CN117642257A - 用于监测热交换器的管片的方法 - Google Patents

Abstract

壳管设备通常需要定期维护。本文描述的是一种用于在维护活动期间跟踪各个管的状态并记录状态数据以供审查和分析的自动化方法。状态数据可以可选择地以实时摘要格式报告和/或用于预测完成时间。该方法最小化遗漏错误，并有助于减少在壳管设备(包括壳管反应器和热交换器)中执行维护活动的费用。

Description

用于监测热交换器的管片的方法

技术领域

本发明涉及用于监测热交换器的管片的方法。

背景技术

壳管热交换器可以包括数百或数千根管。壳管热交换器通常需要定期维护(诸如清洁和检查各个管)以确保可靠性和安全运行。此外，壳管反应器需要定期更换催化剂以获得最佳生产率。由于存在大量管，维护活动需要大量人力费用和长时间的处理停机时间才能完成；因此，快速且高效地执行这些活动具有强大的经济动机。此外，在壳管反应器中安装催化剂需要遵守精确的装载规格。未能正确执行壳管交换器内每个管子的维护活动可导致代价高昂的处理停机时间、装备损坏和缩短反应器内的催化剂使用寿命。本文描述的是一种用于在维护活动期间跟踪各个管的状态并记录状态数据以供审查和分析的自动方法。状态数据可以可选地以实时摘要格式报告并且/或用于预测完成时间。所描述方法最小化遗漏错误，并有助于减少在壳管热交换器(包括壳管反应器)中执行维护活动的费用。

发明内容

根据本发明的一个方面，例如，提供了一种用于监测包括多个管端部的管片的方法，该多个管端部以行(R)和列的固定模式布置。该方法包括以下步骤：

a)对所述多个管端部中的每一个管端部分配唯一标识符，

b)在采集时间(T)采集所述管片的至少一部分的数字图像(D)，

c)确定所述数字图像内的每一个管端部的属性，以及

d)在关系数据库中记录所述数字图像内每一个管端部的数据，所述数据包括：

i.所述采集时间(T)，

ii.所述管端部的所述唯一标识符，以及

iii.所述采集时间(T)处所述属性的状态。

根据本发明的另一个方面，在维护活动期间监测壳管设备的状态的方法包括：

a)对所述管端部的每一个管端部分配唯一标识符，

b)选择具有至少两个可能状态的属性，

c)在采集时间(Ti)采集管片的至少一部分的初始数字图像(Di)，

d)确定所述初始数字图像(Di)内的管端部中的每一个管端部的属性的初始状态，

e)在关系数据库中创建初始数字图像(Di)内的每一个管端部的初始数据记录，所述初始数据记录包括：

i.初始采集时间(Ti)，

ii.管端部的唯一标识符，以及

iii.初始采集时间(Ti)处属性的初始状态。

根据本发明的又一个方面，在维护活动期间监测壳管设备的状态的光学方法包括：

a)对所述管端部中的每一个管端部分配唯一标识符，

b)将至少一台数码相机定位为使得至少一部分管片位于至少一台数码相机的视场内，

c)将多个有色管帽定位在管端部上，所述多个管帽包括具有第一颜色的管帽和具有与第一颜色不同的第二颜色的管帽，

d)在采集时间(Ti)采集管片的至少一部分的初始数字图像(Di)，

e)确定所述初始数字图像(Di)内的每一个管端部的初始颜色，以及

f)在关系数据库中创建所述初始数字图像(Di)内的每一个管端部的初始数据记录，所述数据记录包括：

i.初始采集时间(Ti)，

ii.管端部的唯一标识符，以及

iii.初始采集时间(Ti)处管端部的初始颜色。

根据本发明的又一个方面，在颗粒催化剂装载活动期间监测壳管设备(例如，反应器)的状态的光学方法包括：

a)将多个插板放置在所述管片上，使得所有管端部被覆盖，每个插板包括用于安装有色指示盘的盘凹槽，

b)对上述多个插板中的每一个插板分配唯一标识符，

c)将至少一台数码相机定位成使得多个插板的至少一部分插板位于至少一台数码相机的视场内，

d)将多个有色指示盘安装在盘凹槽中，所述多个有色指示盘包括至少一个具有第一颜色的盘和至少一个具有与第一颜色不同的第二颜色的盘，

e)在初始采集时间(Ti)采集多个插板的至少一部分插板的初始数字图像(Di)，

f)确定所述初始数字图像(Di)内的有色指示盘中的每一个的初始颜色，以及

g)在关系数据库中创建初始数字图像(Di)中的每一个插板的初始数据记录，所述数据记录包括：

i.初始采集时间(Ti)，

ii.插板的唯一标识符，以及

iii.初始采集时间(Ti)处有色指示盘的初始颜色。

附图说明

图1描绘了用于监测壳管设备的系统。

图2A描绘了水平定向的壳管热交换器的示例性实施例。

图2B描绘了图2A的热交换器的管片中的一个。

图3A描绘了垂直定向的壳管热交换器的另一个示例性实施例。

图3B描绘了图3A的热交换器的管片中的一个。

图4描绘了在图3A的热交换器的每个管处进行(或没有进行)的差压测量的可视化。

图5描绘了应用于图3A的热交换器的管片的插板。

图6描绘了图像捕获和数据收集过程的示意图。

具体实施方式

(A)用于监测壳管设备的系统

图1描绘了用于监测壳管设备110的系统100。壳管设备110(其不一定构成系统100的一部分)包括空心壳112(示出了其一部分)，空心壳112包含安装在其端部的管片114。管片114具有穿过其定义的一系列孔116。管118安装至分别的孔116，并且位于空心壳112内。壳112被示出为切开以展现管118。管118的端部119通过孔116暴露。管118及其分别的孔/通道可以是圆形(如图所示)、正方形、矩形等。

系统100通常包括位于116孔上方的成像设备120。成像设备120被配置为查看或更一般地检测孔116。如下文将更详细地描述的，例如，成像设备120可包括一个相机。替代地，成像设备120可包括多个成像设备120a和120b，用于在不同角度和有利位置查看孔116。成像设备120可以是静止的。替代地，成像设备120可被安装至移动设备122，诸如X-Y-Z平移平台、X-Y平移平台或用于相对于孔116移动成像设备120的运载工具。

成像设备120被配置成用于将与管端部119的颜色、状态和/或位置(例如)相关的数据传输到计算机124。计算机124可包括图像处理器126、存储器128、时钟130、编程软件132和关系数据库134(以及其他特征)。处理器126被配置成用于分析与管端部119相关的数据，如下文所述。计算机124连接到用于显示经分析数据的显示器140，如下文所述。例如，显示器140、成像设备120与计算机124之间的互连可以是有线或无线的。

下文提供了与系统100和设备110相关的进一步详细信息和替代特征。

(B)壳管设备

壳管设备110在图1中示意性地示出。壳管设备110可以形成热交换器的一部分，诸如图2A和图3A所示。现在转向图2A和图3A中的壳管热交换器200和壳管热交换器300，热交换器200和热交换器300通常包括定义空心内部的壳112，以及位于空心内部内的管118。

根据背景技术，壳管热交换器是工业中使用的常见类型的热交换器。它因其两个主要部件而得名，即安装在圆柱壳112内部的一个或多个传热管118。壳管热交换器的目的是在两流体之间传递热量。每一流体可以是液体或气体。在工业实践中，这些流体中至少一者是液态水或蒸汽是常见的。

在壳管热交换器200、壳管热交换器300内，一流体在管118的内部流动(指定为“管侧流体”)，而另一流体在管118的外部周围但在壳112内流动(指定为“壳侧流体”)。热交换器被构造为使得两流体不直接彼此接触。通过使热量通过管118的壁，从管侧流向壳侧或从壳侧流向管侧而将热量从一流体传递到另一流体。为了有效地传递热，可以在单个交换器中使用数百甚至数千根管118(统称为“管束”)。

壳管热交换器200和壳管热交换器300还包括一个或多个管片、头以及可选的其他部件(诸如挡板、连接杆、垫片和膨胀接头)。更具体地，管片114a、管片114b、管片114c和/或管片114d(统称为或单独称为(一个或多个)管片114)安装在壳112的端部。管片114是具有平面相反表面并且具有孔116的板或锻造物，管118通过孔116插入。管片114的所需厚度主要是具体壳管交换器的操作压力的函数。管118的端部通过焊接或通过机械或液压膨胀固定到管片114，使得防止壳侧的流体与管侧的流体混合。

管118的几何形状确定所需的管片114的数量。如果使用直管，诸如在图1、图2A和图3A中，可能需要两个管片114。或者，如果管118弯曲成字母“U”的形状(称为U管)，可能只需要一个管片114。

管片114中的孔116通常以两种几何配置(即，三角形或正方形)中的一种布置。管片114利用固定的相邻管118之间的中心到中心距离，称为“管间距”。此类配置的统一性简化交换器的设计和构造。常见的管间距是管118的外径的1.25倍。三角形配置(见图3B)通常用于获得高热传递和紧凑性，而方形配置(见图2B)对于需要定期从壳中提取管束并清洁管的外表面的服务是优选的。

壳管热交换器需要头220来容纳管侧流体并提供通过交换器的期望的流动路径。通常，每个管片114都有相对应的头。具有大致圆柱形的头被称为“通道”222(见图2A)，而具有大致圆顶形状的头被称为“阀盖”224(见图2A和图3A)。在某些情况下，头还可包括一个或多个用于引导管侧流体流过具体管的分程隔板228(图2A)。在这些情况下，管片114a的表面可进一步包括凹槽230(图2B)，凹槽230用于稳定隔板228和任何相关联的密封垫圈。头220可以就地焊接或者用法兰附接到壳112。在需要对管片114和管118提供进出口以用于维护和检查的情况下，具有可移除盖230(图2A)的带法兰的阀盖或通道可以是优选的。

壳管热交换器200、壳管热交换器300在整个行业中广泛使用，仅举几例，在电力发电、工业制冷和石化加工等中发现使用。可以以水平定向(图2A)或垂直定向(图3A)安装壳管热交换器。按照惯例，在工业设施内，壳管热交换器根据其处理功能命名。例如，壳管热交换器的典型工业应用包括冷凝器、重沸器、预热器、锅炉、过热器、急冷换热器、传输线换热器(Transfer Line Exchanger，TLE)、蒸发器、废热锅炉、同流换热器、交叉交换器和过程加热器。通常，单个工业系统内使用多个热交换器；例如，工业制冷系统可包括蒸发器和冷凝器两者，并且石化蒸馏系统可包括重沸器和冷凝器两者。

有关壳管热交换器的进一步信息可参阅《佩里化学工程师手册》，第6版，2008年，特别地第11节：热传递装备和相关联图11-1和11-2。本手册以其整体并出于一切目的并入本文。

(C)壳管设备的替代应用

壳管设备110也可被并入其他工业装置/处理系统，诸如下文所述。

包括U型管束的高强度壳管热交换器可以用作核电厂的蒸汽发生器，诸如美国第4,200,061号专利所公开的，该美国专利通过引用整体并入本文。

壳管设备可被并入到降膜换热器(falling film exchanger)中，诸如用于净化(甲基)丙烯酸的降膜熔体结晶器。

壳管设备可以作为用于在诸如氰化氢或氮氧化物之类的温度敏感产品离开反应区时快速冷却温度敏感产品的紧密耦合的急冷换热器被并入反应系统，诸如美国专利第6,960,333号所公开的，该专利通过引用整体并入本文。同样，传输线换热器(TLE)用于在高温处理气体离开乙烯炉时快速冷却高温处理气体。

在化学制造行业中，壳管设备110也可以用作化学反应器。在这些所谓的“壳管反应器”(也称为“固定床反应器”)中，管侧流体通常包括被转化为一种或多种化学产品的化学反应物。一般来说，商业规模的壳管反应器是大型装备，由1000至50000根管组成并且具有直径在1至10米之间的范围内的管片。在此类规模，这些壳管反应器的头可以很容易地包围足够大的体积，让工人实际进入并执行工作，当壳管反应器垂直定向时(如图3A所示)，顶部管片114c的上平面表面可以成为封闭工作区的实际“地板”。

通常，一个或多个微粒催化剂被放置在壳管反应器的管内，以促进期望的化学产品的形成。通过使热传递流体通过壳管反应器的壳侧，可以严格控制管侧反应温度，以最大化产品产量并延长催化剂寿命。独特的管配置和壳侧挡板设计也可用于进一步优化温度控制。

在壳管反应器内执行的化学转化可能是放热(热释放)或吸热(热吸收)反应。在高度放热反应(诸如例如碳氢化合物氧化反应)的情况下，通常使用高沸点流体(诸如熔融无机盐、煤油或有机热传递流体(例如，DOWTHERM^TM))作为壳侧流体。管和管片的定制机械设计特征和特殊构造材料通常也用于确保在用于化学反应的较高工作温度和压力下安全操作。

丙烯酸的生产只是使用壳管设备作为反应器的商业碳氢化合物氧化过程的一个众所周知的示例。化学转化涉及两个连续的放热反应步骤，其中丙烯首先被氧化成中间丙烯醛，然后丙烯醛被进一步氧化成丙烯酸。已经开发了许多用于促进这种两阶段氧化过程的固体混合金属氧化物(MMO)颗粒型催化剂，并且文献中很好地记录了制备这些催化剂的方法。通过将一个或多个微粒型催化剂装载到反应器的管中来在反应器中组装固定催化剂床。当处理气体流过管时，气体与MMO催化剂颗粒直接接触，并且反应的热通过管壁传递到壳侧冷却剂。

目前，商业规模的丙烯到丙烯酸处理使用壳管型反应器的三种主要配置之一：串联反应器、单反应器壳(“SRS”)反应器和单壳开放阶段间(“SSOI”)反应器。作为群体，这些商用壳管反应器可在单个反应容器中包括约12000直至约22000根管，并且可具有高达100kT/年(每年220,000,000磅)的丙烯酸生产能力。某些大型商用反应器可在单个反应容器中包括25000直至约50000根管，生产能力高达250kT/年(每年550,000,000磅)。通过引用并入本文的美国专利第9,440,903号提供这三种反应器配置中的每一种及其相应的生产丙烯醛和丙烯酸的能力的描述。

生产环氧乙烷是使用壳管设备作为反应器的商业处理的另一个示例。壳管设备110可以以商用乙烯环氧化反应器的形式提供，例如包括多达12000根管。这些管通常装有环氧化催化剂(包括银)和促进剂组分(诸如铼、钨、钼和铬)，并且冷却剂通过反应器的壳侧循环。参考了美国专利第4,921,681号和美国专利申请第2009/0234144号和第2014/0135513号，该美国专利和美国专利申请均在此通过引用以其整体并入本文。

乙烯到1,2-二氯乙烷(也称为EDC)的氧氯化是使用壳管设备的化学处理的又一个示例。在这个处理中，壳管设备110中的管通常装有包括氯化铜(所谓的“迪肯”催化剂)的微粒催化剂，并且冷却剂通过反应器的壳侧循环。在一些实施例中，氧氯化反应系统可包括串联的两个或更多个壳管设备。参考了美国专利第6,180,841号、美国专利第3,892,816号和美国专利第5,905,177号，该美国专利均在此通过引用以其整体并入本文。

总之，许多其他商业重要的气相催化反应在壳管反应器中执行，包括：丙烯转化为丙烯醛和/或丙烯酸(如上所述)；丙烷转化为丙烯醛和/或丙烯酸；甘油转化为丙烯醛和/或丙烯酸；叔丁醇、异丁烯、异丁烷、异丁醛、异丁酸或甲基叔丁基醚转化为甲基丙烯醛和/或甲基丙烯酸；丙烯醛转化为丙烯酸；甲基丙烯醛转化为甲基丙烯酸；邻二甲苯或萘转化为邻苯二甲酸酐；丁二烯或正丁烷转化为马来酸酐；苯胺转化为蒽醌；乙烯转化为环氧乙烷(如上所述)；丙烯转化为环氧丙烷；异丁烯和/或甲基丙烯醛转化为甲基丙烯腈；以及乙烯氧氯化为1,2-二氯乙烷(如上所述)。

(D)壳管维护

由于壳管设备中有大量的管118，因此完成每个壳管设备的维护和检查工作需要大量时间。跟踪维护任务的状态和进度也很困难。遗漏错误和性能错误可能是实质性问题。

本文使用的术语“遗漏错误”是指未能对管118执行具体维护任务。例如，操作员可能会无意中跳过管，导致管可能未被清洁、检查或装载催化剂。遗漏错误的概率随着壳管设备中的管的数量以及维护活动的持续时间而增加。许多流程负责人普遍认为，只有通过以下步骤才能防止遗漏错误，诸如a)持续监测/监督执行活动的劳动力，或b)活动“完成”后进行100％的检查。本文描述的创造性方法在功能上对执行活动的劳动力进行持续监测/监督，最小化100％检查的需求。

相比之下，“性能错误”是指执行任务，但以不足的质量执行任务，或仅部分完成该任务。性能错误的示例包括使用校准不当的探头进行管壁厚度测量；仅从20英尺长的管的前15英尺处除锈；或用不正确类型的催化剂填充管。性能错误往往对壳管设备中的管数量相对不敏感。此外，性能错误通常会一次影响大量管。例如，用来自相同、不正确的催化剂桶球团的材料填充所有管。用本发明的方法解决遗漏错误既提高效率，又可获得用于防止性能错误的更多的监督资源。

可以对壳管设备的管执行许多维护活动。维护活动可包括一个或多个多步任务，并且这些任务通常对壳管设备中的每个管重复。可以使用本发明的方法有益地监测的维护活动的示例包括但不限于：

a)检查

i.清洁和/或机械损坏的视频检查

ii.厚度测量(例如，涡流检查)

iii.堵塞管的识别(例如，低流量管的红外检测)

iv.经由反射UV光检查的有机污染的识别

b)清洁

i.喷砂

ii.CO₂球团爆破

iii.水力清理

iv.液氮爆破

v.钻孔

vi.钢丝刷清理

vii.清管(Pigging)

viii.去除焦炭积累

c)维修

i.重新焊接管到管片焊缝

ii.管的机械封堵。

对于用作反应器的壳管设备，维护活动也可包括与催化剂变化相关联的活动。可以使用本发明的方法进行有益监测的催化剂变化活动的示例包括但不限于：

a)例如使用“空气吹灰枪”、鱼线轮(fish tape)或真空软管从管去除催化剂，

b)目视验证管是空的(即“光检查”)，

c)将热传递插片安装到管中，

d)安装催化剂保持器，例如催化剂弹簧或催化剂夹，

e)将陶瓷或金属惰性颗粒装载到管中，

f)将一层或多层催化剂装载到管中，

g)测量催化剂床停供，以及

h)测量催化剂装载压降(dP)。

(E)监测壳管设备的处理

根据一种用于监测壳管设备110的示例性方法，该壳管设备110包括以行(R)和列(C)的固定模式布置的多个管端部，该方法包括以下一般步骤：

a)为所述多个管端部中的每一个管端部分配唯一标识符，

b)在采集时间(T)采集管片的至少一部分的数字图像(D)，

c)确定所述数字图像(D)内管端部中的每一个管端部的属性的状态，其中属性具有至少两个可能的状态，

d)将所述数字图像(D)内每一个管端部的数据记录在关系数据库中，所述数据包括：采集时间(T)、管端部的唯一标识符以及采集时间(T)处属性的状态，以及

e)可选地使用存储在关系数据库中的所记录的数据来以表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项的形式产生报告。

现在参考使用图1所示的系统100的示例性方法的各个步骤，成像设备120收集(即，采集)管片114的顶面的管片图像。管片114可以或者可以不被主动照明。成像设备120(例如，数码相机)可以或者可以不首先与特定列的管端部119对齐。在收集图像时，成像设备120通过其孔径接收光并将光转换为数字测量结果集，该光代表管片114的状况。

格式化为阵列的采集的测量结果数据在本文被称为数字图像。然后，管片114的数字图像经由Wi-Fi、LAN/PoE(以太网供电)布线、光纤等被转发到计算机124的处理器126。

计算机124的软件132对数字图像内可见的每个管端部119创建唯一管标识符。首先，图像处理软件定位每个管端部119的几何中心。唯一标识符然后被分配给图像阵列中每个中心的(x,y)位置。优选地，将每个管的唯一标识符提供为笛卡尔坐标集的形式(行、列)，与管片的制造图中使用的行和列名称相对应。通过这种方式，软件132知道它在图像阵列中查看的是哪个(哪些)管，并且可以唯一地标识每个管。

图像处理软件可以通过执行以下步骤来定位管端部119的几何中心：

i.使用圆霍夫变换(CHT)函数和/或OpenCV或Matlab软件中的Canny边缘检测算法，标识图像阵列中所有感兴趣的几何区域(即，圆管端部)。注意，软件中有使用这些函数的具体命令。命令返回表示阵列中圆中心坐标(x，y)以及圆的半径的变量。

ii.将图像阵列坐标与管片的已知尺寸数据对齐，以便将标识的圆管端部映射到管片图。注意，通过利用图像中的基准来对管片图进行定向，这一步骤可更容易。

iii.将图中每个管的唯一管标识符(行，列)与图像阵列中每个圆心的(x，y)位置坐标相关。

由于管片114是固定部件，它通常不会相对于成像设备移动；因此，阵列中每个圆心的位置不会改变，并且此映射步骤只需执行一次。

一旦软件132已映射管端部119，软件132就会使用已知的图像处理算法(诸如canny边缘检测、圆霍夫变换、颜色检测等)在各种例程期间操纵图像阵列。每个例程之后，每个管端部119(或管端部组)的经处理数字数据被存储在关系数据库134中。

对于许多例程，处理器126可以只分析位于每个管端部119的中心附近的样本窗口中的数字数据，例如，该样本窗口可由仅包含9个像素的3x3区域表示。通过这种方式，可以屏蔽(即，忽略)图像的大面积，以加快图像处理。

现在转到各种例程，处理数字图像中的数据，以确定图像中每个管端部119的属性详细信息。一般来说，属性是图像内的特征，诸如形状、颜色、强度和/或纹理。每个属性通常可以通过存在或不存在一个或多个具体状态来描述。关于每个管的有时间戳的数据(包括其标识符和其属性详细信息)被存储在关系数据库134(SQL软件或类似的)中，以供后来分析。在一个实施例中，时间戳以朱利安日期格式提供。

附加图像信息(本文称为图像元数据)也可被存储在关系数据库中。图像元数据可以可选择地包括GPS坐标、相机编号、工作描述(例如，“2020年7月检查”)和/或壳管设备ID。

工作空间参数也可以存储在关系数据库中，如下所述。更具体地，并且如前所述，商业规模的壳管反应器可具有直径在1米到10米之间的管片。在此类规模下，这些壳管反应器的头可以很容易地包围足够大以让一个或多个工人实际进入的体积，从而创造出在工业上被称为的“密闭工作空间”。在维护活动期间，此类密闭工作空间内的环境可被控制以便防止对催化剂的损坏，最小化反应器内锈的形成，并保护工人免受潜在危害。因此，在执行维护活动时，测量一个或多个工作空间参数以便更好地控制密闭工作空间环境可以是有益的。

例如，气候控制的空气(加热或冷却)可被供应给密闭工作空间，以便保持优选内部温度和/或控制反应器内的相对湿度。在一个实施例中，一个或多个温度测量设备可被放置在气候控制系统的管道系统内和/或密闭工作空间内。在另一个实施例中，一个或多个启用Wi-Fi的传感器可被暂时放置在密闭工作空间内，以持续监测其中的相对湿度(％RH)。然后，有时间戳的温度测量结果和/或有时间戳的％RH测量结果可以通过有线或无线方式自动传输到计算机124，存储在关系数据库134中，并可选择地呈现在视觉显示器140上。

在另一个示例中，便携式气体分析仪可用于持续监测密闭工作空间大气，以(使用所谓的“有毒气体检测器”)检测有害气体的存在，(使用所谓的“氧气计”)验证保持足够的氧气浓度，和/或(使用所谓的“LEL监测器”)监测易燃性危害。传统上，此类大气监测活动由被称为“空洞观察”的个体执行，分析仪测量结果数据通常用手记录在纸质日志上。然而，在优选实施例中，来自此类气体分析仪的有时间戳的测量结果可以通过有线或无线方式自动传输到计算机124，记录在关系数据库134中，并可选择地呈现在视觉显示器140上。

根据安全规则，通常需要跟踪密闭工作空间内的工人人数，并在紧急疏散的事件中对他们负有责任。传统上，这项活动也由“空洞观察”执行，再次通常使用手写日志。然而，在优选实施例中，一个或多个LiDAR设备(诸如例如密度入口传感器(可从美国加利福尼亚州旧金山的密度公司获得))可被安装在入口点(诸如反应器头的人行走道)上方以自动跟踪进入/离开工作空间的人员。通过有线或无线方式持续将有时间戳的进入和离开数据传输到计算机124，有可能实时确定维护活动期间工作空间内的人员数量。将这些有时间戳的工作空间占用数据存储在关系数据库134中允许计算人力性能度量，例如，人力效率因素和任何停工的持续时间。

现在转到图6，例程中可以监测的一个属性是管端部119的强度。更具体地，评估每个管端部119内的图像的区域，以确定管端部119是“暗”还是“亮”。例如，该属性可用于评估管端部119中焦炭积累的程度。如果在管的入口处积累大量黑色焦炭，这将在管端部119的图像中显示为“暗”区域(见图6中最顶端的管端部119)。暗区域指示管118需要清洁或其他维护。替代地，最小的焦炭积累将导致仍然可见白色惰性球团的管，并且因此在管端部119的图像内显示为“亮”区域(见图6中下两个管端部119)。因此，强度属性有两种可能的状态，即暗或亮。

在图6所示的示例中，成像设备120在其光电检测器的视场(FOV)内收集从三个管端119反射的光能。光电检测器测量到达它的能量强度，从而将单个传感器测量结果表示为数字值。成像设备120将那些测量结果传输到图像处理器126。在处理器126内，本文称为数字图像133的相关数字测量结果值的集合一起存储为阵列。用于描述图6的术语“数字图像”不同于该术语的传统用法，即来自数码相机的照片或计算机监视器上的图像，本文称为“视觉图像”。人眼看不到的数字图像133只存在于电子数据系统中。必须使用数据可视化软件将数字图像133数据转换为适合在显示器上呈现为视觉图像[意为图片]的格式。除了视觉图像外，数据可视化软件还可用于以一种或多种摘要格式(诸如表格、图表、电子表格或颜色编码摘要图形)呈现数字图像数据。

对数据执行数学操作(通常称为“图像处理”)以提供衍生数字图像，评估图像内容(例如，在FOV内检测到物体)，并比较多个数字图像，以便识别物体属性的变化。注意，可以在成像设备120的电路系统内执行一些图像处理，以加快处理并减少传输到处理器126的数据量(从而减少所需的带宽)。

处理器126确定物体属性的状态(“A1”)。图6中感兴趣的属性是“暗”。状态1(S1)＝暗，其中强度测量结果为从0到4，并且状态2(S2)＝亮，其中强度测量结果为从5到9。因此，状态代表测量结果的范围，或者更具体地，具有公差的中心值。有关图像处理的进一步详细信息在示例部分中提供。

然后将状态数据传输到关系数据库134以供存储和分析。关系数据库134将属性状态(A1)映射到状况值(C1)。例如，状态1(S1)映射到状况“积垢”，而状态2(S2)映射到状况“清洁”。关系数据库134软件计算活动的性能度量(例如，完成百分比、规格外数、预测完成时间、时间戳、管标识“ID”)。

性能度量(可选地)传输到视觉显示器140(诸如数字计算机监视器或打印机)进行实时报告。数据可视化软件也可用于渲染数字图像内测量结果的可视化表示。

另一个可以在不同的例程中监测的属性是管端部119的“纹理”。“光滑纹理”状态表示管端部没有球团，而“粗糙纹理”表示管端存在球团。例如，此属性数据可用于验证所有管都已按预期在顶部正确装载有惰性陶瓷球。

上述处理和步骤可在设备110运行时发生。在一个此类实施例中，数码相机可被放置在壳管设备的外部，以便通过适当设计的视镜采集管片表面的一个或多个数字图像。

在又另一个例程中，系统100可用于监测和跟踪对设备110执行的维护活动。更具体地，在维护设备110的处理期间，操作员可以在经检查的管端119上放置有色帽(黄色、绿色、红色等)。帽在本文中也可以被称为标记。每种颜色都用于指示管118的不同状况，例如“含有催化剂”、“空”或“清洁”。例如，如果操作员发现管118是清洁的，那么操作员将在那个清洁管118的管端部119上应用红色帽。

一旦帽被应用在管端部119上，成像设备120被用于收集或采集被加帽的管端部119的图像。然后图像处理软件132被配置成用于确定哪个可能的颜色状态选项适用于与每个管端部119相对应的几何感兴趣区域。

为了解决任何遮挡的管端部119(诸如当操作员的工具桶位于管片114上并覆盖管组时)的可能性，本方法可以可选择地使用一个或多个“通用”错误状态——例如，状态“U”可以可选择性地保留以表示“未知”状况，并且可被分配给数字图像内无法检测到的任何圆管端部119。当遮挡后来被移除，并可再次检测到圆管端部时，可以评估并记录当前状态。在替代实施例中，遮挡的管端部可以通过实现“保存最后”策略来解决——即每次处理数字图像时记录最后的已知状态值，直到遮挡被移除的时候。此类方法可进一步包括该管组的关系数据库134中指示其状态是“假设的”的相对应注释。可选地，当发生检测错误时，诸如上述工具桶遮挡管，可以发起视觉或声音警报，指示操作员采取校正措施——例如，指示操作员移除(一个或多个)遮挡物体的警报消息。

使用有色帽的一个关键好处是，有可能使用关系数据库134内的时间戳和属性数据的组合来比较连续图像中的状态，并确定状态变化发生的时间。属性状态的变化在本文中称为属性“行为”。例如，管端部119的颜色行为(颜色状态的变化)可以在具体时间段内进行评估，以便确定管118的检查何时完成，并确定该检查的结果(管状况)。因此，识别的颜色行为可以是在具体时间(例如，上午9点)从“无帽”变为“绿色帽”，标志管118被确定通过机械检查的时间点(即，来自图像时间戳的具体时间)。

使用关系数据库134软件评估具体时间段期间所有管的颜色行为，有可能(i)生成行为度量，诸如“每小时检查的管数量”或“通过检查的管百分比”，以及(ii)预测未来的行为，诸如完成检查活动的剩余时间。

此外，通过以这种方式评估所有管，可以确定活动结束时管片114的总体状况(例如，98％的管通过了检查)，并可以创建该结果的数据库记录，以供将来参考。

有色帽可用于其他用途。在另一个实施例中，颜色行为的跟踪可用于监测完成dP(压降)测量任务的进度，诸如示例2所述。

现在转到图4，系统100可以用作能够经由显示器140在具体时间传送每个管118的状态的实时显示界面。在显示器140上可视化的是对热交换器300的管片114c的每个管118执行的差压测量(例如)。显示界面可包括使用符号或颜色的管片114的表示。显示界面可以可选地包括关键性能度量，诸如压力测量结果、经检查的管的百分比等，这些度量是使用来自关系数据库134的数据记录计算的。显示界面还可包括从关系数据库134存取相关信息，诸如设备名称或对正在执行的任务的描述。

附加地，向反应器内的操作员提供一个或多个便携式显示设备可以是有益的，使得他们可以在作业执行期间监测反应器内管的状态。例如，从下管片下方的位置执行鱼线轮引线的工人可受益于实时监测上管片内管端部的行为的能力。如果使用，优选地将此类显示设备配置成无线(Wifi)显示设备。显示设备优选地利用触摸屏功能，以便于在现场使用。

附加地，有时间戳的反应器数据可以与管数据一起存储在关系数据库134中。示例包括反应器头内部的温度、湿度和O₂浓度。

现在转到图5，一旦操作员已经对一组管118执行特定任务(例如，催化剂填充)，操作员可以在该组管上放置插板502。插板502像拼图一样拼在一起，呈网格状图案。此类板在美国专利申请第2016/220974号(以下称为US974，)中描述，该美国专利申请通过引用整体并入本文。US974教示了使用有色插板，其中每个板的颜色指示位于该板下方的所有管的集体状况。

图5描绘了应用于热交换器300的管板114c的管118的不同分组的一系列插板502(示出了标记为P1-P22的二十二个插板)。可拆卸的有色标记504应用于每个插板502。在使用中，特定组的管118由操作员维护，并且由操作员手动将插板502应用于该组管118上，以表示特定任务完成(例如，将催化剂装载到插板502下面的管中)。该板502上的标记504的颜色(或缺乏颜色)表明了那些管的状况或状态。例如，缺乏标记可指示板下的管尚未装载催化剂材料，并且黑色标记可指示板502下的管充满催化剂材料。操作员选择适当的可移除标记504，用于定位在板502上。成像设备120持续监测标记504的颜色，如上述帽的颜色，以确定特定任务(例如，催化剂装载)的进度。作为跟踪标记504之间颜色差异的替代方案，标记504的形状也可变化。成像设备120可以跟踪每个板502的边界，并且因此知道哪些管118位于分别的板502下方。

(F)能量传输

到目前为止，已经描述了可见光能的检测，然而，上述一般概念适用于所有形式的能量传输(例如，光、热、压力、声音、X射线、无线电波、电子束)及其适当的专用检测器。

如果能量是从物体的表面反射的光(例如，从可见光光谱、红外光谱或紫外(UV)光谱中的一个或多个选择的光波长)，则可以使用光电检测器阵列(例如，基于硅的CMOS光电检测器，包括称为像素的各个传感器阵列)来测量所述一个或多个波长的光强度，并创建单色(灰度颜色)数字图像或“RGB”颜色数字图像。使用适当的数据可视化软件(例如，称为显示驱动的软件)，颜色数据可以可选择性地在显示设备上渲染为视觉图像。

反射光的光源可来自环境(例如，阳光)——称为无源照明，或者光可来自人工白光源(例如，灯)——称为有源照明。光源可发射可见光光谱、红外(IR)光谱或紫外(UV)光谱中的一个或多个内的光的波长。

如果能量是从物体发射的热能(例如，波长在7.5-14μm之间的IR辐射)，则可以使用热成像设备120(包括称为辐射热测定器的传感器)来创建包括温度值的数字图像。使用适当的数据可视化软件，温度数据可以可选择性地在显示设备140上渲染为热成像(视觉)图像。注意，红外能量是从物体发射/辐射的，因此本身没有照明源。

如果能量是(例如，从雷达系统)反射的无线电波，则产生的数字图像包括无线电信号返回时间值，该值表示物体上的点与无线电波检测器(接收器)之间的距离。当与创造性方法一起使用时，在EHF带(也称为毫米波雷达)中运行的雷达是优选的。基于雷达、声纳、Lidar等的图像采集系统在本文被称为非接触测距设备(NRD)，它通常用移动的能量束“描绘”物体的表面，以便收集大量紧密间隔的返回时间(距离)测量结果。使用(复杂)数据可视化软件，此距离数据可以可选地在显示设备140上渲染为视觉图像(例如，天气雷达显示器或lidar地形图)。就其性质而言，NRD需要具有然后可以反射回来的能量的有源“照明”。

(G)成像设备详细信息

成像设备120的进一步详细信息如下所述。成像设备120可以包括检测器，诸如光电检测器或热检测器。光电检测器进一步包括多个光传感器，称为图像元素或“像素”。同样，热检测器包括多个热传感器，称为微测热辐射计或简称为辐射热测定器。

最常见和优选的实施例包括光学成像。在光学成像实施例中，包括光电检测器和图像处理软件封装的成像设备用于用可见光成像。例如，成像设备120可以是数码相机、RGB颜色视频摄像机或黑白相机。光学器件(即，透镜)将光聚焦在位于相机的焦平面内(即所谓的焦平面阵列或FPA)的光电检测器上，以获得失真最小的图像(即，对焦图像)。光电检测器内的各个传感器(即，像素)将与光电检测器接触的光转换为数字信号。然后将数字信号传输到图像处理器，其中组合数字信号数据的数字图像表示为数学阵列。

当管片114的数字图像被采集时，它可包含数千个甚至数百万个数字值，具体取决于所使用的检测器阵列。例如，典型的“4K”颜色数码相机将包括具有3840个水平像素乘2160个垂直像素的CMOS光电检测器阵列，从而产生8294400个不同的颜色测量结果；这在本领域中通常被称为“8百万像素阵列”或简称为“8MP”检测器。

如数字成像的领域中已知，光学器件和检测器大小控制成像设备可以“看到”多少物理世界，即被称为视场(FOV)的术语。检测器通常被配置成单个检测元件的固定阵列(网格)，其中更多的检测元件支持更宽的视场和/或更高的分辨率。大多数商用光电检测器实现为建立在硅晶片上的平坦阵列，这意味着可用硅晶片的最大物理大小限制可能的检测元件的总数；一旦达到最大阵列大小，只有(一个或多个)透镜的选择才能影响成像设备分辨率和视场(FOV)的宽度。

按照惯例，相机透镜通常由其水平FOV角度和其垂直FOV角度来描述，而光电检测器通常由检测器阵列的水平维度和垂直维度的像素数来描述。由于给定的光电检测器中存在固定数量的图像元素(像素)，FOV和图像分辨率是成反比的，即更宽的FOV(检测器看到更多图像区域)导致更低的分辨率，而更窄的FOV(每单位图像区域更多像素)导致更高的分辨率。选择适当的检测器大小(即，像素总数)和适当的透镜FOV是数字成像领域的普通技术人员的能力范围内。

例如，如果有必要在图像中标识(即，解析)6mm球形催化剂球团，本领域技术人员可选择用1像素表示每个2mmx2mm区域，使得单个6mm球体的图像可以由单个3x 3像素阵列(共9个像素)完全表示。这被称为500每米像素(PPM)分辨率。如果用于图像采集的检测器阵列测量2560个水平像素x 1440个垂直像素，那么500PPM分辨率下的最大FOV为5120mm x2880mm(16.8英尺x 9.6英尺)。然后，将选择具有适当FOV角度的免费光学器件，以提供在焦平面阵列上的该区域的清晰图像。

在一些实施例中，多个检测器可在物理上“对接”在一起，以创建具有更多数量检测元件的多元件成像设备，以支持扩展的视场。此类方法在天文学领域是众所周知的，例如，用于创建广域数字望远镜。不幸的是，此类机械连接的检测器目前非常昂贵且难以组装。因此，优选采集管片表面上多个不同区的视图，然后利用图像处理软件将这些视图集合组合成更大的合并的“马赛克”数字图像，如本领域中已知的。使用图像处理软件，理论上对给定的马赛克数字图像阵列的大小没有限制。多个图像的采集可以例如使用多个相机执行，每个相机都有独立的FOV，或者使用单个改变位置的相机(例如，旋转及变焦(Pan-Tilt-Zoom)“PTZ”相机)执行。

现在转到本发明，可以使用单个成像设备，诸如上述8百万像素(8MP)视频摄像机。成像设备120可以位于(例如，通过壳管设备的头上的顶部喷嘴插入)管片的中心的正上方。

对于大型管片与相对较短的头相结合，在单个相机的视场(FOV)内捕获完整的管片表面可能变得困难。因为大多数光电检测器阵列通常使用3:4或16:9的宽高比，从而导致水平FOV与垂直FOV不同，进一步限制可被成像的区域，这变得更加困难。

因此，多个成像设备120a和120b也可以与本发明一起使用。成像设备可被安装例如抵靠在可调节支撑柱上的容器的内壁。此外，它们可被放置在上管片的两侧、朝内，并位于管片的平面上方约六英尺处。

替代地，多个成像设备可以安装在容器的中心、朝外。例如，四个朝外的成像设备可以间隔90度悬挂在上管片的中心上方，并且相对于管片的平面以大约15度至75度的朝下角放置。例如，此类配置可在具有环形管片布局的壳管反应器中使用，其中管片的中心处的圆形区域不包括管。作为参考，美国专利第9440903号的图1c中描绘了具有环形布局的管片的示例。

通过使用同一管片区域的多个视图，也可以提高管标识步骤和对每个管的状态的评估的准确性。例如，可以使用两个或更多个相机，每个相机从不同的视角收集同一管片区域的图像数据。然后，图像处理软件可用于“合并”来自这些多个视图的图像数据，从而用来自备用、无遮挡视图的数据替换遮挡视图中的数据。通过这种方式，遮挡(诸如站在相机前的人)可被解决并且完整的数字图像可被获得。最终，只要至少一个相机可以检测到每个管，就可以始终跟踪每个管的状态。

在优选实施例中，至少一个RGB-D相机被用于收集图像数据。RGB-D相机是混合成像设备，包括RGB光电检测器和(LiDAR)激光检测器两者，其中这两个检测器在内部同步以同时收集图像数据。处理经同步图像数据产生所谓的“颜色3D”图像，其中包括RGB颜色数据和深度数据两者。包括2MP RGB光电检测器和以860nm运行的激光检测器两者的Realsense^TM L515LiDAR相机(可从美国加利福尼亚州圣克拉拉的英特尔公司获得)是市售的适合与本监测方法一起使用的RGB-D相机的一个示例，。当图像的一部分被遮挡时(例如，当上述人走进相机的视场时)，它可能被单个光电检测器评估为一个或多个管的状态的变化，诸如例如管端部的颜色变化。然而，当使用RGB-D相机收集图像数据时，可以同时评估管端部颜色和深度数据。图像深度数据的变化将指示相机与管片之间存在一个或多个遮挡物体。一旦检测到，可采取步骤来补偿遮挡的存在，诸如使用(由例如附加RGB-D相机提供的)替代视图，在关系数据库中记录错误代码，暂停图像处理，或发出“遮挡物体”警报声音。

当使用多台相机时，可选的管片基准可以为相机对齐提供共同的参考点。例如，这些可以是临时磁标记或永久标记。

静止图像数码相机可用于采集光学图像，但视频摄像机通常更容易配置成用于与联网计算机一起使用。市售视频摄像机通常被构造成具有经由wifi、LAN/PoE(以太网供电)布线、光纤等将图像数据传输到图像处理器(例如，笔记本电脑)的内置功能。在一些实施例中，至少一部分图像处理可以在相机的电路系统内执行，以加快处理/减少要传输的数据量(从而降低带宽要求)。

大多数视频摄像机提供每秒30个或更多图像的连续流。对于本创造性方法，如此高的图像采集速率通常远远超过需要。一般来说，为了监测大多数维护活动，以较慢的速率采集各个图像就足够，诸如每30秒一个图像，或每五分钟一个图像，甚至每小时一个图像。或者替代地，可以采集连续的数字图像流(例如，每秒30帧)，但是，图像处理软件可被配置成使得实际上只处理该数字图像流的一部分(例如，在一个实施例中，可以每十五分钟仅使用一个图像(帧)执行图像处理)。

(H)软件详细信息

执行本文描述的图像处理步骤的软件代码可以使用各种计算机编程语言(例如，使用C++、Python或MATLAB编程语言)编写。所采用的图像处理步骤可包括数字图像处理的领域中广为人知的一种或多种技术，诸如滤波、颜色与灰度之间的像素转换、(Canny算法)边缘检测、圆霍夫变换、将图像数据从一个颜色模型转换为另一个颜色模型(例如，RGB到L*a*b*)、图像掩模的创建以及颜色检测。已经创建了用于高效执行这些图像处理步骤的标准化函数库，并且目前可用于并入编程代码，从而大大简化软件例程的准备工作。OpenCV(开源计算机视觉库：http://opencv.org)是一个此类图像处理函数库，其目前可用于下载作为开源软件。虽然最初是在C++编程语言下编写的，但所谓的“封装器”现在可用于允许OpenCV中的函数与其他编程语言(诸如Python、JAVA和MATLAB)一起使用。专有应用(诸如图像处理工具箱^TM和计算机视觉工具箱^TM(从美国马萨诸塞州纳蒂克的MathWorks公司市售))可用于实现本文描述的图像处理。适于与Python语言一起使用的OpenCV(也称为OpenCV-Python)也可用于图像处理。称为“数值Python(Numerical Python)扩展”或“NumPy”的Python的增强也可用于提高具有数组数据的数学操作的性能。

图像处理软件(诸如Matlab和OpenCV)可以使用许多不同的颜色模型执行操作。如本领域已知的，“颜色模型”是使用有序参数列表(本文称为“通道”)对颜色的抽象数学表示。图像可以以与已知的颜色模型(包括RGB、HSV和L*a*b*)相对应的许多不同的格式表示。RGB颜色模型中表示的颜色使用0到255的值指定三个通道中每个通道的强度：R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)。RGB是诸如视频摄像机和电视之类的设备的原生格式。HSV颜色模型中表示的颜色指定以下三个通道：色相，代表主导波长；饱和度，代表色调；以及值：代表强度。L*a*b*颜色模型中表示的颜色指定以下三个通道：L*，表示感知亮度或光度；a*，表示红色与绿色之间的范围内的轴上的颜色；以及b*表示黄色与蓝色之间的范围内的轴上的颜色。

与全彩图像不同，灰度图像只包含代表灰度的单个通道。这个色彩空间中的像素强度由0到255的范围内的值表示，其中黑色是最弱的强度(值为0)而白色是最强的强度(值为255)。因此，灰度中单个像素可以表示的状态的最大数量是256。利用仅单个通道，灰度的图像处理与全彩相比可以更快并且需要更少的计算资源。

图像处理软件进一步包括颜色转换算法，诸如在一个颜色模型下采集的图像(例如，来自视频摄像机的RGB图像)可被转换为不同的颜色模型。通常执行此类转换以简化处理计算或突出显示感兴趣区域(ROI)中的某些特征。此外，转换算法允许将颜色数字图像转换为灰度；在搜索通常沿物体边缘出现的高对比度区域时，这通常是有利的，并且这是物体检测算法的关键方面。

(I)示例

示例1：撇清管

这个示例的垂直壳管反应器是两阶段串联反应器系统的第二反应阶段，并且用于将丙烯烃转化为丙烯酸。该反应器包括直径约7米(23英尺)的管片和多于24000个内径27.2毫米的含催化剂管。这些第二反应阶段管中的每个的入口部分包含35厘米深的顶部惰性层包括5毫米的球形陶瓷球团的。这种材料在最初装载到管中时呈亮白色，因此具有高的光度。随着时间的推移，碳质沉积物(又名“焦炭”)在该惰性介质层中积累，从而导致它变成棕色或黑色，并降低其光度。通常，沉积物的积累是不均匀的，其中一些反应器管比其他反应器管积垢显著更严重。随着积垢程度的增加，通过管的流量受到限制，从而增加通过反应器的压降并降低反应器性能。

为了解决这个问题，反应器被关闭以用干净的惰性介质更换至少一部分管中的积垢的惰性介质，这是一种被称为“撇清(skimming)”的维护活动。此维护活动涉及两项多步骤任务：

1)使用一种或多种方法(诸如吸尘、切屑、研磨和钻孔)从所有严重积垢的管中去除惰性球团；以及

2)将新的、干净的惰性球团装载到任何没有完整顶部惰性层的管中。

在维护活动开始之前，执行为所有圆管端部分配唯一标识符的初始步骤。

在一些实施例中，这个初始步骤可以通过采集可见光参考图像并使用“图像查看器”软件(从Mathworks公司，Natick，纳蒂克，MA 01760–美国市售)在笔记本电脑上渲染来手动执行。图像查看器的关键特征是它显示用户选择的各个像素位置值及其相关联的颜色/强度值的能力。这允许手动标识落在每个管端部内的特定像素，从而提供一种将像素组与适当的唯一管标识符相关的方法。当壳管设备包括相对较少的管时，这种方法最有益。

然而，在这个示例的实施例中，此步骤是使用计算机124的软件132执行的。采集可见光参考图像，并以灰度格式读取到图像处理软件中。然后在图像阵列中标识所有感兴趣的几何区域(即，圆管端部)的边缘。例如，这可以通过使用“Canny边缘检测”算法或“圆霍夫变换(CHT)”算法来执行，这两种算法在领域中都是熟知的并且可以在OpenCV或Matlab软件中获得。在优选实施例中，采用圆霍夫变换(CHT)算法来定位图像中出现的圆管端部的圆周边缘。例如，在OpenCV中，“霍夫圆”函数利用CHT算法来检测图像中的所有圆，并提供定义圆的圆周的像素位置以及每个圆中心的像素位置两者。通过这种方式，可以获得图像中出现的所有圆心位置的完整列表。然后，图像阵列中每个圆中心的像素位置坐标(x，y)与实际的管片尺寸数据对齐，以便将唯一管标识符映射到每个圆中心。

应该注意的是，典型的壳管设备的只有大约1/3的管片面积实际上包括孔(管端部)，而其余约2/3的管片面积仅包括管端部之间的平面表面。因此，只有大约1/3的成像设备数据表示来自管片上所谓的感兴趣区域(ROI)内的测量结果。通过了解图像中所有管端部的位置，后续处理可仅限于这些圆ROI，从而显著减少评估每个数字图像的时间。在图像处理领域中的那些普通技术人员将认识到，图像“掩模”可以使用图像处理软件创建，然后有益地应用于实现此类优化的图像处理。

在本示例中，选择管端部的光度作为在此撇清活动期间要评估的属性。这个所选择的属性被定义为有三个状态(如下表1所示)。

在时间Ti采集管片的初始数字图像，以记录管片在维护活动开始时的状况。虽然包括单色或灰度光电检测器的相机可足以完成这项任务，但在本示例中，使用包括RGB(可见光谱)光电检测器的数码相机从管片中收集颜色测量结果数据。

然后，产生的管片的初始数字图像(Di)从相机传输到图像处理器。使用OpenCV图像处理软件，初始数字图像中的RGB像素数据被转换为灰度，从而移除与色相相关的通道；这有效地将颜色测量结果减少到介于0至255之间的光度值阵列，其中0是光度的最低值，代表纯黑色；255是光度的最高值，代表纯白色；并且1和254之间的中间值代表各种灰度。然后，通过评估每个圆管端部内灰度像素的平均值并根据适当的平均光度值的范围分配三个状态值中的一者来确定每个管的属性状态：

然后将每个管端部的属性状态数据传输到关系数据库，其中创建每个管的多字段数据库记录。数据库记录包括：表示采集初始数字图像(Di)的时间(Ti)的时间戳；唯一管标识符；以及分配的属性状态值。关系数据库内的查找表用于将属性状态映射到具体的管状况，并且这些状况被包含在每个数据库记录中。

然后，关系数据库用于对管片状态执行初步分析和报告-例如，确定活动开始时存在的积垢管对清洁管的总数。此外，步骤持续时间数据可用于预测撇清活动的完成时间。在这个示例中，大约6000个管被确定为积垢，并且因此需要惰性更换；基于每根管5分钟的历史平均清洁时间(5分钟的步骤持续时间)和由10名工人组成的可用团队(同时执行10个清洁步骤)，预计这项工作的持续时间约为50小时。

一旦维护活动开始，通过每10分钟采集一次管片的附加数字图像来监测管片的状态。在每个10分钟的间隔器件，大约执行20个清洁步骤。与初始数字图像一样，图像处理器将后来图像转换为灰度，并评估每个管端部的属性状态。然后，使用关系数据库来记录并定期报告管片内管的状况。通过这种方式，管片监测继续进行，直到维护活动完成。

虽然这个具体示例说明了本方法对壳管化学反应器的应用，但本领域普通技术人员可以很容易地设想将类似的方法应用于其他壳管设备，诸如例如在移除矿物水垢或聚合物固体时评估多通道水平热交换器的管端部的光度。

示例2：测量压降

在两阶段SSOI型壳管反应器中，新的催化剂装料被装载到下反应阶段的管中。这一阶段的反应器包括直径6430mm(20.9英尺)的圆形管片，以及22000根无缝碳钢管，每根总长度为3750mm(12.3英尺)。管的内径为25.4mm(1英寸)并且以60度的三角形图案排列，其间距为38mm(1.5英寸)。这些管中的每根管被装载有双层催化剂装料，包括：约1m(39英寸)的7mmx9mm圆柱形催化剂球团，以及约2.5m(98英寸)的5mmx7mm圆柱形催化剂球团。

在下反应阶段内装载所有管后，有必要通过测量通过每个管的差压(dP)来评估每个管内催化剂的装载密度。这种dP测量活动的持续时间通常为24小时或更长时间。

在此示例的情况下，使用多个空气操作的背压测量设备执行差压(dP)测量活动。这种类型的单管和多管dP测量设备在催化剂装载领域中是已知的，并且例如在美国专利第6694802号以及WO 02074428(A2)和DE 3935636 A1描述了各种实施例，该文献均以引用的方式并入本文中。本示例中使用的具体设备是单管dP棒，配置有0.0625英寸流量孔口并提供60psig干空气供应，以确保实现声波气流以供进行准确测量。在此dP测量活动期间，圆管端部被临时颜色编码，以便清楚地表明哪些管不符合所需的压降规格并且因此需要采取校正措施。

在此差压(dP)测量活动期间要评估的所选属性是管端部的颜色；该属性被定义为具有四个颜色状态(如下表2所示)。催化剂装载的领域中的普通技术人员将认识到，有许多不同的方法临时将颜色赋予管片内的圆管端部。

例如，在一个实施例中，多个标准#5大小的锥形实验室塞子可被插入直径25.4mm的管端部；这些塞子是一种商品材料并且可以很容易地从实验室供应公司购买许多不同颜色，包括红色、绿色、黑色、白色和蓝色。

在另一个实施例中，有色胶带(诸如例如品牌有色管道胶带(从美国俄亥俄州44011的Shurtape技术有限公司以各种颜色的卷的形式市售))的手工切割的25mmx25mm(1英寸x1英寸)方块可以临时放置在管端部上。

在另一个实施例中，在美国专利第8,063,778号中公开的多个管标记设备可被安装在管端部中。

在次示例中，多个CAPLUGS^TM T系列锥形插头(从美国纽约州布法罗的防护工业公司以多种颜色市售)用于标记圆管端部。优选使用颜色统一的市售的塑料帽，诸如使用这些以便限制帽色相/强度的变化性。这简化了区分具体颜色状态的任务。如美国专利第2580762A号所教示，该专利通过引用并入本文，这些设备的几何形状允许它们充当帽或插头。在工业中，通常将它们简称为“帽”，我们将在本文遵循这个惯例。在这个具体示例中，选择了四种不同颜色的模型T-12X帽[材料代码：PE-LD01]，其制造商的颜色名称为：红002、绿002、蓝003和黄002，以提供必要的四种颜色状态(见表2)。已经确定，这些帽颜色容易被成像设备120和图像软件132区分。

在dP测量开始之前，执行为所有圆管端部分配唯一标识符的初始步骤。此外，黄色T12-X CAPLUGS^TM(“帽”)被安装在反应器中每个未测量的催化剂的管端部119中。

本文称为相机1(例如，成像设备120a)和相机2(例如，成像设备120b)的一对Aida型号#UHD-100A RGB数码相机(从加利福尼亚州西科维纳的AIDA成像公司91797-美国(www.Aidaimaging.com)市售)被放置在反应器头的内壁附近、在管片的相对侧。每台相机包括测量4096个水平像素x2160个垂直像素的8MP颜色光电检测器，从而提供500每米像素(PPM)的成像设备分辨率；因此，检测器阵列中的每个像素代表管片表面的2mm x 2mm区域。相机1沿着反应器头的南壁定位，使得其视场包括代表管片的北半球的管片表面的一半；并且相机2沿着北壁定位，使得其视场包括代表管片的南半球的管片表面的另一半。最初在壳管反应器制造期间安装的管片的表面上的现有基准可以方便地用作两个相机正确定位的参考点。

同时(Ti)从每台相机采集管片的初始数字图像，以记录管片在维护活动开始时的状况。然后，由此产生的一对初始数字图像从相机传输到图像处理器，其中来自相机1的图像和来自相机2的图像被合并(例如，使用Python数据分析库的软件工具，熊猫)以创建完整管片表面的组合初始数字图像，包括超过1600万像素的颜色数据。使用OpenCV图像处理软件，将组合的初始数字图像中的RGB格式像素数据转换为HSV颜色格式以进行评估。接下来，通过计算在每个圆管端内同心定位的7x 7(49像素)样本窗口的平均颜色值，为每个管端部确定HSV格式颜色值。然后，根据平均HSV颜色值的适当范围，将四种颜色状态中的一个分配给每个管端部：

在此示例中，SQL服务器2019(来自美国华盛顿州雷德蒙德的微软公司)是优选的关系数据库软件。如在此示例的情况下，当OpenCV-python用于图像处理时，可以使用微软“pymssql”驱动程序来促进图像处理软件与关系数据库之间每个管端部的颜色属性状态数据的传输。与前面的示例一样，创建每个管的多字段数据库记录，该记录包括：表示采集初始数字图像的时间(Ti)的时间戳；唯一管标识符；以及所分配的颜色状态值。关系数据库中的查找表也用于将属性状态映射到具体的管状况，并且这些状况也被包括在每个数据库记录中。

然后，关系数据库用于对管片状态执行初步分析和报告，例如，确定活动开始时存在的未测量管的总数，在此情况下为22000个。这一初始结果很有价值，因为它提供了积极的验证，证明所有22000根管都在采集的图像中捕获，并且实际上在每根管端部都安装黄色帽。

然后执行dP测量活动的步骤。紧接在管的dP测量之前，移除黄色帽。dP棒的端部被放入管端部中，并且固定的空气流被吹入管。催化剂在管内创建的背压在dP棒的显示屏上示出，以与可接受的dP值(+/-可允许的公差范围)进行比较。可选地，精确的数值dP值也可以按电子方式记录。立即在管上放置新帽，其中新帽的颜色指示dP测量结果。绿色指示可接受的dP(在6.26psig至7.34psig的可允许的公差范围内)，红色指示不可接受地高的dP(大于7.34psig)，并且蓝色指示不可接受地低的dP(小于6.26psig)。在附加管118上重复这些步骤，直到已测量管片114上的所有管，并已标记相关联的管端部119。

一旦在进行中，通过同时以15分钟的间隔从相机1和相机2采集管片的进一步数字图像来监测管片在该维护活动期间的状态。这些数字图像也被传输到图像处理器，其中评估每个管端部119的颜色属性，并且分配分别的颜色状态值。由于每个状态的色相值(表2中的“H”)范围不重叠，因此不需要“S”和“V”通道，并且“H”通道可以专门用作分配颜色状态值的标准。与初始数字图像一样，每个管的有时间戳的数据库记录不断添加到SQL服务器关系数据库中，从而允许持续计算性能度量，诸如未测量管的总数、规格外管的百分比以及活动的预测完成时间。

包括Delphi图形用户界面(UI)封装(从美国德克萨斯州休斯顿的Idera公司市售)的视觉显示软件用于查询SQL数据库，并在触摸屏计算机监视器上生成管片的不断更新的交互式表示(见图4)。在替代的实施例中，视觉显示器可以使用与指定的颜色状态相匹配的颜色，而不是图4所示的(黑白)图案。

通过这种方式，执行连续的管片监测，直到管片上的所有管都已被测量和标记。在完成这种dP测量活动时，确定98.9％的管落入可允许的dP范围内，这表明已经实现了均匀的催化剂密度。然后，在单独的活动中采取校正措施，以解决那些超出dP规范的可允许公差范围(红/蓝帽)的管。

这个示例说明，通过监测这些管端部119的颜色行为，可以跟踪(i)实时完成测量的比率，(ii)要进行的剩余测量的数量(完成％)，以及(iii)需要校正的超出公差范围的管的数量。如果在活动进行期间必须手动并反复对反应器内的22000根管中的每根管计数，那么此类实时监测很难执行。

虽然这个具体示例描述了创造性方法对壳管化学反应器的应用，但还有许多其他实施例，其中管端部颜色可以用作用于跟踪其他壳管设备的维护活动的选择属性。例如，该方法可用于跟踪发电厂中大型水平定向的蒸汽冷凝器的视觉管检查的进度。此类冷凝器已知会经历诸如碳酸钙和硅酸镁之类的矿物质的管侧累积，这可极大地抑制热传递。微生物积垢也可能存在，这种积垢会延缓热传递，并可诱发严重的沉积下腐蚀。在此实施例中，定义了三种颜色状态(绿色、白色和红色)，并通过安装具有等同于定义状态的颜色的帽来临时着色管端部。以大致与前示例中描述的方式相同的方式进行数字图像的采集和图像处理，其中映射到这些状态的管状况是：绿色＝干净的管；白色＝仅水垢存在；以及红色＝生物膜存在。检查结果不仅可以用于制定清洁活动计划，还可以为工厂目前使用的矿物水垢和生物生长抑制剂系统的性能提供有价值的反馈。

示例3：装载催化剂

对于此示例的壳管反应器，有必要执行几种不同的催化剂变化活动，包括但不限于：已使用催化剂去除、管清洁、催化剂装料和停供检查。多管催化剂装料是本示例的具体催化剂变化活动。这项活动的目标是将直径5毫米球形颗粒催化剂的4600毫米(15英尺)长的层均匀地装料到反应器的每根管。

这个示例的壳管反应器有直径为5517毫米(18.1英尺)的上水平管片，并且包括多于22000根无缝碳钢管。管内径为22.3mm(0.878”)，并且垂直定向，其中每根管的上端部通过圆周焊接附接到上管片。管以60度的三角形图案排列在管片上，其中管片间距为34mm(1.34”)。该反应器的顶部头是可移除的，从而可以方便地接近上水平管片以供进行维护活动。顶部头的移除允许环境照明(无源照明)用于图像采集。

在本示例中，使用美国专利申请第2016/0220974(A1)号中描述的多个多管装载机(MTL)执行多管催化剂装料，该专利申请通过引用并入本文中。此示例中使用的最高容量MTL能够用颗粒催化剂同时为120根管装料。正如US974申请所教示的那样，在多管催化剂装料活动期间，如图5所示的多个所谓的管片“插板”502被用于将MTL在管片上定向。虽然对装载过程有益，但使用这些管片插板502通常遮挡圆管端部。因此，壳管反应器的状态是通过监测插板502本身的属性来确定的，而不是各个管端部119的属性。

在多管催化剂装载活动开始之前，多于200个插板(P1、P2、P3、……)被放置在壳管反应器管片上，使得所有圆管端部被覆盖，从而形成图5中示意性地表示的类型的网格状图案。注意，图5提供了示例3的管片的简化表示，仅包括224根管(118)和仅22个插板(502)。

如图5所示，可以使用多种形状和大小的插板，从而导致每个分别的板覆盖不同数量的管端部119。此外，正如US974申请中所教示的，插板可以有不同的颜色，其中每个分别的插板的所选择的颜色被用作装载活动的控制步骤。在替代示例中，所有插板都可能是单个颜色，并且控制步骤功能可以通过(例如，使用数字、文本或符号)标记插板的顶表面来执行。此类标记可以是插板的永久特征，或者它们可以(使用例如磁标签、胶带、干擦标记笔)临时贴在板的表面，以便最小化所需的插板总数。

在此示例中，每个插板502都由具有“P95”哑光表面的白色、不透明(聚甲基丙烯酸甲酯)丙烯酸片制成，以最小化眩光。每个插板在其顶表面包含单个圆凹槽504，适合接收直径38毫米(1.5英寸)的有色指示盘。在一些实施例中，用可选的高对比度标记(诸如例如，线宽为3mm(0.1英寸)或以上的黑色圆圈)永久标示每个凹槽的外周可以是有益的。凹槽可进一步包括直径小于38mm的可选同心通孔(例如，19mm或0.75英寸的孔，未示出)，以方便拆卸已安装的指示盘。如图5所示，圆凹槽504由每个板的左角的实心黑色圆圈表示。虽然具体位置不关键，但优选地将圆凹槽504放置在每个插板上的一致位置，使得可以简化图像处理。

有色指示盘也优选地由哑光、不透明的丙烯酸片制成，并且以适合执行控制步骤功能的多种颜色提供。因此，在本示例中，在此多管催化剂装料活动期间要评估的所选择的属性是安装在每个插板中的指示盘的颜色，并且该属性被定义为具有四种颜色状态(如下表3所示)。在此示例中，白色指示盘最初安装在所有插板上。

在此示例中，一台OAK-1数码相机(可从美国科罗拉多州威斯敏斯特的卢森尼斯控股公司(www.store.opencv.ai)获得)被选择进行图像采集。OAK-1相机包括1200万像素(12MP)索尼IMX378 CMOS颜色光电检测器，测量4056个水平像素x 3040个垂直像素，能够以500每米像素(PPM)的分辨率对反应器管片的整个上表面进行成像。因此，检测器阵列内的每个像素可代表管片表面的2mm x 2mm区域。OAK-1相机进一步包括具有81度水平FOV和68.8度垂直FOV的光学器件。使用简单的三角测量法，本领域普通技术人员可以确定此相机应定位在管片的几何中心上方约4030mm(13.2英尺)的垂直距离处，以便在可用的FOV内对整个管片进行成像。

在维护活动开始之前，采集管片上位置的插板的参考图像，并且每个有色指示盘的中心点位于图像阵列中。然后，使用每个有色指示盘中心点的坐标来表示图像阵列中每个分别的插板的位置，并为该中心点位置处的每个插板分配唯一标识符(在图中表示为P1、P2、P3……等)。还创建了图像掩模，以简化进一步的图像处理。

在时间Ti处采集插板的初始数字图像，以记录反应器在催化剂装料活动开始时的状况。由此产生的插板的初始数字图像(Di)随后以原生RGB格式从相机传输到图像处理器。

注意，环境照明状况(无源照明)不受控制的变化可对管片的数字图像的质量产生负面影响，从而使诸如边缘检测之类的图像处理任务更困难。在弱光状况下，使用补充照明(有源照明)可以是有益的。相反，在高强度照明状况下，诸如当管片的一部分暴露在充足的阳光下时，光电检测器内的一些像素可能会饱和，从而失去正确测量颜色数据的能力。在此类情况下，重新定位相机以获得管片的不同视角可解决问题。

在一些实施例中，光学滤镜可以与相机透镜结合使用，以提高采集步骤期间的图像质量。例如，有色玻璃摄影滤镜可用于突出颜色差异，或者偏光滤镜可用于减少本会掩盖图像细节的眩光。

在本示例中，颜色数字图像首先使用OpenCV函数cv2.BGR2LAB在图像处理器中从RGB格式转换为L*a*b*有色格式。在L*a*b*格式中，照明强度在L*通道(光度值)内捕获，而a*和b*(色度值)通道对照明强度相对不敏感。因此，通过仅使用a*和b*通道，有可能在广泛的管片照明下获得指示盘颜色的良好差异化。

一旦采用L*a*b*格式，通过计算同心放置在每个有色指示盘上的9x 9(81像素)样本窗口的平均颜色值来确定每个颜色指示盘的颜色值。

然后，根据下表3的范围，通过评估仅a*和b*颜色通道的平均值并分配四个颜色状态值中的一者来确定每个插板的颜色状态。那些在图像处理领域的普通技术人员将认识到，a*和b*的正式颜色模型值可以在从(-128)到(+128)的范围内，但OpenCV替代地使用从0到255的范围内的经调整值。转换公式显示在表3的底部，以供参考。

然后将每个插板的颜色数据传输到关系数据库，其中为每个插板创建多字段数据库记录。数据库记录：表示采集初始数字图像(Di)的时间(Ti)的时间戳；唯一插板标识符；以及分配的颜色状态值。关系数据库内的查找表用于将颜色状态映射到具体的管状况，并且这些管状况也被包括在每个数据库记录中。

由于插板可覆盖不同数量的管，关系数据库进一步包括插板大小数据的查找表。这些数据可用于将每个插板覆盖的管端部数量映射到该插板的唯一标识符。通过这种方式，可以提高每种颜色状态的管计数的准确性。表4提供了图5所示的管片的此类查找表的示例。

在采集并处理初始图像后，催化剂装料活动的后续步骤如下执行：

a)移除插板中的一个以暴露板下方的圆管端部

b)将多管装载机(MTL)放置在暴露的管端部上

c)用催化剂填充MTL

d)用催化剂给管装料

e)从暴露的管端部移除MTL

f)更改插板中的有色指示盘

g)更换板以覆盖经装料的管

而且，在一段时间后，但可能当MTL仍在执行步骤a)到g)时：

h)移除板中的一个以暴露板下方先前已装料的管的管端部119

i)通过添加或移除催化剂颗粒来验证/校正每根管中催化剂层的长度

j)更改板中的有色指示盘

k)更换板以覆盖经验证的管。

一旦在进行中，在每次更换插板(即，每次完成步骤g或步骤k)后，通过采集后来数字图像来监测这种催化剂装料活动期间管片的状态。如前所述，这些数字图像也被传输到图像处理器，其中评估每个指示盘的颜色，并分配分别的颜色状态值。与初始数字图像一样，每个插板的有时间戳的数据库记录不断添加到关系数据库中，从而允许持续计算性能度量，诸如经装料的管的总数和活动的预测完成时间。

示例4：安装催化剂保持器

在此示例中，被监测的活动是在包括25.4毫米(1英寸)管的垂直壳管反应器的下管端部安装催化剂保持器。如本领域中已知的，催化剂维持器用于支撑每个管内的催化剂负载，并且每个维持器必须安装在与下管片相同的固定垂直距离上。实现已安装的维持器的正确提升至关重要，因为它控制此后装载的所有催化剂层的长度。

通过引用并入本文的美国专利第9,440,903号的图1E提供了本示例中用作催化剂固定器的具体“催化剂夹”的说明，但是预计也可以使用其他催化剂维持器。本领域已知的，使用具体的工具来帮助正确安装这些催化剂夹。然而，由于典型的商用壳管反应器中存在数千根管，至少一部分催化剂夹安装在错误的高度或以不适当的倾斜(即，不是水平)安装的情况并不罕见。在一些情况下，给定的管中可能不会安装夹，或者夹可能会在装载处理哦期间脱落。

在此示例中，期望将所有催化剂夹放置在下管片上方12.7mm(0.50英寸)和19.1mm(0.75英寸)之间的高度。因此，此示例中要评估的所选择的属性是所测量的管内夹相对于下管片的底部平面表面的安装深度。此属性被定义为有四个数值状态(如下表5所示)。

在此示例中，所选择的成像设备是非接触式测距设备(NRD)，而不是数码相机。具体地，NRD是包括至少一个在800nm和1600nm之间的波长下工作的激光器的LiDAR设备。可以改换用途与创造性方法一起使用的市售的密度输入传感器(可从美国加利福尼亚州旧金山的密度公司获得)是此类LiDAR设备的一个示例。随着在自主交通工具中使用NRD系统的不断发展，许多在905纳米和1550纳米波长下运行的优秀低成本LiDAR设备现已市售。

在优选实施例中，可以使用至少一个Velarray M1600固态LiDAR设备(可从美国加利福尼亚州圣何塞的Velodyne Lidar获得)采集数字图像。进一步优选的是包括“velodynelidar”接口的MATLAB软件用于图像处理，并且可选地用于相关联点云的可视化。

如前述示例所述，首先为管端分配唯一标识符，然后采集包括下管片内管端部的数字图像。

在此示例中，成像设备测量结果是由图像处理软件转换为期望的相对深度测量结果的返回时间值。如对本领域普通技术人员显而易见的，还需要测量LiDAR设备与下管片的底部表面之间的距离，以便正确计算相对安装深度。

计算后，根据表5的范围评估相对安装深度测量，以确定属性状态值。然后使用关系数据库将适当的管状况与每个属性状态相关联：

在开始催化剂夹安装活动后，通过每5分钟采集并处理管片的附加数字图像来持续监测管片的状态，直到催化剂夹安装活动完成。在一些实施例中，视觉显示软件可用于在视频显示屏上将收集的LiDAR返回时间数据测量结果显示为所谓的“点云”图像，但这不是本创造性方法实践的要求。

与初始数字图像一样，每个下管端部的有时间的戳数据库记录不断添加到关系数据库中，从而允许计算性能度量，诸如安装的催化剂夹总数和活动的预测完成时间。此外，实时监测安装活动允许无论何时确定使用不当的安装技术都立即采取校正措施，从而避免许多小时的不期望返工。

虽然本发明相对于至少一个实施例进行了描述，但本发明可在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变型、使用或修改。进一步，本申请旨在涵盖本发明相关领域中已知或惯常实践内的对本公开内容的偏离，并且其落入所附权利要求书的限制内。

Claims (30)

1.一种用于监测管片的方法，所述管片包括以行(R)和列(C)的固定模式布置的多个管端部，所述方法包括以下步骤：

a)对所述多个管端部中的每一个管端部分配唯一标识符，

b)在采集时间(T)采集所述管片的至少一部分的数字图像(D)，

c)确定所述数字图像内的管端部中的每一个管端部的属性的状态，其中所述属性具有至少两个可能的状态，以及

d)在关系数据库中记录所述数字图像内的每一个管端部的数据记录，所述数据包括：

i.采集时间(T)，

ii.所述管端部的唯一标识符，以及

iii.采集时间(T)处所述属性的所述状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，分配给所述多个管端部中的每一个管端部的唯一标识符是(行、列)形式的笛卡尔坐标集。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中步骤b)至步骤d)被执行多次。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括用发射可见光谱、红外光谱或紫外UV光谱内的光的波长的至少一个光源照射所述管片。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括步骤：将至少一台数码相机定位为使得所述管片的至少一部分位于所述至少一台数码相机的视场内，并且其中使用所述至少一台数码相机来执行采集步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一台数码相机检测选自可见光谱、红外光谱或紫外(UV)光谱中的一者或多者的光的波长。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述属性包括以下中的至少一者：

a)安装在所述管端部内或所述管端部上的标记的视觉外观，

b)所述管端部内颗粒材料的光度，

c)所述管端部内颗粒材料的纹理，

d)从所述管端部发射的红外光的频率，

e)从所述管端部发射的UV光的频率，以及

f)从所述管端部反射的UV光的频率。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，利用至少一个非接触式测距设备(NRD)来采集所述数字图像(D)，并且所述方法进一步包括定位所述至少一个NRD使得所述管片的至少一部分位于至少一个NRD的测量场内，并且其中采集步骤包括：

i.使用所述至少一个NRD收集多个距离测量结果，以及

ii.将所述多个距离测量结果的至少一部分表示为所述数字图像(D)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个NRD选自由雷达设备、声纳设备、激光扫描(LiDAR)设备和电子束设备组成的组。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述管片形成热交换器的一部分，并且所述热交换器是冷凝器、重沸器、预热器、锅炉、过热器、急冷换热器、传输线换热器(TLE)、蒸发器、废热锅炉、同流换热器、交叉交换器和过程加热器中的一者。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述管片形成用于产生氰化氢或氮氧化物的反应系统的一部分。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述管片形成核动力反应堆的一部分。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括使用所述关系数据库中记录的所述数据的至少一部分来产生表、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项的步骤。

14.对于包括管片的壳管设备，所述管片包括以行和列的固定模式布置的多个管端部，一种用于在维护活动期间监测所述壳管设备的状态的方法，所述方法包括：

a)对所述管端部中的每一个管端部分配唯一标识符，

b)选择具有至少两个可能状态的属性，

c)在采集时间(Ti))采集所述管片的至少一部分的初始数字图像(Di)，

d)针对所述初始数字图像(Di)内的所述管端部中的每一个管端部确定所述属性的初始状态，

e)在关系数据库中创建所述初始数字图像(Di)内的每一个管端部的初始数据记录，所述初始数据记录包括：

i.初始采集时间(Ti)，

ii.所述管端部的所述唯一标识符，以及

iii.所述初始采集时间(Ti)处所述属性的所述初始状态。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

f)在后来采集时间(Tx)采集所述管片的至少一部分的后来数字图像(Dx)，其中Tx>Ti，

g)为所述后来数字图像(Dx)中的每一个管端部确定所述属性的后来状态，

h)在所述关系数据库中创建所述后来数字图像(Dx)内的每一个管端部的后来数据记录，所述后来数据记录包括：

i.后来采集时间(Tx)，

ii.所述管端部的唯一标识符，

iii.后来采集时间(Tx)处所述属性的所述后来状态，以及

i)重复步骤f)至步骤h)直到所述维护活动完成。

16.根据权利要求14-15中的任一项所述的方法，其中，所述壳管设备被用于执行化学转化，所述化学转化选自由以下组成的组：

i.丙烯转化为丙烯醛和/或丙烯酸；

ii.丙烷转化为丙烯醛和/或丙烯酸；

iii.甘油转化为丙烯醛和/或丙烯酸；

iv.叔丁醇、异丁烯、异丁烷、异丁醛、异丁酸或甲基叔丁基醚转化为甲基丙烯醛和/或甲基丙烯酸；

v.丙烯醛转化为丙烯酸；

vi.甲基丙烯醛转化为甲基丙烯酸；

vii.邻二甲苯或萘转化为邻苯二甲酸酐；

viii.丁二烯转化为马来酸酐；

ix.正丁烷转化为马来酸酐；

x.苯胺转化为蒽醌；

xi.乙烯转化为环氧乙烷；以及

xii.丙烯转化为环氧丙烷。

17.根据权利要求14-15中的任一项所述的方法，其中，所述壳管设备用于执行乙烯到1,2-二氯乙烷(EDC)的氧氯化。

18.根据权利要求14-17中的任一项所述的方法，进一步包括使用存储在所述关系数据库中的一个或多个数据记录来产生表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项的步骤。

19.根据权利要求14-18中的任一项所述的方法，进一步包括产生所述维护活动的性能度量的步骤，其中产生步骤包括计算所述性能度量并以表格、图表、电子表格或颜色编码概要图形显示所述性能度量。

20.对于包括管片的壳管设备，所述管片包括以行和列的固定模式布置的多个管端部，一种用于在维护活动期间监测所述壳管设备的状态的光学方法，所述方法包括：

a)对所述管端部中的每一个管端部分配唯一标识符，

b)将至少一台数码相机定位为使得所述管片的至少一部分位于所述至少一台数码相机的视场内，

c)将多个有色管帽定位在所述管端部上，所述多个管帽包括具有第一颜色的管帽和具有与所述第一颜色不同的第二颜色的管帽，

d)在采集时间(Ti)采集所述管片的至少一部分的初始数字图像(Di)，

e)确定所述初始数字图像(Di)内的管端部中的每一个管端部的初始颜色，以及

f)在关系数据库中创建所述初始数字图像(Di)内的每一个管端部的初始数据记录，所述数据记录包括：

i.初始采集时间(Ti)，

ii.所述管端部的唯一标识符，以及

iii.初始采集时间(Ti)处所述管端部的所述初始颜色。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：

g)移除所述多个管端部中的一个或多个管端部上的有色管帽和/或在所述多个管端的一个或多个管端上安装有色管帽，

h)在后来采集时间(Tx))采集所述管片的至少一部分的后来数字图像(Dx)，其中Tx>Ti，

i)确定所述后来数字图像(Dx)内的所述管端部中的每一个管端部的后来颜色，

j)在关系数据库中创建所述后来数字图像(Dx)内的每一个管端部的后来数据记录，所述后来数据记录包括：

i.所述后来采集时间(Tx)，

ii.所述管端部的所述唯一标识符，以及

iii.后来采集时间(Tx)处所述管端部的所述后来颜色，以及

k)重复步骤g)至步骤j)直到所述维护活动完成。

22.根据权利要求20-21中的任一项所述的方法，进一步包括使用存储在所述关系数据库中的一个或多个数据记录来产生表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将所述表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项传输到至少一个显示器。

24.根据权利要求20-23中的任一项所述的方法，进一步包括预测所述维护活动的完成时间。

25.对于包括管片的壳管设备，所述壳管设备包括以行和列的固定模式布置的多个管端部，一种用于在颗粒催化剂装载活动期间监测所述壳管设备的状态的光学方法，所述方法包括：

a)将多个插板放置在所述管片上，使得管端部中的全部管端部被覆盖，每个插板包括用于安装有色指示盘的盘凹槽，

b)对所述多个插板中的每一个插板分配唯一标识符，

c)将至少一台数码相机定位成使得所述多个插板的至少一部分位于所述至少一台数码相机的视场内，

d)将多个有色指示盘安装在所述盘凹槽中，所述多个有色指示盘包括至少一个具有第一颜色的盘和至少一个具有与所述第一颜色不同的第二颜色的盘，

e)在初始采集时间(Ti)采集所述多个插板的至少一部分的初始数字图像(Di)，

f)确定所述初始数字图像(Di)内的所述有色指示盘中的每一个有色指示盘的初始颜色，以及

g)在关系数据库中创建所述初始数字图像(Di)内的每一个插板的初始数据记录，所述数据记录包括：

i.初始采集时间(Ti)，

ii.所述插板的所述唯一标识符，

iii.初始采集时间(Ti)处所述有色指示盘的所述初始颜色。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：

h)在一个或多个盘凹槽上安装有色指示盘和/或移除在一个或多个盘凹槽上的有色指示盘，

i)在后来采集时间(Tx)采集所述多个插板的至少一部分的后来数字图像(Dx)，其中Tx>Ti，

j)确定所述后来数字图像(Dx)内的所述有色指示盘中的每个有色指示盘的后来颜色，

k)在所述关系数据库中创建所述后来数字图像(Dx)内的每一个插板的后来数据记录，所述后来数据记录包括：

i.后来采集时间(Tx)，

ii.所述插板的所述唯一标识符，以及

iii.后来采集时间(Tx)处所述有色指示盘的所述后来颜色，以及

l)重复步骤h)至步骤k)直到所述催化剂装载活动完成。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述壳管设备是壳管反应器、串联反应器、单管反应器或单壳开放阶段间(SSOI)反应器。

28.根据权利要求26-27中的任一项所述的方法，进一步包括使用存储在所述关系数据库中的一个或多个数据记录来产生表格、图表、电子表格和颜色编码概要图形中的一项或多项。

29.根据权利要求26-28中的任一项所述的方法，进一步包括预测所述催化剂装载活动的完成时间。

30.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：测量一个或多个工作空间参数，

在所述关系数据库中记录工作空间参数测量结果，以及

可选地在视觉显示器上呈现所述工作空间参数测量结果。