CN212179841U - 一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及管道超声导波无损检测领域，具体涉及一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置。其包括：用于输入检测参数和进行最终结果显示输出的人机接口单元、中央处理单元、脉冲功率放大单元、信号接收放大和调理单元、EMAT发射传感器、脉冲电流检测单元和EMAT接收传感器。它解决了在工程实践中无损地精确测量排烟管道积碳层厚度的难题，可以大大提高排烟管道积碳厚度检测的准确性和检测效率，极大保障动力装置的安全运行，并提升舰艇生命力、降低维护和维修成本。

Description

一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备领域，具体涉及一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置。

背景技术

超声导波技术是一种新型、高效的无损检测技术，其具有检测效率高、检测范围大、整体检测结构和环境因素影响较小的特点，已被广泛应用于各类结构的检测中。

国外最常见的是利用高频超声波的脉冲回波方法，通过计算炉壁回波与水垢界面回波的时间差来测算水垢厚度。该方法的测量精度达到 20um+-10um，但该方法的检测效率却非常低。

SANJAY等基于脉冲热成像法对排气***管路水垢检测进行了建模、模拟和试验检测。

ASANO等利用超声谐振和谐振谱分析的方法检测了热电锅炉的结构状态。

这些新方法相较于与传统的超声检测具有较高的检测精度和检测效率，不过在对于检测环境的适应上存在不足。

RIICHI等开发了一种基于电磁声换能器的Lamb波和SH波超声检测机器人，用于储罐和管道的在线检测。

朱宇龙等总结了近年来国内有机热载体炉事故案例，得出结焦是造成爆管的最直接原因。并分析了导致热劣化的原因，找出了现有结焦检测方法和寿命评估方法的开发，由此提出了基于管壁结焦机理的有机热载体炉炉管在线评估***的研究和开发，并详细阐述了导热油热稳定性热重差热分析评定，炉管壁温红外成像测量技术和管壁结焦流动传热数学模型构建等在线寿命评估***的关键技术。

结焦厚度的测量主要集中在直接检测法上，即利用检测仪器进行测量评价。例如用超声波测厚仪对盘管结焦进行测定，但盘管结构的特殊性决定了检测的难度，且结果不够准确；采用声发射检测技术来对盘管进行测量，将声发射传感器固定在锅炉盘管上，结合定位方式布置传感器，利用盘管液压试验，设定有效的加压、保压和泄压程序，采集加、保压过程的声发射信号并进行分析，从而对盘管缺陷进行动态的、整体的探测和分析，但声发射检测技术不能检测结焦厚度，且技术复杂，仪器昂贵，现场测试不便。有的文献对有机热载体炉一些爆管实例进行了探讨，并针对某一爆管原因进行了分析并提出了相应的对策，但并未对爆管是由于管壁结焦造成的机理进行深入的研究。

近来发展起来的炉管剩余寿命评估***归纳起来分为两类：(1)根据运行一段时间后炉管的性能和状态(如材料的显微组织、持久强度、蠕变、空洞或裂纹等)，通过实验建立这些参数和短时持久强度的关系，再利用外推法确定实际使用温度、应力下的剩余寿命；(2)断裂力学的方法，用无损检测法(如超声检测裂纹长度、涡流检测涉碳层厚度)评价高温炉管的剩余寿命。由于实际炉管中复杂缺陷的无损检测技术有待进一步完善，第二种方法只能做粗略的评价。在第一种方法中，建立了多种材料性能模型用于分析计算，如蠕变模型、低周疲劳、高周疲劳、腐蚀模型等，其中蠕变模型发展的比较完善和成熟。但是，这两种寿命评估方法最大的缺点是只能根据停炉后炉管产生的缺陷进行检测，而不能事前对炉管进行预防，即在运行中，炉管不能实时监控，防止管壁超温。

国外有机热载体炉检测方法主要停留在有机热载体的进、出口温度的检测，但不能对某些传热不均匀部位进行监控。对有机热载体炉积碳厚度的检测，国内主要集中在理论方法建议和模型探索上；有些方法须停炉排空有机热载体，局限于检查装水施压时的动态情况，不能测出具体积碳厚度；另外，对某些附着物检测的方法局限运用在飞机机翼薄冰层或者工业锅炉水垢层检测上；还有一些文献虽然提出了检测有机热载体炉积碳层厚度的理论，但局限在板结构，实际有机热载体炉一般为管结构，且未具体分析积碳层参数与检测设备的耦合。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，它解决了在工程实践中无损地精确测量排烟管道积碳层厚度的难题，可以大大提高排烟管道积碳厚度检测的准确性和检测效率，极大保障动力装置的安全运行，并提升舰艇生命力、降低维护和维修成本，其采用的技术方案如下：

一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于，包括：用于输入检测参数和进行最终结果显示输出的人机接口单元、中央处理单元、脉冲功率放大单元、信号接收放大和调理单元、EMAT发射传感器、脉冲电流检测单元和EMAT接收传感器，所述中央处理单元的信号输出端分别与人机接口单元和脉冲功率放大单元的信号输入端连接，所述中央处理单元的信号输入端分别与人机接口单元、信号接收放大和调理单元和脉冲电流检测单元的信号输出端连接；所述中央处理单元接收、处理来自人机接口单元的指令信息和检测参数并生成PWM控制信号传送给脉冲功率放大单元，所述中央处理单元根据脉冲电流检测单元反馈的电流信号对EMAT发射传感器谐振状态进行检测并实时调整脉冲功率放大单元工作参数，所述中央处理单元接收经过信号接收放大和调理单元放大以后的回波信号，并计算出积碳信息，所述中央处理单元将积碳信息输出至人机接口单元，所述EMAT接收传感器和EMAT发射传感器套设于排烟管道外壁上，所述EMAT接收传感器的输出端与信号接收放大和调理单元相连接，所述EMAT发射传感器的输入端与脉冲电流检测单元相连接，所述脉冲功率放大单元的输出端与脉冲电流检测单元的输入端相连接，所述EMAT发射传感器将脉冲功率放大单元送来的大电流脉冲信号在排烟管道中激励出特定方向和模态的超声导波。

在上述技术方案基础上，所述检测参数包括检测模式、脉冲频率、脉冲数和重复周期。

在上述技术方案基础上，所述最终结果包括检测状态、积碳位置和厚度信息。

在上述技术方案基础上，所述EMAT发射传感器主要由在排烟管道上缠绕的激励线圈和在激励线圈外部沿排烟管道圆周均匀排列的可拆卸式永磁体构成。

在上述技术方案基础上，所述EMAT接收传感器主要由在排烟管道上缠绕的激励线圈和在激励线圈外部沿排烟管道圆周均匀排列的可拆卸式永磁体构成，所述EMAT接收传感器的激励线圈的线径小于EMAT发射传感器的激励线圈的线径。

本实用新型的有益效果为：解决了在工程实践中无损地精确测量排烟管道积碳层厚度的难题，可以大大提高排烟管道积碳厚度检测的准确性和检测效率，极大保障动力装置的安全运行，并提升舰艇生命力、降低维护和维修成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介(如导线) 相连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的含义。

如图1所示，一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于，包括：用于输入检测参数和进行最终结果显示输出的人机接口单元1、中央处理单元2、脉冲功率放大单元3、信号接收放大和调理单元4、EMAT发射传感器5、脉冲电流检测单元6和EMAT接收传感器7，所述中央处理单元2 的信号输出端分别与人机接口单元1和脉冲功率放大单元3的信号输入端连接，所述中央处理单元2的信号输入端分别与人机接口单元1、信号接收放大和调理单元4和脉冲电流检测单元6的信号输出端连接；所述中央处理单元2接收、处理来自人机接口单元1的指令信息和检测参数并生成PWM 控制信号传送给脉冲功率放大单元3，所述中央处理单元2根据脉冲电流检测单元6反馈的电流信号对EMAT发射传感器谐振状态进行检测并实时调整脉冲功率放大单元3工作参数，使其达到最佳谐振状态，进而提高激励功率，所述中央处理单元接收经过信号接收放大和调理单元放大以后的回波信号，并计算出积碳信息，所述中央处理单元将积碳信息输出至人机接口单元，所述EMAT接收传感器7和EMAT发射传感器5套设于排烟管道10外壁上，所述EMAT接收传感器7的输出端与信号接收放大和调理单元4相连接，所述EMAT发射传感器5的输入端与脉冲电流检测单元6相连接，所述脉冲功率放大单元3的输出端与脉冲电流检测单元6的输入端相连接，所述EMAT发射传感器将脉冲功率放大单元送来的大电流脉冲信号在排烟管道中激励出特定方向和模态的超声导波。

优选的，所述检测参数包括检测模式、脉冲频率、脉冲数和重复周期。

优选的，所述最终结果包括检测状态、积碳位置和厚度信息。

优选的，所述EMAT发射传感器5主要由在排烟管道10上缠绕的激励线圈和在激励线圈外部沿排烟管道圆周均匀排列的可拆卸式永磁体构成。

优选的，所述EMAT接收传感器7主要由在排烟管道10上缠绕的激励线圈和在激励线圈外部沿排烟管道圆周均匀排列的可拆卸式永磁体构成，所述EMAT接收传感器7的激励线圈的线径小于EMAT发射传感器5的激励线圈的线径。由于EMAT接收传感器7的激励线圈中没有大电流通过，故可用更小的线径因此增加缠绕密度，进一步地为了增加接收灵敏度，其比EMAT 发射传感器具有更多的线圈圈数。

其中，所述中央处理单元内部算法(现有的)实现对信号接收放大和调理单元的自动增益控制，所述中央处理单元实现对信号接收放大和调理单元带通中心频率的设置，使信号的信噪比最佳，

其中，所述脉冲功率放大单元具有差分式PWM数字输入，工作频率最大可达1.2MHz，BTL功率输出，输出峰值脉冲电流最大可达75A，所述的脉冲功率放大器，其具有完善的保护措施，针对脉冲放大信号的特点，专门设计的保护机制可以保证在其输出端异常短路的情况下2个输出信号周期以内启动保护，更有效确保功率器件的安全。

其中，上述信号接收放大和调理单元具有低阻抗差分输入，使其对外接强干扰的抑制能力大大加强；上述的信号接收放大和调理单元，其内含中心频率可调、Q值可调的带通滤波器，Q值可达0.5-6，调整步进为0.1，频点在20kHz-500kHz内任意设置，调整步进为1kHz(20kHz-150kHz范围时)和10kHz(150kHz-500kHz范围时)；上述的信号接收放大和调理单元，其内含自动增益控制电路，AGC增益可调范围52dB。

其中，上述的脉冲电流检测单元以0.01V/A的增益把脉冲功率放大单元的输出的脉冲电流转换为电压信号，上述的脉冲电流检测单元实现与高压大电流部分电路的电气隔离，降低电磁干扰，上述的脉冲电流检测单元将电压信号AD转换后送入中央处理单元。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于，包括：用于输入检测参数和进行最终结果显示输出的人机接口单元(1)、中央处理单元(2)、脉冲功率放大单元(3)、信号接收放大和调理单元(4)、EMAT发射传感器(5)、脉冲电流检测单元(6)和EMAT接收传感器(7)，所述中央处理单元(2)的信号输出端分别与人机接口单元(1)和脉冲功率放大单元(3)的信号输入端连接，所述中央处理单元(2)的信号输入端分别与人机接口单元(1)、信号接收放大和调理单元(4)和脉冲电流检测单元(6)的信号输出端连接；所述中央处理单元(2)接收、处理来自人机接口单元(1)的指令信息和检测参数并生成PWM控制信号传送给脉冲功率放大单元(3)，所述中央处理单元(2)根据脉冲电流检测单元(6)反馈的电流信号对EMAT发射传感器谐振状态进行检测并实时调整脉冲功率放大单元(3)工作参数，所述中央处理单元接收经过信号接收放大和调理单元放大以后的回波信号，并计算出积碳信息，所述中央处理单元将积碳信息输出至人机接口单元，所述EMAT接收传感器(7)和EMAT发射传感器(5)套设于排烟管道(10)外壁上，所述EMAT接收传感器(7)的输出端与信号接收放大和调理单元(4)相连接，所述EMAT发射传感器(5)的输入端与脉冲电流检测单元(6)相连接，所述脉冲功率放大单元(3)的输出端与脉冲电流检测单元(6)的输入端相连接，所述EMAT发射传感器将脉冲功率放大单元送来的大电流脉冲信号在排烟管道中激励出超声导波。

2.根据权利要求1所述的一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于：所述检测参数包括检测模式、脉冲频率、脉冲数和重复周期。

3.根据权利要求1所述的一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于：所述最终结果包括检测状态、积碳位置和厚度信息。

4.根据权利要求1所述的一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于：所述EMAT发射传感器(5)主要由在排烟管道(10)上缠绕的激励线圈和在激励线圈外部沿排烟管道圆周均匀排列的可拆卸式永磁体构成。

5.根据权利要求4所述的一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于：所述EMAT接收传感器(7)主要由在排烟管道(10)上缠绕的激励线圈和在激励线圈外部沿排烟管道圆周均匀排列的可拆卸式永磁体构成，所述EMAT接收传感器(7)的激励线圈的线径小于EMAT发射传感器(5)的激励线圈的线径。

6.根据权利要求1所述的一种检测排烟管积碳层厚度的仪器装置，其特征在于：所述中央处理单元(2)内部集成高速差分式PWM产生单元，生成频率范围20kHz-500kHz的周期可调的PWM脉冲信号。

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