一种管壳式换热器的泄漏检测方法

摘要

本发明提供了一种管壳式换热器的泄漏检测方法，包括壳体，所述壳体两端分别设置封头，所述封头和壳体的连接位置设置管板，换热管连接两端的管板，所述壳体包括热水进口和热水出口，所述热水进口和热水出口分别连接热水进口管和热水回水管，所述热水进口管和热水回水管具有多个连接点，所述连接点外部设置保温层，其特征在于，在至少一个连接点处设置热像仪。本发明提供了一种管壳式换热器，能够达到很好的节能环保的效果。

权利要求

1.一种管壳式换热器的泄露检测方法，所述换热器包括壳体，所述壳体两端分别设置封头，所述封头和壳体的连接位置设置管板，换热管连接两端的管板，所述壳体包括热水进口和热水出口，所述热水进口和热水出口分别连接热水进口管和热水回水管，所述热水进口管和热水回水管具有多个连接点，所述连接点外部设置保温层，在至少一个连接点处设置热像仪，检测连接点泄漏包括如下步骤：数据采集与监测步骤：利用热像仪监测并采集连接点处的红外视频监测数据以及可见光视频监测数据；

数据传输步骤：与数据采集与监测子系统通讯，将监测点的红外视频数据以及可见光视频数据通过光纤传输到服务器；

保温层完整性检测步骤：根据传输到服务器的可见光视频数据，判断保温层的完整性；

泄漏确认步骤：对于满足保温层完整性检测的图像帧，提取其对应的红外温度场数据，通过帧间比较，获取其温度差或者温差变化的累计，超过阈值时，触发节点泄漏报警；

保温层完整性检测包括如下步骤：

定义每个监测点各种工况条件下可见光视频数据中保温层的标准图像帧，称之为参考帧R；

1)分别按照以下公式计算每幅参考帧的灰度均值μr以及灰度标准差δr；

其中M,N为图像分辨率,Iij表示对应坐标处的灰度值；

2)取可见光监控视频中的一帧，计算当前图像帧T的灰度均值μt以及灰度标准差δt；

3)计算当前图像帧T与对应的参考图像帧R之间的灰度均值差Δμ、灰度标准差的差Δδ；

4)当Δμ，Δδ的值大于设定阈值时，将当前帧作为疑似帧，继续步骤5)的处理；当Δμ，Δδ的值小于设定阈值时，当前帧为正常保温层帧，继续步骤2)的处理；

5)对于疑似帧，继续计算当前图像帧T与对应的参考图像帧R的每一级灰度像素数差的绝对值之和Si， 如果Si的值大于设定阈值时，则认为当前帧没有通过保温层完整性检测，丢弃该帧，返回步骤3)继续下一帧的处理；

6)如果在指定的连续时间内的图像帧都没有通过保温层完整性检测，触发完整性异常报警，通知管理人员人工处理。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，对于满足保温层完整性检测的图像帧，提取其对应的红外温度场数据，通过帧间比较，获取其温度差或者温差变化的累计，超过阈值时，触发节点泄漏报警。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，具体包含以下两种报警模式：

1)温差报警

计算当前温度场矩阵P与前一帧温度场矩阵Q的差D＝P-Q,当D的值超过设定阈值时，触发温差报警；

2)温差累计报警

依次计算当前温度场矩阵Pi与前一帧温度场矩阵Qi-1的差Di＝Pi-Qi-1，并对n帧温度差Di进行算术累计求和 当Y的值超过设定阈值时，触发温差累计报警。

4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，根据D值的大小，设定一级报警，二级报警以及三级报警。

5.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，根据Y值的大小，设定一级报警，二级报警以及三级报警。

说明书

一种管壳式换热器的泄漏检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种管壳式换热器，尤其是涉及一种检测泄漏的管壳式换热器。

背景技术

[0002] 管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢；但传热系数低、占地面积大。可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。管壳式换热器泄漏会直接导致管内高温介质大量流失，热污染环境。

[0003] 目前对换热器泄漏检测的项目研究不多，本项目采用供热泄漏检测的相关技术，将其应用到管壳式换热器，提出了一种新的管壳式换热器。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术中的不足，提供一种新的管壳式换热器。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种管壳式换热器，包括壳体，所述壳体两端分别设置封头，所述封头和壳体的连接位置设置管板，换热管连接两端的管板，所述壳体包括热水进口和热水出口，所述热水进口和热水出口分别连接热水进口管和热水回水管，所述热水进口管和热水回水管具有多个连接点，所述连接点外部设置保温层，其特征在于，在至少一个连接点处设置热像仪。

[0007] 作为优选，热像仪设置在立柱上。

[0008] 作为优选，热像仪设置在保温层处，检测保温层位置的数据。

[0009] 一种换热器的连接点泄漏实时检测方法，包括如下步骤：

[0010] 数据采集与监测步骤：利用热像仪监测并采集换热器保温层处的红外视频监测数据以及可见光视频监测数据；

[0011] 数据传输步骤：与数据采集与监测子系统通讯，将监测点的红外视频数据以及可见光视频数据通过光纤传输到服务器；

[0012] 保温层完整性检测步骤：根据传输到服务器的可见光视频数据，判断保温层的完整性；

[0013] 泄漏确认步骤：对于满足保温层完整性检测的图像帧，提取其对应的红外温度场数据，通过帧间比较，获取其温度差或者温差变化的累计，超过阈值时，触发节点泄漏报警。

[0014] 作为优选，保温层完整性检测包括如下步骤：

[0015] 定义每个监测点各种工况条件下可见光视频数据中保温层的标准图像帧，称之为参考帧R；

[0016] 1)分别按照以下公式计算每幅参考帧的灰度均值μr以及灰度标准差δr；

[0017]

[0018] 其中M,N为图像分辨率,Iij表示对应坐标处的灰度值；

[0019] 2)取可见光监控视频中的一帧，计算当前图像帧T的灰度均值μt以及灰度标准差δt；

[0020] 3)计算当前图像帧T与对应的参考图像帧R之间的灰度均值差Δμ、灰度标准差的差Δδ；

[0021] 4)当Δμ，Δδ的值大于设定阈值时，将当前帧作为疑似帧，继续步骤5)的处理；当Δμ，Δδ的值小于设定阈值时，当前帧为正常保温层帧，继续步骤2的处理；

[0022] 5)对于疑似帧，继续计算当前图像帧T与对应的参考图像帧R的每一级灰度像素数差的绝对值之和Si， 如果Si的值大于设定阈值时，则认为当前帧没有通过保温层完整性检测，丢弃该帧，返回步骤3)继续下一帧的处理；

[0023] 6)如果在指定的连续时间内的图像帧都没有通过保温层完整性检测，触发完整性异常报警，通知管理人员人工处理。

[0024] 作为优选，对于满足保温层完整性检测的图像帧，提取其对应的红外温度场数据，通过帧间比较，获取其温度差或者温差变化的累计，超过阈值时，触发节点泄漏报警。

[0025] 作为优选，具体包含以下两种报警模式：

[0026] 计算当前温度场矩阵P与前一帧温度场矩阵Q的差D＝P-Q,当D的值超过设定阈值时，触发温差报警。

[0027] 2)温差累计报警

[0028] 依次计算当前温度场矩阵Pi与前一帧温度场矩阵Qi-1的差Di＝Pi-Qi-1，并对n帧温度差Di进行算术累计求和 当Y的值超过设定阈值时，触发温差累计报警。

[0029] 作为优选，根据D值的大小，设定一级报警，二级报警以及三级报警。

[0030] 作为优选，根据Y值的大小，设定一级报警，二级报警以及三级报警。

[0031] 本发明具有如下优点：

[0032] 1)提供了一种新的管壳式换热器，本发明通过红外热像仪实时监测供热管网节点保温层处的红外温度场变化，通过温度场温度的跳变或者温差变化的累计变化，确定节点泄漏事故，并报警通知管理人员。

[0033] 2)本发明提出了一种检测保温层处的温度变化来监控泄漏的发生的新思路，结构简单，成本低。

[0034] 3)本发明为了保证提供方法的可靠性和准确性，利用节点处监测到的可见光数据对监测节点保温层的异常情况(残损或遮挡)进行处理，避免产生误报警。

[0035] 4)该方法将可见光图像处理方法、热红外图像处理方法与模式识别技术有机融合，可以提高供热管网节点泄漏检测效率，保证供热管网以及电厂机组的安全运行。附图说明：

[0036] 图1示出了基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测系统的原理框图；

[0037] 图2示出了基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测系统的工程实施示意图；

[0038] 图3示出了本发明的基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测方法的实施流程图；

[0039] 图4示出了本发明的基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测方法中的保温层完整性检查算法流程图；

[0040] 图5示出了本发明的基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测方法中的红外温度报警算法流程图；

[0041] 图6示出了本发明的基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测方法的总的算法流程图；

[0042] 图7示出了本发明的管壳式换热器。

具体实施方式

[0043] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，

[0044] 如图7所示的一种管壳式换热器，所述管壳式换热器包括有壳体4、换热管6、管程入口管12、管程出口管13、壳程入口接管14和壳程出口接管15；多个平行设置的换热管6组成的换热管束连接在前管板3、后管板7上；所述前管板3的前端与前封头1连接，后管板7的后端连接后封头9；所述的管程入口管12设置在后封头9上；所述的管程出口管13设置在前封头1上；所述的壳程入口接管14和壳程出口接管15均设置在壳体4上；流体从管程入口管12进入，经过换热管进行换热，从管程出口管13出去。

[0045] 壳体包括热水进口和热水出口，所述热水进口和热水出口分别连接热水进口管和热水回水管，所述热水进口管和热水回水管具有多个连接点，所述连接点外部设置保温层，其特征在于，在至少一个连接点处设置热像仪。

[0046] 作为优选，如图2所示，热像仪设置在保温层处，检测保温层位置的数据。热像仪设置在立柱上。

[0047] 本发明提供了一种新的智能检测泄漏的供热管网系统，本发明通过红外热像仪实时监测供热管网节点处的红外温度场变化，通过温度场温度的跳变或者温差变化的累计变化，确定节点泄漏事故，并报警通知管理人员。

[0048] 下面将检测的方法进行详细说明。

[0049] 图1示出了本发明管壳式换热器的原理框图。

[0050] 如图1所示，本发明的基于红外热成像技术的供热管网节点泄漏实时检测系统，包括：

[0051] 括数据采集与监测子系统，用于采集并实时传输连接点处(优选为保温层)的红外视频监测数据以及可见光视频监测数据；

[0052] 数据传输子系统，用于与数据采集与监测子系统通讯，将监测点的红外视频数据以及可见光视频数据传输到服务器；

[0053] 保温层完整性检测子系统，利用监测到的可见光数据判断监测点处(优选为保温层)是否有残损以及是否有遮挡，对于通过完整性检测的数据帧送入数据处理及报警子系统，对于没有通过完整性检测的数据帧直接丢弃，如果在指定的连续时间内的图像帧都没有通过保温层完整性检测，触发保温层完整性异常报警，并通知管理人员人工处理。

[0054] 红外数据处理及报警子系统，利用监测到的红外成像的温度场数据，通过帧间比较，获取其温度变化跳变或者温度变化的累计趋势，超过阈值时，触发节点泄漏报警。

[0055] 图2示出了基于红外热成像技术的换热器连节点泄漏实时检测系统的工程实施示意图。

[0056] 工程实践数据表明：在换热器泄漏发生的案例中，绝大多数泄漏发生在连接点处。如图2所示，在连接点(保温层)附近放置红外热像监测仪，将监测点处的红外温度场的变化信息通过光纤实时传输到服务器，通过温度场的变化，服务器自动实时监测泄漏的发生，并通知管理人员。

[0057] 作为优选，本发明还提供了基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测方法。图3示出了本发明的基于红外热成像技术的连接点泄漏实时检测方法的实施流程图，如图3所示，具体包含如下步骤：

[0058] 1)从监测点传输到服务器上的数据中，提取一帧可见光图像，根据该帧图像，进行保温层完整性检测。红外温度场成像极易受到周围物体或环境的影响，保温层完整性检查可以排除保温层缺失、遮挡等异常情况，确保从监测点传回服务器的红外温度场数据的准确性。保温层完整性检查的具体方法将会在后面详细阐述。

[0059] 2)对于没有通过检测的数据帧，直接丢弃，取下一帧可见光数据；

[0060] 3)对于通过检测的数据帧，提取该帧对应的红外温度场数据，通过阈值判断，确定是否有泄漏情况发生。如果有，则引发泄漏报警，通知相关的管理人员处理，否则直接回到步骤1)继续处理监控视频中的下一帧数据。红外温度场数据阈值检测报警的具体方法将会在后面内容中详细阐述。

[0061] 下面将保温层完整性检测方法在本实施例中将详细阐述。

[0062] 红外成像数据极易受到外界环境影响，保温层完整性检测可以排除保温层的残损，遮挡等异常情况，保证后续能够精确获取监测点处(优选为保温层)的红外温度场分布。保温层完整性检测利用从监测点传输到服务器的可见光数据，分为疑似帧查找和疑似帧确认两步。其中疑似帧查找的步骤如下：

[0063] 1)定义每个监测点各种工况条件下可见光视频数据中保温层的标准图像帧，我们称之为参考帧R；

[0064] 2)分别按照以下公式计算每幅参考帧的灰度均值μr以及灰度标准差δr；

[0065]

[0066] 其中M,N为图像分辨率,Iij表示对应坐标处的灰度值

[0067] 3)取可见光监控视频中的一帧，计算当前图像帧T的灰度均值μt以及灰度标准差δt；

[0068] 4)计算当前图像帧T与对应的参考图像帧R之间的灰度均值差Δμ、灰度标准差的差Δδ；

[0069] 5)当Δμ，Δδ的值大于设定阈值时，将当前帧作为疑似帧，继续后续疑似帧的确认；当Δμ，Δδ的值小于设定阈值时，当前帧为正常保温层帧，继续步骤3的处理。

[0070] 疑似帧确认的步骤如下：

[0071] 1)对于疑似帧，继续计算当前图像帧T与对应的参考图像帧R的每一级灰度像素数差的绝对值之和Si， 如果Si的值大于设定阈值时，则认为当前帧没有通过保温层完整性检测，丢弃该帧对应的红外数据帧，返回疑似帧查找步骤3)；

[0072] 2)如果连续时间内的图像帧都没有通过保温层完整性检测，触发完整性异常报警，通知管理人员人工处理保温层处的异常。

[0073] 作为优选，红外数据处理及报警方法步骤如下：。

[0074] 对于满足保温层完整性检测的图像帧，提取其对应的红外温度场数据，通过帧间比较，获取其温度差或者温差变化的累计，超过阈值时，触发节点泄漏报警。具体包含以下两种报警模式：

[0075] 温差报警

[0076] 计算当前温度场矩阵P与前一帧温度场矩阵Q的差D＝P-Q,当D的值超过设定阈值时，触发温差报警。根据D值的大小，设定一级报警，二级报警以及三级报警。

[0077] 温差累计报警

[0078] 依次计算当前温度场矩阵Pi与前一帧温度场矩阵Qi-1的差Di＝Pi-Qi-1，并对n帧温度差Di进行算术累计求和 当Y的值超过设定阈值时，触发温差累计报警。根据Y值的大小，设定一级报警，二级报警以及三级报警。

[0079] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。