用于监视反应器表面的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于监视反应器表面的设备，包括：至少一根传感器电缆，所述至少一根传感器电缆在所述设备运行中至少部分设置在反应器表面的区域中；至少两根光导纤维(1、2)，所述至少两根光导纤维设置在所述至少一根传感器电缆内；至少一个激光源，所述至少一个激光源的光在所述设备运行中至少部分输入耦合到光导纤维(1、2)内；以及分析机构，在该分析机构中，在所述设备运行中对所述光的从所述光导纤维(1、2)中输出耦合的部分进行分析，以便关于至少一个物理量分辩位置地监视反应器表面的至少一部分；其中，所述设备包括磁保持机构(8)，用于将所述至少一根传感器电缆(10)设置在反应器表面上。
【专利说明】用于监视反应器表面的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的用于监视反应器表面的设备。另外本发明涉及一种用于监视反应器表面的方法。
[0002]定义:当在下面使用术语光、光射线或光信号时，由此指光谱范围中的特别是从XUV到FIR的电磁射线。相应地在本申请的范围中，光波导或光导纤维应用作用于光谱范围中的电磁射线的传输介质。
【背景技术】
[0003]工业反应器有时具有大的、不规则成形的表面，对于这些表面例如期望监视温度或应变。单点式传感器由于面式监视而需要大量的传感器和与此相关的高的安装和联网费用而显现出是不适宜的。用于分布式测量感兴趣的参量的纤维光学系统例如DTS系统(分布式温度传感(Distributed Temperature Sensing))能够沿玻璃纤维或者纤维光学传感器电缆来测量大量的测量点，并且例如在表面上成螺旋状或波纹状铺设传感器电缆的情况下非常适宜监视面。
[0004]从US2006/0115204 Al中已知一种文首述及类型的设备和方法。在此采用外部参考线圈和双端测量方式。反应器监视通常是与安全相关的任务。因此高的故障安全保护是必要的。在US2006/0115204 Al中虽然已经建议双端测量以提高故障安全保护。但是这在光纤断裂的情况下不足以连续地监视整个反应器表面，这是因为在断裂位置附近产生干扰，这些干扰阻碍完美地测量。此外对于分析单元的故障未提及预防措施。
[0005]另外必要的是:传感器电缆适宜安置在反应器表面上。已知的固定系统不总是能够使用，因为例如反应器材料的热应变不同以及用于固定的材料不同。另外固定材料经常在恶劣的环境条件例如高的温度或湿度下不持久耐用。此外存在的可能性是:在反应器上不存在销栓或其它固定元件或不允许安置这类元件，因为例如禁止在需检验的压力容器上钻孔或焊接。另外许多固定系统不适宜形成在传感器电缆与反应器表面之间的热接触，这例如指的是在不规则的例如凹的表面上的夹紧设备。经常地，用已知的固定系统布设传感器电缆的花费也太大。
【发明内容】
[0006]基于本发明的问题提供一种文首述及类型的设备，该设备使得传感器电缆在反应器表面上的安置变得简单，亦或能够在不利的条件下能够实现传感器电缆在反应器表面上的安置。此外还应提供一种文首述及类型的方法，该方法为分析单元的故障和/或光导纤维的断裂提供较高的故障安全保护。
[0007]这根据本发明通过文首述及类型的、具有权利要求1特征部分的特征的设备得以实现，以及通过文首述及类型的、具有权利要求12特征部分的特征的方法得以实现。从属权利要求涉及本发明的优选的设计方案。
[0008]根据权利要求1设定:所述设备包括磁保持机构，该磁保持机构用于将至少一根传感器电缆安置在反应器表面上。在此，保持机构例如可以在它的在所述设备运行中朝向反应器表面的那侧上具有缝隙用于容纳所述至少一根传感器电缆。由此可以通过将磁保持机构安放在反应器壁上来非常简单地固定传感器电缆并且建立良好的热接触。
[0009]此外存在的可能性是:所述设备包括至少两根光导纤维。通过使用两根光导纤维，所述设备为光导纤维的断裂提供高的故障安全保护。
[0010]特别可以设定:分析机构包括至少两个分析单元，其中每个分析单元与其中一根光导纤维连接，以便分析从该光导纤维中输出耦合的光。由此所述设备是完全冗余的并且也为分析单元的故障提供高的故障安全保护。
[0011]在此可以设定:所述至少两根光导纤维设置在同一根传感器电缆内。这保障的是:两根光导纤维互相靠近地设置，因此在两根光导纤维中的一根光导纤维发生故障的情况下，另一根提供可比的测量值。
[0012]此外存在的可能性是:其中每根光导纤维在两侧与分析机构和/或至少一个激光源连接。两根光导纤维与双端测量的组合为高温设备的温度监视提供这样的优点:在一根纤维断裂的情况下能够继续监视整个设备。此外在一根纤维老化的情况下，例如在激光的用于测量的一个或多个波长在高温影响下差分衰减增加的情况下，由此能够自动地进行对温度测量的再校准。
[0013]此外可以设定:所述设备包括控制机构，其中每个分析单元与该控制机构连接。该控制机构特别能够监视分析单元的功能从而保证可靠地识别分析单元的故障。
[0014]可以设定:所述设备包括垫状或网状的保持机构用于将所述至少一根传感器电缆安置在反应器表面。在此例如该至少一根传感器电缆可以与保持机构连接。优选地，垫状或网状的保持机构在所述设备运行中至少部分围绕反应器表面设置。保持机构的这种设计结构特别适合具有凸出表面的设备。
[0015]根据权利要求12，用于监视反应器表面的方法的特征在于下面的方法步骤:
[0016]-将至少一根传感器电缆连同至少两根光导纤维的至少部分设置在反应器表面的区域中；
[0017]-将激光输入耦合到光导纤维内；
[0018]-对光的从光导纤维中输出耦合的部分进行分析，以便关于至少一个物理量分辨位置地监视反应器表面的至少一部分。
[0019]在此特别是在不同的分析单元内能够彼此独立地分析光的从所述至少两根光导纤维中输出耦合的部分。另外特别能够监视分析单元的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]参照附图来详细说明本发明。附图中:
[0021]图1示出根据本发明的设备的示意图；
[0022]图2示出根据本发明的设备的磁保持机构的第一实施方式的示意性侧视图；
[0023]图3示出根据图2的磁保持机构的底视图；
[0024]图4示出根据本发明的设备的磁保持机构的第二实施方式的示意性侧视图；
[0025]图5示出根据图4的磁保持机构的底视图；
[0026]图6示出根据本发明的设备的垫状或网状的保持机构的第一实施方式的示意性侧视图；
[0027]图7示出具有根据图6的保持机构的反应器的一部分的示意性透视图；
[0028]图8示出根据本发明的设备的垫状或网状的保持机构的第二实施方式的示意性侧视图；
[0029]附图中为相同的或功能相同的部件设置相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0030]根据本发明的设备的在图1中描绘的实施方式包括两根光导纤维1、2，它们一起设置在一根未示出的传感器电缆中。具有这两根光导纤维1、2的传感器电缆以套圈形式或波纹形式或螺旋方式围绕未示出的反应器设置，其中，该传感器电缆尽可能紧密地贴靠反应器表面。
[0031]完全存在的可能性是:在传感器电缆中设置有多于两根的光导纤维。
[0032]另外存在的可能性是:在传感器电缆的部分长度之间设置有连接元件如接头盒或插头。
[0033]传感器电缆可以是耐热和/或耐腐蚀的传感器电缆。例如可以使用在耐腐蚀的金属小管(不锈钢或镍合金)中的高温光导(具有聚酰亚胺或者其它耐热涂层的玻璃纤维)。为提高机械负荷能力(特别防折弯)，可以双层地设计金属小管(Tube-1n-tube Design)或用耐腐蚀的线材包围(umseilen)。
[0034]所述设备的在图1中描绘的实施方式另外包括具有两个分析单元3、4的分析机构，在这两个分析单元3、4上分别连接其中一根光导纤维1、2。在此，相应的光导纤维1、2的两端分别与所属的分析单元3、4连接。在图示的实施例中，第一光导纤维I的两端连接在第一分析单元3上，第二光导纤维2的两端连接在第二分析单元4上。完全存在的可能性是:设置多于两个的分析单元。
[0035]也就是说从两端(double-ended)进行每根光导纤维1、2的测量。借助分析单元3、4在光导纤维1、2内在相同高的位置分辨率例如一米或更小的情况下进行物理量的分布式测量。在此，光导纤维1、2可以具有直到数千米的长度。作为测量方法例如提供DTS(分布式温度传感(Distributed Temperature Sensing))、DTSS(分布式温度和应变传感(Distributed Temperature and Strain Sensing))或FGB(传感光纤布拉格光栅(SensingFiber Bragg Grating))。
[0036]特别可以设定:两个分析单元3、4彼此独立地分析光导纤维1、2。由此并且还通过两端(double-ended)测量例如能够为高温设备的温度监视实现这样的优点:在两根光导纤维1、2之一断裂的情况下仍然能够继续监视整个设备。
[0037]所述设备的在图1中描绘的实施方式另外包括控制机构5，该控制机构经由导线
6、7而与分析单元3、4连接。在此，导线6、7可以用于给分析单元3、4供电并且同时监视它们，以便在分析单元3、4之一发生故障时能够作出反应。为此可以在控制机构5与分析单元3、4之间设置未示出的接口。
[0038]所述设备另外包括未示出的至少一个激光源，所述激光源的光在设备运行中至少部分输入耦合到光导纤维1、2中。例如可以设定:所述至少一个激光源的光从一侧或从两侧输入耦合到每个光导纤维1、2中。特别可以设定:为每个光导纤维1、2设置单独的激光源。
[0039]分析单元可以包括光束分配器，以便以从现有技术中已知的方式将光的从相应光导纤维1、2中输出耦合的部分与激光源的光分开。
[0040]为了将传感器电缆固定在反应器上，根据图2至图5的实施方式设置有磁保持机构8。所述磁保持机构在图示实施例中具有基本上柱形的形式，这些磁保持机构在它们的在设备运行中朝向反应器表面的那侧上带有径向的缝隙9。通过该缝隙9，传感器电缆可以沿该缝隙的纵向延伸。
[0041]在根据图2和图3的实施方式中，缝隙9的内边界设计成矩形的，与此相反，在根据图4和图5的实施方式中，缝隙9的内边界设计成半圆形的。
[0042]通过磁保持机构8的所述形状可能实现的是:通过将磁保持机构8安放在反应器壁上，非常简单地固定传感器电缆并且在此同时建立良好的热接触。
[0043]磁保持机构8可以由耐腐蚀的金属合金制造，其在高温下也保持磁性。该合金特别包含钴和铝、镍、铜、钛、钐或铁。例如磁保持机构8可以用AlNiCo磁体至约400°C保持磁性或用SmCo磁体至约300°C保持磁性。也存在这样的可能性:设置耐腐蚀的涂层例如镍或锌。在例如最大200°C的较低的温度要求的情况下也可以使用烧结的NdFeB磁体。
[0044]另外存在的可能性是:通过具有磁性回流板的U形的磁体设计在磁保持机构8中实现持续高的粘附力和高的抗退磁，与此同时具有小的结构高度。这个未示出的回流板例如可以用磁性不锈钢制成。
[0045]为了将传感器电缆10固定在反应器11上，根据图6到图8的实施方式设置有垫状或网状的保持机构12。保持机构12可以构造成优选耐热的织物垫或金属垫。特别地，可以设置有耐热的垫或耐热的网。适宜的垫或网例如可以包括编织的或连结的筛网或具有氟聚合物涂层的玻璃纤维丝。
[0046]将传感器电缆10安置在反应器11的表面上在根据图6到图8的实施方式中可以如下进行:与反应器表面匹配地剪切特别耐热的垫或网。传感器电缆10以期望的布设形式连接到例如构造为织物垫的保持机构12上。然后将该织物垫连同位于内部的传感器电缆10围绕反应器11连接。
[0047]在根据图6和图7的实施方式中，传感器电缆10波纹状地安置在保持机构12上或处。在根据图8的实施方式中，传感器电缆10波纹状逐段地安置在保持单元12上或处。
【权利要求】
1.用于监视反应器表面的设备，包括: -至少一根传感器电缆(10)，所述至少一根传感器电缆在所述设备运行中至少部分设置在反应器表面的区域中； -至少一根光导纤维(1、2)，所述至少一根光导纤维设置在所述至少一根传感器电缆(10)内； -至少一个激光源，所述至少一个激光源的光在所述设备运行中至少部分输入耦合到所述至少一根光导纤维(1、2)内； -分析机构，在该分析机构中，在所述设备运行中对所述光的从所述至少一根光导纤维(1、2)中输出耦合的部分进行分析，以便关于至少一个物理量分辩位置地监视反应器表面的至少一部分； 其特征在于，所述设备包括磁保持机构(8)，用于将所述至少一根传感器电缆(10)设置在反应器表面上。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保持机构(8)在它们的在所述设备运行中朝向反应器表面的那侧上具有缝隙(9)用于容纳所述至少一根传感器电缆(10)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少两根光导纤维(1、2)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述分析机构包括至少两个分析单元(3、4)，其中每个分析单元(3、4)与其中一根光导纤维(1、2)连接，以便对从该光导纤维(1、2)中输出耦合的光进行分析。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述至少两根光导纤维(1、2)设置在同一根传感器电缆(10)内。
6.根据权利要求3至5之一所述的设备，其特征在于，每根所述光导纤维(1、2)在两侧与分析机构和/或所述至少一个激光源连接。
7.根据权利要求4至6之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括控制机构(5)，每个所述分析单元(3、4)与该控制机构(5)连接。
8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，被监视的物理量是光导纤维(1、2)的温度或应变。
9.根据权利要求1至8之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括垫状或网状的保持机构(12)，用于将所述至少一根传感器电缆(10)安置在反应器表面上。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述至少一根传感器电缆(10)与保持机构(12)连接。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述垫状或网状的保持机构(12)在所述设备运行中至少部分围绕反应器表面设置。
12.用于监视反应器表面的方法，其特征在于下面的方法步骤: -将至少一根传感器电缆(102)连同至少两根光导纤维(1、2)的至少部分设置在反应器表面的区域中； -将激光输入耦合到光导纤维(1、2)内； -对所述光的从光导纤维(1、2)中输出耦合的部分进行分析，以便关于至少一个物理量分辩位置地监视反应器表面的至少一部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，特别是在不同的分析单元(3、4)中，彼此独立地对所述光的从所述至少两根光导纤维(1、2)中输出耦合的部分进行分析。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，监视分析单元(3、4)的功能。
【文档编号】G01B11/16GK104515620SQ201410756175
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2013年10月1日
【发明者】W·希尔, J·屈布勒 申请人:Lios技术有限公司