[发明专利]一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统及方法

摘要

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。本发明属于高温液体容器壁厚监测技术领域。

主权项

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，调用高温液体容器被监测区域的结构尺寸、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δ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δ*，则进行报警提示；所述壁厚运算监测器(6)、高温液体容器(1)、第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、第三温度传感器(4)和红外热像仪(5)组成一种基于红外热像的高温液体容器壁厚监测系统；所述第一温度传感器(2)位于高温液体容器(1)内，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。