CN105953987B - 一种阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法，其阀门内漏检测模拟装置包括缓冲罐，缓冲罐的一端与空压机相连接，缓冲罐的另一端与流量计相连接，缓冲罐上设有压力表；缓冲罐与流量计之间连接设有测试阀。其能够解决气体阀门内漏的检测问题，实现石化阀门内漏检测评估；其利用阀门内漏检测模拟装置进行阀门内漏声发射检测实验，采集声发射参数，通过利用公式建立阀门内漏率评估公式模型，应用数据库进行拟合，实现阀门内漏率诊断，其能够有效进行阀门内漏的在线检测，避免停工带来的经济损失；其能够保证实验中压力平稳，实现对阀门内漏率进行估算。

Description

一种阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断 方法

技术领域

本发明属于声发射检测技术领域，尤其涉及一种适用于石化企业阀门内漏检测的阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法。

背景技术

目前，阀门是石油化工行业常用的辅助设备，而阀门泄漏故障也是十分常见的故障，特别是阀门内漏一般较难发现，可能对化工安全运行造成巨大损失，如工作介质被污染、造成火灾爆炸等。按标准规定阀门使用寿命为18个月，但目前我国化工行业运行中考虑使用成本等因素，通常阀门会超时使用，一般为4年进行1次大修，阀门的检测和维修变得极其重要。声发射检测手段是一种实时动态的检测方法，声发射(AF)实际上是一种物理现象，这种物理现象是指物体在受到外界作用或者发生形变时迅速释放能量从而产生瞬态应力波的一种现象，如果物体释放出的能量足够大那么产生的声音就可以通过人耳接收到，否则无法辨别；材料声发射的频率宽度大于人耳所能接收的频率范围，从次声频、声频到超声频，从而可以在不停产的情况下对阀门进行在线检测，有效发现内漏阀门及判断泄漏率，避免停产所造成的经济损失。声发射检测技术应用虽然已经广泛应用于泄漏检测中，但是针对阀门内漏检测，却基本都停留在定性阶段，不能对内漏率进行测定，所以对阀门内漏的定量检测则成为该技术的关键点，为此，需要一种适用于石化企业阀门内漏检测的阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法，解决气体阀门内漏的检测问题，实现石化阀门内漏检测评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法，解决气体阀门内漏的检测问题，实现石化阀门内漏检测评估。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种阀门内漏检测模拟装置，包括缓冲罐，缓冲罐的一端与空压机相连接，缓冲罐的另一端与流量计相连接，缓冲罐上设有压力表；缓冲罐与流量计之间连接设有测试阀。

在以上方案中优选的是，缓冲罐与测试阀之间设有第一球阀。

还可以优选的是，缓冲罐与流量计之间通过管路相连接。

还可以优选的是，流量计的另一端连接设有第二球阀。

还可以优选的是，流量计与第二球阀之间通过管路相连接。

还可以优选的是，缓冲罐与空压机之间设有阀体。

本发明另一方面提供一种气体阀门内漏率声发射诊断方法，采用如上所述任一方案的阀门内漏检测模拟装置，包括如下步骤：

第一步，设置至少两个实验压力点进行实验；

第二步，设定泄漏率的差值范围，且设定每个实验压力点下的实验数据组值；

第三步，通过调节测试阀的开度来调整泄漏流量，并通过流量计进行测定；

第四步，采集各工况下的声发射信号数据；

第五步，利用阀门内漏率与声发射特征关系间的公式，对于内漏率与声发射特征关系如下：

对于一个声发射信号样本：x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，…，x[N-1]，声发射信号均方根AE_RMS表示为式(1)：

其中，AF代表声发射参数AE_RMS代表声发射信号均方根值，N代表样本个数，x[n]代表声发射信号样本；

另一方面，阀门内漏是声源释放弹性波的结果，伴随着湍流噪声产生，将Lighthill波动方程应用于阀门内漏中，表示为式(2)：

其中，P_S为声功率(W)，C₀为比例常数，P为阀门上下游压差(Pa)，d为泄漏孔直径(m)，α为声波在气体中传播速度(m/s)，ρ为阀门泄漏口处流体密度(kg/m3)，D为阀门通径(m)，并且气体阀门内漏时声发射功率与声发射信号均方根值的表示为式(3)：

AE² _RMS＝f(P_s) (3)

阀门内部发生气体泄漏时，气体质量流量公式为式(4)：

其中，W为阀门质量流量kg/s，γ为绝热指数，R为气体常数J/(kg.K)，T为热力学温度K，除以密度，得到阀门体积泄漏量计算公式为式(5)：

令

将(6)代入(5)求得式(7)

将式(7)代入式(2)，基于流体过程参数得到式(8)：

其中，g()是非线性函数，阀门内漏的气体密度受压力、气体常数、温度影响变化较大，由玻意耳定律可知：理想气体密度为式(9)：

将式(8)代入式(9)可得式(10)：

将式(10)代入式(3)，整理得到式(11)：

将式(11)两边取对数得：

ASL的计算公式为：

ASL＝20lg(AE_RMS/1μV)-P_re (13)

其中，P_re为前置放大器的增益，dB，公式(13)与公式(12)联立并简化可得到式(14)：

其中，α为声波在气体中的传播速度，R为常量，T、P、D为工况参数；

第六步，利用式(14)进行实验数据分析，采用泄漏率的对数与ASL的拟合线性，来拟合求解泄漏率与内漏声发射信号之间的关系。

在以上方案中优选的是，第一步中，设置七个实验压力点进行实验。

还可以优选的是，第一步中，七个实验压力点分别为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7Mpa。

还可以优选的是，第二步中，设定泄漏率的差值范围为6L/min到78L/min。

本发明提供了一种阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法，其能够解决气体阀门内漏的检测问题，实现石化阀门内漏检测评估；其利用阀门内漏检测模拟装置进行阀门内漏声发射检测实验，采集声发射参数，通过利用公式建立阀门内漏率评估公式模型，应用数据库进行拟合，实现阀门内漏率诊断，其能够有效进行阀门内漏的在线检测，避免停工带来的经济损失；其能够保证实验中压力平稳，实现对阀门内漏率进行估算。

附图说明

图1是本发明的阀门内漏检测模拟装置的结构示意图。

图中，1为缓冲罐，2为空压机，3为流量计，4为压力表，5为第一球阀，6为测试阀，7为管路，8为第二球阀，9为阀体。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作了详细说明。但是，显然可对本发明进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本发明更宽的精神和范围。因此，以下实施例具有例示性的而没有限制的含义。

实施例：

一种阀门内漏检测模拟装置，如图1所示，包括缓冲罐1，缓冲罐1的一端与空压机2相连接，缓冲罐1的另一端与流量计3相连接，缓冲罐1上设有压力表4；缓冲罐1与流量计3之间连接设有测试阀6。缓冲罐1与测试阀6之间设有第一球阀5。缓冲罐1与流量计3之间通过管路7相连接。流量计3的另一端连接设有第二球阀8。流量计3与第二球阀8之间通过管路7相连接。缓冲罐1与空压机2之间设有阀体9。

一种气体阀门内漏率声发射诊断方法，采用如上所述的阀门内漏检测模拟装置，包括如下步骤：

第一步，设置至少两个实验压力点进行实验；

第二步，设定泄漏率的差值范围，且设定每个实验压力点下的实验数据组值；

第三步，通过调节测试阀6的开度来调整泄漏流量，并通过流量计3进行测定；

第四步，采集各工况下的声发射信号数据；

第五步，利用阀门内漏率与声发射特征关系间的公式，对于内漏率与声发射特征关系如下：

对于一个声发射信号样本：x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，…，x[N-1]，声发射信号均方根AE_RMS表示为式(1)：

其中，AF代表声发射参数AE_RMS代表声发射信号均方根值，N代表样本个数，x[n]代表声发射信号样本；

另一方面，阀门内漏是声源释放弹性波的结果，伴随着湍流噪声产生，将Lighthill波动方程应用于阀门内漏中，表示为式(2)：

其中，P_s为声功率(W)，C₀为比例常数，P为阀门上下游压差(Pa)，d为泄漏孔直径(m)，α为声波在气体中传播速度(m/s)，ρ为阀门泄漏口处流体密度(kg/m3)，D为阀门通径(m)，并且气体阀门内漏时声发射功率与声发射信号均方根值的表示为式(3)：

AE² _RMS＝f(P_s) (3)

阀门内部发生气体泄漏时，气体质量流量公式为式(4)：

其中，W为阀门质量流量kg/s，γ为绝热指数，R为气体常数J/(kg.K)，T为热力学温度K，除以密度，得到阀门体积泄漏量计算公式为式(5)：

令

将(6)代入(5)求得式(7)

将式(7)代入式(2)，基于流体过程参数得到式(8)：

其中，g()是非线性函数，阀门内漏的气体密度受压力、气体常数、温度影响变化较大，由玻意耳定律可知：理想气体密度为式(9)：

将式(8)代入式(9)可得式(10)：

将式(10)代入式(3)，整理得到式(11)：

将式(11)两边取对数得：

ASL的计算公式为：

ASL＝20lg(AE_RMS/1μV)-P_re (13)

其中，P_re为前置放大器的增益，dB，公式(13)与公式(12)联立并简化可得到式(14)：

其中，α为声波在气体中的传播速度，R为常量，T、P、D为工况参数；

第六步，利用式(14)进行实验数据分析，采用泄漏率的对数与ASL的拟合线性，来拟合求解泄漏率与内漏声发射信号之间的关系。

在上述实施例中，第一步中，设置七个实验压力点进行实验。

在上述实施例中，第一步中，七个实验压力点分别为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7Mpa。

在上述实施例中，第二步中，设定泄漏率的差值范围为6L/min到78L/min。

本发明的阀门内漏检测模拟装置，设有3m³缓冲罐1，控制球阀，压力表4，待测DN80闸阀，流量计3组成，使用压缩机作为空压机2进行加压。实验声发射采集系统采用2通道板卡，考虑石化行业阀门现场使用中环境噪声影响较重，为有效减小噪声影响，传感器选用SR150M，频率范围为60kHz-400kHz、谐振频率为150kHz。实验压力采用0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa，7组压力进行实验，测试采用DN80闸阀，通过调节闸阀开度调整泄漏流量，通过流量计进行测定，泄漏率以6L/min的差值从6L/min到78L/min，进行实验，每个压力值下共进行13组实验。采集各工况下的声发射信号数据，以为诊断方法提供数据支撑。由空压机2对缓冲罐1进行冲压，达到实验压力关闭空压机2及第二球阀8，打开第一球阀5对被测试的测试阀6进行实验，通过流量计3对测试阀6进行内漏流量的测量。第二球阀8的型号为DN50，第一球阀5的型号为DN80。

然后得到阀门内漏率与声发射特征关系间的公式判定模型，阀门内漏的气体密度受压力、气体常数、温度影响变化较大，阀门气体内漏率对数与声发射信号平均信号电平(ASL)之间存在线性函数关系，且声发射信号主要受阀门尺寸、阀门压差和气体泄漏率等参数影响。由于不同类型阀门内部结构不同，声发射信号在传播过程中衰减程度不一样，不同类型的阀门需要通过实验对(9)式拟合求得。

通过实验室采集的DN80闸阀声发射检测参数数据代入公式模型，拟合得到内漏诊断方法，得各压差下的阀门气体泄漏率与声发射信号ASL(dB)函数关系：

0.1MPa AE_ASL＝9.99572+29.96727lg Q

0.2MPa AE_ASL＝8.56071+32.78768lg Q

0.3MPa AE_ASL＝7.77781+34.30839lg Q

0.4MPa AE_ASL＝9.64677+33.68577lg Q

0.5MPa AE_ASL＝10.66257+33.79599lg Q

0.6MPa AE_ASL＝11.584+33.78703lg Q

0.7MPa AE_ASL＝10.56449+34.59835lg Q

本发明的阀门内漏检测模拟装置及其气体阀门内漏率声发射诊断方法，能够模拟DN80阀门内漏检测，压力达到0.7MPa，采用3m³缓冲罐能保证实验中压力平稳；能够实现对阀门内漏率进行估算。

Claims (4)

1.一种气体阀门内漏率声发射诊断方法，其采用的阀门内漏检测模拟装置包括缓冲罐，缓冲罐的一端与空压机相连接，缓冲罐的另一端与流量计相连接，缓冲罐上设有压力表；缓冲罐与流量计之间连接设有测试阀；缓冲罐与测试阀之间设有第一球阀；缓冲罐与流量计之间通过管路相连接；流量计的另一端连接设有第二球阀；流量计与第二球阀之间通过管路相连接；缓冲罐与空压机之间设有阀体；其特征在于，包括如下步骤：

第一步，设置至少两个实验压力点进行实验；

第二步，设定泄漏率的差值范围，且设定每个实验压力点下的实验数据组值；

第三步，通过调节测试阀的开度来调整泄漏流量，并通过流量计进行测定；

第四步，采集各工况下的声发射信号数据；

第五步，利用阀门内漏率与声发射特征关系间的公式，对于内漏率与声发射特征关系如下：

对于一个声发射信号样本：x[0]，x[1]，x[2]，x[3]，…，x[N-1]，声发射信号均方根AE_RMS表示为式(1)：

其中，AE代表声发射参数，AE_RMS代表声发射信号均方根值，N代表样本个数，x[n]代表声发射信号样本；

另一方面，阀门内漏是声源释放弹性波的结果，伴随着湍流噪声产生，将Lighthill波动方程应用于阀门内漏中，表示为式(2)：

其中，P_S为声功率，单位为W；C₀为比例常数，P为阀门上下游压差，单位为Pa；d为泄漏孔直径，单位为m；α为声波在气体中传播速度，单位为m/s；ρ为阀门泄漏口处流体密度，单位为kg/m3；D为阀门通径，单位为m；并且气体阀门内漏时声发射功率与声发射信号均方根值的表示为式(3)：

AE² _RMS＝f(P_s) (3)

阀门内部发生气体泄漏时，气体质量流量公式为式(4)：

其中，W为阀门质量流量，单位为kg/s；γ为绝热指数，R为气体常数，单位为J/(kg.K)；T为热力学温度，单位为K；除以密度，得到阀门体积泄漏量计算公式为式(5)：

令

将(6)代入(5)求得式(7)

将式(7)代入式(2)，基于流体过程参数得到式(8)：

其中，g()是非线性函数，阀门内漏的气体密度受压力、气体常数、温度影响变化较大，由玻意耳定律可知：理想气体密度为式(9)：

将式(8)代入式(9)可得式(10):

将式(10)代入式(3)，整理得到式(11)：

将式(11)两边取对数得：

ASL的计算公式为：

ASL＝20lg(AE_RMS/1μV)-P_re (13)

其中，P_re为前置放大器的增益,单位为dB，公式(13)与公式(12)联立并简化可得到式(14)：

其中，α为声波在气体中的传播速度，R为常量，T、P、D为工况参数；

第六步，利用式(14)进行实验数据分析，采用泄漏率的对数与ASL的拟合线性，来拟合求解泄漏率与内漏声发射信号之间的关系。

2.如权利要求1所述的气体阀门内漏率声发射诊断方法，其特征在于：第一步中，设置七个实验压力点进行实验。

3.如权利要求2所述的气体阀门内漏率声发射诊断方法，其特征在于：第一步中，七个实验压力点分别为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7Mpa。

4.如权利要求3所述的气体阀门内漏率声发射诊断方法，其特征在于：第二步中，设定泄漏率的差值范围为6L/min到78L/min。