专利名称：基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置以及利用该装置的流体泄漏检测方法
技术领域：
本发明涉及一种基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置以及利用该 装置的流体泄漏检测方法，尤其涉及一种可以迅速准确地了解管路或者管道内部流体泄漏 状态的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置以及利用其装置的流体泄漏检 测方法。
背景技术：
通常情况下，发电站及化学工厂等工业设备使用着数以万计的管路。其中，对于设 备的安全运行产生巨大影响的管路正在接受着运行安全检查和管路内部泄漏检查。由于异物插入到起到密封作用的管座面、频繁打开或者关闭管路而损坏管路内部 部件、管路本体和管座出现龟裂、管路蒸气的衬垫或者焊接部位的缺陷及疲劳龟裂等原因， 出现上述内部泄漏问题。发生内部泄漏问题时，随着时间的推移，会发生泄漏越来越严重或 者管路入口侧压力降低等问题，从而导致设备或者系统失去冷却功能、排放有毒物质或者 放射性物质等，这将引起设备运行障碍和安全事故。而且，涡轮发电设备在完全关闭凝缩水 排水管道的状态下也流动蒸气或者水，从而减少向涡轮流动的蒸气的流量和发电量，增加 能量损失和冷凝器工作量(Condenser Workload) 0不修护内部泄漏的管路时，会进一步恶 化管路的衬垫和耐久性的状态而提高修护费用，其修护难度也比泄漏初期明显提高。发电 站出现严重的管路泄漏时，甚至可以使发电站停止运行。特别是，原子能发电站发生管路流 体泄漏事故时，可能会发生放射性物质的泄漏或者污染等严重问题。为了诊断出上述管路 内部泄漏问题和管路内部开始泄漏流体时检测到管路泄漏，正在广泛使用着在管路前端的 管道或者管路后端的管道设置超声波来检测流量的超声波流量检测仪。大韩民国专利注册号10_0495970(名称流量计量装置)和注册号 10-0664366 (名称多普勒式超声波流量计、利用多普勒式超声波流量计的流量计量方法 以及可以通过安装该多普勒式超声波流量计用流量计量程序的电脑读取的存储媒体)等 公开了上述超声波流量检测技术。利用现有超声波流量计检测管路内部泄漏量时，管路前端的凝缩水向管路后端的 低压部泄漏的同时，会引发高速空穴(cavitation)或者触电(flashing)现象。此时，如果 泄漏量少，就不能准确地检测或者准确度显着降低。而且，还公开了为了连管路内部的微细泄漏也准确地感知到，在管路本体的外部 面粘附若干个音频感应器且分析处理音频感应器检测的信号而提供给用户的技术。大韩民国专利注册号10-0291674(检测管路管道泄漏装置及方法)和大韩民国专 利注册号10-08360439 (去除周边噪音所需管路泄漏诊断装置及诊断方法)全面公开了上 述技术。利用上述音频感应器的感知管路泄漏技术可以感知泄漏时发生的特有泄漏声音 来确定是否泄漏，可是，没有公开可以准确地检测泄漏量的方法。即，由于各种环境因素可以改变管路的内部泄漏，很难只利用音频信号准确地检测出泄漏量。而且，流体的泄漏量多 时，音频信号很难准确地检测出泄漏量，且根据周边噪音的大小和频率在泄漏量检测值方 面存在误差。而且，为了感知到管路内部的泄漏，将温度感应器直接粘附在管路的前端和后端 而感知泄漏或者采用非接触式温度感知器热荧光计量仪或者红外线温度计等来感知泄漏。可是，采用上述温度感知器或者非接触式温度感知器时，只有泄漏的流量比较多 时才可以确定是否泄漏，且很难检测出泄漏量。
发明内容
发明技术问题的公开为了解决以上问题，本发明提供了一种以如下内容为特征的基于超声波、音频及 温度差检测管路流体泄漏的装置以及利用该装置的流体泄漏检测方法，其特征在于利用 超声波、音频信号及温度差检测出量化和准确的内部泄漏数据。技术方案为了实现本发明的上述目的，本发明的检测管路流体泄露装置包括在管路和与 管路连接的管道布置于流入流体的管道的入口侧且利用超声波检测管路流体泄漏的超声 波检测泄漏机构；分别布置于管路本体中流入流体的入口侧和流出流体的出口侧通过音频 信号检测管路流体泄漏的音频检测泄漏机构；以及分别布置于管路的本体中入口侧和出口 侧检测管路温度差温度检测泄漏机构。而且，超声波检测泄漏机构包括通过固定机构设置于管路且向管路内部发送超 声波且接收已发送的超声波的收发超声波感应器；利用收发超声波感应器检测到的信号计 算且显示流体的流速的超声波信号处理部；以及连接到超声波信号处理部且存储已发送的 流体流速数据的超声波数据库。另外，音频检测泄漏机构包括分别检测管路的入口侧和出口侧发生的音频信号 的第一、第二音频感应器；首次放大由第一、第二音频感应器分别发送的音频信号且过滤放 大的音频信号、又重新输出放大的信号的音频信号处理部；以及接收且存储音频信号处理 部放大的音频信号的音频数据库。而且，温度检测泄漏机构包括形成于管路的入口侧和出口侧检测管路温度的第 一、第二检测温度仪；计算由第一、第二检测温度仪检测到的管路温度差的温度信号处理 部；以及接收且存储温度信号处理部计算的管路温度差的温度数据库。另外，检测流体泄漏的装置进一步包括从超声波数据库、音波数据库、音频数据库 和温度数据库分别接收且存储数据的整合数据库。而且，第一、第二检测温度仪是温度感应器、红外线温度仪、存储器温度仪或者热 成像摄像头。另外，进一步包括布置于管道或者管路的一侧检测已泄漏流体的量的大型圆柱 体。而且，利用上述检测流体泄漏的装置的流体泄漏检测方法包括将管道或者管路 的检测流体泄漏的装置的超声波检测泄漏机构和音频检测泄漏机构以及温度检测泄漏机 构分别设置在各个试验部管道或者管路的步骤；在试验部管道或者管路调整流体泄漏比率的同时，利用各个检测手段检测试验部数据并将试验部数据存储在整合数据库的步骤；将 检测流体泄漏的装置的超声波检测泄漏机构和音频检测泄漏机构及温度检测泄漏机构分 别设置在检测流体泄漏所需检测部管道或者管路的步骤；利用设置在检测部管道或者管路 的各个检测机构检测检测部的数据并将检测部数据存储在整合数据库的步骤；对比检测部 管道或者管路的数据和试验部管道或者管路的数据是否类似的步骤；以及当检测部数据和 试验部数据类似时，确认对应于检测部数据的泄漏量的步骤。另外，试验部数据检测步骤中，试验部管道或者管路与检测部管道或者管路的结 构相同。而且，在试验部数据检测步骤中，将作为管路开裂全行程百分比的泄漏比率调整 为单位并建立数据库。另外，在对比步骤中，将检测部数据和试验部数据从存储检测部数据的整合数据 库和存储试验部数据的整合数据库发送到对比分析处理部。有益效果本发明利用超声波、音频信号及温度差准确检测管路或者管道的较小流体泄漏量。而且，对于检测到的泄漏量数据实施量化，且具备相同条件的管道与量化数据进 行对比，从而更容易更迅速地确认泄漏量。另外，管路或者管道的流体泄漏量较大时，也可以准确地检测泄漏量。
图1是示出了布置有本发明检测流体泄漏的装置的管道和管路的斜视图。图2是示出了用于本发明的大型圆柱体的斜视图。图3是示出了本发明检测流体泄漏的装置的结构图。图4是示出了利用本发明检测流体泄漏的装置检测流体泄漏的方法的流程图。图5是示出了布置有本发明检测流体泄漏的装置的检测群和试验群的结构的概 略结构图。图6至图8是根据第一实施方式利用超声波检测泄漏机构和音频检测泄漏机构图 示依据检测次数的流体泄漏量的图表。图9至图11是根据第二实施方式利用超声波检测泄漏机构和音频检测泄漏机构 图示依据检测次数的流体泄漏量的图表。
具体实施例方式以下参考附图详细说明本发明优选实施方式。首先，对于各个附图构成因素注明 参考标号时，即使相同的构成因素出现在不同的附图上，也尽可能使用了相同的标号。而且，以下说明本发明时，认为针对相关公知功能或者结构的具体说明可能会混 淆本发明的实质时，没有再次详细地说明。(检测流体泄露装置的结构)图1是示出了布置有本发明检测流体泄漏的装置的管道和管路的斜视图，图2是 示出了用于本发明的大型圆柱体的斜视图，图3是示出了本发明检测流体泄漏的装置的结
6构图。如图1及图3所示，本发明检测流体泄漏的装置利用超声波、音频信号及温度将从管 路1或者管3泄漏的流体检测为准确而实施量化的数据。检测流体泄漏的装置由设置于管 路1的本体或者连接到管路1的管3的超声波检测泄漏机构100和音频检测泄漏机构200 以及温度检测泄漏机构300组成。超声波检测泄漏机构100置于从管3流入流体的入口侧。检测超声波泄漏机构 100由收发超声波感应器102、104和超声波信号处理部150及超声波数据库160组成。收发超声波感应器102、104通过固定机构分别设置在管3的上部和下部。此时， 固定机构由结合在管道外部一侧的固定部件120、一侧设置于管3和固定部件之间另一侧 设置收发超音波感应器102、104的板状波注入器140组成。该波注入器140在检测高温流 体流速时保护超声波感应器且检测最高温度达到400°C的高温流体的流速。超声波信号处理部150连接到收发超声波感应器102、104利用从收发超声波感应 器102、104接收的超声波信号显示计算出的流体流速。而且，超声波数据库160连接到超声波信号处理部150接收通过收发超声波感应 器102、104检测到的流体的流速数据并存储起来。即，利用各个感应器之间的声波传达时 差检测流体的流速。管3或者管路1的泄漏流体时流速与不泄漏流体时流速存在差异。因 此，本发明确认发生流体泄漏的状态，即，是否泄漏、泄漏量及泄漏位置等。利用超声波检测 泄漏机构100检测流体速度的方法如下。音频检测泄漏机构200分别布置在管路1的本体中注入流体的入口侧和流出流体 的出口侧。音频检测泄漏机构200由第一音频感应器202、第二音频感应器204和音频信号 处理部240及音频数据库260组成。第一音频感应器202、第二音频感应器204分别检测管 路1的入口侧和出口侧产生的音频信号。第一音频感应器202、第二音频感应器204分别发 送的音频信号通过音频信号处理部240实现首次放大，而经过首次放大的音频信号通过滤 波和放大过程得到发送。发送的音频信号由音频数据库260接收并存储起来。S卩，从管路 1外部利用第一音频感应器202、第二音频感应器204检测弹性能量波诊断管路1内部发生 的流体泄漏状态。本发明将第一音频感应器202、第二音频感应器204粘附到导波杆210， 从而间接地检测管路1的音频信号。温度检测泄漏机构300分别布置于管路1的本体中注入流体的入口侧和流出流体 的出口侧。温度检测泄漏机构300由布置于管路1的入口侧和出口侧检测管路1的温度的 第一检测温度仪302、第二检测温度仪304和计算第一检测温度仪302、第二检测温度仪304 检测到的管路1的温度差的温度信号处理部340及接收且存储检测到的温度数据的温度数 据库360组成。第一检测温度仪302、第二检测温度仪304可以采用温度感应器、红外线温 度计、存储式温度计或者热成像摄像头等可以检测管路温度的结构。本发明将温度感应器 粘附到导波杆310间接地检测管路1的温度。在管路1的入口侧和出口侧之间利用在内部 流动的流体或者蒸汽的温度差检测泄漏量，而检测到的温度差和泄漏量成反比。即，利用温 度差的泄漏检测很容易判断出是否泄漏。管路1中，连接到一侧的管3的内部以压缩状态 装入200°C以上的凝缩水，而连接到另一侧的管3连接真空或者大气压状态的蓄电器。因 此，只要管路1两侧的温度差发生变化，就可以认为管路1发生了泄漏。此时，各个检测机构检测到的超声波数据和音频数据及温度数据均由同一个整合 数据库500接收并存储起来。
而且，如图2所示，管路1或者管3的一侧设置大型圆柱体180，从而更准确地核实 泄漏的流体的量。即，将从管路1或者管3泄漏的流体收集到大型圆柱体180里，用肉眼确 认泄漏的流体的量。由于该大型圆柱体180的使用方法是公知技术，在此不再进行说明。(利用检测流体泄露装置的检测泄露方法)以下利用上述检测流体泄漏装置详细说明检测从管3或者管路1泄漏的流体的方 法。本发明的泄漏检测程序在切断管路3的状态下进行。图4是示出了利用本发明检测流体泄漏的装置检测流体泄漏的方法的流程图，图 5是示出了布置有本发明检测流体泄漏的装置的检测群和试验群的结构的概略结构图。如 图4及图5所示，本发明的检测流体泄漏方法中，将要检测泄漏量的管3或者管路1称为检 测部A，将试验性地调整泄漏比率检测泄漏量的管3或者管路1称为试验部B。而且，在检 测部A设置检测流体泄漏装置且在试验部B设置检测流体泄漏装置，从而分别划分为检测 群和试验群。即，对比从由相同环境组成的检测群和试验群检测到的数据检测流体的泄漏。 此时，检测部管3或者管路1和试验部管3或者管路1的长度、大小、直径及差压相同，所以 可以在相同的条件检测和对比流体的泄漏。本发明中检测群在设置于原子能发电站的2英寸管路1设置了检测流体泄漏装置。在所述管路1中，连接到一侧的管3的内部以压缩状态装入200°C以上的凝缩水， 而连接到另一侧的管3连接了真空或者大气压状态的蓄电器，致使内部呈真空或者大气压 状态。即，在切断管道1的状态下，被压缩的高温凝缩水少量泄漏到真空蓄电器内部，也会 引起能量损失、管路前端管道压力下降或者蓄电器发生故障等问题。如上所述，试验群在试验部B分别设置超声波检测泄漏机构100、音频检测泄漏机 构200以及温度检测泄漏机构300(S100)。在将试验部B的作为管路开裂全行程百分比的流体泄漏比率调整为单位的同 时，检测试验部数据而得到根据各个泄漏比率变化的数值。即，调整试验部B的泄漏比率， 由超声波检测泄漏机构100、音频检测泄漏机构200及温度检测泄漏机构300检测各个试验 部数据，并以此为基础检测泄漏量而将量化数据存储到整合数据库500。BP,由于利用各种 检测机构检测泄漏量，在流体的泄漏量多或者少时，也可以最大程度地减少检测泄漏量时 发生的误差。此时，泄漏流体比率非常低而只有0 2%时，在流量较多时会导致精确度下 降。因此，只利用音频检测泄漏机构200检测数据时，在技术方面，比起采用整合数据库500 进行评估和检测更准确。而且，泄漏流体比率达到3% 5%而泄漏量多时，在音频检测泄 漏机构200及泄漏量较少或者较多时，也可以利用可以了解是否泄漏的超声波检测泄漏机 构100检测数据。即，利用音频检测泄漏机构200和超声波检测泄漏机构100检测泄漏量 时，在泄漏量多或者少时，也可以准确地检测泄漏量。而且，泄漏比率超过6%时，很容易地 用肉眼确认流体是否泄漏，而且，优选地，利用超声波检测泄漏机构100和温度检测泄漏机 构300检测泄漏量。超声波检测泄漏机构100采用钩线方式、传达时间差方式、多普勒方式或者安装 感应器方式检测数据，本发明一实施方式利用传达时间差方式检测试验部B的数据。S卩，利 用传达时间差方式进行的泄漏量检测可参照[数学公式1]进行检测。数学公式1
权利要求
一种基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特征在于，包括布置于从管路(1)和与所述管路(1)连接的管(3)流入流体的所述管(3)的入口侧且利用超声波检测所述管路(1)流体泄漏的超声波检测泄漏机构(100)；分别布置于所述管路(1)本体中流入流体的入口侧和流出流体的出口侧通过音频信号检测所述管路(1)流体泄漏的音频检测泄漏机构(200)；以及分别布置于所述管路(1)的本体中所述入口侧和所述出口侧检测所述管路(1)的温度差的温度检测泄漏机构(300)。
2.根据权利要求1所述的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特 征在于，所述超声波检测泄漏机构(100)包括通过固定机构设置在所述管(3)且向所述 管(3)的内部发送超声波且接收已发送的超声波的收发超声波感应器(102、104)；利用所 述收发超声波感应器(102、104)检测的信号计算且显示流体的流速的超声波信号处理部 (150)；以及连接到所述超声波信号处理部(150)且存储已发送的流体的流速数据的超声 波数据库(160)。
3.根据权利要求1所述的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特 征在于，所述音频检测泄漏机构(200)包括分别检测所述管路(1)的所述入口侧和所述出 口侧产生的音频信号的第一、第二音频感应器(202、204)；首次放大所述第一、第二音频感 应器(202、204)分别发送的音频信号且滤波放大的音频信号后、重新输出放大的信号的音 频信号处理部(240)；以及接收且存储所述音频信号处理部(240)放大的音频信号的音频 数据库(260)。
4.根据权利要求1所述的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特 征在于，所述温度检测泄漏机构(300)包括形成于所述管路(1)的所述入口侧和所述出口 侧检测所述管路(1)的温度的第一、第二检测温度仪(302、304)；计算所述第一、第二检测 温度仪(302、304)检测的所述管路(1)的温度差的温度信号处理部(340)；接收且存储所 述温度信号处理部(340)计算的所述管路(1)的温度差的温度数据库(360)。
5.根据权利要求1所述的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特 征在于，所述检测流体泄漏的装置进一步包括分别从所述超声波数据库(160)、所述音频数 据库(260)及所述温度数据库(360)接收且存储数据的整合数据库(500)。
6.根据权利要求4所述的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特 征在于，所述第一、第二检测温度仪(302、304)是温度感应器、红外线温度计、存储式温度 计或者热成像摄像头。
7.根据权利要求4所述的基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置，其特 征在于，进一步包括布置于所述管(3)或者所述管路(1)的一侧检测泄漏的流体的量的大 型圆柱体。
8.一种利用基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置的流体泄漏检测方 法，其特征在于，包括将管(3)或者管路(1)的检测流体泄漏的装置的超声波检测泄漏机 构(100)、音频检测泄漏机构(200)及温度检测泄漏机构(300)分别设置在试验部管(3)或 者管路(1)的步骤(S100)；在所述试验部管(3)或者管路(1)调整流体泄漏比率的同时，利 用所述各个检测机构检测试验部数据并将所述试验部数据存储在整合数据库(500)的步 骤(S200)；将所述检测流体泄漏的装置的所述超声波检测泄漏机构(100)和所述音频检测 泄漏机构(200)及所述温度检测泄漏机构(300)分别设置在检测流体泄漏的检测部管(3)或者管路(1)的步骤(S300)；利用设置于所述检测部管(3)或者管路(1)的各个检测机构 检测检测部数据并将所述检测部数据存储在整合数据库(502)的步骤(S400)；对比所述检 测部管(3)或者管路(1)的数据和所述试验部管(3)或者管路(1)的数据是否类似的步骤 (S500)；以及当所述检测部数据和所述试验部数据类似时，核实对应于所述检测部数据的 泄漏量的步骤(S600)。
9.根据权利要求8所述的利用基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置的 流体泄漏检测方法，其特征在于，所述试验部数据检测步骤(S200)中所述试验部管(3)或 者管路(1)的结构与所述检测部管(3)或者管路(1)的结构相同。
10.根据权利要求8所述的利用基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置 的流体泄漏检测方法，其特征在于，将所述试验部数据检测步骤(S200)中作为管路开裂全 行程百分比的泄漏比率调整为单位并建立数据库。
11.根据权利要求8所述的利用基于超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置 的流体泄漏检测方法，其特征在于，在所述对比步骤(S500)中，将所述检测部数据和所述 试验部数据从存储所述检测部数据的所述整合数据库(502)和存储所述试验部数据的所 述整合数据库(500)发送到对比分析处理部(600)。
全文摘要
本发明涉及一种可以迅速准确地了解管路或者管道内部流体泄漏状态的利用超声波、音频及温度差检测管路流体泄漏的装置以及利用该装置的流体泄漏检测方法。为此，本发明的装置包括布置于从管路和与管路连接的管道流入流体的管道的入口侧且利用超声波检测管路流体泄漏的超声波检测泄漏机构；分别布置于管路本体中流入流体的入口侧和流出流体的出口侧通过音频信号检测管路流体泄漏的音频检测泄漏机构；以及分别布置于管路的本体中入口侧和出口侧检测管路温度差的温度检测泄漏机构。本发明利用超声波、音频信号及温度差准确检测管路或者管道的较小流体泄漏量。而且，对于检测到的泄漏量数据实施量化，且具备相同条件的管道与量化数据进行对比，从而更容易且更迅速地确认泄露量。另外，管路或者管道的流体泄漏量较大时，也可以准确地检测泄漏量。
文档编号G01N29/02GK101960303SQ200980107141
公开日2011年1月26日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年11月11日
发明者崔钟贵, 金永范 申请人:韩国电力系统开发设计有限公司