基于聲發(fā)射技術(shù)的閥門嚴(yán)密性檢驗(yàn)

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(yàn)電廠閥門嚴(yán)密性的方法, 該方法具有準(zhǔn)確快捷的特點(diǎn),而且可以確定閥門的內(nèi)漏程度, 為檢修工作提供依據(jù)。利用該方法可以減少浪費(fèi), 縮短檢修工期, 提高電廠的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

　　閥門發(fā)生內(nèi)漏或不嚴(yán)密時(shí)對火電廠和核電站的運(yùn)行危害很大, 如主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、中聯(lián)閥、抽汽逆止閥等不嚴(yán)密時(shí)就可能引起汽輪機(jī)超速。某電廠200MW 機(jī)組由于抽汽逆止閥關(guān)閉不嚴(yán), 使汽輪機(jī)超速, 達(dá)4 000 r/min 以上。有些閥門, 如各種疏水閥、給水旁路閥等發(fā)生內(nèi)漏時(shí)會影響發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性�？梢�, 閥門的嚴(yán)密性對安全和經(jīng)濟(jì)均有較大影響。

　　在運(yùn)行狀態(tài)下和機(jī)組啟、停前檢查閥門的漏泄情況是非常重要的。過去, 不管閥門實(shí)際運(yùn)行狀況,在大修時(shí)一律全部拆修, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 有50% 以上的閥門在大修時(shí)是不用解體拆修的, 因而造成了人力、物力的極大浪費(fèi), 且還可能在拆修過程中又造成一些人為損壞。

　　現(xiàn)在, 聲發(fā)射技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用, 在檢驗(yàn)閥門嚴(yán)密性方面研制出了聲發(fā)射檢漏儀, 可在運(yùn)行過程中檢驗(yàn)閥門是否嚴(yán)密, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)有事故隱患的閥門并及時(shí)進(jìn)行修復(fù); 在停機(jī)前檢驗(yàn), 可確定哪些閥門該修, 哪些不該修; 在啟機(jī)前檢驗(yàn), 可發(fā)現(xiàn)影響安全運(yùn)行的閥門是否正常, 保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shù)

　　任何金屬材料或構(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。聲發(fā)射波有縱波、橫波和表面波, 并且在傳播過程中還能相互轉(zhuǎn)化, 當(dāng)在有限介質(zhì)中傳播時(shí), 遇到界面會發(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)射信號的參數(shù)有:

　　1) 聲發(fā)射率　單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的超過門檻電壓的聲發(fā)射脈沖數(shù)稱為聲發(fā)射率, 與故障的程度及故障類型有關(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(jì)數(shù), 是說明聲發(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(xiàn), 它的定義為:

聲發(fā)射波所具有的能量

　　式中: R ——電壓測量線路的輸入阻抗, 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?yàn)槠湓谛盘柼幚砩虾芎唵? 而且又能非常直觀地表現(xiàn)出故障情況。

2. 閥門發(fā)生內(nèi)漏時(shí)聲發(fā)射信號的特點(diǎn)

　　當(dāng)閥門的嚴(yán)密性較差時(shí), 總有少量汽或水經(jīng)過閥門的縫隙噴射而出, 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(xù)型聲發(fā)射信號, 類似于白噪聲, 如圖1所示, 其頻率在30～ 50kHz。

閥門漏泄的聲發(fā)射信號

圖1　閥門漏泄的聲發(fā)射信號

　　閥門漏泄時(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(xù)型的。

　　2) 漏泄產(chǎn)生的聲發(fā)射信號比較強(qiáng), 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(jù)漏泄所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號的特點(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)射信號數(shù)據(jù), 為故障識別提供更充分的依據(jù)。

聲發(fā)射檢漏儀簡介

　　用于檢驗(yàn)閥門內(nèi)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、門檻電路和微處理器、顯示屏、耳機(jī)等構(gòu)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(dāng)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(zhuǎn)換為電壓信號沿導(dǎo)線傳輸?shù)綑z測儀。

　　前置放大器的作用是放大傳感器送來的信號,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(diào)) , 通帶寬度為20kHz, 它的作用是提高信噪比。門檻電路的作用是剔除背景噪聲。如圖3所示,門檻電平隨噪聲電平變化, 低于所設(shè)置的門檻電壓的噪聲被剔除, 高于門檻電平的聲發(fā)射信號經(jīng)過放大處理后, 送入微處理器進(jìn)行計(jì)算、分析、判斷, 當(dāng)閥門無漏泄時(shí), 顯示屏的讀數(shù)為0, 若有漏泄, 則顯示值隨漏泄程度變化, 漏泄越大, 數(shù)值也越大。

門檻值隨噪聲變化情況

圖3　門檻值隨噪聲變化情況

　　耳機(jī)用于收聽漏泄時(shí)的聲音, 漏泄產(chǎn)生的聲發(fā)射信號中的音頻成分, 經(jīng)過處理后送到耳機(jī)。當(dāng)閥門漏泄時(shí), 由耳機(jī)可以聽到聲強(qiáng)不同的聲音, 根據(jù)聽到的聲音強(qiáng)弱也可以判斷漏泄的程度。

閥門嚴(yán)密性檢驗(yàn)

　　由于聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種動態(tài)無損檢測技術(shù), 而且閥門內(nèi)漏的聲發(fā)射信號是由高速射流產(chǎn)生的, 所以, 必須在閥門內(nèi)有泄漏時(shí)才能檢驗(yàn)出來; 對于閥門前后無壓差的情況是不能檢驗(yàn)的, 如全開閥門, 其前后壓差很小, 此時(shí)儀表認(rèn)為沒有泄漏。

1. 檢驗(yàn)實(shí)例

　　為了驗(yàn)證聲發(fā)射檢漏儀的實(shí)用性, 于1994年7月對某廠1號機(jī)在啟動過程中作了檢驗(yàn), 檢驗(yàn)了主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、中聯(lián)閥、逆止閥、鍋爐事故放水閥和疏水閥(見圖4a)。為了避免其他因素的影響, 對每個(gè)閥門均作了3次檢查, 檢查結(jié)果如表1所示。

　　從測試數(shù)據(jù)來看, 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(shù)值很大(達(dá)到儀表最大量程1.0000) , 說明這2個(gè)閥有問題。經(jīng)停爐檢查, 發(fā)現(xiàn)鍋爐事故放水閥的閥體有裂紋, 經(jīng)處理后數(shù)值降為0; 而疏水閥是因?yàn)槲搓P(guān)嚴(yán), 關(guān)嚴(yán)后儀表指示值降為0。由此可知, 只要閥門有微小的漏泄, 聲發(fā)射檢查儀就可以檢驗(yàn)出來。

表1　1號機(jī)檢驗(yàn)結(jié)果

1號機(jī)檢驗(yàn)結(jié)果

　　如果這些閥門沒有事先發(fā)現(xiàn)有泄漏,將造成高溫外漏, 增加工質(zhì)和能量的損失, 影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。若漏泄嚴(yán)重, 有可能造成周圍設(shè)備的損壞或人身傷害, 釀成重大事故。根據(jù)此次檢驗(yàn)的結(jié)果, 及時(shí)進(jìn)行了維護(hù), 避免了事故的擴(kuò)大, 減少了經(jīng)濟(jì)損失。

2. 檢驗(yàn)注意事項(xiàng)

　　將帶有自吸磁座的聲發(fā)射傳感器置于被檢閥門的閥體上(見圖4b) , 調(diào)整檢漏儀的靈敏度調(diào)整旋鈕,同時(shí)觀察顯示屏上的指示值, 使指示值達(dá)到最大。此時(shí), 將耳機(jī)帶上, 如果指示值大于0. 5, 并且能聽到噪聲, 則說明閥門不嚴(yán)密, 有漏泄; 否則說明閥門嚴(yán)密,沒有漏泄。

管路閥門與傳感器安裝圖