要分为两种，第一种为蠕变测点测量方法，即停机时用千分尺测量监督截面直径的方法，第二种为蠕变测量标记测量方法，即用因瓦合金制作的钢带尺缠绕在管道测量截面外表面上来测量该截面周长的方法，两种方法都是采用长度测量工具直接测量。蠕变测点测量方法有以下局限性：1)直径方向上的两个测点在安装焊接时很难找正，此外测点长期使用后易脱落，一旦发生测点脱落，整组测点和此前的测量数据将失去意义；2)测量使用的千分尺重量大、体积大，操作不便，测量时需要多人同时工作；3)测量结果受环境温度影响较大，为提高测量精准度，测量时需将千分尺在所测管道旁静置至少0.5小时；4)管道蠕变方向并非是均衡的，可能蠕变最大方向不在测点位置，造成假测现象。蠕变测量标记测量方法的也存在类似局限性：1)测量使用的钢带尺较大，需要多人配合工作，操作不便；2)环境温度对测量结果影响较大，钢带尺温度应与环境温度一致；3)不同测量人员在测量过程中会产生人为误差。由于管道蠕变变形量非常小，两种测量方法的准确度都难以满足要求，经常导致测量数据没有规律性，甚至出现后一次的管道直径或周长测量值小于前一次测量值的情况，使蠕变监督失去意义。因此，DL/T 438-2016《火力发电厂金属技术监督规程》取消了对蠕变测量的强制要求，使用了数十年的行业标准DL/T 441《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》失去了其制定的初衷。
鉴于现有测量手段的局限性，需要开发一种方便、准确的管道蠕变测量***和方法，这将对高温管道的安全状态评估提供有力技术支持。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，设计了一种管道蠕变测量***及方法，该***及方法可以对管道的蠕变进行测量，且具有操作方便、检测结果精确及人为误差小的特点，能够最大程度避免温度变化对蠕变测量结果的影响。
为达到上述目的，本发明所述的管道蠕变测量***包括待测管道、超声模块、温度模块、上位机、用于产生超声波信号的第一超声波换能器、用于将接收到的超声波信号转换为电信号的第二超声波换能器以及用于检测待测管道管壁温度的温度传感器；
上位机与超声模块及温度模块相连接，超声模块的输出端与第一超声波换能器相连接，第二超声波换能器与超声模块的输入端相连接，温度传感器与温度模块的输入端相连接，第一超声波换能器发出的超声波经待测管道的一周表面后传播到第二超声波换能器中。
上位机包括处理器以及与处理器相连接的存储器及显示器，其中，处理器与超声模块及温度模块相连接。
第一超声波换能器及第二超声波换能器通过屏蔽线缆与超声模块相连接。
本发明所述的管道蠕变测量方法包含以下步骤：
1)向上位机中输入待测管道的材料牌号、待测管道材料在不同温度时的线膨胀系数δT、待测管道材料在不同温度时超声波的声速μT以及第一超声波换能器与第二超声波换能器之间的距离LS；
2)温度模块通过温度传感器测量待测管道管壁的温度信息Tx，并将检测得到的待测管道管壁的温度信息Tx发送给上位机；
3)上位机根据待测管道管壁的温度信息Tx通过线性插值的方法计算待测管道材料的线膨胀系数δTx；
4)上位机根据待测管道管壁的温度信息Tx通过线性插值的方法计算待测管道材料中的超声波声速μTx；
5)上位机控制超声模块产生第一电信号，并将所述第一电信号发送至第一超声波换能器中，第一超声波换能器将所述第一电信号转换为超声波信号，所述超声波信号经待测管道的一周表面后进入到第二超声波换能器中，并通过第二超声波换能器转换为第二电信号后发送至超声模块，上位机记录第一超声波换能器发出超声波的时间t1和第二超声波换能器接收超声波的时间t2；
6)上位机计算待测管道管壁温度为Tx时的待测管道截面原始周长C＝μTx*(t2-t1)+LS；
7)上位机计算待测管道管壁温度换算到0℃时的截面原始周长C0＝C*(1-Tx*δTx)＝[μTx*(t2-t1)+LS]*(1-Tx*δTx)；
8)待测管道经过高温运行W时间后，温度传感器测量待测管道的管壁温度T′x，再通过线性插值法计算待测管道材料在温度为T′x时的线膨胀系数δ′Tx及超声波声速μ′Tx，同时上位机记录第一超声波换能器发出超声波的时间t′1及第二超声波换能器接收超声波的时间t′2，计算得到待测管道管壁温度换算到0℃时的截面运行后周长C′0为：
9)上位机计算并输出待测管道高温运行W时间后的相对蠕变量
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的管道蠕变测量***及方法在具体操作时，利用超声波测距原理，控制超声波信号沿管道周向表面传播一周，利用发出超声波信号与接收到超声波信号之间的时间差计算管道当前的周长，同时结合管道当前壁温计算管道蠕变量，需要说明的是，本发明将不同温度下的超声波声速、材料线膨胀系数引入到蠕变计算中，最大程度的避免温度变化对蠕变测量结果的影响，操作方便，测量结果精确，人为操作误差小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1为待测管道、2为第一超声波换能器、3为第二超声波换能器、4为超声模块、5为温度传感器、6为温度模块、7为上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，值得说明的是，图1所示结构示意图，仅示出了与本发明相关的部分，本领域技术人员可以理解，图中示出的结构并不构成对***的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
参考图1，本发明所述的管道蠕变测量***包括待测管道1、超声模块4、温度模块6、上位机7、用于产生超声波信号的第一超声波换能器2、用于将接收到的超声波信号转换为电信号的第二超声波换能器3以及用于检测待测管道1管壁温度的温度传感器5；上位机7与超声模块4及温度模块6相连接，超声模块4的输出端与第一超声波换能器2相连接，第二超声波换能器3与超声模块4的输入端相连接，温度传感器5与温度模块6的输入端相连接，第一超声波换能器2发出的超声波经待测管道1的一周表面后传播到第二超声波换能器3中。
上位机7包括处理器以及与处理器相连接的存储器及显示器，其中，处理器与超声模块4及温度模块6相连接；第一超声波换能器2及第二超声波换能器3通过屏蔽线缆与超声模块4相连接。
本发明所述的管道蠕变测量方法包含以下步骤：
1)向上位机7中输入待测管道1的材料牌号、待测管道1材料在不同温度时的线膨胀系数δT、待测管道1材料在不同温度时超声波的声速μT以及第一超声波换能器2与第二超声波换能器3之间的距离LS；
2)温度模块6通过温度传感器5测量待测管道1管壁上的温度信息Tx，并将检测得到的待测管道1管壁的温度信息Tx发送给上位机7；
3)上位机7根据待测管道1管壁的温度信息Tx通过线性插值的方法计算待测管道1材料的线膨胀系数δTx；
其中，该线膨胀系数一般为离散枚举类型数据，即只有特定温度参数T1、T2、T3…Tn下材料的线膨胀系数δT1、δT2、δT3……δTn；
假设T1、T2、T3…Tn、Tn+1…为已输入至上位机7中的含有对应的线膨胀系数的温度参数，且T1＜T2＜T3＜…＜Tn＜Tn+1＜…，若待测管道1的壁温Tx正好介于Tn和Tn+1之间，即Tn≤Tx＜Tn+1，温度为Tn时材料的线膨胀系数为δTn，温度为Tn+1时材料的线膨胀系数为δTn+1，则温度为Tx时材料的线膨胀系数
当需更高精度的线膨胀系数，可选用其他插值方法，如牛顿插值法、拉格朗日插值法、埃尔米特插值法等。
4)上位机7根据待测管道1管壁的温度信息Tx通过线性插值的方法计算待测管道1材料中的超声波声速μTx；
其中，该超声波声速一般为离散枚举类型数据，即只有特定温度参数T1、T2、T3…Tn下材料中的超声波传播速度μT1、μT2、μT3……μTn；
具体的，假设T1、T2、T3…Tn、Tn+1…为已输入至上位机7中的含有对应的超声波声速的温度参数，且T1＜T2＜T3＜…＜Tn＜Tn+1＜…，若待测管道1壁温Tx正好介于Tn和Tn+1之间，即Tn≤Tx＜Tn+1，温度为Tn时材料中的超声波声速为μTn，温度为Tn+1时材料中的超声波声速为μTn+1，则温度为Tx时材料中的超声波声速
5)上位机7控制超声模块4产生第一电信号，并将所述第一电信号发送至第一超声波换能器2中，第一超声波换能器2将所述第一电信号转换为超声波信号，所述超声波信号经待测管道1的一周表面后进入到第二超声波换能器3中，并通过第二超声波换能器3转换为第二电信号后发送至超声模块4，上位机7记录第一超声波换能器2发出超声波的时间t1和第二超声波换能器3接收超声波的时间t2；
6)上位机7计算待测管道1管壁温度为Tx时的待测管道1截面原始周长C＝μTx*(t2-t1)+LS；
7)上位机7计算待测管道1管壁温度换算到0℃时的截面原始周长C0＝C*(1-Tx*δTx)＝[μTx*(t2-t1)+LS]*(1-Tx*δTx)；
8)待测管道1经过高温运行W时间后，温度传感器5测量得到的待测管道1的管壁温度为T′x，通过线性插值法计算待测管道1材料在温度为T′x时的线膨胀系数δ′Tx及超声波声速μ′Tx，同时上位机7记录第一超声波换能器2发出超声波的时间t′1及第二超声波换能器3接收超声波的时间t′2，计算待测管道1管壁温度换算到0℃时的待测管道1截面运行后周长C′0为：
C′0＝[μ′Tx*(t′2-t′1)+LS]*(1-T′x*δ′Tx)
9)上位机7计算并输出待测管道1高温运行W时间后的相对蠕变量
Claims (4)
1.一种管道蠕变测量***，其特征在于，包括待测管道(1)、超声模块(4)、温度模块(6)、上位机(7)、用于产生超声波信号的第一超声波换能器(2)、用于将接收到的超声波信号转换为电信号的第二超声波换能器(3)以及用于检测待测管道(1)管壁温度的温度传感器(5)；
上位机(7)与超声模块(4)及温度模块(6)相连接，超声模块(4)的输出端与第一超声波换能器(2)相连接，第二超声波换能器(3)与超声模块(4)的输入端相连接，温度传感器(5)与温度模块(6)的输入端相连接，第一超声波换能器(2)发出的超声波经待测管道(1)的一周表面后传播到第二超声波换能器(3)中。
2.根据权利要求1所述的管道蠕变测量***，其特征在于，上位机(7)包括处理器以及与处理器相连接的存储器及显示器，其中，处理器与超声模块(4)及温度模块(6)相连接。
3.根据权利要求1所述的管道蠕变测量***，其特征在于，第一超声波换能器(2)及第二超声波换能器(3)通过屏蔽线缆与超声模块(4)相连接。
4.一种管道蠕变测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的管道蠕变测量***，包含以下步骤：
1)向上位机(7)中输入待测管道(1)的材料牌号、待测管道(1)材料在不同温度时的线膨胀系数δT、待测管道(1)材料在不同温度时超声波的声速μT以及第一超声波换能器(2)与第二超声波换能器(3)之间的距离LS；
2)温度模块(6)通过温度传感器(5)测量待测管道(1)管壁的温度信息Tx，并将检测得到的待测管道(1)管壁的温度信息Tx发送给上位机(7)；
3)上位机(7)根据待测管道(1)管壁的温度信息Tx通过线性插值的方法计算待测管道(1)材料的线膨胀系数δTx；
4)上位机(7)根据待测管道(1)管壁的温度信息Tx通过线性插值的方法计算待测管道(1)材料中的超声波声速μTx；
5)上位机(7)控制超声模块(4)产生第一电信号，并将所述第一电信号发送至第一超声波换能器(2)中，第一超声波换能器(2)将所述第一电信号转换为超声波信号，所述超声波信号经待测管道(1)的一周表面后进入到第二超声波换能器(3)中，并通过第二超声波换能器(3)转换为第二电信号后发送至超声模块(4)，上位机(7)记录第一超声波换能器(2)发出超声波的时间t1和第二超声波换能器(3)接收超声波的时间t2；
6)上位机(7)计算待测管道(1)管壁温度为Tx时的待测管道(1)截面原始周长C＝μTx*(t2-t1)+LS；
7)上位机(7)计算待测管道(1)管壁温度换算到0℃时的截面原始周长C0＝C*(1-Tx*δTx)＝[μTx*(t2-t1)+LS]*(1-Tx*δTx)；
8)待测管道(1)经过高温运行W时间后，温度传感器(5)测量待测管道(1)的管壁温度T′x，再通过线性插值法计算待测管道(1)材料在温度为T′x时的线膨胀系数δ′Tx及超声波声速μ′Tx，同时上位机(7)记录第一超声波换能器(2)发出超声波的时间t′1及第二超声波换能器(3)接收超声波的时间t′2，计算得到待测管道(1)管壁温度换算到0℃时的截面运行后周长C′0为：
C′0＝[μ′Tx*(t′2-t′1)+LS]*(1-T′x*δ′Tx)；
9)上位机(7)计算并输出待测管道(1)高温运行W时间后的相对蠕变量
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| WO2021057288A1 (zh) | 2021-04-01 |
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