基于聲發(fā)射技術(shù)的閥門(mén)嚴密性檢驗

2010-02-24 張艾萍東北電力學(xué)院

　　主要提出了利用聲發(fā)射技術(shù)檢驗電廠(chǎng)閥門(mén)嚴密性的方法, 該方法具有準確快捷的特點(diǎn),而且可以確定閥門(mén)的內漏程度, 為檢修工作提供依據。利用該方法可以減少浪費, 縮短檢修工期, 提高電廠(chǎng)的經(jīng)濟性與安全性。

　　閥門(mén)發(fā)生內漏或不嚴密時(shí)對火電廠(chǎng)和核電站的運行危害很大, 如主汽閥、調節汽閥、中聯(lián)閥、抽汽逆止閥等不嚴密時(shí)就可能引起汽輪機超速。某電廠(chǎng)200MW 機組由于抽汽逆止閥關(guān)閉不嚴, 使汽輪機超速, 達4 000 r/min 以上。有些閥門(mén), 如各種疏水閥、給水旁路閥等發(fā)生內漏時(shí)會(huì )影響發(fā)電的經(jīng)濟性�？梢�(jiàn), 閥門(mén)的嚴密性對安全和經(jīng)濟均有較大影響。

　　在運行狀態(tài)下和機組啟、停前檢查閥門(mén)的漏泄情況是非常重要的。過(guò)去, 不管閥門(mén)實(shí)際運行狀況,在大修時(shí)一律全部拆修, 據統計, 有50% 以上的閥門(mén)在大修時(shí)是不用解體拆修的, 因而造成了人力、物力的極大浪費, 且還可能在拆修過(guò)程中又造成一些人為損壞。

　　現在, 聲發(fā)射技術(shù)已得到廣泛應用, 在檢驗閥門(mén)嚴密性方面研制出了聲發(fā)射檢漏儀, 可在運行過(guò)程中檢驗閥門(mén)是否嚴密, 及時(shí)發(fā)現有事故隱患的閥門(mén)并及時(shí)進(jìn)行修復; 在停機前檢驗, 可確定哪些閥門(mén)該修, 哪些不該修; 在啟機前檢驗, 可發(fā)現影響安全運行的閥門(mén)是否正常, 保證機組的安全經(jīng)濟運行。

聲發(fā)射檢漏的基本原理

1. 聲發(fā)射信號及其表征參數

　　任何金屬材料或構件在外力或內力作用下發(fā)生摩擦、裂紋或塑性變形時(shí), 以彈性波的形式釋放出應變能的現象, 稱(chēng)為聲發(fā)射。聲發(fā)射波有縱波、橫波和表面波, 并且在傳播過(guò)程中還能相互轉化, 當在有限介質(zhì)中傳播時(shí), 遇到界面會(huì )發(fā)生折射和反射, 并且在固體表面轉換為表面波以很高的速度沿表面傳播。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件的故障與缺陷情況。

　　表征聲發(fā)射信號的參數有:

　　1) 聲發(fā)射率　單位時(shí)間內所產(chǎn)生的超過(guò)門(mén)檻電壓的聲發(fā)射脈沖數稱(chēng)為聲發(fā)射率, 與故障的程度及故障類(lèi)型有關(guān)。

　　2) 幅度與幅度分布　指按聲發(fā)射信號峰值幅度的大小分別進(jìn)行事件計數, 是說(shuō)明聲發(fā)射本質(zhì)的2個(gè)量。

　　3) 能量　聲發(fā)射波所具有的能量是故障程度大小的直接表現, 它的定義為:

聲發(fā)射波所具有的能量

　　式中: R ——電壓測量線(xiàn)路的輸入阻抗, 8;
　　　　V ( t) ——與時(shí)間有關(guān)的電壓,V。

　　其中較常用的是能量和聲發(fā)射率, 因為其在信號處理上很簡(jiǎn)單, 而且又能非常直觀(guān)地表現出故障情況。

2. 閥門(mén)發(fā)生內漏時(shí)聲發(fā)射信號的特點(diǎn)

　　當閥門(mén)的嚴密性較差時(shí), 總有少量汽或水經(jīng)過(guò)閥門(mén)的縫隙噴射而出, 產(chǎn)生高速射流, 此高速流體對管壁產(chǎn)生沖擊而激發(fā)彈性波, 即聲發(fā)射。它屬于連續型聲發(fā)射信號, 類(lèi)似于白噪聲, 如圖1所示, 其頻率在30～ 50kHz。

閥門(mén)漏泄的聲發(fā)射信號

圖1　閥門(mén)漏泄的聲發(fā)射信號

　　閥門(mén)漏泄時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號的特點(diǎn):

　　1) 漏泄所激發(fā)的聲發(fā)射波是連續型的。

　　2) 漏泄產(chǎn)生的聲發(fā)射信號比較強, 且其幅度大小與漏泄速率成正比, 與信號的均方根值成正比。

　　根據漏泄所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號的特點(diǎn), 表征參數采用聲發(fā)射率和能量, 它能獲得更豐富的聲發(fā)射信號數據, 為故障識別提供更充分的依據。

聲發(fā)射檢漏儀簡(jiǎn)介

　　用于檢驗閥門(mén)內漏的聲發(fā)射儀表, 順次由傳感器、前置放大器、濾波器、主放大器、門(mén)檻電路和微處理器、顯示屏、耳機等構成。其原理框圖如圖2所示。

聲發(fā)射檢漏儀原理框圖

圖2　聲發(fā)射檢漏儀原理框圖

　　當漏泄產(chǎn)生的聲發(fā)射波傳到傳感器時(shí), 由于壓電晶體的諧振作用, 將聲發(fā)射波轉換為電壓信號沿導線(xiàn)傳輸到檢測儀。

　　前置放大器的作用是放大傳感器送來(lái)的信號,采用寬頻帶低噪聲集成放大器, 其增益為40dB。濾波器采用帶通濾波, 其中心頻率為40kHz (可調) , 通帶寬度為20kHz, 它的作用是提高信噪比。門(mén)檻電路的作用是剔除背景噪聲。如圖3所示,門(mén)檻電平隨噪聲電平變化, 低于所設置的門(mén)檻電壓的噪聲被剔除, 高于門(mén)檻電平的聲發(fā)射信號經(jīng)過(guò)放大處理后, 送入微處理器進(jìn)行計算、分析、判斷, 當閥門(mén)無(wú)漏泄時(shí), 顯示屏的讀數為0, 若有漏泄, 則顯示值隨漏泄程度變化, 漏泄越大, 數值也越大。

門(mén)檻值隨噪聲變化情況

圖3　門(mén)檻值隨噪聲變化情況

　　耳機用于收聽(tīng)漏泄時(shí)的聲音, 漏泄產(chǎn)生的聲發(fā)射信號中的音頻成分, 經(jīng)過(guò)處理后送到耳機。當閥門(mén)漏泄時(shí), 由耳機可以聽(tīng)到聲強不同的聲音, 根據聽(tīng)到的聲音強弱也可以判斷漏泄的程度。

閥門(mén)嚴密性檢驗

　　由于聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測技術(shù), 而且閥門(mén)內漏的聲發(fā)射信號是由高速射流產(chǎn)生的, 所以, 必須在閥門(mén)內有泄漏時(shí)才能檢驗出來(lái); 對于閥門(mén)前后無(wú)壓差的情況是不能檢驗的, 如全開(kāi)閥門(mén), 其前后壓差很小, 此時(shí)儀表認為沒(méi)有泄漏。

1. 檢驗實(shí)例

　　為了驗證聲發(fā)射檢漏儀的實(shí)用性, 于1994年7月對某廠(chǎng)1號機在啟動(dòng)過(guò)程中作了檢驗, 檢驗了主汽閥、調節汽閥、中聯(lián)閥、逆止閥、鍋爐事故放水閥和疏水閥(見(jiàn)圖4a)。為了避免其他因素的影響, 對每個(gè)閥門(mén)均作了3次檢查, 檢查結果如表1所示。

　　從測試數據來(lái)看, 前4個(gè)閥的聲發(fā)射值都很小,基本接近于零, 而事故放水閥和疏水閥的數值很大(達到儀表最大量程1.0000) , 說(shuō)明這2個(gè)閥有問(wèn)題。經(jīng)停爐檢查, 發(fā)現鍋爐事故放水閥的閥體有裂紋, 經(jīng)處理后數值降為0; 而疏水閥是因為未關(guān)嚴, 關(guān)嚴后儀表指示值降為0。由此可知, 只要閥門(mén)有微小的漏泄, 聲發(fā)射檢查儀就可以檢驗出來(lái)。

表1　1號機檢驗結果

1號機檢驗結果

　　如果這些閥門(mén)沒(méi)有事先發(fā)現有泄漏,將造成高溫外漏, 增加工質(zhì)和能量的損失, 影響機組運行的經(jīng)濟性。若漏泄嚴重, 有可能造成周?chē)O備的損壞或人身傷害, 釀成重大事故。根據此次檢驗的結果, 及時(shí)進(jìn)行了維護, 避免了事故的擴大, 減少了經(jīng)濟損失。

2. 檢驗注意事項

　　將帶有自吸磁座的聲發(fā)射傳感器置于被檢閥門(mén)的閥體上(見(jiàn)圖4b) , 調整檢漏儀的靈敏度調整旋鈕,同時(shí)觀(guān)察顯示屏上的指示值, 使指示值達到最大。此時(shí), 將耳機帶上, 如果指示值大于0. 5, 并且能聽(tīng)到噪聲, 則說(shuō)明閥門(mén)不嚴密, 有漏泄; 否則說(shuō)明閥門(mén)嚴密,沒(méi)有漏泄。

管路閥門(mén)與傳感器安裝圖