[发明专利]基于动态包络线法的管道保温状况监测和分级控制方法

权利要求书

1.一种基于动态包络线法的管道保温状况监测和分级控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立在役管道保温状况评价方法，对在役管道保温状况进行评价，依据评价结果，判断该管道是否需要改造；所述的在役管道保温状况评价方法，是通过计算关键性指数，来确定在役管道是否需要改造，具体包括：

(1)通过对比分析不同管道保温材料特性，以及对管道保温层红外热成像检测结果、管道保温破损点的历史信息进行统计分析，确定出管道保温效果关键性指数的六个影响因素，分别为：管道单位面积散热损失、管道保温材料性能、管道内运行介质温度、管道保温层厚度、管道保温层运行年限、整条管道保温层破损点数量；

(2)应用层次分析法确定出管道保温效果关键性指数的六个影响因素的权重，分别为：

管道单位面积散热损失等级权重b1为0.35；

管道保温材料性能等级权重b2为0.17；

管道内运行介质温度等级权重b3为0.13；

管道保温层厚度等级权重b4为0.16；

管道保温层运行年限等级权重b5为0.1；

整条管道保温层破损点数量等级权重b6为0.09；

(3)确定管道保温效果关键因素的评分标准

(3.1)管道单位面积散热损失的打分标准是通过计算管道保温层单位面积散热损失q₁与工业设备和管道绝热工程设计规范中规定的管道最大允许热损失量q的差值q_e来确定的，q_e＝q₁-q,q_e值越大，等级越低，打分标准为：

q_e小于5，为5分；

q_e大于5且小于等于20，为4分；

q_e大于20且小于等于50，为3分；

q_e大于50且小于等于100，为2分；

q_e大于100，为1分；

(3.2)管道保温材料性能评分标准：

管道保温材料为新型纳米气凝胶产品，为5分；

管道保温材料为硅酸铝制品，为4分；

管道保温材料为微孔硅酸钙制品，为3分；

管道保温材料为岩棉制品，为2分；

管道保温材料为新型纳米气凝胶产品、硅酸铝制品、微孔硅酸钙制品和岩棉制品以外的其他材料，为1分；

(3.3)管道内运行介质温度评分标准：

管道内运行介质温度小于100℃，为5分；

管道内运行介质温度大于等于100℃，且小于200℃，为4分；

管道内运行介质温度大于等于200℃，且小于300℃，为3分；

管道内介质温度大于等于300℃，且小于450℃，为2分；

管道内介质温度大于等于450℃，为1分；

(3.4)管道保温层厚度评分标准，是通过计算管道保温层经济厚度D₁与保温层实际厚度D₂的差值D_e来确定的，管道保温层经济厚度D₁是按照工业设备和管道绝热工程设计规范中的计算公式计算获得，D_e值越大，等级越低，评分标准为：

D_e值大于0mm且小于等于5，为5分；

D_e值大于5mm且小于等于10mm，为4分；

D_e值大于10mm且小于等于20mm，为3分；

D_e值大于20mm且小于等于30mm，为2分；

D_e值大于30mm，为1分；

(3.5)管道保温层运行年限评分标准：

管道保温层使用年限小于等于3年，为5分；

管道保温层使用年限大于3年且小于等于5年，为4分；

管道保温层使用年限大于5年且小于等于8年，为3分；

管道保温层使用年限大于8年且小于等于15年，为2分；

管道保温层使用年限大于15年，为1分；

(3.6)整条管道保温层破损点数量评分标准，即保温层出现破损，经检测破损部位温度超过50℃的部位，以及管道的阀门、管道支撑件、管道异形件出现温度超过50℃的部位，破损点数量值越大，等级越低，评分标准为：

管道保温层使用过程至今，无破损点，为5分；

管道保温层使用过程至今，破损点数量小于等于10个，为4分；

管道保温层使用过程至今，破损点数量大于10个且小于等于30个，为3分；

管道保温层使用过程至今，破损点数量大于30个且小于等于50个，为2分；

管道保温层使用过程至今，破损点数量大于50个，为1分；

(4)管道保温性能关键性指数计算，以及判断是否需要改造

管道保温性能关键性指数K综合计算公式如下：

K＝b₁×管道单位面积散热损失的评分分值+b₂×管道保温材料性能的评分分值+b₃×管道内运行介质温度的评分分值+b₄×管道保温层厚度的评分分值+b₅×管道保温层运行年限的评分分值+b₆×整条管道保温层破损点数量评分分值；

将企业中的在役管道保温性能依据上面评分准则对各因素进行打分，各因素分值代入管道保温性能关键性指数K综合计算公式，得到每条管道保温状况的关键性指数K，并按照下面准则被评价管道是否需要改造；

关键性指数K为4.0～5时，管道保温效果优，保温效果级别为A级，该管道的保温设计、施工及运行维护方案作为外径及内部介质温度相同的管道的设计目标值；

关键性指数K为2.8～4.0时，管道保温效果良，保温效果级别为B级，需每两年对该管道保温进行抽检，分析计算该管道保温的散热损失状况；

关键性指数K为1.9～2.8时，管道保温效果一般，保温效果级别为C级，建议改造；如不改造，每年对该管道保温进行抽检，分析计算该管道保温的散热损失状况；

关键性指数K为1.0～1.9时，管道保温效果差，保温效果级别为D级，急需改造，改造的设计、施工参照A级保温效果的管道进行设计、施工；

2)对保温效果级别为C级以下的在役管道进行温度监测：是在保温效果级别为C级以下的在役管道上选择测温光纤起始点位置，并在被监测管道的保温层外壁上安装由温度控制器和测温光纤构成的光纤测温系统进行监测；

3)在在役管道保温层外壁上设置具有4G功能的无线路由器，并通过232接口连接温度控制器，所述温度控制器采集的温度信号通过所述的无线路由器传送到上位PC机，实现数据的实时传输与数据监测；

4)在上位PC机中搭建在线监测系统平台，包括建立的实时数据库、数据分析与性能计算、数据查询及显示，并通过显示器显示管道保温的单位面积散热损失、保温层破损处位置及整条管道散热损失的实时动态波形图；包括：

(1)建立实时数据库

建立实时数据库，用于存储管道保温的结构参数及性能参数，管道保温在管内介质的各温度下的最大允许散热损失值，管道附件的环境温度和风速，由光纤测温系统传输至上位主机系统的管道保温温度数据和相应位置数据，从DCS提取的有关管内介质的温度、压力、流量数据；

(2)建立被监测管道的空间位置模型，根据测温光纤铺设的位置，以测温点为采样点，建立管道保温位置坐标数据结构，并将位置数据存入实时数据库；

(3)计算在线管道保温性能，即管道保温单位面积散热损失的计算和管道总散热损失计算，其中，

(3.1)管道保温单位面积散热损失的计算

管道保温单位面积散热损失,是根据管道的表面温度、环境温度及表面换热系数，按下式计算得到的管道保温单位面积散热损失q：

q＝α×(T_W-T_F) (1)

式中：q为热流密度，单位为W/m2；α为表面换热系数，单位为W/(m2·K)；T_W为管道保温层外表面温度，单位为K；T_F为环境温度，单位为K；

其中：表面换热系数α由下式得到：

式中：ω为风速，单位为m/s，

管道保温层外表面温度T_W按求算术平均值的方法处理：

式中：

为第i段管道的保温层外表面平均温度，单位为℃；n为管段个数；

T(x_i1,y_i1,z_i1),T(x_i2,y_i2,z_i2),T(x_i3,y_i3,z_i3)为管道的保温层外表面铺设的三根光纤，延管道走向，在每一个测温信号采集点取一个垂直管道走向的采样切面，共为n段，第i个采样切面的光纤测温点的温度值分别记为T(x_i1,y_i1,z_i1)、T(x_i2,y_i2,z_i2)、T(x_i3,y_i3,z_i3)，单位为℃；

(3.2)管道总散热损失计算

管道总散热损失，按下式计算得到：

式中：

Q为管道总散热损失，单位为W；Q_i为第i段管道的散热损失，单位为W；q_i为第i段管道的单位面积散热损失，单位为W/m2；d_1i为第i段管道的外半径，单位为m；d_2i为第i段管道的保温层厚度，单位为m；l_i为第i段管道的长度，单位为m；

5)分别绘制管道保温单位面积散热损失及管道总散热损失的趋势值点图，在趋势值点图基础上，采用移动均值--标准差法，绘制管道保温效果动态包络线图；

6)根据管道保温效果动态包络线图进行管道保温效果控制。