CN110361057B - 一种多指标压力容器检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多指标压力容器检测装置，属于压力容器检测技术领域，包括泄压罐、安全阀、气动蝶阀以及控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：用于监测储罐周围声发射信号的声发射检测模块，用于检测罐内压力的罐内压力检测模块、用于检测罐体应变的罐体应变检测模块、用于罐体缺陷准确定位的超声探伤模块、用于检测信号处理的信号处理模块、用于进行系统报警的预警模块以及用于系统控制的控制模块。本发明可通过检测室内压力容器的内部压力、声发射检测以及易损位置应变指标，实现压力容器的多指标监测及爆裂前预警，有效减少误报警次数及安全事故的发生，并通过超声探伤，实现压力容器缺陷的准确定位。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器检测技术领域，特别涉及一种多指标压力容器检测装置。
背景技术
压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，其用途极为广泛，在工业、民用等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。压力容器制造虽然有国家强制标准规范，但是压力容器在使用过程中，由于生产质量、保养、外界温度及使用年限等的工况不同，依旧存在泄露及爆裂的风险，现有检测装置仅针对容器内部压力进行实时监测，以判断压力容器是否存在爆裂危险，但是现有的压力监测方法仅能在充压时控制容器内压力，并在压力达到设定阈值进行报警（由于设定阈值远远小于安全值，此时压力容器一般为安全状态，因此一般为误报警；即报警时，危险不存在，仅为压力超过设定阈值），或爆裂后容器内压力降低，才能检测到问题，此时容器大多已经损坏，危害已经发生；而一般情况下压力容器爆裂前，其容器壁内部会出现微小裂纹，此时容器内压力变化较少，不易察觉，继续使用，小裂纹不断扩大，达到一定程度后造成爆裂；如果在容器爆裂前检测到微小裂纹的出现，进而进行泄压等操作，便可达到防止爆裂等安全事故发生的目的；然而，现有技术中鲜有能够针对压力容器进行爆裂前检测及预警的装置及方法。
声发射技术是根据结构内部发出的应力波来判断内部损伤程度的一种新型动态无损检测方法；该技术的局限性在于：极易受机电等外界噪音干扰，因此很难对缺陷做出精准判断，需要大量现场检测数据统计获得材料内部缺陷的频率阈值，并且无法精确定位破坏位置。
室内用压力容器存在以下几种特点，首先是，室内温度相对恒定，相比露天暴晒等情况，温度变化较少；其次是，室内环境可以形成较较为稳定的隔音效果， 最后是，相同检修周期下，室内压力容器部件安全系数相对较高，目前采用核级石墨垫，其密封效果较好。
由于室内用压力容器工况特点突出，结合压力容器多指标检测结果，为实现室内压力容器的安全监测及爆裂预警提供了一种可能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多指标压力容器检测装置，旨在利用该装置，根据室内压力容器工况特点，通过检测室内压力容器的内部压力、声发射检测以及易损位置应变指标，实现压力容器的多指标监测及爆裂前预警，有效减少误报警次数及安全事故的发生，并通过超声探伤，实现压力容器缺陷的准确定位。
本发明提供的技术方案如下：
一种多指标压力容器检测装置，包括泄压罐和控制系统，所述泄压罐顶部设有三个螺纹接头，所述泄压罐底部和底部侧壁分别有泄压管和排放管，其特征在于，泄压罐顶部三个所述螺纹接头分别连接有安全阀，压力表和电动蝶阀，所述泄压管远离泄压罐的一端设有气动蝶阀，所述排放管远离泄压罐的一端设有手动蝶阀；所述控制系统包括声发射检测模块、罐内压力检测模块、罐体应变检测模块、所述声发射监测模块用于监测储罐周围声发射信号；所述罐内压力检测模块用于检测罐内压力；所述罐体应变检测模块用于检测罐体应变量。
进一步的，所述控制系统还包括超声探伤模块、信号处理模块、预警模块以及控制模块；所述超声探伤模块用于罐体缺陷准确定位；所述信号处理模块用于检测信号的接收、处理；所述控制模块用于控制预警模块其气动阀的开启；所述预警模块用于接收到所述控制模块发出报警信号后，进行报警。
进一步的，所述声发射检测模块采用两通道声发射检测仪，所述声发射检测仪包括声发射传感器、前置放大器、滤波器，所述声发射传感器型号为SR800，所述声发射检测仪采集信号最小值为30dB。
进一步的，声发射检测模块采集信号门限值设为50dBjin。
进一步的，所述罐内压力检测模块包括两个压力传感器，所述罐体应变检测模块包含一个补偿片和至少六个应变片，所述预警模块包括警示灯和警铃。
进一步的，所述声发射检测模块采用如下方法确定采集信号门限值：
（1）将检测装置安装固定后，使声发射传感器之处于压力容器工作间内，开启声发射检测仪，设定波形和参数门限值30dB开始采集数据。
（2）采集30分钟后，声发射检测仪采集到的波形图变化，参数表记录到信号信息，说明30dB的门限值低于环境噪音，须选择高于此数值的门限值进行调整。
（3）重新设定波形和参数门限值60dB开始采集数据。
（4）采集30分钟后，声发射检测仪采集到的波形图无变化，参数表记录到信号信息，说明60dB的门限值高于环境噪音，须选择低于此数值的门限值进行调整。
（5）为进一步精确选定门限值，继续设定波形和参数门限值分别为40dB、50dB继续采集，并观测波形图变化及参数表数据采集情况。
（6）在门限值设为40dB时，声发射检测仪采集到的部分波形图变化，参数表记录到信号信息，说明40dB的门限值低于环境噪音，须选择高于此数值的门限值进行调整；在门限值设为50dB时，参数表中出现采集信号信息，表明声发射仪检测到了环境噪音；但是波形图未出现变化，表明环境噪音低于50dB。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
（1）本发明通过声发射信号检测、罐内压力检测、罐体应变值检测，三个数值综合对比，对压力容器内部细小裂纹及爆裂危险进行判断，既能对于爆裂危险提前预警，多指标综合判断又能够有效减少误报警次数。
（2）本发明通过对声发射检测模块设定信号门限值，可以有效剔除环境噪音干扰。有常规声发射检测相比，适当的信号门限值，可以检测到容器内部细小裂纹声发射信号的同时，最大限度减少信号数据采集量。
（3）本发明设有控制系统，实现多指标压力容器检测的同时，可以实现安全预警及压力容器自动泄压。
（4）本发明设有泄压罐，由传统安全阀相比，可以实现压力容器的零排放泄压；并且泄压罐设有电动蝶阀，在泄压罐的安全阀发生故障无法开启时，可以打开电动蝶阀进行进一步泄压，无需人员接近操作，降低工伤发生概率。
（5）本发明的压力检测模块设有两个压力传感器，二者互为备用，压力传感器属于易损件，防止传感器损坏时，装置无法检测到危险的发生。
（6）本发明还配备有超声波检测模块，在装置报警后，可以利用该模块实现压力容器内部细小裂纹的准确定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明泄压罐处主视结构及连接关系示意图；
图2是本发明控制系统原理示意图；
图3是本发明泄压罐处立体结构及连接关系示意图；
图4是多指标压力容器检测装置工作流程示意图。
图中，1、泄压罐，2、压力容器，3、压力表，4、安全阀，5、电动蝶阀，6、手动蝶阀，7、气动蝶阀，8、压力传感器，9、声发射传感器，10、应变片，11、补偿片，12、法兰盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“信号门限值”是声发射检测仪发出声发射信号的最小值，即超过设定的信号门限值时发出声发射信号。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1所示，一种多指标压力容器检测装置，包括泄压罐1和控制系统，泄压罐1顶部设有三个螺纹接头，此外，泄压罐1的底部和底部侧壁分别有排放管和泄压管，其中泄压管远离泄压罐的一端设有气动蝶阀7，泄压罐1通过气动蝶阀7与压力容器2相连通；排放管远离泄压罐的一端设有手动蝶阀6，手动蝶阀6处于常闭状态，当泄压罐1内物质需要排放时，打开手动蝶阀6完成排放。
具体的，泄压罐顶部三个螺纹接头分别连接有安全阀4，压力表3和电动蝶阀5，需要特别指出的是，由于压力容器2内存放物质一般不能够直接排放，因此泄压时需要配备泄压罐1，泄压罐1用于压力容器2泄压时压力暂时储存；安全阀4为现有技术，其作用是对泄压罐1进行超压保护，压力表3用于监测泄压罐1内部压力。基本工作原理是，当泄压罐1内压力超过安全压力时，安全阀4自动打开，罐内压力降低；此外，必要时，还应通过压力表3实时监泄压罐1内压力变化，当安全阀4发生故障无法泄压时，及时打开电动蝶阀5进行泄压。
如图2所示，控制系统包括声发射检测模块、罐内压力检测模块、罐体应变检测模块、超声探伤模块、信号处理模块、预警模块以及控制模块；其中声发射检测模块、罐内压力检测模块以及罐体应变检测模块均与信号处理模块信号连接，其检测数据（声发射信号、压力值、应变量）经信号处理模块处理后，传输至控制模块；控制模块接收信号处理模块传输来的信号，控制启动或关闭预警模块以及气动蝶阀7。
具体的，声发射监测模块用于监测压力容器周围声发射信号；罐内压力检测模块用于检测罐内压力；罐体应变检测模块用于检测罐体应变量；超声探伤模块用于罐体缺陷准确定位；信号处理模块用于检测信号的接收、处理；所述控制模块用于控制预警模块其气动阀的开启；预警模块用于接收到所述控制模块发出报警信号后，进行报警。其基本工作原理是：声发射信号、压力值和应变量检测值经信号处理模块处理后，传输给控制模块，控制模块结合三个数据进行判断是否存在压力容器是否存在微小裂缝，当其中某两个述直超过设定安全值时，表明压力容器存在微小裂缝，有爆裂危险，控制模块控制启动预警模块进行报警，同时启动气动蝶阀7，压力容器向泄压罐内进行泄压，当压力容器和泄压罐内压力一致时，泄压结束；需要特别指出的是，当在个别极端情况下，压力容器和泄压罐内压力一致（平衡）时，此时压力超过泄压罐安全压力，或者平衡时压力容器内降低量无法满足安全值要求，需要开启安全阀或电动蝶阀5，进行泄压。
具体的，所述声发射检测模块采用两通道声发射检测仪，所述声发射检测仪包括声发射传感器9、前置放大器、滤波器，所述声发射传感器9型号为SR800，所述声发射检测仪采集信号最小值为30dB；具体的，信号门限值设为50dB。声发射检测基本原理是，压力容器材料内应力的变化时产生声发射信号, 在压力容器使用过程中有很多因素能引起内材料应力的变化，如位错运动、裂纹萌生与扩展、断裂、外加负荷的变化等等，压力容器材料作为声发射源发射的噪音（弹性波）最终传播到达压力容器的表面，因此可以用声发射传感器9探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号（检测到的声发射信号），然后再被放大、处理和记录。
更具体的，声发射检测模块采集信号门限值设为50dB，信号门限值的确定方法如下：
声发射检测模块用于监测压力容器周围声发射信号，根据压力容器材料内部出现微小裂纹时的会有较高幅值的噪音信号产生，该信号的幅值高于环境噪音（极少数经验丰富的设备管理员可以辨识此声音），因此设定信号门限值高于环境噪音幅值（即幅值高于门限值时采集声发射信号），且低于材料开裂时产生的噪音幅值，可过滤掉环境噪音，并检测到压力容器材料开裂时的噪音。
更具体的，信号门限值设为50dB，其确定方法如下：
（1）将检测装置安装固定后，使声发射传感器9之处于压力容器工作间内，开启声发射检测仪，设定波形和参数门限值30dB开始采集数据。
（2）采集30分钟后，声发射检测仪采集到的波形图变化，参数表记录到信号信息，说明30dB的门限值低于环境噪音，须选择高于此数值的门限值进行调整。
（3）重新设定波形和参数门限值60dB开始采集数据。
（4）采集30分钟后，声发射检测仪采集到的波形图无变化，参数表记录到信号信息，说明60dB的门限值高于环境噪音，须选择低于此数值的门限值进行调整。
（5）为进一步精确选定门限值，继续设定波形和参数门限值分别为40dB、50dB继续采集，并观测波形图变化及参数表数据采集情况。
（6）在门限值设为40dB时，声发射检测仪采集到的部分波形图变化，参数表记录到信号信息，说明40dB的门限值低于环境噪音，须选择高于此数值的门限值进行调整；在门限值设为50dB时，参数表中出现采集信号信息，表明声发射仪检测到了环境噪音；但是波形图未出现变化，表明环境噪音低于50dB。
由以上步骤可知，30dB的门限值低于环境噪音，60dB的门限值远高于环境噪音，40dB的门限值处于环境噪音幅度范围内，因此，门限值选50dB较为精确，其可以过滤环境噪音的同时检测到压力容器开裂信号。在实验室环境下，对压力容器进行等比例缩小模型进行打压测试，声发射传感器9位于压力容器表面，打压至开裂时，检测到，正常打压时噪音为35dB左右，保压噪音为30dB左右，爆裂后，检测到最大噪音为76dB，大于信号门限值50dB，可以检测到波形变化。
更具体的，罐内压力检测模块包括两个压力传感器8，压力传感器8安装在压力容器2的侧壁上，用于检测压力容器2的压力值，设置两个压力传感器8的目的在于互为备用，同时检测罐内压力，取检测到的最大值为罐内压力；所述罐体应变检测模块包含六个应变片10和一个补偿片11，如图3所示，六个应变片10由上至下呈螺旋状均匀贴在压力容器2外壁上，用于压力容器垂直方向上不同点的应变量，补偿片11贴在法兰盖12上，补偿片11用于补偿温度变化（热胀冷缩）引起容器壁的变形量。
所述信号处理模块包含声发射信号接口、压力检测信号接口、应变检测接口以及电流电压信号输出端，此为现有技术，因此其内部结构不做赘述；如图4所示，其基本工作流程是：设定压力容器许用压力为8MPa，应变极限值为5mm，当信号处理模块接收到的罐内压力检测模块输入的压力值大于许用压力为8MPa时，判断声发射检测模块是否输入声发射信号（即噪音值是否大于门限值50dB），若接收到声发射信号，则向控制模块发送控制信号，若未接收到声发射信号，则继续判断应变值大小，若其中一个应变值大于5mm，则向控制模块发送控制信号；其余情况不发送信号。
控制模块用于在接收到信号处理模块的控制信号后，启动预警模块进行报警，并控制打开气动蝶阀7，进行压力容器泄压，压力泄至泄压罐内。其中，预警模块包括警示灯和警铃，当接收到控制模块的启动信号后，警示灯和警铃通电开启。
更具体的，超声波探伤模块选用CT-2000型数字式超声波探伤仪，用于检测各种材料内部的缺陷（钢、不锈钢、铜、铝、硬质合金、铸件、复合材料、和焊缝等等），可有效检测出气孔、裂纹、疏松、夹杂、未焊透等缺陷，示例的其用于压力容器缺陷的准确定位。
一种多指标压力容器检测装置的使用方法，具体包括以下步骤：
S1：检测装置的安装固定，将声发射传感器9贴于压力容器2外壁表面，将六个应变片10由上至下呈螺旋状均匀贴在压力容器外壁上，将补偿片11贴在人孔法兰12上，将压力传感器8连接在压力容器2上预留的传感器接头上；
S2：确定声发射检测仪检测的信号门限值；
S3：设定系统参数，设定信号门限值为50dB，压力容器许用压力为8MPa，应变极限值为5mm；
S4：当控制模块接收到启动信号后，启动预警模块进行报警，并控制打开气动蝶阀7，进行压力容器2泄压。
S5：启动超声波探伤模块，对压力容器2壁进行超声波探伤，确定缺陷产生位置。
实施例2
在实施例1的基础上，一种多指标压力容器检测装置的控制系统，其区别在于，其控制系统仅包括声发射检测模块、罐内压力检测模块、罐体应变检测模块，所述声发射监测模块用于监测储罐周围声发射信号；所述罐内压力检测模块用于检测罐内压力；所述罐体应变检测模块用于检测罐体应变量。所述控制系统不包括超声探伤模块、信号处理模块、预警模块以及控制模块。
设备管理员进行各模块数据的读取及操作，当罐内压力检测模块两个压力传感器8检测到的压力值均大于许用压力为8MPa时；调取声发射检测模块采集的声发射信号，若接收到声发射信号噪音幅值大于门限值50dB，则打开气动蝶阀7进行泄压，确保设备安全；若收到声发射信号噪音幅值小于门限值50dB，则继续判断应变值大小，若其中一个应变值大于5mm，则打开气动蝶阀7进行泄压，确保设备安全。
当泄压罐1内压力超过安全压力时，安全阀4自动打开，罐内压力降低；此外，必要时，还应通过压力表3实时监泄压罐1内压力变化，当安全阀4发生故障时，及时打开电动蝶阀5进行泄压。
当需要排空检修时，打开排放管上的手动蝶阀6，进行压力容器排空。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，对其进行简单的组合变化都列为本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种多指标压力容器检测装置，包括泄压罐和控制系统，所述泄压罐顶部设有三个螺纹接头，所述泄压罐底部和底部侧壁分别有泄压管和排放管，其特征在于，泄压罐顶部三个所述螺纹接头分别连接有安全阀，压力表和电动蝶阀，所述泄压管远离泄压罐的一端设有气动蝶阀，所述排放管远离泄压罐的一端设有手动蝶阀；所述控制系统包括声发射检测模块、罐内压力检测模块、罐体应变检测模块，所述声发射检测模块用于监测储罐周围声发射信号；所述罐内压力检测模块用于检测罐内压力；所述罐体应变检测模块用于检测罐体应变量；
所述控制系统还包括超声探伤模块、信号处理模块、预警模块以及控制模块；所述超声探伤模块用于罐体缺陷准确定位；所述信号处理模块用于检测信号的接收、处理；所述控制模块用于控制预警模块其气动阀的开启；所述预警模块用于接收到所述控制模块发出报警信号后，进行报警；
声发射信号、压力值和应变量检测值经信号处理模块处理后，传输给控制模块，控制模块结合三个数据进行判断压力容器是否存在微小裂缝，当其中某两个数值超过设定安全值时，表明压力容器存在微小裂缝；
所述声发射检测模块的采集信号门限值高于环境噪音幅值且低于材料开裂是产生的噪音幅值，其中，所述声发射检测模块采集信号门限值的具体确定方法如下：
(1)将检测装置安装固定后，使声发射传感器之处于压力容器工作间内，开启声发射检测仪，设定波形和参数门限值30dB开始采集数据；
(2)采集30分钟后，声发射检测仪采集到的波形图变化，参数表记录到信号信息，说明30dB的门限值低于环境噪音，须选择高于此数值的门限值进行调整；
(3)重新设定波形和参数门限值60dB开始采集数据；
(4)采集30分钟后，声发射检测仪采集到的波形图无变化，参数表记录到信号信息，说明60dB的门限值高于环境噪音，须选择低于此数值的门限值进行调整；
(5)为进一步精确选定门限值，继续设定波形和参数门限值分别为40dB、50dB继续采集，并观测波形图变化及参数表数据采集情况；
(6)在门限值设为40dB时，声发射检测仪采集到的部分波形图变化，参数表记录到信号信息，说明40dB的门限值低于环境噪音，须选择高于此数值的门限值进行调整；在门限值设为50dB时，参数表中出现采集信号信息，表明声发射仪检测到了环境噪音；但是波形图未出现变化，表明环境噪音低于50dB；
其中，所述多指标压力容器检测装置采用如下方法使用：
S1：检测装置的安装固定，将声发射传感器贴于压力容器外壁表面，将六个应变片由上至下呈螺旋状均匀贴在压力容器外壁上，将补偿片贴在人孔法兰上，将压力传感器连接在压力容器上预留的传感器接头上；
S2：确定声发射检测仪检测的信号门限值；
S3：设定系统参数，设定信号门限值为50dB，压力容器许用压力为8MPa，应变极限值为5mm；
S4：当控制模块接收到启动信号后，启动预警模块进行报警，并控制打开气动蝶阀，进行压力容器泄压；
S5：启动超声波探伤模块，对压力容器壁进行超声波探伤，确定缺陷产生位置。
2.根据权利要求1所述的多指标压力容器检测装置，其特征在于，所述声发射检测模块采用两通道声发射检测仪，所述声发射检测仪包括声发射传感器、前置放大器、滤波器，所述声发射传感器型号为SR800，所述声发射检测仪采集信号最小值为30dB。
3.根据权利要求1所述的多指标压力容器检测装置，其特征在于，所述罐内压力检测模块包括两个压力传感器，所述罐体应变检测模块包含一个补偿片和至少六个应变片，所述预警模块包括警示灯和警铃。
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