專利名稱：用于過程控制工業(yè)的結(jié)垢和腐蝕檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種用于工業(yè)過程的結(jié)垢和腐蝕檢測器，并且更具體地，涉及一種用于預(yù)測工業(yè)過程中過程部件的結(jié)垢和腐蝕的現(xiàn)場安裝(field-mounted)檢測器。
背景技術(shù)：
通常，術(shù)語“結(jié)垢”指表面介質(zhì)在表面上的堆積。結(jié)垢是熱交換器中失效的普遍源由，并且難以檢測。熱交換器是促進例如過程和在交換器內(nèi)循環(huán)的流體之間的熱傳導(dǎo)的裝置。熱交換器使用在許多工業(yè)系統(tǒng)中，所述工業(yè)系統(tǒng)包括反應(yīng)器、鍋爐等。
促進該熱交換的是由一個或多個管構(gòu)成的交換器芯，流體通過所述管連續(xù)地循環(huán)。如此處所使用的，術(shù)語“流體”指液態(tài)或氣態(tài)的過程材料。流體通過交換器芯循環(huán)。在一些實施例中，流體可以是可能具有腐蝕性的蒸汽、或者高溫或低溫的過程材料。
通常，交換器芯定位為靠近和/或接觸工業(yè)過程的容器、管道或者其它部件，以便熱量可以在過程和在交換器內(nèi)循環(huán)的流體之間傳遞。典型地，熱交換器內(nèi)的流體被給送入交換器中，通過交換器循環(huán)，并在交換器的另一側(cè)被收集。在許多例子中，收集的流體被循環(huán)并被再循環(huán)。循環(huán)指根據(jù)具體設(shè)備加熱或冷卻收集的流體的過程。例如，如果通過交換器循環(huán)的流體是蒸汽，那么冷凝的蒸汽被收集，被再加熱直到其變化狀態(tài)回到蒸汽，然后通過交換器循環(huán)返回。
根據(jù)所使用的材料，經(jīng)過交換器的循環(huán)流體會引起腐蝕或會包含會堵塞或覆蓋交換器的固體，由此降低熱交換過程的效率。通常，腐蝕和結(jié)垢會在工業(yè)過程中的交換器中引起顯著的問題。例如，如果熱交換器由于結(jié)垢變得堵塞或者熱交換器由于腐蝕而失效(諸如由于密封變得腐蝕以及壓力喪失)，過程流體不能通過交換器芯循環(huán)并且熱交換器的效率會被損害。另外，如果交換器芯被使用以將熱量傳遞到過程或者從過程移除熱量并且交換器變得堵塞，那么過程不會達到要求的溫度。另外，與交換器芯中的流體交換熱量的過程材料會結(jié)垢或者從外側(cè)腐蝕芯，使交換器芯效率低。
當(dāng)交換器芯結(jié)垢或者腐蝕時，典型地系統(tǒng)被關(guān)閉，以便可維修芯(去除堵塞，更換或者其它方式的修理)。如果交換器芯在運行期間失效，不僅是系統(tǒng)關(guān)閉，而且一批產(chǎn)品要被放棄。通常最好是，在芯失效之前確認(rèn)迫近的結(jié)垢和/或腐蝕并維修芯。
在過程工業(yè)中，由于生產(chǎn)的損失以及停工/開工的成本，計劃外的工廠停工期會是非常代價高昂的。雖然它根據(jù)產(chǎn)業(yè)變化，但計劃內(nèi)的維修通常比完全的工廠停工要節(jié)省的多。導(dǎo)致計劃外工廠停工的事件還會導(dǎo)致安全事故，環(huán)境事故和缺陷產(chǎn)品。
在可以時用于產(chǎn)生診斷信息并產(chǎn)生警報的裝置被使用在控制工業(yè)中，以避免此類計劃外事件。通常，過程變量被監(jiān)視，并且如果超過預(yù)定極限，警報條件被報告。通常警報表明正常范圍之外的過程變量。起因留待從其它可獲得的信息確定或推定，或者在控制室中或者在產(chǎn)生警報的設(shè)備處。傳統(tǒng)地，堵塞或覆蓋的檢測需要綜合的壓力一體積關(guān)系的復(fù)雜分析，以確定能量平衡或者效率是否已從已知的基線條件退化。

發(fā)明內(nèi)容
說明了一種用于從在工業(yè)過程的管中流動的流體推斷過程部件的可能的或迫近的腐蝕或結(jié)垢的方法。體的頻率響應(yīng)被測量。所測量的頻率響應(yīng)被與儲存值相比較。過程部件的腐蝕或結(jié)垢根據(jù)比較被確認(rèn)。在一個實施例中，腐蝕或結(jié)垢的類型的特性基于比較被推出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)垢和腐蝕檢測器系統(tǒng)的簡化的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)垢和腐蝕檢測器的橫截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的共振體(resonating body)的透視圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的薄殼共振體的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的環(huán)形共振體的透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有用于固定可腐蝕的插入件的袋(pocket)的共振體的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有可腐蝕的覆蓋物的共振體。
具體實施例方式
一般地，本發(fā)明涉及一種裝置，該裝置可插入工藝流中、優(yōu)選地在過程部件的上游，并且該裝置可以用于根據(jù)裝置的共振頻率預(yù)測下游結(jié)垢和腐蝕情況。本發(fā)明還涉及用于根據(jù)位于過程部件上游的裝置的頻率響應(yīng)預(yù)測過程部件的結(jié)垢和腐蝕(或者堵塞)的技術(shù)。
圖1顯示了工業(yè)過程10的簡化的結(jié)構(gòu)圖，所述工業(yè)過程10包括結(jié)垢檢測器12和熱交換器14。熱交換系統(tǒng)包括位于熱交換器14上游的結(jié)垢檢測器12，根據(jù)本發(fā)明實施例所述熱交換器14又連接到循環(huán)塔16。熱交換系統(tǒng)中的許多在設(shè)計中是傳統(tǒng)的并且不是本發(fā)明的部分的部件已經(jīng)被省略或簡化，包括熱交換器14和循環(huán)塔16的許多部件。
通常，流體被循環(huán)塔16處理，流過管道18，經(jīng)過結(jié)垢檢測器12并進入熱交換器14的殼20中。流體與過程流體交換熱能，所述過程流體在本實施例中經(jīng)由入口管路22被給送入熱交換器14中并通過在熱交換器14內(nèi)的管24循環(huán)。使用后的流體經(jīng)由管路26流出熱交換器14，并且可以通過循環(huán)塔16循環(huán)并回入交換器14中。經(jīng)由入口管路22進入的過程流體流過交換器并經(jīng)由出口管路23流出。
通常，循環(huán)塔16可以是加熱塔或冷卻塔?？蛇x擇地，在使流體再循環(huán)通過交換器14之前，循環(huán)塔16可以對使用后的流體執(zhí)行一些其它操作。
流體在流入熱交換器14之前圍繞結(jié)垢檢測器12流動。通過將結(jié)垢檢測器12定位在熱交換器14的上游，能夠根據(jù)結(jié)垢檢測器12的共振頻率部分地預(yù)測由過程流體引起的交換器芯14的腐蝕或者結(jié)垢。
第二結(jié)垢檢測器12定位在交換器上游并連接到過程流體入口管路22。第二結(jié)垢檢測器12用于檢測交換器芯14上游的和交換器芯14內(nèi)的入口管路22的可能的或迫近的結(jié)垢或腐蝕。
如下所述，結(jié)垢檢測器12包括延伸入流體流的阻礙體或部件。傳感器連接到阻礙體以檢測其共振頻率。在一些實施例中，阻礙體被流體流激勵而共振。在其它實施例中，可以使用壓電部件將阻礙體激勵至共振。在任一實例中，阻礙體的共振頻率在體的質(zhì)量由于結(jié)垢或腐蝕變化時改變，由此預(yù)測下游部件的可能的或迫近的結(jié)垢或腐蝕。
在圖1的實施例中，設(shè)置了兩個結(jié)垢檢測器12，一個用于過程流體，一個用于加熱/冷卻流體。然而，可以使用任意數(shù)量的結(jié)垢檢測器12。在一些系統(tǒng)中，一個結(jié)垢檢測器12足以預(yù)測迫近的結(jié)垢或腐蝕情況。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然在診斷熱交換器中的結(jié)垢或腐蝕的上下文中已經(jīng)說明了各種實施例，但本發(fā)明可以被使用在需要確定過程流體的流體流中的結(jié)垢或腐蝕的許多不同應(yīng)用中。圖2圖示說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的在原處的結(jié)垢檢測器12的簡化橫截面視圖。結(jié)垢檢測器12包括布置在管部分17中的共振體或體28，所述管部分17設(shè)置有法蘭19以連接到過程管18。通常，體28的尺寸被加工為阻礙(至少部分地阻礙)流過管18的流體流。體28優(yōu)選地連接到壓電元件30和傳感器32，所述壓電元件30和傳感器32兩者可以通過導(dǎo)線34連接到過程電路36。過程電路36可以包括收發(fā)器，所述收發(fā)器用于通過通信鏈路40與控制中心38通訊。過程電路36還可包括驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路用于驅(qū)動壓電元件30以使體28震動。
體28連接到底部42，所述底部42連接到管部分17在減少的厚度的區(qū)域(有時稱為彎曲部分46)中的壁44。減小的厚度的區(qū)域46響應(yīng)體28的運動產(chǎn)生可測量的應(yīng)變。
結(jié)垢檢測器的初始共振頻率是彎曲剛度、體28的質(zhì)量和阻尼(更少程度上)的函數(shù)。當(dāng)過程材料在檢測器12的表面結(jié)垢或腐蝕檢測器12的表面時，共振頻率改變。共振頻率的該改變基于體28的質(zhì)量的改變，并且可以使所述改變與出現(xiàn)的結(jié)垢的量或者厚度(基于質(zhì)量增加)相關(guān)聯(lián)，或者與檢測器12的腐蝕或侵蝕的量(基于質(zhì)量損失)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)質(zhì)量變化充分顯著時，警報或者警報條件可以被觸發(fā)，并且警報信號可以被產(chǎn)生并傳遞到控制中心。
通常，警報發(fā)出過程的下游部件可能被腐蝕或結(jié)垢的通知。這允許工廠維修人員采取合適的在先行動以防止計劃外的工廠停工。因此，結(jié)垢/腐蝕檢測器提供定量測量，從所述定量測量可推斷過程部件的可能的或迫近的結(jié)垢或腐蝕。
如上所述，壓電元件30連接到體28。壓電元件30的頻率掃描(掃頻)“振動”體28(引起體28振蕩)。傳感器32監(jiān)視體28的振蕩以檢測體28的共振頻率。
通常，共振頻率是可以用于檢測體28的結(jié)垢和/或腐蝕、并因此推出交換器的結(jié)垢和/或腐蝕的一個參數(shù)。具體地，結(jié)垢和腐蝕兩者都改變了體28的質(zhì)量(在結(jié)垢的情況下通過增加體的質(zhì)量，在腐蝕的情況下通過減少體的質(zhì)量)。共振頻率部分地基于質(zhì)量，并且質(zhì)量的變化(無論如何輕微)可作為共振頻率的變化被檢測。
在安裝期間，壓電元件30被激勵從而振動體28。傳感器32測量基線共振頻率，所述基線共振頻率可以儲存在過程電子設(shè)備(processelectronics)36的存儲器中。定期地，在運行期間或批產(chǎn)品之間，體28被再次振動，并且共振頻率被測量。然后所測量的共振頻率與基線共振頻率進行比較。如果所測量的阻礙體的共振頻率變化到相對基線的預(yù)定范圍之外，會產(chǎn)生警報，提示在進一步的過程之前應(yīng)當(dāng)清理、檢查或者以其它方式檢修交換器。
可以用于檢測結(jié)垢或腐蝕的另一參數(shù)是驅(qū)動壓電元件30必要的功率。體28的共振頻率對應(yīng)于功率“最佳點”或者局部功率最小值。特別是，驅(qū)動系統(tǒng)必要的功率典型地在共振頻率處，處于最小值處。如果壓電元件30用于驅(qū)動系統(tǒng)，壓電元件30還可用作粗略的振幅測量裝置，以測量振蕩的幅度。
結(jié)垢和腐蝕檢測器被設(shè)計為利用頻率掃描檢測阻礙體的共振頻率，在優(yōu)選實施例中，所述頻率掃描集中在可能的共振頻率周圍?？梢越o定有利地設(shè)計的共振點，過程噪音自身可激勵結(jié)構(gòu)共振。在那種情況下，僅需要加速度計以測量振蕩的頻率和幅度。
通常，與阻礙體相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量的任何變化導(dǎo)致頻率響應(yīng)的變化。例如，如果體被覆蓋或結(jié)垢，體28將大致呈現(xiàn)低于基線的共振頻率。共振頻率的變化的幅度將依賴于堆積物或堵塞的性質(zhì)和量。例如，粘性或膠粘的堆積物或堵塞會增加阻尼系數(shù)并降低Q因數(shù)。在不增加質(zhì)量的情況下，共振頻率的增加的阻尼，將會使表觀共振頻率相對于固有共振頻率變化。盡管其不像質(zhì)量改變的效果那么大，但它仍然可以被容易地檢測到。
如果裝置被用于檢測阻礙體的腐蝕或侵蝕，那么來自阻礙體的材料的侵蝕將相對于固有頻率增加共振頻率。共振頻率的變化的幅度將基于損失到侵蝕過程的質(zhì)量的量。不增加質(zhì)量，單獨阻尼的減小，也將相對于固有共振頻率改變表觀共振頻率。
一旦閱讀本公開，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的系統(tǒng)可大致建模為欠阻尼的二階系統(tǒng)(或者至少可以看似二階系統(tǒng))。通常，共振頻率和阻尼系數(shù)是欠阻尼二階系統(tǒng)的更好的量度標(biāo)準(zhǔn)。
用于檢測體28的質(zhì)量變化的選擇性策略是測量頻率響應(yīng)的任何變化，包括Q因數(shù)、相位裕度(phase margin)，增益余量等。通常，系統(tǒng)對頻率掃描的頻率響應(yīng)的任何變化(與基線相比較)將指示腐蝕或者侵蝕或者質(zhì)量增加事件。任何變化可以是交換器正變得堵塞或腐蝕的指示。共振頻率中的各種變化的效果將根據(jù)堵塞或堆積物或腐蝕的性質(zhì)變化。如果堵塞材料是大塊但粒狀的(低粘度)，Q因數(shù)和相移將不改變很多，但共振頻率將改變，并且阻尼僅最小變化。然而，如果堵塞材料是高度粘性的，那么Q因數(shù)和相位裕度兩者以及共振頻率將變化。
本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的檢測器的強大優(yōu)點是可以監(jiān)視體28的共振頻率以確定是否正在發(fā)生腐蝕或結(jié)垢，還可確定何種類型的堵塞正在發(fā)生(粘性或粒狀的)。
結(jié)垢和腐蝕檢測器12可以具有附加的優(yōu)點，即如果體28被定位在管18的底部，在流體流內(nèi)不溶解的固體會積聚在體28上而不流入交換器并堵塞系統(tǒng)。通過注意體28的頻率響應(yīng)的變化或者檢測體的突然、未預(yù)料到的運動而檢測到該固體，其中所述頻率響應(yīng)的變化由質(zhì)量的變化引起。因而，檢測器12提供了下游過程部件的條件的早期警告系統(tǒng)(預(yù)先措施)，諸如熱交換器、文氏管，annubar等。
通常，體28可以形成為各種不同形狀，每一種形狀可以提供對于特定應(yīng)用最優(yōu)的共振特性。
例如，在一個實施例中，體可以形成有迎著流體流的平面表面和布置在平面表面之后的凹入?yún)^(qū)域，由此產(chǎn)生渦流并將小流體凹坑(pockets)從流體流隔開。在一些實例中，這會有利于被保護不受流體流的直接力的區(qū)域中的體的侵蝕。在另一實施例中，體沿其表面由不同材料形成，每一材料與流體流內(nèi)的不同離子或分子起反應(yīng)，以便任意起反應(yīng)的離子或分子的存在將引起體中質(zhì)量的改變。可以根據(jù)形成下游部件的材料而選擇不同材料。
另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能主體(agent)或者其它分析工具可以用于從測量的共振頻率值推斷結(jié)垢和腐蝕情況。盡管這些部件未被顯示，但應(yīng)當(dāng)理解為，可以使用這樣的系統(tǒng)自動執(zhí)行結(jié)垢或腐蝕的檢測以及相關(guān)警報信號的產(chǎn)生，所述這樣的系統(tǒng)用于分析從結(jié)垢/腐蝕檢測器導(dǎo)出的過程數(shù)據(jù)。
圖3圖示說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的共振體300的頂部俯視圖。共振體300具有連接到底部302的體304，所述底部302又連接到管的壁(未顯示)。在該實施例中，所示共振體300具有淚滴型形狀從而在提供用于腐蝕和/或結(jié)垢的表面的同時使對于流體流的阻礙最小化。
在優(yōu)選的實施例中，非流線形體或斷崖體是翼形體，并由底部中的壓電式換能器306激勵。該彎曲部分(未顯示)展開為薄盤結(jié)構(gòu)，所述彎曲部分與底部構(gòu)成整體并且翼形非流線形體或斷崖體被安裝在所述彎曲部分上。驅(qū)動壓電式換能器、感應(yīng)共振頻率變化并傳送警報情況的電子部件(未顯示)安裝在過程外部。這樣的電子部件可以封閉地連接或者安裝在遠處。
該類型的結(jié)垢檢測器還可輸出與覆蓋的堵塞物或堆積物成比例的信號。對于一些過程流體，將需要估計的過程流體粘度隨時間的改變，以使該堵塞物或堆積物測量更精確。
圖4圖示說明了以橫截面顯示的共振體400的選擇性實施例。共振體400具有連接到底部404的體402，所述底部404又連接到管的壁(未顯示)。在該實施例中，體402具有限定中空室408的薄壁406。共振體400的共振頻率可以被確定以提供基線共振頻率，所述基線共振頻率可以儲存在過程電子設(shè)備的存儲設(shè)備中。當(dāng)腐蝕性流體流完全地腐蝕穿薄壁406時，室408充入流體，并且共振體400的共振頻率極大地改變。選擇性地，填充室408的流體可引起與在運行期間內(nèi)的正常運動不同的體402的運動。
盡管薄壁406的逐漸腐蝕還可利用如上所述的頻率響應(yīng)檢測，預(yù)定警報條件可以設(shè)定為相當(dāng)高，以便可以監(jiān)視細小的變化而不觸發(fā)警報條件。當(dāng)流體填入室408時，由于過程流體完全改變共振體400的質(zhì)量，頻率響應(yīng)極大地改變，由此觸發(fā)警報。
體402的薄壁406可以由通過選擇而與流體流反應(yīng)的材料形成。通常，選擇用于薄壁406的材料被設(shè)計為與過程流體反應(yīng)，所述反應(yīng)速度等于或略微快于系統(tǒng)的其它部件的腐蝕或覆蓋的估計速度。另外，壁厚度自身可以被設(shè)計為與腐蝕或侵蝕的速度有關(guān)，以便當(dāng)過程流體突破壁時，產(chǎn)生警報信號。
圖5圖示說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的共振體500的俯視圖。共振體500具有連接到底部502的環(huán)形體504，所述底部502又連接到管的壁(未顯示)。在此實施例中，體504的方向垂直于流體的流動方向，從而在提供用于腐蝕和/或結(jié)垢的表面的同時使對流體流的阻礙最小。對于環(huán)形體504的幾何形狀可以特定化以符合在交換器中所使用的管的幾何形狀，從而使環(huán)形體504的結(jié)垢與交換器自身的幾何形狀相關(guān)。
在附圖中所示并且以上描述的每一實施例中，檢測器包括體，所述體用作對于流體流的部分阻礙。體可以概念化為用于覆蓋或腐蝕的早期檢測的“犧牲品”。在一個實施例中，迎著流體流的體的表面可以根據(jù)流體性質(zhì)變化，從而促進體的結(jié)垢或腐蝕。例如，對于某些類型的流體，最好是提供相對平坦的流體面對表面以促進覆蓋。促進覆蓋和/或腐蝕的其它形狀可以被設(shè)計和實現(xiàn)。例如，如前所述，迎著過程流的表面可以提供用于與腐蝕性過程流體反應(yīng)的犧牲表面，以便流體使表面留有凹坑或者侵蝕表面。
無論檢測器的具體形狀如何，控制中心可周期性地起動結(jié)垢檢測器的頻率掃描，激發(fā)壓電元件并由此引起檢測器的體振蕩。布置在體上或者其底部處的傳感器可以用于檢測體的共振頻率。
體的質(zhì)量的變化，無論質(zhì)量減少或質(zhì)量增加，可以通過將測量的共振頻率與存儲的共振頻率(基線頻率)相比而被檢測。如果變化落到預(yù)定范圍之外，警報可以被啟動。
通常，最好是，用于體的以及用于系統(tǒng)的其它材料的支撐材料可抵抗來自應(yīng)用的過程流體或氣體的腐蝕或者侵蝕。然而，當(dāng)腐蝕/侵蝕過程從體移除材料時，共振頻率增加。在預(yù)定量的材料損失處，裝置發(fā)送存在潛在腐蝕問題的警報信號或警告。
通常，存在對于本發(fā)明的結(jié)垢和腐蝕檢測器的多個優(yōu)點。首先，結(jié)垢和腐蝕檢測器提供了確定交換器結(jié)垢的程度的敏感的并預(yù)報的方法。體提供了簡單的應(yīng)用和安裝，不需要多重壓力和體積分析以提供關(guān)于結(jié)垢或腐蝕的信息。由于當(dāng)交換器被維修時，通過清洗或者替換體而維修檢測器，因此維修是簡單的。另外，本發(fā)明的結(jié)垢和腐蝕檢測器提供了一種直接的過程中的腐蝕/侵蝕感應(yīng)機構(gòu)而無電極或電子接點。腐蝕/侵蝕感應(yīng)可以被配置為提供具有充分安全因數(shù)的警報信號。
可通過使用用于重要腐蝕監(jiān)視應(yīng)用的薄外皮/中空芯體技術(shù)增加檢測器的靈敏度。對于大多數(shù)應(yīng)用，4-20毫安的回路電力(loop power)將大于足以為檢測器供電力的電力。然而，也可通過電容地存儲電力而從4-20毫安的回路獲取電力，以用于活動性的小爆發(fā)。通常，由于結(jié)垢和腐蝕隨時間發(fā)生并且不需要連續(xù)的監(jiān)視，因此本發(fā)明自身適宜于這樣的布置。
圖6圖示說明了具有體602的共振體600，所述體602安裝到底部604。體602具有一個或多個袋606(或者選擇性的凹部)，該一個或多個袋606(或者選擇性的凹部)大小為容納并保持可腐蝕的插入件608。在一個實施例中，體602和袋604由不銹鋼形成?？筛g的插入件可以根據(jù)與下游過程部件中的材料一致的腐蝕或結(jié)垢性質(zhì)而選擇，以便插入件的腐蝕或結(jié)垢指示下游部件的可能的腐蝕或結(jié)垢。為了保持共振頻率，袋604將優(yōu)選地關(guān)于體602對稱地布置。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，體可以優(yōu)選地形成或焊接為管部分，所述管部分可以通過焊接、或者優(yōu)選地通過法蘭部件連接到過程。在將管部分定位到過程中之前可以將可腐蝕的插入件608插入體602中。在該實施例中，檢測到可能的腐蝕時和在下游部件的維修期間，管部分被移除，可腐蝕的插入件608被替換，并且管部分被再插入過程中。
圖7圖示說明了具有體702的共振體700，所述體702安裝到底部704，其中覆蓋物706(以虛線顯示)被布置在體702上。覆蓋物706可以是滑動覆蓋物或套(slip cover)或者可以是淀積覆蓋物，其優(yōu)選地由可腐蝕的材料形成。可腐蝕性的覆蓋物706提供了可替換部件，允許通過按照需要用新覆蓋物替換可腐蝕性的覆蓋物706而多次地重新使用共振體。另外，可腐蝕性的覆蓋物706使共振體700對于過程可縮放。例如，在一些過程中，下游部件可以在已用完三個可腐蝕性的覆蓋物之后才需要維修。在該實例中，可以將多重可腐蝕性的覆蓋物706層疊在體702上。在該情況下，對應(yīng)于腐蝕所有可腐蝕的層的質(zhì)量的變化使共振體700產(chǎn)生指示下游的潛在腐蝕的警報條件。共振體700然后被移除，覆蓋物706被替換，并且共振體700被重新安裝。
如上所述，本發(fā)明旨在用作潛在的下游結(jié)垢和/或腐蝕的預(yù)測器。在一個實施例中，每一次檢測器的頻率響應(yīng)變化到預(yù)定范圍以外，警報被觸發(fā)并且檢測器體被替換。在選擇性實施例中，檢測器體對于新的基線被簡單地重新校準(zhǔn)并且對于相對新的基線的頻率響應(yīng)的變化警報被重設(shè)。在第三實施例中，體是抗腐蝕的并設(shè)置有一個或多個用于與流體反應(yīng)的可替換和可腐蝕的部件(插入件或覆蓋物)。
盡管關(guān)于熱交換器介紹了本發(fā)明，但本發(fā)明的結(jié)垢和腐蝕檢測器可在任何流體流中使用。另外，雖然圖2圖示說明了延伸過管部分的整個直徑的體，但體僅需要延伸入流中。最后，應(yīng)當(dāng)理解，由結(jié)垢或腐蝕引起的質(zhì)量的輕微變化根據(jù)體的頻率響應(yīng)可容易地被檢測，可能的腐蝕或結(jié)垢的推論可以包括頻率響應(yīng)的分析以基于阻礙體的共振頻率響應(yīng)識別腐蝕或結(jié)垢的特性。例如，Q因數(shù)或者頻率響應(yīng)的阻尼系數(shù)的變化會指示結(jié)垢是粒狀的或者是粘性的。另外，共振頻率的變化(更高或者更低)可以用于基于阻礙體質(zhì)量的增加或減少而區(qū)分結(jié)垢和腐蝕。共振頻率的減小通常指示由阻礙體的增加的質(zhì)量所表征的結(jié)垢情況。共振頻率的增加通常指示由阻礙體的質(zhì)量的減少所表征的腐蝕情況。頻率響應(yīng)的其它特征，包括峰值共振頻率、阻尼系數(shù)等可以與其它迫近的結(jié)垢或腐蝕情況相關(guān)。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實施例說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于從在工業(yè)過程的管中流動的流體推斷過程部件的可能的腐蝕或結(jié)垢的方法，所述方法包括以下步驟測量布置在管中的體的頻率響應(yīng)；將所測量的頻率響應(yīng)與儲存值相比較；和根據(jù)比較確認(rèn)過程部件的腐蝕或結(jié)垢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在測量步驟之前，所述方法進一步包括將體安裝在管內(nèi)，體至少部分地阻礙流體流；測量體的頻率響應(yīng)；和基于所測量的頻率響應(yīng)儲存值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中測量步驟進一步包括執(zhí)行連接到體的壓電元件的頻率掃描；和測量體的共振頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中頻率響應(yīng)的變化指示結(jié)垢類型的特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中Q因數(shù)的減小和頻率響應(yīng)的阻尼系數(shù)的增加指示粘性材料的堵塞或堆積。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中Q因數(shù)變化最小、相移最小和頻率響應(yīng)的阻尼變化最小的情況下共振頻率的變化指示粒狀材料的堵塞或堆積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟識別頻率響應(yīng)的共振頻率；其中共振頻率相對儲存的頻率響應(yīng)的增加指示腐蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述增加的幅度指示腐蝕的程度
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟如果變化在預(yù)定范圍以外，產(chǎn)生警報，警報指示管中的共振體的下游的過程部件的結(jié)垢或腐蝕。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中體包括結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)布置在管中并延伸入流體流中；和一個或多個袋，所述一個或多個袋布置在結(jié)構(gòu)上并用于固定一個或多個可腐蝕的插入件；其中一個或多個可腐蝕的插入件的腐蝕引起結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中每一可腐蝕的插入件根據(jù)其腐蝕特性被選擇。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述腐蝕特性被選擇以符合管中過程部件的腐蝕特性。
13.一種用于從工業(yè)過程的管中流動的流體推斷過程部件的可能的腐蝕或結(jié)垢的裝置，所述裝置包括體，所述體布置在管中并用于響應(yīng)激勵而運動；和傳感器，所述傳感器連接到管并且用于根據(jù)體的頻率響應(yīng)的變化推斷可能的腐蝕或結(jié)垢。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述體包括具有薄壁的中空結(jié)構(gòu)，所述薄壁由與流體流反應(yīng)的材料形成，所述材料與流體流反應(yīng)的速度與過程部件的材料的反應(yīng)速度一致。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述體包括延伸入流體流中的結(jié)構(gòu)；和圍繞結(jié)構(gòu)布置的多個袋。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，進一步包括多個可腐蝕的插入件，每一個可腐蝕的插入件的尺寸為配合在所述多個袋中的一個中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述可腐蝕的插入件由與流體反應(yīng)的材料形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述頻率響應(yīng)指示結(jié)垢的類型的特性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中Q因數(shù)的減小和頻率響應(yīng)的阻尼系數(shù)的增加指示粘性材料在體上的堵塞或堆積。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中Q因數(shù)變化最小、相移最小和阻尼變化最小的情況下共振頻率的變化指示粒狀材料的堵塞或堆積。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，進一步包括發(fā)射機電路，如果頻率響應(yīng)的變化在預(yù)定范圍以外，發(fā)射機電路用于產(chǎn)生警報信號，發(fā)射機電路用于將警報信號發(fā)送到控制中心。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激勵包括足以將體激勵至共振的過程噪音。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述激勵包括由壓電驅(qū)動器產(chǎn)生的激勵信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，進一步包括適合于配合在體上的可腐蝕性的覆蓋物，所述可腐蝕性的覆蓋物由與流體相反應(yīng)的材料形成。
25.一種用于推斷工業(yè)過程的過程部件的可能的結(jié)垢或腐蝕的方法，所述方法包括使延伸入在工業(yè)過程的管內(nèi)流動的過程流體中的體振動至共振；檢測體的相對儲存值的頻率響應(yīng)的變化；和基于所檢測的變化識別過程的腐蝕或結(jié)垢。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括以下步驟如果所述變化在預(yù)定范圍以外，產(chǎn)生指示結(jié)垢或腐蝕的警報信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中振動的步驟包括利用頻率掃描激勵連接到體的壓電元件，所述頻率掃描激勵壓電元件，所述壓電元件又將體激勵至共振。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中檢測步驟包括測量體的頻率響應(yīng)；和將頻率響應(yīng)與儲存的頻率響應(yīng)比較以識別變化。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述測量步驟包括在連接到體的壓電驅(qū)動元件的頻率掃描期間檢測局部功率最小值。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中體包括具有薄壁的中空結(jié)構(gòu)，所述薄壁由與流體流反應(yīng)的材料形成，所述材料與流體流反應(yīng)的速度與過程部件的材料的反應(yīng)速度一致。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述體包括延伸入流體流中的結(jié)構(gòu)；和布置在結(jié)構(gòu)上的一個或多個袋。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中在振動步驟之前，所述方法包括以下步驟將一個或多個可腐蝕的插入件定位入一個或多個袋中。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述一個或多個可腐蝕的插入件由與過程流體反應(yīng)的材料形成，所述材料與過程流體反應(yīng)的速度和過程部件的反應(yīng)的速度大致相似。
全文摘要
說明了一種用于從在工業(yè)過程的管18中流動的流體推出過程部件的可能的或迫近的腐蝕或結(jié)垢的方法。體28的頻率響應(yīng)被測量。所測量的頻率響應(yīng)被與儲存值相比較。根據(jù)所測量的頻率響應(yīng)和儲存值之間的比較，過程部件的腐蝕或結(jié)垢被確認(rèn)。
文檔編號G01N27/00GK101019015SQ200580028304
公開日2007年8月15日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者格雷戈里·C·布朗 申請人:羅斯蒙德公司