一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法

2023-06-06 09:32:36

一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法
【專利摘要】一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法，本發明涉及基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法。本發明的目的是為了解決高溫液體容器出現局部剝落後難以實現壁厚的在線實時監測，導致安全隱患的問題。一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統包括：壁厚運算監測器(6)、高溫液體容器(1)、位於高溫液體容器(1)內的第一溫度傳感器(2)以及位於高溫液體容器(1)外部的至少一組設備，每組設備包括第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)和紅外熱像儀(5)；一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測方法，利用傳熱學原理計算得到容器壁厚場。本發明屬於高溫液體容器壁厚監測【技術領域】。
【專利說明】一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法。

【背景技術】
[0002]高溫液體容器壁厚的監測有很大的難度，因為:(I)高溫容器壁剝落減薄的部位是隨機的，因此容器壁厚的數據將構成一個數量場，稱之為壁厚場，類似容器壁溫的溫度場。高溫容器體積越大，監測工作量和難度也將急劇增加；(2)高溫容器壁一般很厚，常規的射線透射監測方法無法實施；(3)高溫容器壁一般由多層的不同材料構成，各層材料的不同特性也為厚度監測帶來極大困難；(4)溫度很高，工作環境惡劣，無法進行人工監測。開發一種能對高溫液體容器壁厚進行大區域的遠程在線實時的掃描監測的系統和方法具有重要的應用前景。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是為了解決高溫液體容器壁厚在使用過程中出現剝落減薄，難以實現高溫液體容器壁厚的在線實時監測，導致安全隱患的問題，進而提出了一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統及方法。
[0004]上述的發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:所述系統包括:
[0006]壁厚運算監測器出)、高溫液體容器(I)、位於高溫液體容器(I)內的第一溫度傳感器(2)以及位於高溫液體容器(I)外部的至少一組設備，每組設備包括第二溫度傳感器
(3)、第三溫度傳感器(4)和紅外熱像儀(5)；
[0007]所述第一溫度傳感器(2)、第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)、紅外熱像儀(5)的信號輸出端分別連接壁厚運算監測器￠)的高溫液體溫度信號輸入端、空氣溫度信號輸入端、環境輻射溫度信號輸入端、高溫液體容器外壁面溫度信號輸入端；壁厚運算監測器(6)用於實時接收監測溫度數據1\、Ta、Tu、T0 ；
[0008]所述的第一溫度傳感器(2)用於監測高溫液體的溫度Ti ；
[0009]所述的第二溫度傳感器(3)用於監測空氣溫度Ta ；
[0010]所述的第三溫度傳感器(4)用於監測環境輻射溫度Tu ；
[0011]所述的紅外熱像儀(5)用於監測高溫液體容器外壁面溫度T。；
[0012]所述壁厚運算監測器(6)利用第一溫度傳感器(2)、第二溫度傳感器⑶、第三溫度傳感器(4)、紅外熱像儀(5)所提供的實時監測數據，以及預先儲存的高溫液體容器被監測區域的結構尺寸、容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數、高溫液體的熱物性參數、空氣的熱物性參數、容器外壁面發射率eb、容器壁的報警警戒壁厚δ*內置數據，計算得到高溫液體容器的壁厚場分布，同時進行數據儲存、顯示、報警。
[0013]一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測方法，其特徵在於:
[0014]a、將以下六個方面的參數設置為壁厚運算監測器的內置參數或公式，以供後續運算調用:
[0015](一 )高溫液體容器被監測區域的結構尺寸，例如直徑、高度等；
[0016]( 二)容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數，主要包括各層構成材料的原始設計厚度S %、密度Pbn、導熱係數Xbn、比熱容Cbn及其隨溫度的變化規律；
[0017](三)高溫液體的熱物性參數，主要包括密度P1、導熱係數X1、比熱容C1、動力粘度μ 1、體積膨脹係數a 1、普朗特數Pri及其隨溫度的變化規律；
[0018](四)空氣的熱物性參數，主要包括透射率Ta，密度Pa、導熱係數Xa、比熱容ca、動力粘度μ a、體積膨脹係數a a、普朗特數Pra及其隨溫度的變化規律；
[0019](五)容器外壁面發射率eb;
[0020](六)容器壁的報警警戒壁厚δ* ；
[0021]b、採用與紅外熱像儀(5)相同的點陣劃分，將高溫液體容器外壁面的被監測區域劃分為多個微元區域，並用每個微元區域的平均參數來表徵該微元區域，從而構成整個監測區域的溫度場或者壁厚場；
[0022]C、根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta和紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，調用高溫液體容器的結構尺寸、空氣的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，按照自然對流方式計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。;
[0023]d、根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta，紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，以及第三溫度傳感器(4)在線實時監測得到的環境輻射溫度Tu，調用空氣的透射率Ta、容器外壁面發射率eb參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，計算容器外壁面各對應微元區域的輻射散熱量;
[0024]e、容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb等於容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。與福射散熱量qj.之和，即qb = qc+qr ;
[0025]f、根據第一溫度傳感器(2)在線實時監測得到的高溫液體的溫度Ti,紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，調用高溫液體容器被監測區域的結構尺寸，容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數，高溫液體的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，計算容器外壁面各對應微元區域的導熱傳熱量q/等於第d步所得容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb時的各對應微元區域容器壁厚δ ；
[0026]g、將計算得到的容器外壁面被監測區域所有微元區域壁厚數據進行儲存和顯示，採用雲圖或者等高線圖的形式來顯示容器的壁厚場，當某微元區域的壁厚達到或超過報警警戒厚度，則進行報警提示。
[0027]發明效果
[0028](I)能夠在線實時地監測得到高溫液體容器壁面被監測區域的壁厚場，信息量豐富，能夠及時發現隨機出現的壁面剝落破損。
[0029](2)無需對高溫液體容器進行切割處理，無需為了測厚而停止容器的正常使用，真正實現在線實時監測。
[0030](3)本發明可以採用計算傳熱學的手段對高溫液體容器中形狀較為複雜的部位進行壁厚監測運算，提高壁厚的監測精度至毫米級，擴大裝置的應用範圍。
[0031](4)監測數據可進行遠程傳遞，並進行集中處理，不受現場惡劣條件的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發明【具體實施方式】一的系統結構圖；
[0033]圖2為本發明【具體實施方式】二的系統結構圖；
[0034]圖3為本發明【具體實施方式】三的系統結構圖；
[0035]圖4為本發明【具體實施方式】四的系統結構圖；
[0036]圖5為本發明【具體實施方式】五的系統結構圖。

【具體實施方式】
[0037]【具體實施方式】一:結合圖1說明本實施方式，本實施方式的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚測量系統包括:壁厚運算監測器出)、高溫液體容器(I)、位於高溫液體容器(I)內的第一溫度傳感器(2)以及位於高溫液體容器(I)外部的至少一組設備，每組設備包括第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)和紅外熱像儀(5)；
[0038]所述第一溫度傳感器(2)、第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)、紅外熱像儀
(5)的信號輸出端分別連接壁厚運算監測器￠)的高溫液體溫度信號輸入端、空氣溫度信號輸入端、環境輻射溫度信號輸入端、高溫液體容器外壁面溫度信號輸入端；壁厚運算監測器(6)用於實時接收監測溫度數據1\、Ta、Tu、T0 ；
[0039]所述的第一溫度傳感器(2)用於監測高溫液體的溫度Ti ；
[0040]所述的第二溫度傳感器(3)用於監測空氣溫度Ta ；
[0041]所述的第三溫度傳感器(4)用於監測環境輻射溫度Tu ；
[0042]所述的紅外熱像儀(5)用於監測高溫液體容器外壁面溫度T。；
[0043]所述壁厚運算監測器(6)利用第一溫度傳感器(2)、第二溫度傳感器⑶、第三溫度傳感器(4)、紅外熱像儀(5)所提供的實時監測數據，以及預先儲存的高溫液體容器被監測區域的結構尺寸、容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數、高溫液體的熱物性參數、空氣的熱物性參數、容器外壁面發射率eb、容器壁的報警警戒壁厚δ*內置數據，計算得到高溫液體容器的壁厚場分布，同時進行數據儲存、顯示、報警。
[0044]【具體實施方式】二:結合圖2說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述第三溫度傳感器(4)是一臺紅外熱像儀，該紅外熱像儀的工作端背向高溫液體容器外壁面的被監測區域，面向周圍環境；將該紅外熱像儀監測到的溫度的平均值作為環境輻射溫度Tu。
[0045]由於環境輻射溫度非常複雜，常規方法很難監測。紅外熱像儀利用熱輻射測溫原理測得的面向環境的溫度，最為接近環境輻射溫度，應用該溫度可以極大地提高容器壁厚的監測精度。
[0046]其它儀器及方法與【具體實施方式】一相同。
[0047]【具體實施方式】三:結合圖3說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述第一溫度傳感器(2)是一臺紅外點溫儀。
[0048]利用紅外點溫儀可以避免將溫度傳感器淹沒於高溫液體中，並且可以距離高溫液體較遠，改善溫度傳感器的工作環境，提高溫度傳感器的監測精度和使用壽命。
[0049]其它與【具體實施方式】一相同。
[0050]【具體實施方式】四:結合圖4說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述系統還包括風速儀(7)，所述風速儀(7)靠近第二溫度傳感器(3)。
[0051]當高溫液體容器(I)周圍空氣流動明顯時，則需要增加監測高溫液體容器被監測區域附近風速的風速儀(7)，以監測空氣流速用於強迫對流換熱計算，提高容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。的計算精度。
[0052]其它儀器及方法與【具體實施方式】一相同。
[0053]【具體實施方式】五:結合圖5說明本實施方式,本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:在高溫液體容器⑴外部設置多組設備，對應將高溫液體容器⑴的外壁面劃分為多個被監測區域，針對每個被監測區域分別設置由第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)和紅外熱像儀(5)構成的一組設備；一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統共用一個第一溫度傳感器(2)和壁厚運算監測器￠)，壁厚運算監測器(6)針對每個被監測區域進行數據處理和壁厚運算，可實現對高溫液體容器的壁厚進行全方位的在線實時監測。
[0054]其它儀器及方法與【具體實施方式】一相同。
[0055]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】五不同的是:當高溫液體容器(I)周圍空氣流動明顯時，設置多個風速儀(7)，針對每個被監測區域分別設置一個風速儀
(7)，每個被監測區域內的風速儀(7)靠近該區域內第二溫度傳感器(3)。
[0056]【具體實施方式】七:結合圖5說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】五或六不同的是:在高溫液體容器(I)外部設置多組設備，多組設備為4組。
[0057]【具體實施方式】八:一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測方法:所述高溫液體容器的主要傳熱過程如下:高溫液體容器內的高溫液體通過對流將熱量傳遞給容器內壁面，熱量在容器壁內再通過導熱傳遞至容器外壁面，在容器外壁面一部分熱量通過對流散給空氣，一部分熱量通過熱輻射換熱散給周圍環境。根據傳熱學基本原理，這一傳熱過程中通過容器壁導熱傳遞的熱量與容器壁的厚度存在明確且唯一的數學關係，利用這些數學關係即可進行高溫液體容器壁厚的監測運算，具體步驟為:
[0058]a、將以下六個方面的參數設置為壁厚運算監測器的內置參數或公式，以供後續運算調用:
[0059](一 )高溫液體容器被監測區域的結構尺寸，例如直徑、高度等；
[0060]( 二)容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數，主要包括各層構成材料的原始設計厚度S %、密度Pbn、導熱係數Xbn、比熱容Cbn及其隨溫度的變化規律；
[0061](三)高溫液體的熱物性參數，主要包括密度Pp導熱係數A1、比熱容Cp動力粘度μ 1、體積膨脹係數a 1、普朗特數Pri及其隨溫度的變化規律；
[0062](四)空氣的熱物性參數，主要包括透射率τa，密度P a、導熱係數λ a、比熱容ca、動力粘度μ a、體積膨脹係數a a、普朗特數Pra及其隨溫度的變化規律；
[0063](五)容器外壁面發射率εb ；
[0064](六)容器壁的報警警戒壁厚δ* ；
[0065]b、採用與紅外熱像儀(5)相同的點陣劃分，將高溫液體容器外壁面的被監測區域劃分為多個微元區域，並用每個微元區域的平均參數來表徵該微元區域，從而構成被整個監測區域的溫度場或者壁厚場；
[0066]C、根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta和紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，調用高溫液體容器被監測區域的結構尺寸、空氣的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，按照自然對流方式計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。;
[0067]d、根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta，紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，以及第三溫度傳感器(4)在線實時監測得到的環境輻射溫度Tu，調用空氣的透射率Ta、容器外壁面發射率eb參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，計算容器外壁面各對應微元區域的輻射散熱量;
[0068]e、容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb等於容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。與福射散熱量qj.之和，即qb = qc+qr ;
[0069]f、根據第一溫度傳感器(2)在線實時監測得到的高溫液體的溫度Ti,紅外熱像儀
(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，調用高溫液體容器被監測區域的結構尺寸，容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數，高溫液體的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，計算容器外壁面各對應微元區域的導熱傳熱量q/等於第d步所得容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb時的各對應微元區域容器壁厚δ ；
[0070]例如一種迭代求解容器壁厚δ的方法是:假設一個容器壁厚δ，，則從高溫流體側向容器外壁面方向能計算得到一個導熱傳熱量qb'，如果q/ >qb，則將容器壁厚S'進行增厚修正，否則如果q/ <qb，則將容器壁厚S'進行減薄修正，並重新計算導熱傳熱量q/，如此迭代計算直至qb' =qb(或者q/ _qb的絕對值在誤差允許範圍內)為止,此時最後修正得到的容器壁厚即為監測得到的各對應微元區域容器壁厚S。
[0071]g、將計算得到的容器外壁面被監測區域所有微元區域壁厚δ數據進行儲存和顯示，採用雲圖或者等高線圖的形式來顯示容器的壁厚場，當某微元區域的壁厚達到或超過報警警戒厚度δ%則進行報警提示。
[0072]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】八不同的是:步驟c中設置多個風速儀(7)，針對每個被監測區域分別設置一個風速儀(7)，每個被監測區域內的風速儀(7)靠近該區域內第二溫度傳感器(3)。步驟c中:根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta、風速儀(7)在線實時監測得到的流速Ua和紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度Τ。，調用高溫液體容器的結構尺寸、空氣的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，按照強迫對流方式計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。;
[0073]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】八或九不同的是:當高溫液體容器壁結構為單層平壁時，所述壁厚運算監測器(6)調用預置的六個方面的內置參數，並利用第一溫度傳感器(2)監測得到的高溫液體溫度Ti,第二溫度傳感器(3)監測得到的空氣溫度Ta，第三溫度傳感器(4)監測得到的環境輻射溫度Tu，紅外熱像儀(5)監測得到容器外壁面各微元區域的溫度T。，風速儀(7)監測得到被監測區域附近的空氣流速ua;
[0074]在壁厚運算監測器￠)內，依據傳熱學理論與公式，容器外壁面該微元區域與空氣換熱的表面對流換熱係數ha的公式如下:
[0075]ha = fha (T0, Ta, ua, Pa, λ a, ca, a a, μ a, Pra)
[0076]計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。的公式如下:
[0077]qc = ha (T0-Ta)
[0078]計算容器外壁面各對應微元區域與環境之間的系統發射率ε s的公式如下:
[0079]ε s = fEs( τ a, ε b)
[0080]計算容器外壁面各對應微元區域的輻射散熱量t的公式如下:
[0081]qr = KOEi (?；4 - 4 )
[0082]上式中，31為圓周率，σ為黑體輻射常數，σ = 5.67X 10_8W/(m2.°C );
[0083]計算容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb的公式如下:
[0084]qb = qc+qr
[0085]計算高溫液體容器內壁面溫度Tiw的公式如下:

【權利要求】
1.一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:所述系統包括: 壁厚運算監測器￠)、高溫液體容器(I)、位於高溫液體容器(I)內的第一溫度傳感器(2)以及位於高溫液體容器(I)外部的至少一組設備，每組設備包括第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)和紅外熱像儀(5)； 所述第一溫度傳感器(2)、第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)、紅外熱像儀(5)的信號輸出端分別連接壁厚運算監測器出)的高溫液體溫度信號輸入端、空氣溫度信號輸入端、環境輻射溫度信號輸入端、高溫液體容器外壁面溫度信號輸入端；壁厚運算監測器(6)用於實時接收溫度數據1\、Ta、Tu、T0 ； 所述的第一溫度傳感器(2)用於監測高溫液體的溫度Ti ； 所述的第二溫度傳感器(3)用於監測空氣溫度Ta ； 所述的第三溫度傳感器(4)用於監測環境輻射溫度Tu; 所述的紅外熱像儀(5)用於監測高溫液體容器外壁面溫度T。； 所述壁厚運算監測器(6)利用第一溫度傳感器(2)、第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)、紅外熱像儀(5)所提供的實時監測數據，以及預先儲存的高溫液體容器被監測區域的結構尺寸、容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數、高溫液體的熱物性參數、空氣的熱物性參數、容器外壁面發射率eb、容器壁的報警警戒壁厚δ*內置數據，計算得到高溫液體容器的壁厚場分布，同時進行數據儲存、顯示、報警。
2.根據權利要求1所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:所述第三溫度傳感器(4)為紅外熱像儀，所述紅外熱像儀的工作端背向高溫液體容器外壁面的被監測區域，面向周圍環境。
3.根據權利要求1所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:所述第一溫度傳感器(2)是一臺紅外點溫儀。
4.根據權利要求1所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:所述系統還包括風速儀(7)，所述風速儀(7)靠近第二溫度傳感器(3)。
5.根據權利要求1所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:在高溫液體容器⑴外部設置多組設備，對應將高溫液體容器⑴的外壁面劃分為多個被監測區域，針對每個被監測區域分別設置由第二溫度傳感器(3)、第三溫度傳感器(4)和紅外熱像儀(5)構成的一組設備；一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統共用一個第一溫度傳感器(2)和壁厚運算監測器￠)，壁厚運算監測器(6)針對每個被監測區域進行數據處理和壁厚運算，可實現對高溫液體容器的壁厚進行全方位的在線實時監測。
6.根據權利要求5所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:設置多個風速儀(7)，針對每個被監測區域分別設置一個風速儀(7)，每個被監測區域內的風速儀(7)靠近該區域內第二溫度傳感器(3)。
7.根據權利要求5或6所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測系統，其特徵在於:在高溫液體容器(I)外部設置多組設備，多組設備為4組。
8.一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測方法，其特徵在於: a、將以下六個方面的參數設置為壁厚運算監測器的內置參數或公式，以供後續運算調用: (一)高溫液體容器被監測區域的結構尺寸，例如直徑、高度等； (二)容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數，主要包括各層構成材料的原始設計厚度S %、密度Pbn、導熱係數Xbn、比熱容Cbn及其隨溫度的變化規律； (三)高溫液體的熱物性參數，主要包括密度P1、導熱係數λ1、比熱容C1、動力粘度μ 1、體積膨脹係數a 1、普朗特數Pri及其隨溫度的變化規律； (四)空氣的熱物性參數，主要包括透射率Ta，密度Pa、導熱係數Xa、比熱容Ca、動力粘度Ua、體積膨脹係數aa、普朗特數Pra及其隨溫度的變化規律； (五)容器外壁面發射率εb ； (六)容器壁的報警警戒壁厚δ*; b、採用與紅外熱像儀(5)相同的點陣劃分，將高溫液體容器外壁面的被監測區域劃分為多個微元區域，並用每個微元區域的平均參數來表徵該微元區域，從而構成被監測區域的溫度場或者壁厚場； C、根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta和紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，調用高溫液體容器被監測區域的結構尺寸、空氣的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，按照自然對流方式計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。; d、根據第二溫度傳感器(3)在線實時監測得到的空氣溫度Ta，紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，以及第三溫度傳感器(4)在線實時監測得到的環境輻射溫度Tu，調用空氣的透射率Ta、容器外壁面發射率eb參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，計算容器外壁面各對應微元區域的輻射散熱量; e、容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb等於容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。與福射散熱量qj.之和，即qb = qc+qr ; f、根據第一溫度傳感器(2)在線實時監測得到的高溫液體的溫度Ti,紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度T。，調用高溫液體容器被監測區域的結構尺寸，容器壁的各層構成材料的尺寸和熱物性參數，高溫液體的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，計算容器外壁面各對應微元區域的導熱傳熱量qb'等於第d步所得容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb時的各對應微元區域容器壁厚δ ； g、將計算得到的容器外壁面被監測區域所有微元區域壁厚δ數據進行儲存和顯示，採用雲圖或者等高線圖的形式來顯示容器的壁厚場，當某微元區域的壁厚達到或超過報警警戒厚度S%則進行報警提示。
9.根據權利要求8所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測方法，其特徵在於:步驟c中設置多個風速儀(7)，針對每個被監測區域分別設置一個風速儀(7)，每個被監測區域內的風速儀(7)靠近該區域內第二溫度傳感器(3)。步驟c中:根據第二溫度傳感器⑶在線實時監測得到的空氣溫度Ta、風速儀(7)在線實時監測得到的流速Ua和紅外熱像儀(5)在線實時監測得到的容器外壁面各微元區域的溫度Τ。，調用高溫液體容器的結構尺寸、空氣的熱物性參數，根據傳熱學理論公式或計算傳熱學手段，按照強迫對流方式計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。。
10.根據權利要求9所述的一種基於紅外熱像的高溫液體容器壁厚監測方法，其特徵在於:當高溫液體容器壁結構為單層平壁時，所述壁厚運算監測器(6)調用預置的六個方面的內置參數，並利用第一溫度傳感器(2)監測得到的高溫液體溫度Ti,第二溫度傳感器(3)監測得到的空氣溫度Ta，第三溫度傳感器(4)監測得到的環境輻射溫度Tu，紅外熱像儀(5)監測得到容器外壁面各微元區域的溫度T。，風速儀(7)監測得到被監測區域附近的空氣流速Ua ； 在壁厚運算監測器出)內，依據傳熱學理論與公式，容器外壁面該微元區域與空氣換熱的表面對流換熱係數ha的公式如下:
ha = fha (T0, Ta, ua, Pa, Aa, ca, a a, μ a, Pra) 計算容器外壁面各對應微元區域的對流散熱量q。的公式如下:
Qc = ha (T0-Ta) 計算容器外壁面各對應微元區域與環境之間的系統發射率ε s的公式如下:
ε s = fES( τ a, ε b) 計算容器外壁面各對應微元區域的輻射散熱量的公式如下:
上式中，為圓周率，σ為黑體輻射常數，σ = 5.67X 1-8W/(m2.°C ); 計算容器外壁面各對應微元區域的對外傳熱量qb的公式如下:
Qb = Qc+Qr 計算高溫液體容器內壁面溫度Tiw的公式如下:
式中Xb為容器壁構成材料的導熱係數，δ ^為容器的原始設計壁厚； 計算容器內壁面對應微元區域與高溫液體換熱的表面對流換熱係數hi的公式如下: hi — fhi (Ti，Tiw, P U λ j, Ci, a j, μ j, Pri) 從高溫流體側向容器外壁面方向計算容器外壁面各對應微元區域的導熱傳熱量q/的公式如下:
式中s即為容器外壁面各對應微元區域的容器壁厚；根據計算方程:
Q/ b = Qb 可以得到容器外壁面各對應微元區域的容器壁厚S的公式如下:
壁厚運算監測器(6)最後將計算得到的容器外壁面所有微元區域的容器壁厚δ數據進行儲存和顯示，用雲圖或者等高線圖的形式來顯示容器的壁厚場，當某微元區域的壁厚達到或超過報警警戒厚度S%則進行報警提示。
【文檔編號】G01B15/02GK104180780SQ201410452909
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】張承虎, 邵博函, 朱添奇 申請人:哈爾濱工業大學