基于声发射技术的阀门严密性检验

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北电力学院 作者:张艾萍

  主要提出了利用声发射技术检验电厂阀门严密性的方法, 该方法具有准确快捷的特点,而且可以确定阀门的内漏程度, 为检修工作提供依据。利用该方法可以减少浪费, 缩短检修工期, 提高电厂的经济性与安全性。

  阀门发生内漏或不严密时对火电厂和核电站的运行危害很大, 如主汽阀、调节汽阀、中联阀、抽汽逆止阀等不严密时就可能引起汽轮机超速。某电厂200MW 机组由于抽汽逆止阀关闭不严, 使汽轮机超速, 达4 000 r/min 以上。有些阀门, 如各种疏水阀、给水旁路阀等发生内漏时会影响发电的经济性。可见, 阀门的严密性对安全和经济均有较大影响。

  在运行状态下和机组启、停前检查阀门的漏泄情况是非常重要的。过去, 不管阀门实际运行状况,在大修时一律全部拆修, 据统计, 有50% 以上的阀门在大修时是不用解体拆修的, 因而造成了人力、物力的极大浪费, 且还可能在拆修过程中又造成一些人为损坏。

  现在, 声发射技术已得到广泛应用, 在检验阀门严密性方面研制出了声发射检漏仪, 可在运行过程中检验阀门是否严密, 及时发现有事故隐患的阀门并及时进行修复; 在停机前检验, 可确定哪些阀门该修, 哪些不该修; 在启机前检验, 可发现影响安全运行的阀门是否正常, 保证机组的安全经济运行。

声发射检漏的基本原理

1. 声发射信号及其表征参数

  任何金属材料或构件在外力或内力作用下发生摩擦、裂纹或塑性变形时, 以弹性波的形式释放出应变能的现象, 称为声发射。声发射波有纵波、横波和表面波, 并且在传播过程中还能相互转化, 当在有限介质中传播时, 遇到界面会发生折射和反射, 并且在固体表面转换为表面波以很高的速度沿表面传播。这些来自声发射源(即故障点) 的声发射波具有源的特征信息, 利用这些信息可以反映出构件的故障与缺陷情况。

  表征声发射信号的参数有:

  1) 声发射率 单位时间内所产生的超过门槛电压的声发射脉冲数称为声发射率, 与故障的程度及故障类型有关。

  2) 幅度与幅度分布 指按声发射信号峰值幅度的大小分别进行事件计数, 是说明声发射本质的2个量。

  3) 能量 声发射波所具有的能量是故障程度大小的直接表现, 它的定义为:

声发射波所具有的能量

  式中: R ——电压测量线路的输入阻抗, 8;
    V ( t) ——与时间有关的电压,V。

  其中较常用的是能量和声发射率, 因为其在信号处理上很简单, 而且又能非常直观地表现出故障情况。

2. 阀门发生内漏时声发射信号的特点

  当阀门的严密性较差时, 总有少量汽或水经过阀门的缝隙喷射而出, 产生高速射流, 此高速流体对管壁产生冲击而激发弹性波, 即声发射。它属于连续型声发射信号, 类似于白噪声, 如图1所示, 其频率在30~ 50kHz。

阀门漏泄的声发射信号

图1 阀门漏泄的声发射信号

  阀门漏泄时产生的声发射信号的特点:

  1) 漏泄所激发的声发射波是连续型的。

  2) 漏泄产生的声发射信号比较强, 且其幅度大小与漏泄速率成正比, 与信号的均方根值成正比。

  根据漏泄所产生的声发射信号的特点, 表征参数采用声发射率和能量, 它能获得更丰富的声发射信号数据, 为故障识别提供更充分的依据。

声发射检漏仪简介

  用于检验阀门内漏的声发射仪表, 顺次由传感器、前置放大器、滤波器、主放大器、门槛电路和微处理器、显示屏、耳机等构成。其原理框图如图2所示。

声发射检漏仪原理框图

图2 声发射检漏仪原理框图

  当漏泄产生的声发射波传到传感器时, 由于压电晶体的谐振作用, 将声发射波转换为电压信号沿导线传输到检测仪。

  前置放大器的作用是放大传感器送来的信号,采用宽频带低噪声集成放大器, 其增益为40dB。滤波器采用带通滤波, 其中心频率为40kHz (可调) , 通带宽度为20kHz, 它的作用是提高信噪比。门槛电路的作用是剔除背景噪声。如图3所示,门槛电平随噪声电平变化, 低于所设置的门槛电压的噪声被剔除, 高于门槛电平的声发射信号经过放大处理后, 送入微处理器进行计算、分析、判断, 当阀门无漏泄时, 显示屏的读数为0, 若有漏泄, 则显示值随漏泄程度变化, 漏泄越大, 数值也越大。

门槛值随噪声变化情况

图3 门槛值随噪声变化情况

  耳机用于收听漏泄时的声音, 漏泄产生的声发射信号中的音频成分, 经过处理后送到耳机。当阀门漏泄时, 由耳机可以听到声强不同的声音, 根据听到的声音强弱也可以判断漏泄的程度。

阀门严密性检验

  由于声发射检测技术是一种动态无损检测技术, 而且阀门内漏的声发射信号是由高速射流产生的, 所以, 必须在阀门内有泄漏时才能检验出来; 对于阀门前后无压差的情况是不能检验的, 如全开阀门, 其前后压差很小, 此时仪表认为没有泄漏。

1. 检验实例

  为了验证声发射检漏仪的实用性, 于1994年7月对某厂1号机在启动过程中作了检验, 检验了主汽阀、调节汽阀、中联阀、逆止阀、锅炉事故放水阀和疏水阀(见图4a)。为了避免其他因素的影响, 对每个阀门均作了3次检查, 检查结果如表1所示。

  从测试数据来看, 前4个阀的声发射值都很小,基本接近于零, 而事故放水阀和疏水阀的数值很大(达到仪表最大量程1.0000) , 说明这2个阀有问题。经停炉检查, 发现锅炉事故放水阀的阀体有裂纹, 经处理后数值降为0; 而疏水阀是因为未关严, 关严后仪表指示值降为0。由此可知, 只要阀门有微小的漏泄, 声发射检查仪就可以检验出来。

表1 1号机检验结果

1号机检验结果

  如果这些阀门没有事先发现有泄漏,将造成高温外漏, 增加工质和能量的损失, 影响机组运行的经济性。若漏泄严重, 有可能造成周围设备的损坏或人身伤害, 酿成重大事故。根据此次检验的结果, 及时进行了维护, 避免了事故的扩大, 减少了经济损失。

2. 检验注意事项

  将带有自吸磁座的声发射传感器置于被检阀门的阀体上(见图4b) , 调整检漏仪的灵敏度调整旋钮,同时观察显示屏上的指示值, 使指示值达到最大。此时, 将耳机带上, 如果指示值大于0. 5, 并且能听到噪声, 则说明阀门不严密, 有漏泄; 否则说明阀门严密,没有漏泄。

管路阀门与传感器安装图

图4 管路阀门与传感器安装图

  另外要注意的是在检验时, 必须保持传感器稳定, 以免造成误判。为了提高检验的准确性, 要在阀门体的不同位置多检验几次(一般不低于3次)。

结语

  根据实践检验, 采用该方法可以减少浪费。当然, 由于声发射技术是一门新兴技术, 还需要在实践中不断地总结经验, 使该方法更加完善。

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