一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置.pdf

本发明涉及高温法兰偏转角测试和健康监测领域，具体涉及一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置。一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰和下法兰采用螺栓连接而成，上法兰和下法兰之间采用垫片进行密封；其特征在于：它还包括基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构和远程控制中心。该检测装置应用于各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，给出刚度评价，并实时监测高温法兰的紧密性，保证生产、施工的顺利进行。

权利要求书
1.   一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰（3）和下法兰（12）采用螺栓（1）连接而成，上法兰（3）和下法兰（12）之间采用垫片（2）进行密封；其特征在于：它还包括基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构和远程控制中心（21）；
所述基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构包括上延伸圆棒（4）、下延伸圆棒（11）、位移引伸计（9）和信号塔（13）；所述上、下延伸圆棒（4、11）分别一上一下正对布置在上、下法兰（3、12）的法兰盘上，所述上、下延伸圆棒（4、11）的一端与法兰盘外沿焊接连接，并且与法兰盘的直径共线；所述上、下延伸圆棒（4、11）的另一端分别焊接有上测量板（8）和下测量板（10），上、下测量板（8、10）上下平行对称布置，并且与法兰盘平行；所述上、下测量板（8、10）均为正方形，在上、下测量板（8、10）的四个角处以及四边中点处均设置有位移引伸计（9）的位移引伸计夹具（5），用于测量上、下测量板（8、10）之间的距离；
所述信号塔（13）用于将位移引伸计9测得的数据以无线电的形式或物联网的形式（15）传送给远程控制中心（21）；所述远程控制中心（21）用于分析和显示数据，并且提供预警。

2.   根据权利要求1所述的一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，其特征在于：所述远程控制中心（21）主要由信号接收装置（16）、计算机控制系统（17）、报警装置（20）、法兰状态显示屏（18）和法兰状态控制键（19）组成；信号接收装置（16）用于接受信号塔（13）传送过来的数据信号，并且将该数据信号传递给计算机控制系统（17）；计算机控制系统（17）对数据信号进行分析，并发出报警信息；法兰状态显示屏（18）用于接收计算机控制系统（17）的信息，并且对高温法兰的状态进行显示；报警装置（20）用于接收计算机控制系统（17）发出的报警信息，报警信息将立即触发报警装置（20）报警灯闪烁，并发出报警声音信号；法兰状态控制键（19）用于控制高温法兰前后的控制开关。

3.   根据权利要求2所述的一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，其特征在于：所述远程控制中心（21）可以同时监测若干高温法兰。

说明书一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置
技术领域
本发明专利涉及高温法兰偏转角测试和健康检测领域，具体涉及一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置。
背景技术
高温法兰连接是石油化工设备中常用的连接方式，因其具有易于拆卸安装的优点，广泛应用于石化、核电、冶金、制药等行业的压力容器及管道中。随着经济发展与能源供应的矛盾日益突出，炼油及化工技术迅速发展，各种炼化装置中普遍存在高温高压工况。在高温操作条件下，高温法兰可能发生偏转、翘曲、蠕变等变化；高温法兰泄漏是石油化工等企业发生重大事故的主要原因之一，而高温法兰的泄漏与法兰盘的偏转角(即刚度)有着直接的联系，为避免高温法兰泄漏事故的发生，有必要随时对高温法兰的偏转角进行测量，并及时预警，以有效的控制高温法兰的泄漏。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，该检测装置应用于各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，给出刚度评价，并实时监测高温法兰的紧密性，保证生产、施工的顺利进行。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰和下法兰采用螺栓连接而成，上法兰和下法兰之间采用垫片进行密封；其特征在于：它还包括基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构和远程控制中心；
所述基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构包括上延伸圆棒、下延伸圆棒、位移引伸计和信号塔；所述上、下延伸圆棒分别一上一下正对布置在上、下法兰的法兰盘上，所述上、下延伸圆棒的一端与法兰盘外沿焊接连接，并且与法兰盘的直径共线；所述上、下延伸圆棒的另一端分别焊接有上测量板和下测量板，上、下测量板上下平行对称布置，并且与法兰盘平行；所述上、下测量板均为正方形，在上、下测量板的四个角处以及四边中点处均设置有位移引伸计的位移引伸计夹具，用于测量上、下测量板之间的距离；
所述信号塔用于将位移引伸计测得的数据以无线电的形式或物联网的形式传送给远程控制中心；所述远程控制中心用于分析和显示数据，并且提供预警。
所述远程控制中心主要由信号接收装置、计算机控制系统、报警装置、法兰状态显示屏和法兰状态控制键组成；信号接收装置用于接受信号塔传送过来的数据信号，并且将该数据 信号传递给计算机控制系统；计算机控制系统对数据信号进行分析，并发出报警信息；法兰状态显示屏用于接收计算机控制系统的信息，并且对高温法兰的状态进行显示；报警装置用于接收计算机控制系统发出的报警信息，报警信息将立即触发报警装置报警灯闪烁，并发出报警声音信号；法兰状态控制键用于控制高温法兰前后的控制开关。
所述远程控制中心可以同时监测若干高温法兰。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用位移引伸计对高温法兰的偏转角进行测量，应用于各种工况下的高温法兰，能准确测试法兰盘的偏转角，给出刚度评价，并实时监测高温法兰的紧密性，保证生产、施工的顺利进行(可有效减少石油、化工类企业的法兰泄漏事故的发生，将危害及经济损失降低到最小程度)；本发明法兰偏转角测量准确，对科研和工程皆具有较强的指导意义；
2、本发明中远程控制中心可以起到远程监控和控制的作用，而且功能齐全，能及时作出预警，防止事故的发生；
3、本发明中远程控制中心可以同时监测若干高温法兰，统一检测，统一调度，及时反馈情况，并且节约资源。
附图说明
图1为一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置的整体结构示意图。
图2为上法兰与上测量板连接后的整体的仰视图。
图3为上测量板上位移引伸计夹具的位置分布示意图。
图中：1-螺栓、2-垫片、3-上法兰、4-上延伸圆棒、5-位移引伸计夹具、8-上测量板、9-位移引伸计、10-下测量板、11-下延伸圆棒、12-下法兰、13-信号塔、14-信号发射装置、15-物联网、16-信号接收装置、17-计算机控制系统、18-法兰状态显示屏、19-法兰状态控制键、20-报警装置、21-远程控制中心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种基于位移引伸计的高温法兰泄漏监测装置，它主要包括为测量、监测对象的高温法兰，所述高温法兰主要由上法兰3和下法兰12采用螺栓1连接而成(所述高温法兰中的上、下法兰3、12一般都是由法兰盘、锥颈和承接口构成的一体成型结构)，上法兰3和下法兰12之间采用垫片2进行密封；它还包括基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构和远程控制中心21；
所述基于位移引伸计的法兰偏转角测试机构包括上延伸圆棒4、下延伸圆棒11、位移引伸计9和信号塔13；所述上、下延伸圆棒4、11分别一上一下正对布置(即位于同一立面上)在上、下法兰3、12的法兰盘上，所述上、下延伸圆棒4、11的一端与法兰盘外沿焊接连接，并 且与法兰盘的直径共线(即位于法兰盘直径的延长线上)；所述上、下延伸圆棒4、11的另一端分别焊接有上测量板8和下测量板10，上、下测量板8、10上下平行对称布置，并且与法兰盘平行；所述上、下测量板8、10均为正方形(的薄板)，在上、下测量板8、10的四个角处以及四边中点处均设置有位移引伸计9的位移引伸计夹具5(一上一下两个对应的位移引伸计夹具5为一组，用于测量该点的距离；位移引伸计夹具5通过线路与位移引伸计9连接)，用于测量上、下测量板8、10之间的距离(所述上、下延伸圆棒4、11选用硬度高、强度大、耐高温的材料，可直接与高温法兰接触，同时可以有效的散失热量，保证上、下测量板8、10的测量不受高温的影响；上、下测量板8、10选用重量轻而坚硬的薄板，避免因重力影响而产生初始变形，保证结果测量准确)；
所述信号塔13用于将位移引伸计9测得的数据以无线电的形式或物联网的形式15传送给远程控制中心21(所述信号塔13上设有信号发射装置14，用于发射无线电的形式或物联网的形式15的信号)；所述远程控制中心21用于分析和显示数据，并且提供预警。
所述远程控制中心21主要由信号接收装置16、计算机控制系统17、报警装置20、法兰状态显示屏18和法兰状态控制键19组成；信号接收装置16用于接受信号塔13传送过来的数据信号，并且将该数据信号传递给计算机控制系统17；计算机控制系统17对数据信号进行分析(计算出高温法兰的状态，即法兰盘的偏转角)，并发出报警信息；法兰状态显示屏18用于接收计算机控制系统17的信息，并且对高温法兰的状态进行显示；报警装置20用于接收计算机控制系统17发出的报警信息，报警信息将立即触发报警装置20报警灯闪烁，并发出报警声音信号；法兰状态控制键19用于控制(发生泄漏)高温法兰前后的控制开关(阻断泄漏)。
远程控制中心21的工作原理(或过程)：所述位移引伸计9测得的数据经线路传送到信号塔13，再以无线电的形式或物联网的形式15的形式传递到信号接收装置16；由信号接收装置16传递到计算机控制系统17进行数据分析，并在法兰状态显示屏18上对高温法兰的状态进行显示(即法兰盘的偏转角)；根据ASME VIII-1对法兰安全转角的要求(松套法兰的安全转角为0.2°，整体法兰的安全转角为0.3°)，如果法兰的偏转角超过了相关标准的安全极限，计算机控制系统17将发出报警信息，报警信息将立即触发报警装置20报警灯闪烁，并发出报警声音信号；而且远程控制中心21在泄漏没有发生的情况下可以提醒相关部门进行再次的螺栓预紧，在泄漏的情况下可立即通过法兰状态控制键19关闭泄漏部位高温法兰前后的控制开关，并通知相关设备维护部门进行抢修，及时疏散厂区工作人员。
所述远程控制中心21可以同时监测若干高温法兰(即可以监测整个工厂内、某个片区、全市甚至全国的若干高危高温法兰)。
本发明的工作过程：(1)首先将上、下延伸圆棒4、11焊接在上、下法兰盘的外侧，保证 两测量板之间平行，两测量板与两法兰盘平行，同时位移引伸计9和计算机控制系统17、法兰状态显示屏18开机预热；(2)开始进行测量后：①所述位移引伸计9测得的数据经信号塔13传送到计算机控制系统17进行数据分析；②如果法兰的偏转角超过了相关标准的安全极限，计算机控制系统17将发出报警信息，报警信息将立即触发报警装置20报警灯闪烁，并引发报警装置20发出报警声音信号，方便抢修和紧急撤离；③同时，远程控制中心21也可以在泄漏没有发生的情况下提醒相关部门进行再次的螺栓预紧，做好预防工作；④在泄漏的情况下法兰状态控制键19可立即关闭泄漏高温法兰部位前、后的控制开关，并通知相关设备维护部门进行抢修，组织疏散员工。
计算机控制系统19对数据信号进行分析过程如下：
所述上测量板为正方形，在其四个角处以及四边中点处均设置有激光测距仪的激光测距传感器，用于测量与下测量板之间的距离。现将上测量板上的8个测量点进行编号，依次编号为：61、62、63、64、65、66、67、68(如图3所示)。利用8个测量点测量得到的距离进行几何分析计算得到各个偏转角：
偏转角1(θ64-65)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点65处测得的垂直于上测量板的的距离为d65，上测量板测量点64处测得的垂直于上测量板的的距离为d64
tanθ64-65=(d64-d65)/l⇒θ64-65=|arctan((d64-d65)/l)|]]>
偏转角2(θ61-63)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点61处测得的垂直于上测量板的的距离为d61，上测量板测量点63处测得的垂直于上测量板的的距离为d63
tanθ61-63=(d61-d63)/l⇒θ61-63=|arctan((d61-d63)/l)|]]>
偏转角3(θ66-68)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点66处测得的垂直于上测量板的的距离为d66，上测量板测量点68处测得的垂直于上测量板的的距离为d68
tanθ66-68=(d66-d68)/l⇒θ66-68=|arctan((d66-d68)/l)|]]>
偏转角4(θ62-67)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点62处测得的垂直 于上测量板的的距离为d62，上测量板测量点67处测得的垂直于上测量板的的距离为d67
tanθ62-67=(d62-d67)/l⇒θ62-67=|arctan((d62-d67)/l)|]]>
偏转角5(θ61-68)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点61处测得的垂直于上测量板的的距离为d61，上测量板测量点68处测得的垂直于上测量板的的距离为d68
tanθ61-68=(d61-d68)/l⇒θ61-68=|arctan((d61-d68)/l)|]]>
偏转角6(θ63-66)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点63处测得的垂直于上测量板的的距离为d63，上测量板测量点66处测得的垂直于上测量板的的距离为d66
tanθ63-66=(d63-d66)/l⇒θ63-66=|arctan((d63-d66)/l)|]]>
偏转角7(θ61-66)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点61处测得的垂直于上测量板的的距离为d61，上测量板测量点66处测得的垂直于上测量板的的距离为d66
tanθ61-66=(d61-d66)/2l⇒θ61-66=|arctan((d61-d66)/2l)|]]>
偏转角8(θ63-68)：
设正方形的边长为l,则上测量板的对角线长度为上测量板测量点63处测得的垂直于上测量板的的距离为d63，上测量板测量点68处测得的垂直于上测量板的的距离为d68
tanθ63-68=(d63-d68)/2l⇒θ63-68=|arctan((d63-d68)/2l)|]]>
当以上8个偏转角均在安全许可范围内时，状态显示为安全；当部分偏转角显示为超标时，应及时进行二次预紧或零件更换；当全部偏转角均显示为超标时，应及时切断故障法兰前后的阀门，并进行抢修，避免大的经济损失或人员伤亡。