УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ РЕАКТОРА
APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING A REACTOR SURFACE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для контроля поверхности реактора в соответствии с признаками п. 1 формулы. Также изобретение относится к способу контроля поверхности реактора.
Уровень техники
Под используемыми ниже терминами «свет», «оптическое излучение», «оптический сигнал» подразумевается электромагнитное излучение в оптическом диапазоне спектра, в частности от экстремального ультрафиолетового до дальнего инфракрасного излучения. Соответственно в рамках настоящей заявки световолновой проводник или волоконный световод должен служить передающей средой для электромагнитного излучения в оптическом диапазоне спектра.
Промышленные реакторы имеют порой большие поверхности неправильной формы, для которых желателен контроль, например температуры или расширения. Точечные датчики представляются непригодными из-за больших необходимых объемов партий и связанных с этим больших затрат на установку и объединение в сеть. Волоконно-оптические системы для распределенного измерения представляющих интерес величин, например DTS-системы (Distributed Temperature Sensing), могут измерять большое число точек измерения вдоль стекловолокна или волоконно-оптического сенсорного кабеля и, например, при спиралеобразной или меандровой укладке сенсорного кабеля на поверхности очень хорошо подходят для контроля поверхностей.
Из US 2006/0115204 А1 известны устройство и способ описанного выше рода. При этом используются внешние эталонные катушки и режим двустороннего измерения. Контроль реактора является, как правило, важной для безопасности задачей. Поэтому существенным фактором является защищенность от отказов. В US 2006/0115204 А1 для повышения защищенности от отказов уже было, правда, предложено двустороннее измерение. Однако в случае обрыва волокна его недостаточно, чтобы непрерывно контролировать всю поверхность реактора, поскольку вблизи места обрыва возникают помехи, препятствующие безупречному измерению. Кроме того, отсутствует заблаговременная подготовка на случай отказа блока оценки.
Далее необходимо разместить сенсорный кабель на поверхности реактора подходящим образом. Известные крепежные системы не всегда могут использоваться, поскольку, например, тепловое расширение материалов реактора и применяемых для крепления материалов разное. Кроме того, крепежные материалы нередко не обладают длительной стойкостью к воздействию грубых условий окружающей среды, таких как высокая температура или высокая влажность. Далее может быть так, что на реакторе будут отсутствовать болты или другие крепежные элементы или такие элементы разместить нельзя, поскольку, например, сверление или сварка на испытанных напорных резервуарах запрещены. Помимо этого, многие крепежные системы не подходят для создания термического контакта между сенсорным кабелем и поверхностью реактора, что, например, относится к зажимным устройствам на поверхностях неправильной формы, в частности вогнутой, укладка сенсорного кабеля с помощью известных крепежных систем зачастую является слишком затратной.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создания устройства описанного выше рода, которое позволило бы упростить размещение сенсорного кабеля на поверхности реактора или же в неблагоприятных условиях. Кроме того, должен быть создан способ описанного выше рода, который обеспечил бы более высокую защищенность от отказов блока управления и/или от разрыва волоконного световода.
Согласно изобретению, это достигается посредством устройства описанного выше рода с отличительными признаками п. 1 и посредством способа описанного выше рода с отличительными признаками п. 12 формулы. Зависимые пункты касаются предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
По п. 1 предусмотрено, что устройство включает в себя магнитные удерживающие средства для размещения, по меньшей мере, одного сенсорного кабеля на поверхности реактора. Например, удерживающие средства могут иметь при этом на своей обращенной при работе устройства к поверхности реактора стороне прорезь для размещения, по меньшей мере, одного сенсорного кабеля. За счет этого можно закрепить сенсорный кабель очень легко путем прикладывания магнитных удерживающих средств к стенке реактора и создать, таким образом, хороший термический контакт.
Далее существует возможность того, что устройство включает в себя, по меньшей мере, два волоконных световода. За счет использования двух волоконных световодов устройство обеспечивает высокую защищенность отказов при разрыве одного волоконного световода.
В частности, может быть предусмотрено, что средства оценки включают в себя, по меньшей мере, два блока оценки, причем каждый из них соединен с одним из волоконных световодов для оценки выходящего из него света. За счет этого устройство полностью дублировано и даже при отказе одного блока оценки обеспечивает высокую защищенность.
При этом может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, два волоконных световода расположены в одном и том же сенсорном кабеле. Благодаря этому оба волоконных световода расположены близко друг к другу, и при отказе одного из них другой обеспечивает сопоставимые данные измерений.
Далее существует возможность того, что каждый из волоконных световодов соединен обоим концами со средствами оценки и/или, по меньшей мере, с одним лазерным источником света. Комбинация двух волоконных световодов и двухстороннего измерения дает для контроля температуры высокотемпературных установок то преимущество, что в случае обрыва волокна всю установку можно продолжать контролировать. Кроме того, за счет этого может осуществляться автоматическая дополнительная калибровка измерения температуры в случае старения волокна, например возрастания дифференциального уменьшения используемой для измерения длины волны или длин волн лазерного света под влиянием высоких температур.
Далее может быть предусмотрено, что устройство включает в себя контрольные средства, причем с ними соединен каждый из блоков оценки. Контрольные средства могут контролировать, в частности, функцию блоков оценки и, тем самым, обеспечить надежное обнаружение отказа одного из них.
Может быть предусмотрено, что устройство включает в себя удерживающие средства в виде коврика или сетки для размещения, по меньшей мере, одного сенсорного кабеля на поверхности реактора. При этом, например, по меньшей мере, один сенсорный кабель может быть соединен с удерживающими средствами. Преимущественно удерживающие средства в виде коврика или сетки при работе устройства расположены, по меньшей мере, частично вокруг поверхности реактора. Такое выполнение удерживающих средств подходит, в частности, для установок с выпуклыми поверхностями.
Способ контроля поверхности реактора отличается следующими этапами:
- по меньшей мере, один сенсорный кабель, по меньшей мере, с двумя волоконными световодами, по меньшей мере, отдельными участками располагается в зоне поверхности реактора;
- в волоконные световоды вводится лазерный свет;
- выходящие из волоконных световодов доли света оцениваются, чтобы с локальным разрешением контролировать, по меньшей мере, части поверхности реактора в отношении, по меньшей мере, одной физической величины.
При этом выходящие, по меньшей мере, из двух волоконных световодов доли света могут оцениваться независимо друг от друга, в частности в разных блоках оценки. Кроме того, можно контролировать, в частности, функцию блоков оценки.
Краткое описание чертежей
Изобретение более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
- фиг. 1: схематичный вид устройства;
- фиг. 2: схематичный вид сбоку первого варианта выполнения магнитных удерживающих средств устройства;
- фиг. 3: вид снизу магнитных удерживающих средств из фиг. 2;
- фиг. 4: схематичный вид сбоку второго варианта выполнения магнитных удерживающих средств устройства;
- фиг. 5: вид снизу магнитных удерживающих средств из фиг. 4;
- фиг. 6: схематичный вид сбоку первого варианта выполнения удерживающих средств в виде коврика или сетки;
- фиг. 7: схематичный перспективный вид части реактора с удерживающими средствами из фиг. 6;
- фиг. 8: схематичный вид сбоку второго варианта выполнения удерживающих средств в виде коврика или сетки.
На чертежах одинаковые или функционально одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Осуществление изобретения
Изображенный на фиг. 1 вариант устройства включает в себя два волоконных световода 1, 2, которые сообща расположены в сенсорном кабеле (не показан). Сенсорный кабель с обоими волоконными световодами 1, 2 располагается петлями или в форме меандра или спиралеобразно вокруг реактора (не показан), причем сенсорный кабель находится как можно ближе к поверхности реактора.
Существует возможность предусмотреть в сенсорном кабеле более двух волоконных световодов.
Кроме того, существует возможность предусмотреть между отрезками сенсорного кабеля соединительные элементы, такие как сращивающие коробки или штекеры.
Сенсорный кабель может представлять собой температуро- и/или коррозионно-стойкий сенсорный кабель. Например, могут использовать высокотемпературные световоды (стекловолокно с полиимидным или иным температуростойким покрытием) в коррозионно-стойкой металлической трубке (высококачественная сталь или никелевые сплавы). Для повышения механической нагружаемости (в частности, защита от продольного изгиба) металлическая трубка может быть выполнена двухслойной (трубка в трубке) или оплетена коррозионно-стойкой проволокой.
Изображенный на фиг.1 вариант устройства включает в себя также средства оценки с двумя блоками оценки 3, 4, к которым присоединены волоконные световоды 1, 2. При этом оба конца соответствующего волоконного световода 1, 2 соединены с соответствующим блоком оценки 3, 4. В данном примере оба конца волоконного световода 1 присоединены к блоку оценки 3, а оба конца волоконного световода 2 - к блоку оценки 4.
Существует возможность предусмотреть более двух блоков оценки.
Измерение каждого волоконного световода 1, 2 происходит, следовательно, с обеих сторон (двухстороннее измерение). Посредством блоков оценки 3, 4 проводятся распределенные (или квази-распределенные) измерения физических величин в волоконных световодах 1, 2 при одновременно высоком локальном разрешении, например 1 метр и менее. При этом волоконные световоды 1, 2 могут иметь длину до нескольких километров. В качестве методов измерений подходит, например, DTS (Distributed Temperature Sensing - распределенное измерение температуры), DDTS (Distributed Temperature and Strain Sensing - распределенное измерение температуры и растяжения) или FGB (Sensing Fibre Bragg Grating - измерение волоконных брэгговских решеток).
Может быть, в частности, предусмотрено, что оба блока оценки 3, 4 оценивают волоконные световоды 1, 2 независимо друг от друга. За счет этого и за счет измерения обеих сторон (двухстороннее измерение) можно, например, при контроле температуры высокотемпературных установок достичь того преимущества, что в случае обрыва одного из обоих волоконных световодов 1, 2, тем не менее, всю установку можно продолжать контролировать.
Изображенный на фиг. 1 вариант устройства включает в себя также контрольные средства 5, соединенные проводами 6, 7 с блоками оценки 3, 4. При этом провода 6, 7 могут служить для электропитания блоков оценки 3, 4 и в то же время контролировать блоки оценки 3, 4, чтобы реагировать на отказ одного из них. Для этого между контрольными средствами 5 и блоками оценки 3, 4 могут быть предусмотрены интерфейсы (не показаны).
Кроме того, устройство включает в себя, по меньшей мере, один лазерный источник света (не показан), вводимого при работе устройства, по меньшей мере, частично в волоконные световоды 1, 2. Например, может быть предусмотрено, что свет, по меньшей мере, одного лазерного источника вводится в каждый из волоконных световодов 1, 2 с одной или обеих сторон. В частности, для каждого из волоконных световодов 1, 2 может быть предусмотрен отдельный лазерный источник света.
Средства оценки могут включать в себя светоделители, чтобы известным из уровня техники образом отделять выходящие из соответствующего волоконного световода 1, 2 доли света от света лазерного источника.
Для закрепления сенсорного кабеля на реакторе в варианте на фиг. 2-5 предусмотрены Они имеют в данных примерах, в основном, цилиндрическую форму с радиальной прорезью 9 на своей стороне, обращенной при работе устройства к поверхности реактора. Через эту прорезь 9 в ее продольном направлении может проходить сенсорный кабель.
В варианте на фиг. 2 и 3 внутреннее ограничение прорези 9 выполнено прямоугольным, а на фиг. 4 и 5 - полукруглым.
Описанное выполнение магнитных удерживающих средств 8 позволяет очень легко закрепить сенсорный кабель за счет их приставления к стенке реактора и в то же время создать очень хороший тепловой контакт.
Магнитные удерживающие средства 8 могут быть изготовлены из коррозионно-стойкого металлического сплава, который остается магнитным даже при высоких температурах. В частности, сплав содержит кобальт и алюминий, никель, медь, титан, самарий или железо. Например, магнитные удерживающие средства 8 из AlNiCo-магнитов могут оставаться магнитными при температурах примерно до 400°С, а из SmCo-магнитов - примерно до 300°С. Существует также возможность предусмотреть коррозионно-стойкое покрытие, например из никеля или цинка. При более низких требованиях к температуре, например самое большее 200°С, могут использоваться также спеченные NdFeB-магниты.
Также существует возможность достичь у магнитных удерживающих средств 8 длительных высоких удерживающего усилия и стойкости к размагничиванию при одновременно небольшой конструктивной высоте за счет U-образной формы магнитов с обеспечивающей обратный магнитный поток пластиной (не показана). Она может состоять, например, из магнитной высококачественной стали.
Для закрепления сенсорного кабеля 10 на реакторе 11 в варианте на фиг. 6-8 предусмотрены удерживающие средства 12 в виде коврика или сетки. Удерживающие средства 12 могут быть выполнены, например, в виде преимущественно температуростойких тканых или металлических ковриков. В частности, может быть предусмотрен температуростойкий коврик или температуростойкая сетка. Подходящий коврик или подходящая сетка может содержать, например, переплетенные или связанные стекловолокнистые нити с фторполимерным покрытием или проволочную сетку.
Размещение сенсорного кабеля 10 на поверхности реактора 11 может осуществляться в вариантах на фиг. 6-8 за счет того, что, в частности, температуростойкий коврик или температуростойкая сетка выкраивается в соответствии с поверхностью реактора. Сенсорный кабель 10 укладывается в нужной форме на удерживающем средстве 12, выполненном, например, в виде тканого коврика. Затем тканый коврик с лежащим внутри сенсорным кабелем 10 обертывается вокруг реактора 11.
В варианте на фиг. 6 и 7 сенсорный кабель 10 размещен на удерживающих средствах 12 в форме меандра. В варианте на фиг. 8 сенсорный кабель 10 размещен на удерживающих средствах 12 отдельными участками в форме меандра.