用于監(jiān)測蒸汽發(fā)生器中的操作條件的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于監(jiān)測蒸汽發(fā)生器中的操作條件的方法和系統(tǒng) 相關(guān)申請的交叉引用
[0001] 本申請要求2012年12月20日提交的標(biāo)題為"SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING STEAM GENERATOR TUBE OPERATING CONDITIONS"的加拿大專利申請 2799824、 2012年 12 月 20 日提交的標(biāo)題為"METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING STEAM GENERATION TUBE OPERATION CONDITIONS"的加拿大專利申請2799830以及2012年12月20日提交的 標(biāo)題為"SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING LOCATION DATA FOR PIPES IN A STEAM GENERATOR"的加拿大專利申請2799869的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全文完整地結(jié)合到本文 中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開一般涉及蒸汽發(fā)生器。更具體來說，本公開涉及在操作期間監(jiān)測蒸汽發(fā)生 器。
【背景技術(shù)】
[0003] 以下背景論述不是認(rèn)可以下所述的任何方面是作為現(xiàn)有技術(shù)或一般常識可引述 的。
[0004] 蒸汽發(fā)生器用于各種應(yīng)用和過程中，包括例如用于驅(qū)動渦輪機(jī)以創(chuàng)造電力，或者 在蒸汽輔助重力排出中用于油砂中的油的回收，油砂如加拿大的亞伯達(dá)省所發(fā)現(xiàn)的。
[0005] 熱回收蒸汽發(fā)生器（HRSG)是一種類型的蒸汽發(fā)生器，其使用熱交換機(jī)從熱氣流 來回收熱量，以生成蒸汽。一種類型的HRSG是直流式蒸汽發(fā)生器（OTSG)。OTSG在一些油 砂應(yīng)用中是有利的。與HRSG不同，OTSG沒有鍋爐包。
[0006] OTSG包括一個(gè)或多個(gè)高碳鋼管或者管圈，其經(jīng)過不同但連接的加熱部分。管子也 能夠描述為管道。這些部分能夠是輻射和對流部分。水通過管子在連續(xù)通路中被栗送，并 且在不同部分中被加熱。熱量通過在燃燒室中燃燒燃料來生成。燃燒室位于與輻射部分直 接相鄰。來自燃燒室的熱量通過輻射部分、通過對流部分來推進(jìn)并且離開排氣煙囪。
[0007] 在OTSG中，冷或低溫水首先通過對流部分來栗送，其中熱量與熱燃燒廢氣進(jìn)行交 換，以預(yù)先加熱水。為了使到水的熱傳遞為最大，對流部分中的管子被盤繞并且彼此緊挨著 設(shè)置成疊層或?qū)?，以使水表面積對水容積為最大。預(yù)加熱的水或者水/蒸汽混合物離開對 流部分，并且繼續(xù)進(jìn)行到輻射部分，其中它通過熱空氣并且通過從燃料的燃燒所發(fā)射的輻 射進(jìn)一步加熱。輻射部分由外殼中的大量管子組成，通過其推進(jìn)熱空氣和燃燒氣體。輻射 部分中的管子是直的，并且繞外殼內(nèi)部圓周地設(shè)置，以形成空心圓柱結(jié)構(gòu)。沒有管子存在于 圓柱的中心，以便允許燃燒氣體和熱空氣經(jīng)過其中。
[0008] HRSG和OTSG是惡劣環(huán)境。輻射部分能夠遭遇高達(dá)1000°C，以及蒸汽對流部分能 夠遭遇500-100(TC之間。在操作期間，由于極端熱量，沉淀能夠積聚在管子或管圈的內(nèi)部。 沉淀的積聚稱作污垢，并且通過水中的微粒或水銹、即硅石、碳酸鹽和其他礦物來引起。熱 量加速沉淀或污垢的積聚。
[0009] 污垢可通過在不同輻射和對流部分使管子或者其部分的熱交換效率降級，來降低 HRSG和OTSG的性能。管子內(nèi)部的沉淀也限制水的流動。相應(yīng)地，局域污垢能夠產(chǎn)生熱點(diǎn)， 其繼續(xù)污染，并且可導(dǎo)致斷裂管子。斷裂管子要求蒸汽發(fā)生器高費(fèi)用和費(fèi)時(shí)的關(guān)機(jī)以維修 或更換管子。
[0010] 污垢的早期檢測可準(zhǔn)許一個(gè)或多個(gè)退化管子在所安排維護(hù)期間被維修或更換。但 是，污垢因高溫、危險(xiǎn)條件以及接近HRSG和OTSG的物理限制而難以檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 描述用于監(jiān)測蒸汽發(fā)生器中的管子的操作條件的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括：傳感 器，其附加于管子，用于檢測管子或傳感器中的機(jī)械應(yīng)變、壓力和溫度的一個(gè)或多個(gè)；或者 照相裝置，定位在蒸汽發(fā)生器中，照相裝置用于捕獲可與溫度相關(guān)的管子的圖像；或者傳感 器和照相裝置。該系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)，其連接到傳感器或照相裝置或者傳感器 和照相裝置，該計(jì)算機(jī)用于接收可與機(jī)械應(yīng)變、壓力和溫度的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的一個(gè)或多 個(gè)信號，并且監(jiān)測管子的操作條件。該方法包括：在一個(gè)或多個(gè)時(shí)間接收可與管子的壓力、 機(jī)械應(yīng)變和溫度的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)信號；識別信號與之有關(guān)的管子的段；以 及監(jiān)測管子的操作條件。
【附圖說明】
[0012] 現(xiàn)在僅作為舉例、參照附圖來描述本公開的實(shí)施例。
[0013] 圖IA是直流式蒸汽發(fā)生器的圖示。
[0014] 圖IB是圖IA所示OTSG的回路的對流部分的截面。
[0015] 圖IC是圖IA所示OTSG的回路的輻射部分的截面圖。
[0016] 圖2是按照本發(fā)明的一實(shí)施例、監(jiān)測系統(tǒng)和圖IA的OTSG的一部分的示意圖。
[0017] 圖3是光纖傳感器的一段的透視側(cè)視圖。
[0018] 圖4是設(shè)置在氣密纜線封裝中的光纖傳感器的一示范實(shí)施例的截面圖。
[0019] 圖5是按照本發(fā)明的一實(shí)施例、設(shè)置在導(dǎo)管中并且附加于管子的纜線封裝的透視 側(cè)視圖。
[0020] 圖6是按照本發(fā)明的一實(shí)施例、用于監(jiān)測具有圖IA的OTSG中的光纖傳感器的管 子的操作條件的過程的流程圖。
[0021] 圖7是用于監(jiān)測圖IA的OTSG中的條件的系統(tǒng)的框圖。
[0022] 圖8是用于確定圖IA的OTSG的管子的位置數(shù)據(jù)的示例方法的流程圖。
[0023] 圖9是用于按照圖8的方法來校準(zhǔn)照相裝置的樣本圖像的視圖。
[0024] 圖10至圖12是用于按照圖8的方法來校準(zhǔn)照相裝置的照相裝置透鏡失真參數(shù)的 視圖。
[0025] 圖13和圖14是如圖IC所示的OTSG的輻射部分內(nèi)部的管子的透視圖，分別示出 按照圖8的方法的標(biāo)志的標(biāo)識和從標(biāo)志的投影。
[0026] 圖15是用于按照圖8的方法來調(diào)整位置的管子模板變換的示意圖。
[0027] 圖16和圖17是用于按照圖8的方法來調(diào)整位置數(shù)據(jù)的管子模板的投影位置的示 意圖。
[0028] 圖18至圖21是OTSG內(nèi)部的管子的透視圖，示出按照圖8的方法的管子的位置數(shù) 據(jù)。
[0029] 圖22示出用于監(jiān)測如圖IA所示直流式蒸汽發(fā)生器的操作條件的系統(tǒng)的另一個(gè)示 例實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為便于說明，以下描述中提出了大量詳細(xì)資料，以便透徹地了解實(shí)施例。但是，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員將會清楚地知道，這些具體細(xì)節(jié)不作要求。在其他情況下，眾所周知的電子 結(jié)構(gòu)和電路以框圖形式示出，以便不影響理解。例如，可提供關(guān)于本文所述實(shí)施例是否實(shí)現(xiàn) 為軟件例程、硬件電路、固件或者其組合的具體細(xì)節(jié)。
[0031] 圖IA示出示例HRSG、具體是直流式蒸汽發(fā)生器（OTSG)IOO,供與用于監(jiān)測其中的 操作條件的方法和系統(tǒng)配合使用。HRSG是能量回收熱交換系統(tǒng)，其從燃?xì)鉁u輪機(jī)所生成的 熱氣流中回收熱量。來自熱氣流的能量能夠生成用于電力生產(chǎn)或者用于各種工業(yè)過程的蒸 汽。沒有包括鍋爐包的一種專門類型的HRSG是OTSG。OTSG將水（又稱作給水）轉(zhuǎn)換成高 壓和高溫蒸汽。
[0032] 在OTSG 100中，冷或預(yù)加熱的水可沿著沒有分段部分的連續(xù)通路通過諸如節(jié)能 器、蒸發(fā)器和過熱器之類的組件。在OTSG 100中，水的預(yù)先加熱、蒸發(fā)和過熱可在一個(gè)連續(xù) 回路102中連續(xù)發(fā)生。水在OTSG 100的冷端104通過回路102 (圖IA中示為箭頭"A"來 栗送。當(dāng)水流經(jīng)OTSG 100時(shí)，它被加熱，并且在示為箭頭106的氣流中提取熱量時(shí)改變相 位。氣流106能夠由燃?xì)鉁u輪機(jī)來創(chuàng)建?；芈?02包括一個(gè)或多個(gè)管子，其暴露于一個(gè)或 多個(gè)對流部分110和一個(gè)或多個(gè)輻射部分112 (其又稱作熔爐），其共同稱作加熱部分。過 熱蒸汽流經(jīng)OTSG 100的熱端108,圖IA中示為箭頭"B"。
[0033] 例如，OTSG的輻射部分112即熔爐中的溫度能夠高達(dá)KKKTC (攝氏度）。OTSG中 使用的管子內(nèi)部的水或蒸汽可達(dá)到300°C以及1800鎊/每平方英寸表壓（psig)的壓力。
[0034] OTSG 100的單獨(dú)部分可基于從燃?xì)鉁u輪機(jī)所接收的熱負(fù)荷而更大或更小。如操作 期間所構(gòu)建或觀察的管子的位置可與按照HRSG系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)模型或者其 組件的位置有所不同。此外，管子的位置可因管子由于操作條件和熱量以及制造變化引起 的管子的膨脹和收縮而受到影響。
[0035] 圖IB示出如圖IA所示回路102的對流部分110的截面。設(shè)置在回路102中的是 一個(gè)或多個(gè)管子109,其延伸回路的長度。在管子109本身與回路102的壁或外殼之間是空 氣。為了使到管子109中的水的熱傳遞為最大，對流部分110中的盤繞碳鋼管109彼此緊 挨著設(shè)置成疊層或?qū)?，以使水表面積對水容積為最大。
[0036] 圖IC示出如圖IA所示回路102的輻射部分112的截面。設(shè)置在回路102中的是 一個(gè)或多個(gè)管子109,其延伸回路102的長度。在管子109本身與回路102的壁之間是空 氣。輻射部分112由大量管子109組成，通過其推進(jìn)熱空氣和燃燒氣體。輻射部分112中 的管子109是直的，并且輻射部分112的內(nèi)部圓周地設(shè)置，以形成空心圓柱結(jié)構(gòu)。沒有管子 存在于圓柱的中心，以便允許燃燒氣體和熱空氣經(jīng)過其中。
[0037] OTSG是惡劣環(huán)境，其能夠在輻射部分112中遭遇高達(dá)1000°C以及在蒸汽對流部分 110中遭遇500-1000°C。在操作期間，惡劣環(huán)境能夠使沉淀積聚在通過OTSG的部分?jǐn)y帶水 或蒸汽或者其混合物的管子或管圖的內(nèi)部。污垢可通過在輻射和對流部分中使管子或者其 部分的熱交換效率降級，來降低HRSG和OTSG的性能。管子內(nèi)部的沉淀也限制水的流動。局 域污垢能夠產(chǎn)生熱點(diǎn)，增加結(jié)垢速率，并且可導(dǎo)致斷裂管子。
[0038] 盡管在操作期間需要一般監(jiān)測OTSG和HRSG中的條件并且具體檢測OTSG和HRSG 中的管子污垢，但是會難以進(jìn)行其中任一個(gè)。這是因?yàn)椴糠?1〇、112因其中的高溫和惡劣 條件而是個(gè)人不可接近的。這些部分可因物理限制而也是個(gè)人不可接近的。即使可能克服 物理限制，但是操作期間在這些部分中出現(xiàn)的高溫會在進(jìn)入之前要求0TSG/HRSG關(guān)機(jī)。
[0039] 圖2示出按照本公開的一實(shí)施例、用于監(jiān)測OTSG和HRSG中的條件的系統(tǒng)200。該 系統(tǒng)包括多個(gè)光纖感測纜線封裝222,其附加于圖IA的OTSG 100的輻射部分112的管子 109。光纖感測纜線封裝222感測管子中的應(yīng)變，非限制性地包括溫度和壓力應(yīng)變。纜線封 裝222通過墊片242附加于管子109,并且連接到儀表250以用于監(jiān)測管子109的操作條 件。感測纜線封裝222沿導(dǎo)管240中的各管子209的至少一部分的長度延伸。感測纜線封 裝222包括光纖傳感器210,光纖傳感器210在光學(xué)上連接到接合盒254,接線盒254將信 號從光纖傳感器210傳送給信號處理單元256、例如光學(xué)感測詢問器、來自Micron Optics Inc.的sml25。光學(xué)感測詢問器256可包括寬帶或可調(diào)諧光源258和光電檢測器260。光 電檢測器260能夠設(shè)置為陣列，以提供多通道光譜分析功能性。對于高精度譜分析，光學(xué)感 測詢問器通常與NIST標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)單元