气体阀门内漏在线诊断方法与流程

本发明涉及一种气体阀门内漏在线诊断方法。

背景技术：

阀门在石油化工行业扮演者重要角色，据统计，年生产30万吨/年的乙烯装置使用了大约25000台各种阀门；一套5000kt/a规模的常减压装置一般情况下有5000个左右的阀门，这些阀门的工作状况决定着产品质量，内漏等异常工况随时威胁着设备和人员安全，而且容易造成原料损失，污染环境。另据国外石化企业在上世纪80年代的统计，生产装置中5％～10％的阀门存在不同程度的泄漏，调查结果表明1％～2％的阀门产生的泄漏量却占所有阀门总泄漏大约70％左右，进一步研究发现火炬系统大约有20％的阀门或阀门内漏，火炬系统1只内漏阀门可导致每年几十万美元的经济损失，根据国内某石化厂阀门普查结果，一只阀门内漏可造成上万立方米的烃类气体损失。

反映阀门泄漏的指标值是其密封性，即阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，它是阀门最重要的技术指标。阀门的密封部位有3处：启闭件与阀座两密封面间的接触处；填料与阀杆和填料函的配合处；阀体与阀盖的连接处。阀门在启闭件与阀座两密封面间接触处的泄漏称之谓内漏，即关不严，它直接影响截断介质的能力。对于阀门来说，内漏是不允许的，其主要的功能就是连通或关闭流体，出现内漏不仅影响产品质量，而且严重威胁着安全环保，是诱发事故的重要原因之一。对于造成阀门内漏的原因，主要有：(1)介质腐蚀，生产过程中含硫、含酸的气体介质对闸阀密封面腐蚀；(2)设备老化，石化生产是长周期连续运行的，长期的高温高压工艺条件加速了闸阀密封面老化；(3)操作不当，石化生产过程中经常需要调节某个工艺段中的阀门开关，在操作阀杆时容易出现用力不同轴情况，导致密封面破坏，在阀门的制造、运输、检验、安装和使用等过程中，也容易造成密封面损伤；(4)产品质量，阀门的设计和制造工艺存在问题，导致密封面研磨不好，密封圈与阀座、阀瓣配合不严紧，阀瓣与阀杆连接不牢靠等，造成阀门密封不严而导致介质泄漏；(5)介质冲蚀，某些介质，在阀门关闭后逐渐冷却，使密封面出现细缝，也会产生冲蚀现象，此外，高速流动介质冲击容易造成密封面损伤。

申请号为“cn201210319752.5”的专利公开了一种用于可燃气体管道阀门泄漏的在线监测装置和在线检测方法，通过在可燃气体管道上安装组合阀门，通过套阀的动作来观察管道中的压力变化，以确定气体切断阀门及管道的泄漏情况，可以快速准确的检测冶金工业中的燃气管道切断阀内泄漏，有利于保障安全生产提高生产效率。然而，该方法需要在可燃气体管道上安装组合阀门，并且需要操作阀门，在石化工业中，该方法检测效率低，而且影响正常生产，不具备应用条件。

申请号为“cn201010590565.1”的专利公开了一种用于气体阀门泄漏的检测系统，利用无线传感器网络部署，包括气体阀门前后管道安装无线压力变送器和表贴式无线温度变送器，以及在阀门旁侧安装无线超声泄漏传感器，由此通过阀门前后段的压力、温度微小变化信号的检测以及超声信号通过无线方式上传到计算机，综合利用压力分布法、温度检测法、超声泄漏检测法对阀门泄漏情况进行分析。该方法准确度和灵敏度较高，无线变送器安装便捷，不需要额外敷设信号线缆，并且能够及时补漏，对提高企业生产效率具有重大意义。然而，该方法存在的问题是，系统复杂，设备成本高，不适用于工业生产阀门较多的环境，并且，针对直径较小的阀门，微小的内部泄漏难以体现到温度、压力的变化，超声信号受检测点位置的影响较大，而且，单点采集超声信号难以滤除工业噪声的影响。

申请号为“cn201410569160.8”的专利公开了一种基于声发射信号处理的气体阀门内漏检测方法，首先利用声发射传感器采集信号，通过信号放大器滤波处理，得到增强的声发射模拟信号，由数据采集卡转换为数字信号送到计算机，计算机实时记录声发射信号的均方根值参数；依次采用单点法、两点法、四点法声发射信号采集内漏分析判定方法，通过阀门内漏声发射信号均方根值判断阀门是否存在内漏。该方法具有较强的实用性、成本比较合理、检测效率高、不影响正常的生产。然而，该方法仅能给出阀门是否存在内漏的结果，该结果受人为因素影响较大，并且无法进一步给出内漏程度。

目前，阀门内漏主要检测主要依赖于离线检测方法。例如，在装置停车安全大检查期间，将关键阀门拆卸下来，送到专业检测机构进行密封性检测，主要依据jb/t9092-1999，gb/t13927-1992，api598-2004等标准对各种阀门阀体进行强度和密封面密封性能检验，然后对阀体强度和密封性能测试结果进行判断。这种方法不仅要求苛刻，需要生产装置停车，拆卸阀门送检，而且检测效率有限，只是一些关键工艺部位的发阀门才能接受检测，整个工艺中的绝大部分阀门不可能送检，因此，存在大量的阀门内漏没有及时检出的现象。随着科技的发展，各种无损检测技术正逐步应用于石化行业，其中，声发射技术已被认为解决阀门内漏在线检测的重要技术方向，并且有相关硬件设备可以完整采集阀门内漏声发 射信号，根据个人经验判断阀门是否内漏。然而，这种方法容易受个人经验影响，判定结果设备性能、使用环境、使用条件、使用人员等多因素影响，并且难以给出内漏程度的量化指标。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中难以进行在线诊断、难以给出内漏程度的量化指标的问题，提供一种新的气体阀门内漏在线诊断方法。该方法用于气体阀门内漏在线诊断中，具有可以进行在线诊断、可以给出内漏程度的量化指标的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种气体阀门内漏在线诊断方法，根据表征气体阀门内漏的声发射特征参数、特征参数与阀门内漏泄漏率之间的函数关系以及各种特征参数对应不同内漏程度的上下限值，建立了气体阀门内漏诊断数据库，与内漏声发射数据采集设备组成气体阀门内漏在线诊断系统，根据内漏程度的等级区分依据，进行气体阀门内漏的在线诊断；建立了气体阀门内漏泄漏率q的对数与声发射信号平均信号电平asl之间的关系式为：

其中，r、t、p分别为气体常数、温度、压差，d为阀门尺寸，a0、a1、a2、a3为系数常量；所述气体阀门内漏在线诊断系统包括硬件设置、诊断参数、采样设置、实时数据、内漏诊断、历史数据、阀门台账、诊断报告、内漏诊断数据库和内漏声发射数据采集设备，其中，内漏声发射数据采集设备完成阀门内漏信号采集，内漏诊断数据库提供不同工况条件下气体阀门内漏诊断判据数据维护平台，其他各项属于人机交互操作部分；

所述气体阀门内漏诊断数据库包括阀门在不同工况条件下的内漏判据限值，至少包括内漏率与声发射特征参数asl之间的函数关系，振幅、asl、能量三个特征参数对应不同内漏等级的上下限值；

利用内漏声发射数据采集设备采集获取当前阀门内漏声发射特征参数值，基于气体阀门内漏泄漏率q的对数与声发射信号平均信号电平asl之间的关系式计算当前工况下内漏率q，根据q值初诊，得到阀门内漏等级；进而根据asl、振幅、能量三个特征参数对应不同内漏等级的上下限值进一步诊断当前阀门内漏等级，并且输出诊断报告，否则重新获取特征参数值，进入下一个诊断循环；其中，所述内漏等级分为一般泄漏，中等泄漏，严重泄漏三个等级，根据阀门内漏泄漏率q值取值范围初诊当前阀门内漏等级，进而根据asl 数值、振幅数值、能量数值进一步诊断是否处于相应内漏等级范围。

上述技术方案中，优选地，所述阀门包括闸阀、截止阀。

上述技术方案中，优选地，阀门入口与出口之间的压差在0.1mpa～3.0mpa范围内。

本发明针对声发射技术应用于气体阀门内漏在线检测问题，提出一种在线诊断方法，解决气体阀门内漏在线检测时，检测结果容易受人为因素影响问题。该方法通过理论分析和实验验证手段，找出可用于表征气体阀门内漏的声发射特征参数，并且获取气体阀门内漏声发射信号特征参数与内漏率之间的数学关系，确定相关系数，进而建立气体阀门内漏诊断数据库，根据所提供的最低配置要求的声发射数据采集设备，结合内漏诊断数据库，组成了气体阀门内漏在线诊断系统，提出了诊断方法，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为气体阀门内漏在线诊断系统结构图。

图2为气体阀门内漏在线诊断方法流程图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

本发明提供一种气体阀门内漏在线诊断方法，通过理论分析和实验验证找出了表征气体阀门内漏的声发射特征参数以及特征参数与阀门内漏率之间的函数关系，各种特征参数对应不同内漏程度的上下限值，建立了气体阀门内漏诊断数据库，基于此，提出了内漏程度的等级区分依据和气体阀门内漏在线诊断方法。

通过开展不同类型阀门在不同压差、内漏率、内漏孔尺寸等工况条件下内漏模拟实验，掌握了气体阀门内漏声发射信号特征值，基于理论分析得出阀门内漏泄漏率对数与声发射信号平均信号电平(asl)之间的数学关系，基于实验数据给不同诊断限值，存储在内漏诊断数据库中。

所述不同类型阀门包括闸阀、截止阀；

所述不同压差工况是指阀门入口与出口之间的压差，范围在0.1mpa～3.0mpa；

所述声发射特征参数至少包括振幅、能量、asl；

阀门内漏声发射特征参数随阀门使用工况的变化而变化，阀门类型、两端压差、内漏孔尺寸等因素对内漏声发射特征参数影响较大；

不同压差工况下，所述阀门气体内漏声发射幅值、asl、能量参数呈线性变化特性；不同内漏率工况下，所述阀门气体内漏声发射幅值和asl参数呈线性变化特性，能量参数呈指数变化特性；

所述气体阀门内漏泄漏率q的对数与asl内漏声发射信号asl之间的关系可用下式表示：

其中，r、t、p、d分别为气体常数、温度、压差，d为阀门尺寸，a0、a1、a2、a3为系数常量，由此可知，阀门气体内漏率对数与声发射信号平均信号电平(asl)之间存在线性函数关系，且声发射信号主要受阀门尺寸、阀门压差和气体泄漏率等参数影响。

所述阀门内漏，当阀门内漏孔尺寸大于一定阈值(本实施例工况下阈值在0.8mm左右)后，内漏声发射特性参数值变化趋缓。

图1所示为气体阀门内漏在线诊断系统结构图，包括硬件设置、诊断参数、采样设置、实时数据、内漏诊断、历史数据、阀门台账、诊断报告、内漏诊断数据库和内漏声发射数据采集设备，其中，内漏声发射数据采集设备完成阀门内漏声发射信号采集，内漏诊断数据库提供不同工况条件下气体阀门内漏诊断判据数据维护平台，所述其他各项属于人机交互操作部分。其中：

所述内漏声发射数据采集设备完成气体阀门内漏声发射数据完全采集，并且完成数据分析，给出表征声发射信号的所有参数，所述内漏声发射数据采集设备至少达到以下要求：

响应频率：3khz～1000khz，

模拟滤波：20khz、100khz、400khz三个高通滤波器，100khz、400khz、1200khz三个低通滤波器，

噪声最小阈值：10db，

最大信号幅度：100db，

a/d转换类型：每通道16bit，

动态范围：＞90db，

采样速率：＞1m，

采样精度：＜30db时，±5db，30～40db时，±3db，40～100db时，±2db，

时钟精度：200ns，

信号传输速率：＞5mb/s。

至少实时提供表征声发射信号的特征参数包括：振幅、能量、asl。

所述内漏诊断数据库至少包括不同口径闸阀、截止阀内漏诊断参数，包括内漏率估算公式，一般泄漏、中等泄漏、严重泄漏不同内漏程度等级上下限值，并且给出不同工艺条件下asl、振幅、能量三个特征参数对应不同内漏等级的上下限值。

所述硬件设置完成声发射数据采集设备数据连接、采样通道选择、滤波参数设置等，最后完成硬件连接检查，保证声发射数据采集设备与在线诊断软件系统正确连接。

所述诊断参数根据当前检测阀门工艺条件，选择对应的工艺条件，以便正确使用内漏诊断数据库中的各种参数，合理估算当前诊断阀门内漏，确定内漏等级。

所述采样设置完成声发射信号采集各种参数设置，保证完整采集阀门内漏声发射信号，尽可能提高信号信噪比，针对气体阀门内漏声发射信号采集，一组优选的数据采集参数如下：门槛37db，采样长度2048，闭锁时间300us，参数间隔100us，锁闭时间1000us。基于此，可以完全检测提取真实的阀门内漏声发射信号，并且开展相关特征分析。

所述实时数据根据所设置的采样参数，实时采集当前诊断阀门声发射信号，并且完成信号数据分析，提供原始波形图、各种声发射参数相关图、参数表等，其中参数表至少包含信号达到时间、asl、振幅、能量三个参数。

所述内漏诊断实时采集当前诊断阀门声发射信号，根据所述诊断参数实时在内漏诊断数据库中选择合适额参数值，一般不超过20秒给出一组诊断结果，并且提取超出阈值的声发射信号，实时计算内漏率，给出不同内漏等级诊断结果。

所述历史数据可以离线分析其他声发射数据采集设备采集的数据，给出阀门内漏诊断结果。

所述阀门台账可以维护阀门诊断记录，包含阀门基本信息、使用情况、诊断结果等信息，并且提供检索功能。

所述诊断报告包含诊断结果和结论建议等信息，其中诊断结果至少包含泄漏信号幅度、asl、能量三个参数最大值，并且给出内漏率-时间相关图以及泄漏等级结果，针对当前诊断结果，给出结论建议。

所述气体阀门内漏在线诊断系统还包括数据采集控制，至少包含数据采集、暂停、停止三个按钮，以便操作控制采集有效的阀门内漏声发射信号。

图2所示为气体阀门内漏在线诊断方法流程图，首先，利用内漏声发射数据采集设备采集获取当前阀门内漏声发射特征参数值，基于公式(1)计算当前工况下内漏率q，根据q值初诊，得到阀门内漏等级，进而根据asl、振幅、能量三个特征参数对应不同内漏等 级的上下限值进一步诊断当前阀门内漏等级，并且输出诊断报告，否则重新获取特征参数值，进入下一个诊断循环。

所述在线诊断是指无需拆卸阀门，通过安装接触式声发射传感器获取阀门内漏声发射特征参数值，在开展内漏诊断时不影响正常生产；

所述内漏等级分为一般泄漏，中等泄漏，严重泄漏三个等级，根据阀门内漏泄漏率q值取值范围初诊当前阀门内漏等级，进而根据asl数值、振幅数值、能量数值进一步诊断是否处于相应内漏等级范围；

所述内漏等级根据内漏率q的计算值初步诊断，当q值小于10l/min时不进入诊断循环，认为当前工况下阀门不存在泄漏，当q值大于10l/min并且小于等于数值1时，初诊当前工况下阀门一般泄漏，此时，如果asl值小于等于数值3，振幅小于等于数值5，能量小于等于数值7，确诊为当前工况下阀门一般泄漏，输出诊断报告，否则重新获取特征参数值，进入下一个诊断循环；

当q值大于数值1并且小于等于数值2时，初诊当前工况下阀门中等泄漏，此时，如果asl值大于数值3小于等于数值4，振幅大于数值5小于等于数值6，能量大于数值7小于等于数值8，确诊为当前工况下阀门中等泄漏，输出诊断报告，否则重新获取特征参数值，进入下一个诊断循环；

当q值大于数值2时，初诊当前工况下阀门严重泄漏，此时，如果asl值大于等于数值4，振幅大于等于数值6，能量大于等于数值8，确诊为当前工况下阀门严重泄漏，输出诊断报告，否则重新获取特征参数值，进入下一个诊断循环；

所述数值1、数值2、数值3、数值4、数值5、数值6、数值7、数值8根据阀门类型、两端压差等工况不同而不同，相关数值根据实验和现场测试经验取得，存储在内漏诊断数据库中。

dn80闸阀在0.5mpa压差工况条件下内漏诊断时，数值1、数值2、数值3、数值4、数值5、数值6、数值7、数值8分别为30l/min、60l/min、60db、70db、70db、80db、18000mv.μs和60000mv.μs。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，dn80截止阀在0.5mpa压差工况条件下内漏诊断时，数值1、数值2、数值3、数值4、数值5、数值6、数值7、数值8分别为30l/min、60l/min、60db、66db、70db、78db、15000mv.μs和40000mv.μs。