閥門(mén)內(nèi)漏的聲學(xué)在線檢測(cè)

杜少杰

【摘?要】油田地面設(shè)施及設(shè)備的承壓閥門(mén)因磨損、腐蝕或其他原因已出現(xiàn)內(nèi)漏。應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)閥門(mén)（如摻水閥、氣閥組旁通閥）進(jìn)行嚴(yán)密性檢測(cè)，可保證安全生產(chǎn)和能耗控制的準(zhǔn)確性;對(duì)老區(qū)改造中更換的閥門(mén)進(jìn)行檢測(cè)，可為立項(xiàng)決策提供依據(jù)，并能降低改造費(fèi)用。超聲波檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的在線檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)快速，數(shù)據(jù)直觀。目前該檢測(cè)設(shè)備只能定性確定閥門(mén)內(nèi)是否存在泄漏。

油田地面設(shè)施及設(shè)備的承壓閥門(mén)因磨損、腐蝕或其他原因已出現(xiàn)內(nèi)漏。由于內(nèi)漏很難發(fā)現(xiàn)，部分故障閥門(mén)沒(méi)有得到及時(shí)更換，影響了生產(chǎn)并存在安全隱患。因此，閥門(mén)在線檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，目前的核心技術(shù)是利用聲發(fā)射技術(shù)在線檢測(cè)石油、石化、電廠等行業(yè)各種閥門(mén)的泄漏。

1、聲發(fā)射檢漏的基本原理

（1）聲發(fā)射信號(hào)及其表征參數(shù)

任何金屬材料、構(gòu)件在外力或內(nèi)力作用下發(fā)生摩擦、裂紋或塑性變形時(shí)，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象，稱為聲發(fā)射。當(dāng)聲發(fā)射波在有限介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到界面會(huì)發(fā)生折射和反射，并且在固體表面轉(zhuǎn)換為表面波以很高的速度沿表面?zhèn)鞑?。這些來(lái)自聲發(fā)射源（即故障點(diǎn)）的聲發(fā)射波具有源的特征信息，利用這些信息可以反映出構(gòu)件的故障與缺陷情況。表征聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)有聲發(fā)射率、幅度與幅度分布及能量。

（2）閥門(mén)發(fā)生內(nèi)漏時(shí)聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)

當(dāng)閥門(mén)的嚴(yán)密性較差時(shí)，總有少量流體經(jīng)過(guò)閥門(mén)的縫隙噴射而出，產(chǎn)生高速射流，此高速流體對(duì)管壁產(chǎn)生沖擊而激發(fā)彈性波，即聲發(fā)射。它屬于連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)，類(lèi)似于白噪聲，其頻率在 30～50kHz。

閥門(mén)泄漏時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)：1 泄漏所激發(fā)的聲發(fā)射波是連續(xù)型的;2 泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)比較強(qiáng)，且其幅度大小與泄漏速率成正比，與信號(hào)的均方根值成正比。

根據(jù)泄漏所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)，表征參數(shù)采用聲發(fā)射率和能量，它能獲得更豐富的聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)，為故障識(shí)別提供更充分的依據(jù)。

2、超聲波檢測(cè)儀的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

（1）檢測(cè)儀簡(jiǎn)介

當(dāng)泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射波傳到傳感器時(shí)，由傳感器將聲發(fā)射波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸?shù)綑z測(cè)儀，前置放大器的作用是放大傳感器送來(lái)的信號(hào)，濾波器的作用是提高信噪比，門(mén)檻電路的作用是剔除背景噪聲。微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、分析、判斷，當(dāng)閥門(mén)無(wú)泄漏時(shí)，顯示屏的讀數(shù)為 0;若有泄漏，則顯示值隨泄漏程度而變化，泄漏越大，數(shù)值也越大。泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)中的音頻成分經(jīng)過(guò)處理后送到耳機(jī)，耳機(jī)用于收聽(tīng)泄漏時(shí)的聲音。當(dāng)閥門(mén)泄漏時(shí)，由耳機(jī)可以聽(tīng)到聲強(qiáng)不同的聲音，根據(jù)聽(tīng)到的聲音強(qiáng)弱也可以判斷泄漏的程度。

（2）閥門(mén)嚴(yán)密性檢驗(yàn)

用超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)閥門(mén)高壓系統(tǒng)時(shí)，通常采用比較讀數(shù)來(lái)確定是否泄漏：第一步，接觸上游側(cè)，降低靈敏度，把其他聲音降至最小;第二步，接觸閥座及下游側(cè);第三步，比較聲音的差異，假如閥門(mén)泄漏，閥座或下游側(cè)的聲振強(qiáng)度等于或大于上游側(cè)的聲音強(qiáng)度。

在檢測(cè)低噪聲系統(tǒng)時(shí)，接觸閥門(mén)下游，采用選頻方式至能清楚聽(tīng)到液流聲，根據(jù)讀數(shù)大小判斷是否泄漏及泄漏狀況。

采用四點(diǎn)比較法檢測(cè)下游干擾時(shí)，這些干擾有時(shí)很大，可以傳播到需要檢測(cè)的區(qū)域，導(dǎo)致閥門(mén)泄漏的錯(cuò)誤指示。四點(diǎn)法包括：選擇上游的兩個(gè)等距離點(diǎn) A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)，再選擇下游的兩個(gè)等距離點(diǎn) C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)。將 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度與 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較，假如 C 點(diǎn)高于 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)，說(shuō)明閥門(mén)存在泄漏;假如 D 點(diǎn)高于 C 點(diǎn)，說(shuō)明聲音是從下游的其他點(diǎn)傳來(lái)的。

當(dāng)氣體、液體在管路中泄漏時(shí)，由于摩擦而產(chǎn)生超聲波。SONAPHONEE 可以接收到超聲波信號(hào)，并將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)顯示在顯示屏上。同時(shí)又將聲發(fā)射信號(hào)處理為可聽(tīng)到的聲音傳送到耳麥，并且可以通過(guò)紅外線界面?zhèn)魉偷?PC 機(jī)上。

3、結(jié)語(yǔ)

（1）應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)閥門(mén)（如摻水閥、氣閥組旁通閥）進(jìn)行嚴(yán)密性檢測(cè)，可保證安全生產(chǎn)和能耗控制的準(zhǔn)確性。

（2）對(duì)老區(qū)改造中更換的閥門(mén)進(jìn)行檢測(cè)，可為立項(xiàng)決策提供依據(jù)，并降低了改造費(fèi)用。

（3）超聲波檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)在線檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)快速，數(shù)據(jù)直觀。目前該檢測(cè)設(shè)備只能定性確定閥門(mén)內(nèi)是否存在泄漏。

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