CN114813650B - 一种电站高温管道蠕变监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站高温管道蠕变监测装置及监测方法，监测装置包括甲壳体、太阳光谱模拟灯、移动隔板、乙壳体、管道和光伏组件；甲壳体与乙壳体连接，乙壳体固定在管道上，移动隔板设置在乙壳体上，管道的外表面涂有高吸收率柔性纳米涂层，高吸收率柔性纳米涂层的外表面涂有高反射率脆性纳米涂层，光伏组件布置在管道的正前方，光伏组件的背面设置有光伏组件散热装置，太阳光谱模拟灯布置在管道的侧前方，太阳光谱模拟灯的背面设置有太阳光谱模拟灯散热装置。本发明利用光学原理和太阳能发电原理，在孤立的空间中，利用可见光的反射和吸收特性以及光电转换原理，通过测量可见光的数量变化来监测管道的蠕变情况，实现了自动化和在线监测功能。

Description

一种电站高温管道蠕变监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及检测技术等领域，具体为一种电站高温管道蠕变监测装置及监测方法。

背景技术

电站高温管道长期运行条件下，会产生高温蠕变损伤。若不能及时发现，会造成严重事故。对高温管道的蠕变监测，一般在停机状态下采用卡钳测量或者金相检验评定等方法，但金相评定是一种定性方法，无法对蠕变损伤进行定量评价。因此，寻求一种能对高温管道蠕变损伤进行在线监测的方法具有非常重要的现实意义。

目前公开的相关专利主要有：

1）专利号为200910249625.0的中国专利，主汽管道蠕胀损坏现场自动检测报警装置，解决了对P92主汽管道蠕胀损坏进行自动检测报警问题，特别适用于对主汽管道蠕胀损坏进行实时预警。

发明内容

电站高温管道长期在高温下运行状态会产生蠕变损伤，表现在管道发生蠕胀，使外表面产生微观变化。高温运行下的管道无法通过接触方式检测微观变化情况，且金属管道表面易产生锈蚀现象，也不易进行直接观测。本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种高温管道蠕变监测方法及监测装置，可实现在线监测高温管道的蠕变情况。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，包括甲壳体、太阳光谱模拟灯、移动隔板、乙壳体、管道和光伏组件；所述甲壳体与乙壳体通过壳体法兰连接，所述乙壳体固定在管道上，所述移动隔板设置在乙壳体上，用于在非监测时段保护测量装置免受高温损害；所述管道的外表面涂有高吸收率柔性纳米涂层，所述高吸收率柔性纳米涂层是由一种具有吸收可见光特性的纳米材料配制成的涂层，具有吸收大部分可见光的功能，具有良好的韧性和抗高温性能；所述高吸收率柔性纳米涂层的外表面涂有高反射率脆性纳米涂层，所述高反射率脆性纳米涂层是由一种具有反射可见光特性的纳米材料配制成的涂层，具有反射大部分可见光的功能，具有一定脆性和抗高温性能；所述光伏组件布置在管道的正前方，所述光伏组件通过光伏组件固定装置固定在甲壳体上，所述光伏组件的背面设置有光伏组件散热装置，所述光伏组件用于将所吸收的可见光转换成电能，所述光伏组件散热装置用于降低光伏组件的温度，使光伏组件的光电转换效率免受温度影响；所述太阳光谱模拟灯布置在管道的侧前方，所述太阳光谱模拟灯通过太阳光谱模拟灯固定装置固定在甲壳体上，所述太阳光谱模拟灯的背面设置有太阳光谱模拟灯散热装置，所述太阳光谱模拟灯所发出的辐射光谱接近于太阳能光谱，所述太阳光谱模拟灯散热装置用于降低太阳光谱模拟灯的温度，使太阳光谱模拟灯的电光转换效率免受温度影响。

进一步的，还包括功率表，所述功率表通过电源线与光伏组件连接，所述功率表用于采集光伏组件的输出功率，并将数据传输至DCS系统。

进一步的，所述光伏组件散热装置包括甲热管、甲轴流风机和甲风箱，所述甲热管与甲风箱连接，所述甲轴流风机设置在甲风箱上，所述甲热管是一种导热元件。

进一步的，还包括甲测温元件和乙测温元件，所述甲测温元件和乙测温元件分别布置在光伏组件的背面，所述甲轴流风机根据甲测温元件和乙测温元件的测量数据调节输出功率，进而控制散热量，保证光伏组件处于合适的温度范围；所述甲轴流风机具有变频功能。

进一步的，所述太阳光谱模拟灯布置在抛物线聚光器的焦点上，所述太阳光谱模拟灯上布置有辐照度传感器，所述太阳光谱模拟灯所发出的辐射光谱接近于太阳能光谱，具有变频调节功能。

进一步的，所述太阳光谱模拟灯散热装置包括乙热管、乙轴流风机和乙风箱，所述乙热管与乙风箱连接，所述乙轴流风机设置在乙风箱上，所述乙热管是一种导热元件。

工作原理：在孤立的空间中，设置光源产生恒定的辐射能。涂在高温管道上的纳米涂层具有一定的吸收特性或反射特性。光源所产生的辐射能一部分被纳米涂层反射，一部分被纳米涂层吸收。随着管道在高温运行时发生蠕变而产生微观变化，进而改变纳米涂层的吸收特性或反射特性，导致孤立空间中的辐射能被反射或吸收数量发生变化，通过测量此变化情况来监测管道的蠕变情况。

监测方法：

在非监测时段，移动移动隔板至乙壳体的内部，将太阳光谱模拟灯和光伏组件与管道隔离开，保护监测装置免受高温损害，此时太阳光谱模拟灯处于关闭状态；

在监测时段，移动移动隔板至乙壳体的外部，太阳光谱模拟灯开启所产生的可见光通过抛物线聚光器转换成平行光线照射到管道上，平行光线经管道最外侧的高反射率脆性纳米涂层反射后，部分光线照射在光伏组件上，使光伏组件产生电能并由功率表测得输出功率，当管道发生蠕变现象时，管道逐渐产生微观变化（例如，胀粗），管道外表面的高吸收率柔性纳米涂层随管道的变化而发生塑性延伸，最外层的高反射率脆性纳米涂层随之发生脆性破坏，由此，平行光线照射到管道上时，部分光线透过高反射率脆性纳米涂层被高吸收率柔性纳米涂层吸收，另一部分光线被高反射率脆性纳米涂层反射出来，导致照射在光伏组件上的光线数量减少，使得光伏组件的输出功率减小，根据光伏组件的输出功率减小情况判断管道的蠕变情况。

另外，在监测时段，甲测温元件和乙测温元件测得光伏组件的温度，将数据传输至DCS系统；当光伏组件的温度超过合理范围时，具有变频功能的甲轴流风机启动，降低光伏组件的温度使其在合理范围内；辐照度传感器测量太阳光谱模拟灯发射的辐射强度，并将数据传输至DCS系统；当太阳光谱模拟灯发射的辐射强度降低，乙轴流风机启动，为太阳光谱模拟灯散热。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明利用光学原理和太阳能发电原理，在孤立的空间中，利用可见光的反射和吸收特性以及光电转换原理，通过测量可见光的数量变化，来监测管道的蠕变情况，实现了自动化和在线监测功能。

附图说明

图1是本发明实施例中监测装置的俯视结构示意图。

图2是本发明实施例中监测装置的主视结构示意图。

图3是本发明实施例中壳体的结构示意图。

图4是本发明实施例中光伏组件的结构示意图。

图5是本发明实施例中光伏组件散热装置的结构示意图。

图6是本发明实施例中太阳光谱模拟灯的结构示意图。

图中：甲壳体1、太阳光谱模拟灯固定装置2、太阳光谱模拟灯散热装置3、抛物线聚光器4、太阳光谱模拟灯5、辐照度传感器6、壳体法兰7、移动隔板8、乙壳体9、高反射率脆性纳米涂层10、高吸收率柔性纳米涂层11、管道12、光伏组件散热装置13、光伏组件固定装置14、光伏组件15、甲测温元件16、功率表17、电源线18、乙测温元件19、甲热管20、甲风箱21、甲轴流风机22、乙热管23、乙轴流风机24、乙风箱25、壳体反射层26、壳体保温层27、壳体吸收层28。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1至图6，本实施例中，一种电站高温管道蠕变监测装置，包括甲壳体1、太阳光谱模拟灯5、移动隔板8、乙壳体9、管道12和光伏组件15；甲壳体1与乙壳体9通过壳体法兰7连接，乙壳体9固定在管道12上，移动隔板8设置在乙壳体9上，用于在非监测时段保护测量装置免受高温损害；管道12的外表面涂有高吸收率柔性纳米涂层11，高吸收率柔性纳米涂层11是由一种具有吸收可见光特性的纳米材料配制成的涂层，具有吸收大部分可见光的功能，具有良好的韧性和抗高温性能；高吸收率柔性纳米涂层11的外表面涂有高反射率脆性纳米涂层10，高反射率脆性纳米涂层10是由一种具有反射可见光特性的纳米材料配制成的涂层，具有反射大部分可见光的功能，具有一定脆性和抗高温性能；光伏组件15布置在管道12的正前方，光伏组件15通过光伏组件固定装置14固定在甲壳体1上，光伏组件15的背面设置有光伏组件散热装置13，光伏组件15用于将所吸收的可见光转换成电能，光伏组件散热装置13用于降低光伏组件15的温度，使光伏组件15的光电转换效率免受温度影响；太阳光谱模拟灯5布置在管道12的侧前方，太阳光谱模拟灯5通过太阳光谱模拟灯固定装置2固定在甲壳体1上，太阳光谱模拟灯5的背面设置有太阳光谱模拟灯散热装置3，太阳光谱模拟灯5所发出的辐射光谱接近于太阳能光谱，太阳光谱模拟灯散热装置3用于降低太阳光谱模拟灯5的温度，使太阳光谱模拟灯5的电光转换效率免受温度影响。

本实施例中，还包括功率表17，功率表17通过电源线18与光伏组件15连接，功率表17用于采集光伏组件15的输出功率，并将数据传输至DCS系统。

本实施例中，光伏组件散热装置13包括甲热管20、甲轴流风机22和甲风箱21，甲热管20与甲风箱21连接，甲轴流风机22设置在甲风箱21上，甲热管20是一种导热元件。

本实施例中，还包括甲测温元件16和乙测温元件19，甲测温元件16和乙测温元件19分别布置在光伏组件15的背面，甲轴流风机22根据甲测温元件16和乙测温元件19的测量数据调节输出功率，进而控制散热量，保证光伏组件15处于合适的温度范围；甲轴流风机22具有变频功能。

本实施例中，太阳光谱模拟灯5布置在抛物线聚光器4的焦点上，太阳光谱模拟灯5上布置有辐照度传感器6，太阳光谱模拟灯5所发出的辐射光谱接近于太阳能光谱，具有变频调节功能。

本实施例中，太阳光谱模拟灯散热装置3包括乙热管23、乙轴流风机24和乙风箱25，乙热管23与乙风箱25连接，乙轴流风机24设置在乙风箱25上，乙热管23是一种导热元件。

本实施例中，甲壳体1和乙壳体9的壁面由壳体反射层26、壳体保温层27和壳体吸收层28组成。

监测方法：

在非监测时段，移动移动隔板8至乙壳体9的内部，将太阳光谱模拟灯5和光伏组件15与管道12隔离开，保护监测装置免受高温损害，此时太阳光谱模拟灯5处于关闭状态；

在监测时段，移动移动隔板8至乙壳体9的外部，太阳光谱模拟灯5开启所产生的可见光通过抛物线聚光器4转换成平行光线照射到管道12上，平行光线经管道12最外侧的高反射率脆性纳米涂层10反射后，部分光线照射在光伏组件15上，使光伏组件15产生电能并由功率表17测得输出功率，当管道12发生蠕变现象时，管道12逐渐产生微观变化（例如，胀粗），管道12外表面的高吸收率柔性纳米涂层11随管道12的变化而发生塑性延伸，最外层的高反射率脆性纳米涂层10随之发生脆性破坏，由此，平行光线照射到管道12上时，部分光线透过高反射率脆性纳米涂层10被高吸收率柔性纳米涂层11吸收，另一部分光线被高反射率脆性纳米涂层10反射出来，导致照射在光伏组件15上的光线数量减少，使得光伏组件15的输出功率减小，根据光伏组件15的输出功率减小情况判断管道12的蠕变情况。

另外，在监测时段，甲测温元件16和乙测温元件19测得光伏组件15的温度，将数据传输至DCS系统；当光伏组件15的温度超过合理范围时，具有变频功能的甲轴流风机22启动，降低光伏组件15的温度使其在合理范围内；辐照度传感器6测量太阳光谱模拟灯5发射的辐射强度，并将数据传输至DCS系统；当太阳光谱模拟灯5发射的辐射强度降低，乙轴流风机24启动，为太阳光谱模拟灯5散热。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，包括甲壳体（1）、太阳光谱模拟灯（5）、移动隔板（8）、乙壳体（9）、管道（12）和光伏组件（15）；所述甲壳体（1）与乙壳体（9）通过壳体法兰（7）连接，所述乙壳体（9）固定在管道（12）上，所述移动隔板（8）设置在乙壳体（9）上，用于在非监测时段保护测量装置免受高温损害；所述管道（12）的外表面涂有高吸收率柔性纳米涂层（11），所述高吸收率柔性纳米涂层（11）具有吸收大部分可见光的功能，具有良好的韧性和抗高温性能；所述高吸收率柔性纳米涂层（11）的外表面涂有高反射率脆性纳米涂层（10），所述高反射率脆性纳米涂层（10）具有反射大部分可见光的功能，具有一定脆性和抗高温性能；所述光伏组件（15）布置在管道（12）的正前方，所述光伏组件（15）通过光伏组件固定装置（14）固定在甲壳体（1）上，所述光伏组件（15）的背面设置有光伏组件散热装置（13），所述光伏组件（15）用于将所吸收的可见光转换成电能，所述光伏组件散热装置（13）用于降低光伏组件（15）的温度，使光伏组件（15）的光电转换效率免受温度影响；所述太阳光谱模拟灯（5）布置在管道（12）的侧前方，所述太阳光谱模拟灯（5）通过太阳光谱模拟灯固定装置（2）固定在甲壳体（1）上，所述太阳光谱模拟灯（5）的背面设置有太阳光谱模拟灯散热装置（3），所述太阳光谱模拟灯散热装置（3）用于降低太阳光谱模拟灯（5）的温度，使太阳光谱模拟灯（5）的电光转换效率免受温度影响。

2.根据权利要求1所述的电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，还包括功率表（17），所述功率表（17）通过电源线（18）与光伏组件（15）连接，所述功率表（17）用于采集光伏组件（15）的输出功率，并将数据传输至DCS系统。

3.根据权利要求1所述的电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，所述光伏组件散热装置（13）包括甲热管（20）、甲轴流风机（22）和甲风箱（21），所述甲热管（20）与甲风箱（21）连接，所述甲轴流风机（22）设置在甲风箱（21）上，所述甲热管（20）是一种导热元件。

4.根据权利要求3所述的电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，还包括甲测温元件（16）和乙测温元件（19），所述甲测温元件（16）和乙测温元件（19）分别布置在光伏组件（15）的背面，所述甲轴流风机（22）根据甲测温元件（16）和乙测温元件（19）的测量数据调节输出功率，进而控制散热量，保证光伏组件（15）处于合适的温度范围；所述甲轴流风机（22）具有变频功能。

5.根据权利要求1所述的电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，所述太阳光谱模拟灯（5）布置在抛物线聚光器（4）的焦点上，所述抛物线聚光器（4）上布置有辐照度传感器（6），所述太阳光谱模拟灯（5）具有变频调节功能。

6.根据权利要求1所述的电站高温管道蠕变监测装置，其特征是，所述太阳光谱模拟灯散热装置（3）包括乙热管（23）、乙轴流风机（24）和乙风箱（25），所述乙热管（23）与乙风箱（25）连接，所述乙轴流风机（24）设置在乙风箱（25）上，所述乙热管（23）是一种导热元件。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的电站高温管道蠕变监测装置的监测方法，其特征是，过程如下：

在非监测时段，移动移动隔板（8）至乙壳体（9）的内部，将太阳光谱模拟灯（5）和光伏组件（15）与管道（12）隔离开，保护监测装置免受高温损害，此时太阳光谱模拟灯（5）处于关闭状态；

在监测时段，移动移动隔板（8）至乙壳体（9）的外部，太阳光谱模拟灯（5）开启所产生的可见光通过抛物线聚光器（4）转换成平行光线照射到管道（12）上，平行光线经管道（12）最外侧的高反射率脆性纳米涂层（10）反射后，部分光线照射在光伏组件（15）上，使光伏组件（15）产生电能并由功率表（17）测得输出功率，当管道（12）发生蠕变现象时，管道（12）逐渐产生微观变化，管道（12）外表面的高吸收率柔性纳米涂层（11）随管道（12）的变化而发生塑性延伸，最外层的高反射率脆性纳米涂层（10）随之发生脆性破坏，由此，平行光线照射到管道（12）上时，部分光线透过高反射率脆性纳米涂层（10）被高吸收率柔性纳米涂层（11）吸收，另一部分光线被高反射率脆性纳米涂层（10）反射出来，导致照射在光伏组件（15）上的光线数量减少，使得光伏组件（15）的输出功率减小，根据光伏组件（15）的输出功率减小情况判断管道（12）的蠕变情况。

8.根据权利要求7所述的电站高温管道蠕变监测装置的监测方法，其特征是，在监测时段，甲测温元件（16）和乙测温元件（19）测得光伏组件（15）的温度，将数据传输至DCS系统；当光伏组件（15）的温度超过合理范围时，具有变频功能的甲轴流风机（22）启动，降低光伏组件（15）的温度使其在合理范围内；辐照度传感器（6）测量太阳光谱模拟灯（5）发射的辐射强度，并将数据传输至DCS系统；当太阳光谱模拟灯（5）发射的辐射强度降低，乙轴流风机（24）启动，为太阳光谱模拟灯（5）散热。