閥門內漏的聲學在線檢測

杜少杰

【摘?要】油田地面設施及設備的承壓閥門因磨損、腐蝕或其他原因已出現內漏。應用聲發射技術對閥門（如摻水閥、氣閥組旁通閥）進行嚴密性檢測，可保證安全生產和能耗控制的準確性;對老區改造中更換的閥門進行檢測，可為立項決策提供依據，并能降低改造費用。超聲波檢測技術可以實現閥門的在線檢測，操作簡單，動態快速，數據直觀。目前該檢測設備只能定性確定閥門內是否存在泄漏。

油田地面設施及設備的承壓閥門因磨損、腐蝕或其他原因已出現內漏。由于內漏很難發現，部分故障閥門沒有得到及時更換，影響了生產并存在安全隱患。因此，閥門在線檢測技術越來越受到人們的關注，目前的核心技術是利用聲發射技術在線檢測石油、石化、電廠等行業各種閥門的泄漏。

1、聲發射檢漏的基本原理

（1）聲發射信號及其表征參數

任何金屬材料、構件在外力或內力作用下發生摩擦、裂紋或塑性變形時，以彈性波的形式釋放出應變能的現象，稱為聲發射。當聲發射波在有限介質中傳播時，遇到界面會發生折射和反射，并且在固體表面轉換為表面波以很高的速度沿表面傳播。這些來自聲發射源（即故障點）的聲發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。表征聲發射信號的參數有聲發射率、幅度與幅度分布及能量。

（2）閥門發生內漏時聲發射信號的特點

當閥門的嚴密性較差時，總有少量流體經過閥門的縫隙噴射而出，產生高速射流，此高速流體對管壁產生沖擊而激發彈性波，即聲發射。它屬于連續型聲發射信號，類似于白噪聲，其頻率在 30～50kHz。

閥門泄漏時產生的聲發射信號的特點：1 泄漏所激發的聲發射波是連續型的;2 泄漏產生的聲發射信號比較強，且其幅度大小與泄漏速率成正比，與信號的均方根值成正比。

根據泄漏所產生的聲發射信號的特點，表征參數采用聲發射率和能量，它能獲得更豐富的聲發射信號數據，為故障識別提供更充分的依據。

2、超聲波檢測儀的現場應用

（1）檢測儀簡介

當泄漏產生的聲發射波傳到傳感器時，由傳感器將聲發射波轉換為電壓信號沿導線傳輸到檢測儀，前置放大器的作用是放大傳感器送來的信號，濾波器的作用是提高信噪比，門檻電路的作用是剔除背景噪聲。微處理器對信號進行計算、分析、判斷，當閥門無泄漏時，顯示屏的讀數為 0;若有泄漏，則顯示值隨泄漏程度而變化，泄漏越大，數值也越大。泄漏產生的聲發射信號中的音頻成分經過處理后送到耳機，耳機用于收聽泄漏時的聲音。當閥門泄漏時，由耳機可以聽到聲強不同的聲音，根據聽到的聲音強弱也可以判斷泄漏的程度。

（2）閥門嚴密性檢驗

用超聲波檢測儀檢測閥門高壓系統時，通常采用比較讀數來確定是否泄漏：第一步，接觸上游側，降低靈敏度，把其他聲音降至最小;第二步，接觸閥座及下游側;第三步，比較聲音的差異，假如閥門泄漏，閥座或下游側的聲振強度等于或大于上游側的聲音強度。

在檢測低噪聲系統時，接觸閥門下游，采用選頻方式至能清楚聽到液流聲，根據讀數大小判斷是否泄漏及泄漏狀況。

采用四點比較法檢測下游干擾時，這些干擾有時很大，可以傳播到需要檢測的區域，導致閥門泄漏的錯誤指示。四點法包括：選擇上游的兩個等距離點 A 點和 B 點，再選擇下游的兩個等距離點 C 點和 D 點。將 A 點和 B 點的信號強度與 C 點和 D 點的信號強度進行比較，假如 C 點高于 A 點和 B 點，說明閥門存在泄漏;假如 D 點高于 C 點，說明聲音是從下游的其他點傳來的。

當氣體、液體在管路中泄漏時，由于摩擦而產生超聲波。SONAPHONEE 可以接收到超聲波信號，并將超聲波信號轉換成電信號顯示在顯示屏上。同時又將聲發射信號處理為可聽到的聲音傳送到耳麥，并且可以通過紅外線界面傳送到 PC 機上。

3、結語

（1）應用聲發射技術對閥門（如摻水閥、氣閥組旁通閥）進行嚴密性檢測，可保證安全生產和能耗控制的準確性。

（2）對老區改造中更換的閥門進行檢測，可為立項決策提供依據，并降低了改造費用。

（3）超聲波檢測技術可以實現閥門在線檢測，操作簡單，動態快速，數據直觀。目前該檢測設備只能定性確定閥門內是否存在泄漏。

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