專利名稱：管內鹽析層厚度增長的在線監測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種主要用于石油、化工、造紙領域中輸送含鹽的液固兩相流體時因鹽析晶 體在濃度、溫度、速度等條件共同作用下不斷析出，鹽析層厚度連續增長而影響流程運行的 在線監測方法及裝置。
背景技術：
鹽析是以鈉、鉀離子為主要成分的單一溶液或多種物質的混合溶液中固體物質析出的過 程，伴有鹽析的液固兩相(或多相)流動是工業上常見的現象，尤其集中于石油、化工、造 紙行業中。在介質的輸送中一旦發生鹽析現象，析出的固相物質會發生沉降并以不同的速度 粘結于管道內壁，沉積層會隨著介質輸送時間的加長而增厚，結果導致過流通道面積變小， 流程需要的技術性能參數改變，影響到流程的正常運行，嚴重時需進行輸送設備的清理與更 換，造成不同程度的直接或間接經濟損失。又由于工業鋼制管路輸運的封閉性和非透明性， 通常對于這種危害人們難以及時發現和處理。常規的作法就是定期拆卸管路進行觀測，如文 獻"管內綠液輸運過程中結鹽機理"(來源江蘇大學學報(自然科學版)2005, 11(6):514 一516)所述，但這一作法既費力又不可靠。
美國田納西州Oak Ridge National laboratory(ORNL)的Timothy D.Welch在發布的報告 "Tank Waste Transport, Pipeline Plugging, and the Prospects for Reducing the Risk of Waste Transfers " (Source: Web site: http:〃www.osti.gov/contact.htm1, Aug 2001.)中提及了管道堵塞 的六種機理，其中有三種機理涉及具有結鹽或化學反應的兩相流動，并運用多種數值計算方 法研究了鹽析過程。這種理論分析及數值計算不全面，沒有將濃度、溫度、速度等影響鹽析 速率的因素加以全面考慮，沒有給出管內鹽析層厚度隨時間發展的趨勢性分析。
國內也有采用從鹽析機理出發，推導出相關的數學模型進而編制程序的方法來預測鹽析 量的方法。這種方法的不足在于一方面由于機理研究的滯后性導致計算結果與實際情況存在 較大差異，另一方面其結果僅僅預測出輸送介質中的鹽析量，而不能給出管道內壁上鹽析層 厚度的具體數值。這一數值又是影響到整個工藝流程正常運行的關鍵性因素。
目前，由于缺少管內鹽析層厚度增長的在線監測方法及裝置，無法對輸送鹽類溶液的系 統進行實時監控，也就不能保證其安全、穩定和可靠的運行。
發明內容
本發明的目的是提供一種管內鹽析層厚度增長的在線監測方法及裝置，旨在實時監測輸 送鹽類溶液工藝流程中管道內壁上由于各種因素影響的鹽析層厚度的變化規律，以提高系統
運行的安全性和相關設備的使用壽命。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的， 一種管內鹽析層厚度增長的在線監測方法， 該方法包括如下步驟-
(1) 在未發生鹽析狀態下，由高精度貼片熱電阻7測得監測管段2外壁面溫度乙2,由 高精度鎧裝熱電阻3測得主流溫度7^及由環境溫度測試熱電阻9測得室內環境溫度re;
(2) 由計算機采集五個測點的溫度信號，并分別計算外壁面因輻射及空氣自然對流而產 生的熱損失仏、《2，列出主流至外壁面的總散熱速率《；
(3) 由第l、第2步計算鹽析過程的對流傳熱熱阻及系數/z;
(4) 在鹽析狀態，同樣測得主流溫度rft、監測管段外管壁面溫度7^及環境溫度3\， 并由計算機連續采集溫度信號；
(5) 由第3、第4步的結果，根據以下兩式計算出上述條件下的管內鹽析層熱阻/ ,及
其所在圓柱面內徑(^
及，二^^lnH;2
<formula>formula see original document page 5</formula>(6)管內鹽析層實時厚度則為<formula>formula see original document page 5</formula>式中的丄、、.、《分別為監測管段長度、鹽析層導熱率及監測管段內徑。 本發明還提出了一種實施上述方法的監測裝置，其包括連接法蘭、監測管段、溫度傳感
器、濾波器、A/D轉換器、數據釆集器、數字通訊卡和對數據進行處理和顯示結果的計算機，
其特征在于溫度傳感器為在監測管段上布置的多只高精度熱電阻，其并列連接到濾波器上，
所述的濾波器通過A/D轉換器與數據采集器連接，數據采集器又通過數字通訊卡與計算機
的輸入端相連接。
所述的監測管段(2)的材質及管徑與鹽類溶液輸送系統的主管路相一致，并通過連接 法蘭(1)與主管路相連接。
在監測管段(2)中心線上布置了兩只熱電阻測量主流溫度，在與主流測溫熱電阻同一
圓周面上布置兩只貼片熱電阻測量管段外邊壁溫度，四只熱電阻同處于水平面上。對兩組不
同圓周截面上所測得的數據進行算術平均后的數據為有效數據。且還設有環境溫度測試熱電
阻(9)。 所述的高精度鎧裝熱電阻安裝座6其材質與監測管路材質一致，下部加工成與監測管路 外徑相匹配的弧度。
本發明的優點在于
1. 方法簡單，可靠性強。通過測試鹽析前后的管內主流溫度和管壁溫度計算出管內鹽 析層厚度，方法簡單易行從而保證了監測的可靠性。
2. 監測參數少，操作簡便。只需測試五個實時溫度值，且通過計算機計算結果，改變 了以往人工拆卸管路以觀測鹽析層厚度的狀況。
3. 實時監測，精度高。溫度傳感器采用高精度熱電阻，誤差范圍在正負0.2'C，并利 用計算機在線連續采集溫度信號，實時監控管內鹽析層厚度的變化狀況，從而有效地提高了 整個運行系統的安全性和相關設備的使用壽命。
4. 結構簡單，制作方便。監測管道采用與運行系統主管路材質和口徑一致的鋼管簡單 加工而成，通過法蘭與其相連接，使得裝置本身制作、安裝方便。
圖1監測裝置結構圖
圖2高精度鎧裝熱電阻安裝圖
圖3安裝座示意圖
圖4不同主流溫度下綠液鹽析層厚度隨時間的變化 圖5不同主流速度下綠液鹽析層厚度隨時間的變化
圖l及圖2中
1法蘭 2監測管段 3高精度鎧裝熱電阻 4固定螺母5密封圈 6 安裝座
7高精度貼片熱電阻 8固定磁鐵 9環境溫度測試熱電阻 10
濾波器
11 A/D轉換器 12數據采集器 13數字通訊卡 14
計算機
具體實施例方式
本發明是一種用于因鹽析層厚度連續增長而影響流程運行的在線監測方法及裝置。下面 結合附圖進一步說明本發明的具體實施例，以進一步理解本發明。
圖1為監測裝置結構圖，該裝置包括連接法蘭、監測管段、高精度鎧裝熱電阻、固定
螺母、密封圈、安裝座、高精度貼片熱電阻、固定磁鐵、環境溫度測試熱電阻、濾波器、
A/D轉換器、數據采集器、數字通訊卡、計算機。所述的監測管段2通過連接法蘭1與鹽
類溶液輸送系統相連接，所述的安裝座6焊接于監測管段2上用于高精度熱電阻3的定位與 安裝，同時由固定螺母4固定及密封圈5對固定螺母4與高精度熱電阻3的間隙進行密封， 所述的高精度貼片熱電阻7由固定磁鐵8通過磁力吸附于監測管段2的外壁，所述的高精度 熱電阻3、高精度貼片熱電阻7及環境溫度測試熱電阻9并列連接到濾波器10上，所述的 濾波器10通過A/D轉換器11與數據采集器12連接，該數據采集器12又通過數字通訊卡 13與計算機14的輸入端相連接。
在監測管段2中心線上布置了兩只高精度鎧裝熱電阻3測量主流溫度，在與主流測溫 高精度熱電阻3同一圓周面上布置兩只高精度貼片熱電阻7測量監測管段2外邊壁溫度，四 只高精度熱電阻同處于水平面上。對兩組不同圓周截面上所測得的數據進行算術平均后的數 據為有效數據。
具體實施方法如下
在制漿造紙行業堿回收工藝流程中綠液輸送系統的鹽析現象非常嚴重，為此，運用本發 明所提供的監測方法和裝置對管內綠液鹽析層厚度的增長進行了在線監測。
1) 將按附圖1所制作的管內鹽析層厚度增長的監測裝置通過連接法蘭1與綠液輸送系 統的主管路相連接。
2) 在未發生鹽析狀態下，由高精度貼片熱電阻7測得監測管段2外壁面溫度rw2，由 環境溫度測試熱電阻9測得室內環境溫度為re。
3) 由計算機采集溫度信號，按式l 、式2分別求得外壁面因輻射及空氣自然對流而
產生的熱損失&、《2。
式中&—-輻射產生的熱損失，『 s--黑度，取f = 0.8
C0 —-黑體輻射系數，取Cq =5.67『/(m2 14)
p- —角系數，取^ = 1
^ --監測管段外徑，w 丄--監測管段長度，m
<formula>formula see original document page 7</formula>
(2)
式中《2--空氣自然對流產生的熱損失，『 & -—自然對流傳熱系數，『/(;w2 . C) &由定性溫度7} = (rw2 +Te)/2下的瑞利數i 。、空氣物性參數及水平圓管的幾何外形確定。
4) 由高精度鎧裝熱電阻3測量未結鹽狀態下綠液主流溫度7i并結合第一步獲得的外壁 面溫度7W，由式3列出主流至外壁面的總散熱速率《(由于鋼管壁的導熱率非常大,60。C時
約為50『/(m'。C義故不計入管壁的熱傳導熱阻)。
《=￡^1 (3)
式中g- —總散熱率，『
《一-監測管段內徑，W
"-鹽析過程的對流傳熱系數，W /(W2 . 'C) 由于總散熱速率等于全部的熱損失，故
《"1+《2 (4)
由式(i)、 (2)、 (3)可求得鹽析過程的對流傳熱熱阻及系數; 。
5) 在鹽析狀態，同樣測得主流溫度7^、監測管段外管壁溫度7;2及環境溫度乙，此時
總的散熱速率為
-+-ln二
式中鹽析層導熱率，PF/0n.C)，由相關手冊或實驗確定 fl^--鹽析層所在圓柱面內徑，w
式(5)中的g、 9l、 &、 r 2、 re分別為鹽析狀態下的總散熱率、輻射產生的熱損失、
空氣自然對流產生的熱損失、外管壁溫度、環境溫度。同時，鑒于綠液鹽析過程的緩慢性和 實驗工況保持恒定，認為鹽析狀態下綠液的對流傳熱系數未變化。
6)由式(6)即可求得綠液鹽析層熱阻i
7)由式(7)求得管內鹽析層所在圓柱面內徑J,
則管內鹽析層厚度^,由式(8)求得
<formula>formula see original document page 9</formula>(6)
<formula>formula see original document page 9</formula>(7)
<formula>formula see original document page 9</formula>(8)
式中各參數定義同上。
圖4及圖5分別給出了一段時間內，管內不同主流溫度下和不同主流速度下綠液鹽析層 厚度隨時間的變化狀況。
權利要求
1.一種管內鹽析層厚度增長的在線監測方法及裝置，其特征在于監測方法為(1)在未發生鹽析狀態下，由高精度貼片熱電阻(7)測得監測管段(2)外壁面溫度Tw2，由高精度鎧裝熱電阻(3)測得主流溫度Tb及由環境溫度測試熱電阻(9)測得室內環境溫度Te；(2)由計算機采集五個測點的溫度信號，并分別計算外壁面因輻射及空氣自然對流而產生的熱損失q1、q2，列出主流至外壁面的總散熱速率q；(3)由第1、第2步計算鹽析過程的對流傳熱熱阻及系數h；(4)在鹽析狀態，同樣測得主流溫度Tb、監測管段外管壁面溫度Tw2及環境溫度Te，并由計算機連續采集溫度信號；(5)由第3、第4步的結果，根據以下兩式計算出上述條件下的管內鹽析層熱阻Rf及其所在圓柱面內徑df
2. 實施權利要求1所述方法的監測裝置，其包括連接法蘭、監測管段、溫度傳感器、濾波器、A/D轉換器、數據采集器、數字通訊卡和對數據進行處理和顯示結果的計算機，其 特征在于溫度傳感器為在監測管段(2)上布置的多只高精度熱電阻，其并列連接到濾波器 (10)上，所述的濾波器(10)通過A/D轉換器(11)與數據采集器(12)連接，數據采 集器(12)又通過數字通訊卡(13)與計算機(14)的輸入端相連接。
3. 根據權利要求2所述的管內鹽析層厚度增長的在線監測裝置，其特征在于監測管段 (2)的材質及管徑與鹽類溶液輸送系統的主管路相一致，并通過連接法蘭(1)與主管路相
4.根據權利要求2所述的管內鹽析層厚度增長的在線監測裝置，其特征在于在監測管 段(2)中心線上布置了兩只測量主流溫度的高精度鎧裝熱電阻(3),在與高精度鎧裝熱電 阻(3)同一圓周面上布置兩只測量監測管段(2)外邊壁溫度的高精度貼片熱電阻(7)，四 只高精度熱電阻同處于水平面上，且還設有環境溫度測試熱電阻(9)。
5. 根據權利要求2所述的管內鹽析層厚度增長的在線監測裝置，其特征在于所述的高 精度鎧裝熱電阻的安裝座(6)材質與監測管路材質一致，其下部加工成與監測管路外徑相 匹配的弧度。
6. 根據權利要求2所述的管內鹽析層厚度增長的在線監測裝置，其特征在于所述的高 精度貼片熱電阻(7)由固定磁鐵(8)通過磁力吸附于監測管段(2)的外壁。
全文摘要
本發明提供一種管內鹽析層厚度增長的在線監測方法及裝置，所述的裝置由連接法蘭、監測管段、高精度鎧裝熱電阻、固定螺母、密封圈、安裝座、高精度貼片熱電阻、固定磁鐵、環境溫度測試熱電阻、濾波器、A/D轉換器、數據采集器、數字通訊卡、計算機等組成。本發明通過計算機采集鹽析前后由高精度熱電阻和高精度貼片熱電阻傳輸的信號以及計算相應的鹽析層熱阻值，進而獲得鹽析層厚度的精確數值，可以達到實時監測輸送鹽類溶液工藝流程中管道內壁上由于各種因素影響的鹽析層厚度的變化狀況，以提高系統運行的安全性和相關設備的使用壽命。
文檔編號G01K7/16GK101097134SQ20071002330
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年6月8日
發明者周洪斌, 楊敏官, 賈衛東 申請人:江蘇大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
