一种裂解炉炉管外壁测温仪双相驱动同步方法

摘要

本发明公开一种裂解炉炉管外壁测温仪双相驱动同步方法，包括开启测温仪；等待测量信号；水平驱动电机驱动测温驱动台，测温驱动台带着测温仪沿着裂解炉观火孔的方向在导轨上移动，直到到达设定的观火孔初始位置，随即旋转驱动电机驱动旋转器，旋转器带动测温仪旋转，直到到达设定的初始角度；水平驱动电机和旋转驱动电机配合，使测温仪在沿导轨移动的同时作旋转运动，使得测温仪发射的光斑扫描到观火孔对应的每根炉管的外壁；该观火孔对应的炉管扫描完毕，水平驱动电机和旋转驱动电机停止运行，返回准备下一个观火孔的测量。本发明在水平驱动电机驱动测温驱动台的同时，通过旋转驱动电机驱动旋转器，实现了测温仪的双相运动。

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种裂解炉炉管外壁测温仪双相驱动同步方法。

背景技术

乙烯工业是石油化工行业重要基体，裂解过程是乙烯工业的关键技术之一。目前我国99%以上乙烯生产采用管式炉蒸汽热裂解技术，裂解炉运行状况直接影响乙烯收率和质量。在裂解炉中，炉管是其中的关键部件，起加热原料和反应器的作用。由于裂解炉炉管长期在高温的复杂环境下运行，易发生由于腐蚀、局部超温等引起的表面氧化、结焦以及高温导致的相变、机械性能下降，造成炉管出现渗碳、开裂、冲刷减薄、弯曲等形式的失效。可以说，在裂解炉管失效的多种形式中，大多数与温度有直接关系。温度是裂解炉管失效的主要影响因素，因此，对裂解炉最重要的操作之一就是监控炉管的失效状况，采取的手段是监测和比较炉管外壁温度和裂解炉辐射段炉管气体出口温度（简称COT）。

要实现实时高精度的裂解炉管外壁温度测量，理论上可用红外热像仪进行分析，但红外热像仪价格昂贵，需配套复杂的图像分析处理软件，且可靠性低、操作不方便，因此大大限制了它的推广应用。

目前，公知公用的测量裂解炉管外壁温度的方法是通过人工手持非接触的红外测温仪，经裂解炉观火孔，进行逐管定位，逐管测温。这种人工手持测温方法有以下困难：

1、观火孔小，能清晰观察到的炉膛范围比较有限。

2、作业环境恶劣：炉膛烟火大且温度高（达到1200℃），观火孔热辐射大，测温环境温度高，并伴有振动和噪音，测温环境恶劣。

3、炉管定位难：炉管排列无规律，管间时密时疏，偶有前后遮挡，并伴有微小晃动，因此难以准确定位。

4、温度测量值难以甄别：识别所测温度是炉膛内壁温度还是炉管外壁温度，具体是哪根炉管的温度十分困难。

5、炉膛烟火对红外测温扰动厉害，非线性补偿模型构建非常困难。

6、裂解炉经过长时间运行和多次检修，观火孔厚度、观火孔至炉管距离、观火孔形状及大小等发生了根本变化，重现性差。

现有技术中已经出现了克服现有的人工手持炉管外壁测温方法弊端的炉管壁温自动测量仪，如申请号为201410666748.5的中国发明专利文献公开了一种裂解炉炉管外壁与炉膛内壁的温度甄别方法及测量装置，该方法在通过红外测温模块非接触地测量炉管壁温时，同时通过激光测距模块测量被测对象的距离，从而达到自动测量壁温并甄别测温对象的目的。但是为了能观测到观火孔对应的全部炉管，测温仪移动时，还需进行同步旋转。因此，测温仪的运动是双相运动，需进行同步。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种裂解炉炉管外壁测温仪双相驱动同步方法，采用的技术方案如下：

一种裂解炉炉管外壁测温仪双相驱动同步方法，包括以下步骤：

S1.开启测温仪；

S2.等待测量信号；

S3.通过水平驱动电机驱动测温驱动台，使得测温驱动台带着测温仪沿着裂解炉观火孔的方向在导轨上移动，直到到达设定的观火孔初始位置，随即通过旋转驱动电机驱动旋转器，使得旋转器带动测温仪旋转，直到到达设定的初始角度；

S4.水平驱动电机和旋转驱动电机配合，使测温仪在沿导轨移动的同时作旋转运动，使得测温仪发射的光斑扫描到观火孔对应的每根炉管的外壁；

S5.该观火孔对应的炉管扫描完毕，水平驱动电机和旋转驱动电机停止运行，返回S2。

本发明通过水平驱动电机驱动测温驱动台带着测温仪沿着导轨移动，同时通过旋转驱动电机驱动旋转器旋转，使得测温仪在导轨上移动的同时作旋转运动，实现了测温仪的双相运动，从而使得测温仪发射的光斑能够扫描到观火孔对应的全部炉管。

作为优选，所述步骤S3具体为：水平驱动电机驱动测温驱动台，测温驱动台带着测温仪在导轨上向左移动，直到测温驱动台内的第一接近开关与导轨上的第一定位件位于同一竖轴，并以此位置为参考继续向前移动距离S；随即旋转驱动电机驱动旋转器，旋转器带动测温仪逆时针旋转，直到旋转器上的第二定位件被第二接近开关检测到，并以此位置为参考顺时针旋转一定的角度β。

 测温仪在导轨上的移动方向和旋转方向可根据实际生产中裂解炉炉管的排列和测量方向设计，因此所述步骤S3还可以为：水平驱动电机驱动测温驱动台，测温驱动台带着测温仪在导轨上向右移动，直到测温驱动台内的第一接近开关与导轨上的第一定位件位于同一竖轴，并以此位置为参考继续向前移动距离S；旋转驱动电机驱动旋转器，旋转器带动测温仪顺时针旋转，直到旋转器上的第二定位件被第二接近开关检测到，并以此位置为参考逆时针旋转一定的角度β。

接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出动作信号的开关，它无需和物体直接接触，即可检测是否有物体靠近。通过将接近开关或被检测物安装在固定的部件，另一方安装在运动部件，即可实现运动部件的位置检测或定位。接近开关有很多种类，主要有电磁式、光电式、差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等，它们可检测的物体不同，即不同类型的接近开关要配合不同类型的定位块使用。如电涡流式接近开关只能检测导电体，因此，当使用电涡流式接近开关时，定位块必须是导电体。通过接近开关和定位件的配合，实现了测温仪初始测量位置的精确定位。

作为优选，所述第一接近开关为霍尔开关，所述第一定位件为磁体。

霍尔元件是一种磁敏元件，利用霍尔元件做成的开关，称为霍尔开关。当霍尔开关接近磁体时，霍尔开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近是否有磁性物体存在，从而实现位置检测或定位。

作为优选，所述第二接近开关为光电开关，所述第二定位件为挡板。

光电开关是利用光电效应制造而成的零件，当有反光面即被检测物体接近时，光电开关内光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可感知是否有物体接近。

作为优选，所述步骤S4中水平驱动电机的速度和旋转驱动电机的角速度满足以下关系：

                                                                （1）

其中，ω是旋转驱动电机的速度，V₁是水平驱动电机的速度， H₁是导轨平面离裂解炉炉管平面的距离，H₂是导轨平面与裂解炉观火孔的距离，H₃是裂解炉观火孔深度。

现有技术中，只存在在只有直线运动或曲线运动情景下的光斑位置和移动速度的控制，但这两种都只是在“线”这一层面上对光斑位置和移动速度进行控制，而本发明的测温仪在进行直线运动的同时还进行旋转运动，因此需要在“面”这一层面上对测温仪发出的光斑进行位置和移动速度的控制。在旋转器旋转的角速度和测温驱动台的移动速度满足式（1）的时候，就能保证测温仪打出的光斑始终在管道平面上匀速地扫描到观火孔对应的每根炉管的外壁。

作为优选，所述水平驱动电机和旋转驱动电机为步进电机。

由人工测量出H₁、H₂和H₃，给定水平驱动电机的移动速度V₁，再由上式求得ω，知道V₁和ω后， 根据步进电机速度与脉冲频率、步进电机驱动器细分数的关系即可将相应的速度和角速度转化为步进电机所需脉冲的脉冲频率，从而实现测温驱动台和旋转器的速度控制，其中，步进电机驱动器细分数可通过查询电机参数得到。

本发明的有益效果：实现了测温仪的双相运动，使得测温仪能扫描到观火孔对应的全部炉管的外壁；通过接近开关和定位件的配合，实现了测温仪测量温度时初始位置的精准定位；水平驱动电机和旋转驱动电机之间的速度相互配合，使得测温仪能均匀地扫描到观火孔对应的全部炉管；采用步进电机，方便地实现了对水平驱动电机和旋转驱动电机的速度控制。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图；

图2是本发明实施例扫描炉管的过程示意图；

图3是本发明实施例水平驱动电机速度与旋转驱动电机角速度关系图。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：

如图1所示，本实施例的一种裂解炉炉管外壁测温仪双相驱动同步方法包括以下步骤：

S1.开启测温仪；

S2.等待测量信号；

S3. 水平驱动电机驱动测温驱动台，测温驱动台带着测温仪在导轨上向左移动，直到测温驱动台内的第一接近开关与导轨上的第一定位件位于同一竖轴，并以此位置为参考继续向前移动距离S；随即旋转驱动电机驱动旋转器，旋转器带动测温仪逆时针旋转，直到旋转器上的第二定位件被第二接近开关检测到，并以此位置为参考顺时针旋转一定的角度β；

S4.水平驱动电机和旋转驱动电机配合，使测温仪在沿导轨向左移动的同时作顺时针旋转运动，使得测温仪发射的光斑扫描到观火孔对应的每根炉管的外壁；

S5.该观火孔对应的炉管扫描完毕，水平驱动电机和旋转驱动电机停止运行，返回S2。

如图2所示，水平驱动电机驱动测温驱动台，测温驱动台带着测温仪在导轨3上水平向左移动，直到测温驱动台内的霍尔开关与导轨3上的磁体5位于同一竖轴，并以磁体5所在位置为参考继续移动距离S，到达观火孔初始位置4；随即旋转驱动电机驱动旋转器，旋转器带动测温仪逆时针旋转，直到旋转器上的挡板被光电开关检测到，记此时的位置为0°，并以0°为参考位置顺时针旋转角度β，到达初始位置。水平驱动电机驱动测温驱动台继续向左移动，旋转驱动电机驱动旋转器继续顺时针旋转，使测温仪在沿导轨3移动的同时顺时针作旋转运动，从而使得测温仪发射的光斑扫描到观火孔2对应的每根炉管6的外壁。

进一步地，所述步骤S4中水平驱动电机的速度和旋转驱动电机的角速度满足以下关系：

                 （1）

其中，ω是旋转驱动电机的速度，V₁是水平驱动电机的速度， H₁是导轨平面离裂解炉炉管平面的距离，H₂是导轨平面与裂解炉观火孔的距离，H₃是裂解炉观火孔深度。

本发明的光斑既进行直线运动也进行旋转运动，而要想实现均匀扫描的效果，必须保证在工作过程中，光斑始终在炉管6所在平面上匀速移动。现有技术中只存在在只有直线运动或曲线运动的情况下对光斑的位置和移动速度进行控制的方法，因此要想实现本发明中光斑的位置和移动速度的控制，必须研究一种新的控制方法。

如图3所示，给定水平驱动电机向左移动的速度V₁，以炉管6所在平面为参考系，要使测温仪打出的光斑停留在炉管6所在平面，则要给旋转器一定的旋转速度V₂，分析可知V₁、V₂关系为 ：                                                                             

                        （2）

其中θ是测温仪扫描测温的角度。

同时，为了保证测温仪能均匀地扫描到每根炉管的外壁，必须使得光斑在管道平面上匀速移动，这样，旋转器的速度在满足式(2)的基础上，还需要再叠加一个能使得光斑匀速移动的速度分量V₃，分析知V₁、V₃的关系为：

            (3)

简化（3）式得

                            (4)

其中，R是测温仪的扫描半径，可由下式计算：

                        (5)

结合式（2）和式（4），可得旋转驱动电机角速度ω为

     （6）

结合式子（5）和式子（6）可得旋转驱动电机角速度ω为

         （1）

进一步地，所述水平驱动电机和旋转驱动电机为步进电机。

由人工测量出H₁、H₂和H₃，给定水平驱动电机的移动速度V₁，再由上式求得ω，知道V₁和ω后， 根据步进电机速度与脉冲频率、步进电机驱动器细分数的关系即可将相应的速度和角速度转化为步进电机所需脉冲的脉冲频率，从而实现测温驱动台与旋转器速度的同步控制，其中，步进电机驱动器细分数可通过查询电机参数得到。