CN110161082B - 适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器和衬胶设备监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器和衬胶设备监测装置及监测方法，其中适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器包括电极壳体、贯穿设置在所述电极壳体内的电极杆、设置在所述电极壳体一端的接线端组件以及设置在所述电极壳体另一端的测试端端盖，所述电极壳体靠近所述测试端端盖的一侧开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封凸台，所述电极杆的材质为哈氏合金。本发明的适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其结构设计合理，密封性能良好，不会因监测传感器的引入而造成介质泄露；监测传感器的接液部位采用哈氏合金，具有耐酸碱长期浸泡的稳定性，同时电极表面稳定，无反应产物、气泡等附着物，监测结果更加准确。

Description

适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器和衬胶设备监测装 置及监测方法

技术领域

本发明属于设备智能监测技术领域，具体涉及一种适用于酸碱工况下衬胶设备的监测传感器以及包括该监测传感器的衬胶设备监测装置以及使用该衬胶设备监测装置的监测方法。

背景技术

在我国电力、化工、水处理等工业生产领域，酸碱工况环境下设备部件（如储罐、管道等）较多采用了碳钢金属基材加橡胶衬里的防腐设计。由于酸碱具有极强的侵蚀性，衬胶一旦失效，碳钢基材将会在短时间内发生腐蚀穿孔引起介质泄露，造成设备停运的同时带来较大的人身安全风险，对安全生产带来严重影响。因此，酸碱工况条件下设备部件的服役寿命很大程度上取决于衬胶的寿命。

衬胶设备失效规律符合“浴盆曲线”。一方面，受胶板选型不当、胶板品质差、衬胶施工缺陷、现场安装破坏等因素影响，衬胶设备容易在服役初期爆发大量缺陷，如衬胶鼓泡、开裂、脱落等；另一方面，衬胶在服役过程中面临老化失效问题，业界普遍认为酸碱工况下衬胶的使用寿命为10~20年，随着设备服役时间的延长，衬胶的老化失效问题将日益突出。

目前针对衬胶设备失效的预防和管理手段是利用设备解体窗口对衬胶实施检查检验，常规的检查手段有目视、内窥镜、硬度、厚度、电火花、叩诊等，必要时增加粘合强度、拉伸强度、拉断伸长率、成分等破坏性取样检验。常规检查手段重点是识别衬胶当前缺陷情况，比如衬胶开裂/破损/鼓泡/剥离、厚度下降/上升、硬度升高/下降等，然后予以维修消缺；破坏性取样检验（结合常规检查结果）的重点是评估衬胶整体老化状态，预测衬胶剩余寿命，为衬胶设备中长期管理方案制定提供决策输入，比如衬胶整体翻新、备件更换等。

现有的衬胶解体检查检验技术手段一方面是实施条件受限，仅能在设备解体窗口下执行，窗口通常间隔较长（例如3~5年），衬胶缺陷难以做到第一时间发现，而一旦出现贯穿性衬胶缺陷（比如开裂、破损等），金属基体将在短时间内发生穿孔；另一方面，受胶板原始质量（局部夹杂、气泡）、衬胶施工（局部搭接缝宽度不足、粘接不足）等隐患因素影响，设备衬胶具体的失效部位和失效时机往往具有一定的随机性和突发性，然而衬胶老化状态评估与剩余寿命预测着眼的是整体老化状态的评估，无法动态掌握设备衬胶的实时状态，无法解决局部随机缺陷发生的预判。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种密封性能好、能够在酸碱工况下长期使用的衬胶设备监测传感器。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，包括电极壳体、贯穿设置在所述电极壳体内的电极杆、设置在所述电极壳体一端的接线端组件以及设置在所述电极壳体另一端的测试端端盖，所述电极壳体靠近所述测试端端盖的一侧开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封凸台，所述电极杆的材质为哈氏合金；电极壳体和测试端端盖的材质为高密度聚乙烯或者超高分子量聚乙烯。凸台与电极杆为一体式设计和加工而成，即凸台与电极杆的材质相同，且电极杆需要做表面抛光处理，以避免影响测试精度。

现有的衬胶监测技术仅适用于一般介质工况，因酸碱工况条件的特殊性，一般的监测探头材料无法实现长时间浸泡而不受影响，因此目前尚未有适用于酸碱工况下衬胶设备的长期监测装置及其应用。本发明中的电极杆材质为哈氏合金，试验证明年均消耗减重＜3%，能够在酸碱条件下长时间使用。

优选地，所述密封凸台与所述测试端端盖之间设置有密封胶，所述密封凸台远离所述测试端端盖的一侧与所述电极壳体之间设置有第一密封垫片。密封胶选用环氧树脂或者以环氧树脂为主要成分的胶水。

优选地，所述测试端端盖的截面呈“凸”型，包括第一台阶部和第二台阶部，所述第二台阶部容纳在所述密封槽内。

优选地，所述接线端组件包括接线端壳体和接线端端盖，所述接线盒壳体与所述接线端端盖之间形成用于容纳所述电极杆顶部的空间，空间的作用是一方面是容纳电极杆的顶部，另一方面是为了保护电极杆的接线端不被腐蚀和脏污，避免对测试结果的影响。接线端壳体和接线端端盖之间设置有第三密封垫片，可隔绝空气和其它污染物。在一些实施例中，接线端壳体和接线端端盖之间以及测试端端盖与电极壳体之间可均为螺纹连接。

更加优选地，所述监测传感器还包括用于将所述电极杆固定在所述电极壳体顶部的锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述空间内。

更加优选地，所述电极壳体的顶端设置有外螺纹，所述接线盒壳体上开设有与所述电极壳体顶部相匹配的连接孔，所述连接孔内设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述接线盒壳体通过所述外螺纹和内螺纹与所述电极壳体连接，接线盒壳体与电极壳体之间还设置有第二密封垫片。

进一步优选地，所述电极壳体包括水平部和竖直部，所述电极杆贯穿在所述竖直部中，所述外螺纹设置在所述竖直部的顶端。

本发明还提供了一种衬胶设备监测装置，包括如上所述的监测传感器、用于将所述监测传感器固定在所述待监测设备上的紧固组件、通过第一监测线与所述监测传感器电性连接的电导率测试仪，所述待监测设备上设置有电性连接点，所述电性连接点与所述电导率测试仪通过第二监测线电性连接，所述监测传感器的设置位置不高于所述待监测设备的最低液位。电性连接点的位置不受限，对监测结果无影响，但一般选择靠近监测传感器为宜，以减少接线长度。电性连接点为螺柱，螺柱攻丝攻入待监测设备，一般电性连接点选取法兰外缘侧面，不会对待监测设备产生任何影响。

优选地，所述紧固组件包括与所述待监测设备的法兰相匹配的盲板和紧固件，电极壳体的水平部位于所述法兰和盲板之间，电极壳体与法兰之间以及电极壳体与盲板之间均设置有密封垫圈。

在一些实施例中，可以在待监测设备已有结构的基础上尽量选取设备已有的开口，不增加设备额外开孔，通过局部结构改造（直管或弯管改为三通），在三通和盲板之间通过螺栓和垫片进行监测传感器的安装和密封。在另一些实施例中，可以不通过三通加盲板的安装方式，或是将螺栓连接的方式改为焊接，同样能够实现监测传感器的安装。即可以在待监测设备上开孔实现监测传感器的安装，但是这样做的劣势在于破坏了设备的完整性，增加改造成本和难度。

本发明还提供了一种基于如上所述的衬胶设备监测装置的监测方法，包括如下步骤：

1）选择监测点和电性连接点，监测点的水平位置不高于待监测设备的最低液位；

2）将所述待监测设备与其他的连接设备之间做电绝缘处理，实现待监测设备的独立监测；

具体的，需要将待监测设备与其他的连接设备之间做电绝缘处理，实现待监测设备的独立监测，避免受连接设备的影响。具体的，采用聚四氟乙烯、酚醛树脂等非金属材质，设计定制绝缘套筒和绝缘垫片，并将绝缘套筒和绝缘垫片安装在待监测设备的法兰边界部位，对待监测设备和连接设备实施电绝缘处理，开展绝缘测试确保绝缘合格。

3）在所述监测点上安装监测传感器，并开展打压试验以验证密封效果，电导率测试仪与监测传感器用第一监测线电连接，电导率测试仪与电性连接点用第二监测线电连接，连接好后实施监测；

4）对定期采集的监测数据进行分析，以实现衬胶完整性的即时判断和老化状态的趋势分析和预判。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其结构设计合理，监测传感器的密封性能良好，不会因监测传感器的引入而造成介质泄露；监测传感器的接液部位尤其是电极杆采用哈氏合金，具有耐酸碱长期浸泡的稳定性，同时电极表面稳定，无反应产物、气泡等附着物，监测结果更加准确。本发明的衬胶设备监测装置实现在不解体设备不影响生产的情况下，实时掌握酸碱工况设备衬胶的老化与完整性状态，一旦发现状态异常则采取干预措施，从而有效提升设备的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中的适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器的截面图；

图2为本发明优选实施例中的适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器的安装示意图；

图3为本发明优选实施例中的衬胶设备监测在线监测装置示意图；

其中：1-电极杆，2-测试端端盖，201-第一台阶部，202-第二台阶部，3-第一密封垫片，4-电极壳体，401-水平部，402-竖直部，5-第二密封垫片，6-接线端壳体，7-第三密封垫片，8-接线端端盖，9-密封胶，10-锁紧螺母，11-监测传感器，12-监测点，13-三通，14-下游管道，15-储罐应急阀座，16-酸碱储罐，17-电导率测试仪，18-电性连接点，19-待监测设备，20-法兰，21-盲板，22-紧固件，23-密封凸台，24-第一监测线，25-第二监测线，26-空间。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1 适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器

参照附图1，本实施例的适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器11，包括电极壳体4、贯穿设置在电极壳体4内的电极杆1、用于将电极杆1固定在电极壳体4顶部的锁紧螺母10、设置在电极壳体4一端的接线端组件以及设置在电极壳体4另一端的测试端端盖2，电极壳体4靠近测试端端盖2的一侧开设有密封槽，密封槽内设置有密封凸台23。凸台与电极杆1为一体式设计和加工而成，即凸台与电极杆1的材质相同，且电极杆1需要做表面抛光处理，以避免影响测试精度。本实施例的电极壳体4包括水平部401和竖直部402，电极杆1贯穿在竖直部402中，水平部401用于方便与待监测设备19连接。

电极杆1的材质为哈氏合金；现有的衬胶在线监测技术仅适用于一般介质工况，因酸碱工况条件的特殊性，一般的监测探头材料无法实现长时间浸泡而不受影响，因此目前尚未有适用于酸碱工况下衬胶设备的监测装置及其应用。本实施例中的电极杆1材质为哈氏合金，试验证明年均消耗减重＜3%，能够在酸碱条件下长时间使用。电极壳体4和测试端端盖2的材质为高密度聚乙烯或者超高分子量聚乙烯，密封胶9选用环氧树脂或者以环氧树脂为主要成分的胶水。

密封凸台23与测试端端盖2之间设置有密封胶9，密封凸台23远离测试端端盖2的一侧与电极壳体4之间设置有第一密封垫片3。电极壳体4的顶端设置有外螺纹，即外螺纹设置在电极壳体4的竖直部402的顶端，接线盒壳体上开设有与电极壳体4顶部相匹配的连接孔，连接孔内设置有与外螺纹相匹配的内螺纹，接线盒壳体通过外螺纹和内螺纹与电极壳体4连接，接线盒壳体与电极壳体4之间还设置有第二密封垫片5。接线端组件包括接线端壳体6和接线端端盖8，接线盒壳体与接线端端盖8之间形成用于容纳电极杆1顶部的空间26，空间26的作用是一方面是容纳电极杆的顶部，另一方面是为了保护电极杆的接线端不被腐蚀和脏污，避免对测试结果的影响。接线端壳体6和接线端端盖8之间设置有第三密封垫片7，可隔绝空气和其它污染物，锁紧螺母10位于该空间26内。

如图1所示，本实施例中测试端端盖2的截面呈“凸”型，包括第一台阶部201和第二台阶部202，第二台阶部202容纳在密封槽内。类似的，接线端端盖8的截面也呈“凸”型，也具有类似的第一台阶部201和第二台阶部202，其第二台阶部202容纳在空间26中。且本实施例中，接线端壳体6和接线端端盖8之间以及测试端端盖2与电极壳体4之间均为螺纹连接。

通过密封胶9、密封凸台23、第一密封垫片3，以及测试端端盖2与电极壳体4之间为螺纹连接，能够保证监测传感器11良好的密封性，将其安装至待监测设备19中，不会因监测传感器11的引入而造成介质泄露。通过第二密封垫片5、第三密封垫片7，以及接线端壳体6和接线端端盖8之间为螺纹连接，能够密封与保护接线端，保证接线端免收空气和污染物的腐蚀。

本实施例中的适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器11具有如下的优点：一、监测传感器11嵌入待监测设备19中不会影响待监测设备19的通流设计能力；二、监测传感器11密封性良好，不会因其的引入造成待监测设备19的介质泄露；三、监测传感器11的外壳即电极壳体；4、测试端端盖2、接线端壳体6、接线端端盖8等选取非导电材质，同时具备一定的强度和韧性，使用寿命长；四、监测传感器11与液体介质接触的部位，如电极杆、外壳、密封胶9等选取能够耐酸碱长期浸泡的材质，同时电极表面应无反应产物、气泡等附着物，监测数据更加准确。

实施例2 衬胶设备监测装置

如图2-3所示，本实施例中为了实现对酸碱储罐16中的衬胶实现监测，可以将酸碱储罐16下方的储罐应急阀座15上的弯管或直管改装成三通13，在三通13中下游管道14的另一侧安装实施例1中的监测传感器11。

如图3所示，本实施例的衬胶设备监测装置，除了如上的监测传感器11，还包括用于将监测传感器11固定在待监测设备19上的紧固组件、通过第一监测线24与监测传感器11电性连接的电导率测试仪17，待监测设备19上设置有电性连接点18，电性连接点18与电导率测试仪17通过第二监测线25电性连接，监测传感器11的设置位置不高于待监测设备19的最低液位。电性连接点18的位置不受限，对监测结果无影响，但一般选择靠近监测传感器11为宜，以减少接线长度。本实施例中的电性连接点18为螺柱，螺柱攻丝攻入待监测设备19，且电性连接点选取法兰外缘侧面，不会对待监测设备19产生任何影响。

电导率测试仪17与后台的控制中心通过有线或者无线的方式连接以实现实时在线监测。

本实施例中的紧固组件包括与待监测设备19的法兰20相匹配的盲板21和紧固件22，电极壳体4的水平部401位于法兰20和盲板21之间，电极壳体4与法兰20之间以及电极壳体4与盲板21之间均设置有密封垫圈。本实施例中，在待监测设备19已有结构的基础上选取设备已有的开口，不增加设备额外开孔，通过局部结构改造（直管或弯管改为三通13），在三通13和盲板21之间通过螺栓和垫片进行监测传感器11的安装和密封。

本实施例的衬胶设备监测装置实现在不解体设备不影响生产的情况下，实时掌握酸碱工况设备衬胶的老化与完整性状态，一旦发现状态异常则采取干预措施，从而有效提升设备的运行可靠性。

实施例3 衬胶设备的监测方法

如图2-3所示，采用实施例2中的衬胶设备监测装置实现衬胶设备的监测方法，主要包括以下步骤：

1）监测部位选择

根据待监测部件形状结构，选择监测点12和电性连接点18。监测点12的水平位置不得高于待监测设备19部件最低液位；同时应尽量选取设备已有开口，避免设备新增开孔、破坏设备完整性，增加改造成本和难度。

2）待监测设备19的电绝缘设计与实施

在具体的监测中，需要将待监测设备19与其他的连接设备之间做电绝缘处理，实现待监测设备19的独立监测，避免受连接设备的影响。

具体的，采用聚四氟乙烯、酚醛树脂等非金属材质，设计定制绝缘套筒和绝缘垫片，并将绝缘套筒和绝缘垫片安装在待监测设备19的法兰20边界部位，对待监测设备19和连接设备实施电绝缘处理，开展绝缘测试确保绝缘合格。

3）监测传感器11的安装与调试

在选定的监测点12安装监测传感器11，并开展打压试验以验证密封效果。打压试验压力不低于设计压力1.5倍；有条件的情况下开展模拟试验，通过人工设计模拟各类衬胶缺陷，对监测传感器11功能进行调试。电导率测试仪17与监测传感器11用第一监测线24电连接，电导率测试仪17与电性连接点18用第二监测线25电连接，实施监测。

4）监测数据的分析与预警

对定期采集的监测数据进行分析，并结合监测点12、电性连接点18和电导率变化率（斜率）因素，以实现酸碱罐衬胶完整性的即时判断和老化状态的趋势分析和预判。

具体的，监测数据（电流，单位mA）与衬胶完整性和老化状态的对应关系如下：

新衬里：0~1；

旧衬里但未失效：1~3，一般超过1.5需要给予关注，超过2需要加强关注；

失效衬里：3.5~4.5，超过3触发预警，超过3.5一般认为发生贯穿性缺陷；

完全失效：4.5~5。

将实时得到的数据与上述标准进行对应，并积极采取相关措施，有效提升设备的运行可靠性。

本实施例的监测技术可实现酸碱工况下衬胶老化状态的趋势跟踪和预判，相比较现有老化状态评估方法，可以无需破坏性取样不会带来设备内衬的破坏，且数据样本更多、判断更加准确。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其特征在于：包括电极壳体、贯穿设置在所述电极壳体内的电极杆、设置在所述电极壳体一端的接线端组件以及设置在所述电极壳体另一端的测试端端盖，所述电极壳体靠近所述测试端端盖的一侧开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封凸台，所述电极杆的材质为哈氏合金；所述接线端组件包括接线端壳体和接线端端盖，所述接线盒壳体与所述接线端端盖之间形成用于容纳所述电极杆顶部的空间；所述监测传感器还包括用于将所述电极杆固定在所述电极壳体顶部的锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述空间内。

2.根据权利要求1所述的一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其特征在于：所述密封凸台与所述测试端端盖之间设置有密封胶，所述密封凸台远离所述测试端端盖的一侧与所述电极壳体之间设置有第一密封垫片。

3.根据权利要求1所述的一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其特征在于：所述测试端端盖包括第一台阶部和第二台阶部，所述第二台阶部容纳在所述密封槽内。

4.根据权利要求1所述的一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其特征在于：所述电极壳体的顶端设置有外螺纹，所述接线盒壳体上开设有与所述电极壳体顶部相匹配的连接孔，所述连接孔内设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述接线盒壳体通过所述外螺纹和内螺纹与所述电极壳体连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于酸碱工况下的衬胶设备监测传感器，其特征在于：所述电极壳体包括水平部和竖直部，所述电极杆贯穿在所述竖直部中，所述外螺纹设置在所述竖直部的顶端。

6.一种衬胶设备监测装置，其特征在于：包括如权利要求1-5任意一项所述的监测传感器、用于将所述监测传感器固定在待监测设备上的紧固组件、通过第一监测线与所述监测传感器电性连接的电导率测试仪，所述待监测设备上设置有电性连接点，所述电性连接点与所述电导率测试仪通过第二监测线电性连接，所述监测传感器的水平位置不高于所述待监测设备的最低液位。

7.根据权利要求6所述的一种衬胶设备监测装置，其特征在于：所述紧固组件包括与所述待监测设备的法兰相匹配的盲板和紧固件，电极壳体的水平部位于所述法兰和盲板之间。

8.根据权利要求6所述的衬胶设备监测装置的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）选择监测点和电性连接点，监测点的水平位置不高于待监测设备的最低液位；

2）将所述待监测设备与连接在所述待监测设备上的其他设备之间做电绝缘处理，实现待监测设备的独立监测；

3）在所述监测点上安装监测传感器，并开展打压试验以验证密封效果，电导率测试仪与监测传感器用第一监测线电连接，所述电导率测试仪与所述电性连接点用第二监测线电连接，连接好后实施监测。