一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统及方法，该系统包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括传感子系统和数据处理传输子系统，传感子系统包括多个传感器，多个传感器安装于焦炭塔上；数据处理传输子系统包括处理模块和传输模块，处理模块采集各传感器的数据信号，并将各传感器的数据信号进行放大、滤波、以及转换成统一格式；处理模块将传感器的信号处理后传输至传输模块；传输模块将处理后的信号传输至本地服务器；软件系统与本地服务器连接，软件系统用于数据显示；该方法包括步骤：数据采集、数据处理和数据分析；该系统和方法能够在线监测焦炭塔的健康状态，及时预测焦炭塔设备的故障发展趋势。预测焦炭塔设备的故障发展趋势。预测焦炭塔设备的故障发展趋势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统及方法


[0001]本专利技术属于焦炭塔结构健康监测
，尤其涉及一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统及方法。

技术介绍

[0002]焦炭塔是延迟焦化装置的核心设备之一，其生焦操作时塔内最高温度可达480℃左右，每个操作周期48h焦炭塔都要从常温加热到最高操作温度再重新冷却至常温，这样剧烈的温度变化会在焦炭塔塔体及附属部件中产生热应力和机械应力。焦炭塔一般为板焊结构的直立圆柱壳压力容器，在役焦炭塔运行多年，随着反复的骤冷骤热，同时塔体还承受着自身重力、操作内压、风载荷以及高压水冲击等苛刻的操作条件，受力情况复杂，普遍出现焦炭塔筒体鼓胀、焊缝开裂、塔体倾斜、材质老化以及壁面减薄等现象，严重威胁焦炭塔的安全生产。
[0003]鉴于焦炭塔在石油化工行业中的重要作用及其复杂工况，国内对焦炭塔的研究都十分重视，现有研究方向主要集中在焦炭塔失效形式及故障机理、延迟焦化焦炭塔的热损伤机理、焦炭塔变化温度场及其应力分布的计算方法、持续工作过程中的安全可靠性分析、以及剩余寿命的预测等方面，缺乏焦炭塔关键参数的一体化监测手段，导致其实验室模拟及研究理论仍与工程实际有着较大差距。
[0004]目前常用的焦化塔无损检测方法有磁粉检测、渗透检测、超声检测、射线检测等。但上述方法需要在停机状态下进行，影响设备的正常运行，且检测结果不能对焦炭塔结构的运行情况做到实时掌握，无法及时地为设备维修提供决策依据。
[0005]美国CIA INSPECTION公司生产的CIA/>‑
Inspection焦炭塔监测系统可利用激光扫描技术进行焦炭塔内部的几何变形和相应的摄像视觉图像配合监测确认，同时还生成便于判读的显示焦炭塔外形几何热蠕变的激光伪彩色蠕变图谱和光学视觉监测档案，以便于与以后定期检测图谱的比较判读。该技术主要监测焦炭塔的几何变形，无法实现对焦炭塔多个关键参数进行一体化监测。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中无法及时地为设备维修提供决策依据、以及无法实现对焦炭塔多个关键参数进行一体化在线监测的不足，提供了一种能够实时采集状态参数在线监测焦炭塔的健康状态，及时预测焦炭塔设备的故障发展趋势的焦炭塔结构健康监测装置，具体为一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统。
[0007]本专利技术提供了一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括传感子系统和数据处理传输子系统，传感子系统包括多个传感器，多个传感器安装于焦炭塔上；
[0008]数据处理传输子系统包括处理模块和传输模块，
[0009]处理模块包括信息采集模块、前置放大器、滤波器和格式转换模块；
[0010]信息采集模块采集各传感器的数据信号，前置放大器用于将各传感器的数据信号进行放大，滤波器用于将各传感器放大后的数据信号进行滤波，格式转换模块将各传感器的数据信号转换成统一格式；
[0011]处理模块将传感子系统的信号处理后传输至传输模块；传输模块用于将处理模块处理后的信号传输至本地服务器；
[0012]软件系统与本地服务器连接，软件系统用于管理用户信息、系统设置、以及数据显示。
[0013]优选的，传感子系统包括温度传感器、声发射传感器、倾斜传感器、振动传感器和应变传感器；温度传感器、声发射传感器、倾斜传感器、振动传感器和应变传感器均布设于所述焦炭塔上，且分别与信息采集模块连接。
[0014]优选的，信息采集模块包括温度信号采集模块、声发射信号采集模块、倾斜信号采集模块、振动信号采集模块和应变信号采集模块；温度信号采集模块与温度传感器连接，声发射信号采集模块与声发射传感器连接，倾斜信号采集模块与倾斜传感器连接，振动信号采集模块与振动传感器连接，应变信号采集模块与应变传感器连接，温度信号采集模块、声发射信号采集模块、倾斜信号采集模块、振动信号采集模块和应变信号采集模块均与传输模块连接。
[0015]优选的，传输模块包括通讯接口装置，通讯接口装置分别与温度信号采集模块、声发射信号采集模块、倾斜信号采集模块、振动信号采集模块和应变信号采集模块连接，通讯接口装置用于通过PCI板卡将传感器信号传输至本地服务器。
[0016]优选的，信息采集模块采用现场可编程门阵列进行数据采集。
[0017]优选的，软件系统包括用户管理模块、系统设置模块、数据查看模块和数据显示模块，用户管理模块包括查看功能模块、修改功能模块、增加功能模块和删除功能模块；系统设置模块包括参数设置模块、编号设置模块、位置设置模块、阈值设置模块和采集频率设置模块；数据查看模块包括焦炭塔基本参数查看模块、环境数据查看模块、检测数据查看模块和监测数据查看模块；数据显示模块包括监测数据曲线显示模块、预警数据实时显示模块和历史数据查询显示模块；在使用软件系统时，先进行登录，然后选择进入用户管理模块进行用户管理，选择进入系统设置模块针对不同类型的传感器进行系统设置，选择进入数据查看模块查看实时数据，选择进入数据显示模块选择显示实时数据。
[0018]优选的，监测数据查看模块包括声发射数据查看模块、温度变化数据查看模块、倾斜情况查看模块、塔体应力变化查看模块和塔体震颤情况查看模块。
[0019]优选的，处理模块布置于防爆防水机柜中，本地服务器布置于防爆防水机柜中，防爆防水机柜布置于焦炭塔的平台上。
[0020]本专利技术的另一个目的在于，还提供了一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测方法，应用了上述的一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，且包括步骤：
[0021]S1：数据采集，将传感子系统中的传感器布设于焦炭塔上，将传感器与处理模块连通；通过处理模块中的信息采集模块采集传感器的数据信号；
[0022]S2：数据处理，在处理模块中，通过前置放大器对采集的数据信号进行放大处理；再通过滤波器对采集的数据信号进行滤波处理；然后通过格式转换模块对采集数据信号进行格式转换；
[0023]S3：将处理模块处理后的数据信号通过传输模块传输至本地服务器；
[0024]S4：数据分析，将软件系统与本地服务器连接，通过软件系统中的数据查看模块和数据显示模块，实现数据信号的实时监控、以及数据信号的显示；根据实时监控和显示的数据信号，通过多种算法对数据信号进行分析，诊断焦炭塔的健康状况，进而实现焦炭塔的健康实时在线监测。
[0025]优选的，S1中，焦炭塔包括多个筒节，在每个筒节上均安装温度传感器；焦炭塔上存在焊缝，在距离焊缝100～200mm的位置通过波导杆安装声发射传感器；在焦炭塔塔体上通过支架安装倾斜传感器；在焦炭塔的裙座和筒节上通过支架安装振动传感器；在距离焊缝100～200mm的位置、以及筒节的中央部位安装应变传感器。
[0026]有益效果：针对焦炭塔筒体鼓胀、焊缝开裂、塔体倾斜等典型的失效模式，基于声发射、高温应力等先进的健康监测技术手段开发一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，其特征在于，包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括传感子系统和数据处理传输子系统，所述传感子系统包括多个传感器，多个所述传感器安装于焦炭塔上；所述数据处理传输子系统包括处理模块和传输模块，所述处理模块包括信息采集模块、前置放大器、滤波器和格式转换模块；信息采集模块采集各传感器的数据信号，所述前置放大器用于将各传感器的数据信号进行放大，所述滤波器用于将各传感器放大后的数据信号进行滤波，格式转换模块将各传感器的数据信号转换成统一格式；所述处理模块将传感子系统的信号处理后传输至传输模块；所述传输模块用于将处理模块处理后的信号传输至本地服务器；所述软件系统与本地服务器连接，软件系统用于管理用户信息、系统设置、以及数据显示。2.根据权利要求1所述的一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，其特征在于，所述传感子系统包括温度传感器、声发射传感器、倾斜传感器、振动传感器和应变传感器；所述温度传感器、声发射传感器、倾斜传感器、振动传感器和应变传感器均布设于所述焦炭塔上，且分别与所述信息采集模块连接。3.根据权利要求2所述的一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，其特征在于，所述信息采集模块包括温度信号采集模块、声发射信号采集模块、倾斜信号采集模块、振动信号采集模块和应变信号采集模块；所述温度信号采集模块与所述温度传感器连接，所述声发射信号采集模块与所述声发射传感器连接，所述倾斜信号采集模块与所述倾斜传感器连接，所述振动信号采集模块与所述振动传感器连接，所述应变信号采集模块与所述应变传感器连接，所述温度信号采集模块、声发射信号采集模块、倾斜信号采集模块、振动信号采集模块和应变信号采集模块均与传输模块连接。4.根据权利要求3所述的一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，其特征在于，所述传输模块包括通讯接口装置，所述通讯接口装置分别与所述温度信号采集模块、声发射信号采集模块、倾斜信号采集模块、振动信号采集模块和应变信号采集模块连接，所述通讯接口装置用于通过PCI板卡将传感器信号传输至本地服务器。5.根据权利要求3所述的一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，其特征在于，所述信息采集模块采用现场可编程门阵列进行数据采集。6.根据权利要求1所述的一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统，其特征在于，所述软件系统包括用户管理模块、系统设置模块、数据查看模块和数据显示模块，所述用户管理模块包括查看功能模块、修改功能模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵娜，丁克勤，唐方雄，张理京，赵禹，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：