用于水力除焦在线监测的光纤F-P声学传感器的研究

摘要

延迟焦化装置是大型化工机械装备，由于缺乏有效的传感监测手段，为了移除合成于高达50米且直径超过10米的密封罐状焦化装置中的千余吨焦炭，目前普遍依靠操作人员的工作经验去判断装置中焦炭的残留情况来进行水力除焦作业。这种仅仅依靠人工经验的操作方法会造成生产能耗大，工作效率低，同时存在较大的安全隐患。针对此，本文开展了一种光纤F-P声学传感器的理论与实验研究，该传感器可用于在线实时监测除焦作业中切焦的进展，提高水力除焦作业的效率与安全性，具有较大的理论价值与应用前景。本文主要包括以下内容：
　　1.总结了国内外水力除焦监测研究现状，介绍了光纤声学传感器在水力除焦中的应用情况，确定了采用光纤F-P声发射传感器监测水力除焦进展的研究方向，分析了光纤F-P声发射传感器的基本原理；
　　2.根据热传导理论以及实际加工情况，简单设计出了适用于传感器现场目标工作温度的传感器散热部件。以光纤F-P传感器的工作原理为基础，根据弹性力学理论，分别计算并模拟了传感器的响应频率、灵敏度与弹性膜片有效半径和厚度的关系。同时，模拟了光纤F-P谐振腔的腔长与输出光强对比度的关系，获得较优化的光纤F-P谐振腔的尺寸；
　　3.探索具有温度自补偿特性的光纤F-P声学传感谐振腔制备与老化等工艺，根据设计好的F-P谐振腔尺寸，完成F-P声学传感谐振腔的制备、老化与封装；
　　4.研究了制备出的光纤 F-P声学传感谐振腔温度特性，结果表明光纤 F-P声学传感谐振腔可用于目标工作温度范围内的测量。同时，研究了光纤F-P声学传感谐振腔的声学频响特性，结果表明该光纤 F-P声学传感谐振腔对1000Hz~5000Hz范围的声音信号具有良好的频响特性，可用于水力除焦产生声音信号的测量；
　　5.将制备好的光纤 F-P声学传感器安装于石化焦化装置进行水力除焦的现场试验。初步试验结果表明，该传感器可用于探测在线监测中除焦的干净程度与焦炭厚度的变化，表明本文研究的光纤F-P声学传感器可应用于水力除焦进展在线监测。

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第1章 绪论

1.1 本文研究的背景及意义

1.2水力除焦在线监测的国内外研究现状

1.3光纤声学传感器在水力除焦中的研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 光纤F-P传感器的基本原理

2.1 光纤F-P传感器的基本结构

2.2 光纤F-P传感器的传感原理

2.3光纤F-P传感器的振动特性

2.4 本章小结

第3章 光纤F-P声学传感器的设计

3.1光纤F-P声学传感器整体结构

3.2传感器降温结构的设计

3.3传感器F-P谐振腔的设计

3.4 本章小结

第4章 光纤F-P声学谐振腔的制备与封装

4.1传感器F-P谐振腔的制备

4.2传感器F-P谐振腔的老化

4.3传感器F-P谐振腔的封装

4.4 本章小结

第5章 光纤F-P声学传感探头的特性

5.1光纤F-P声学传感探头的温度特性

5.2光纤F-P声学传感探头性能的标定

5.3光纤F-P声学传感探头频谱测量特性的一致性

5.4 本章小结

第6章 光纤F-P声学传感器用于水力除焦在线监测的现场试验研究

6.1传感器现场试验的方法

6.2实验结果与分析

6.3本章小结

第7章 总结与展望

7.1 本文工作总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果