紅外熱成像在閥門內漏檢查中的應用

呂元亮

三門核電有限公司 技術支持處 浙江臺州 318000

核電廠二回路熱循環回路的嚴密性直接影響機組熱效率，而熱循環回路嚴密性的破壞通常由于二回路邊界常閉閥門的內漏導致，其中高能閥門的內漏對二回路效率的降低、潛在閥門的損壞、流體加速腐蝕等的影響尤為顯著。三門核電2號機組二號機組升功率試驗期間，二回路凝汽器補水量較大無法滿足汽輪機性能試驗要求，影響機組熱效率。閥門內漏是核電站常見故障，且往往因為高能閥門不易檢查，很難發現閥門的較小內漏，對機組性能產生長期不利影響。三門核電預測性維修技術人員通過應用紅外熱成像技術，快速定位二回路邊界內漏閥門。通過總結本次異常的處理過程，提煉了診斷思路，為類似問題的故障診斷和解決提供參考。

1 問題描述及檢測方案

1.1 問題描述

三門核電2號機組二號機組升功率試驗期間，二回路凝汽器補水量達到628噸/天，影響機組熱效率，不滿足汽輪機熱力性能試驗要求。通過對二回路外漏情況初步排查，梳理出44臺閥門存在泄漏可能。根據計劃安排，2號機機組十天后將進入機組小修，錯過小修窗口將很難處理補水量過大問題。由于時間緊迫，已無法逐個對閥門進行解體檢查，且小修期間也不具備大量閥門檢修窗口。常規檢查已不可用，需要制定快速檢漏方案[1]。

1.2 紅外熱成像技術

紅外線是波長比紅光長的電磁波，任何表面溫度大于絕對零度（-273.15℃）的物體，都會因為物質內部分子或原子的熱運動而持續不斷地向外輻射紅外線，簡稱熱輻射。紅外線輻射同可見光一樣具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性，同時又具有一些有別于可見光的獨有特性：

（1）眼睛對紅外線不敏感，所以無法通過目視來觀察紅外線，必須使用紅外探測器才能觀察到。

（2）紅外線的光量子能量比可見光小。

（3）紅外線的熱效應比可見光要大得多，即紅外線更容易被物質吸收。

紅外熱成像技術是通過非接觸式的熱成像裝置來獲取及分析熱信息的檢測診斷技術。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。紅外熱成像在測量溫度上有三大技術特點：

（1）非接觸式測量：完全不需要干擾被測目標，使操作者原理危險。

（2）二維測量：圖像可以清楚地顯示目標的輪廓，從而直觀地分析熱模式，比較不同區域的被測目標。

（3）實時測量：可以快速掃描靜止目標，捕捉快速移動的目標，有效抓住變化中的熱模式。

1.3 檢測方案

經篩選44臺可能存在內漏的閥門均為高能閥門，閥門前后介質溫差大于50℃。日常運行期間，閥門及上下游管道均有保溫層。閥門未泄漏時，上下游溫差明顯，下游管道表面溫度僅受閥體和管道間的熱傳導影響，下游管道熱梯度帶分層陡峭；當閥門發生內漏時，隨著上游高熱介質進入下游管道，使得下游管道被加熱，相較于未泄漏時下游管道熱梯度帶較為緩和[2]。

根據設備結構及運行工況分析，制定了紅外熱成像內漏檢查方案：

（1）拆除閥門本體及前后兩倍管道直徑長度的保溫。

（2）保溫拆除后，保持自然散熱30分鐘以上，減少保溫層對上下游管道熱分布的影響。

（3）采集閥門本體及前后管道的熱成像圖片。

（4）修正環境溫度、濕度、檢測距離、發射率等參數，并用高對比度的彩虹著手板進行圖像處理。

（5）根據上下游管道溫差、閥門熱交換面位置、下游管道熱梯度帶等特征分析閥門是否存在內漏。

2 典型閥門內漏檢測案例

2.1 內漏閥門

圖1 內漏閥門

經參數修正后，調整著色板可見閥門上下游管道平均溫度均在260℃上下，且下游管道沒有熱梯度帶即管道溫降不明顯，金屬傳導不是管道傳熱主要形式，該閥門診斷為“存在內漏”。

2.2 正常閥門

圖2 正常閥門

經參數修正，調整著色板后可見閥門上游線性平均溫度191℃，下游線性平均溫度79℃。上下游管道存在較大溫差，且下游管道存在明顯的熱梯度帶，即管道溫降明顯，金屬傳導是管道傳熱主要形式，該閥門診斷為“不存在內漏”。

3 結語

通過紅外熱成像檢查，最終將可能泄漏的閥門范圍從44臺縮減至5臺。在機組小修期間，對5臺內漏閥門進行解體檢修，確認存在密封缺陷。小修結束后機組再次滿功率時，二回路補水量已降低到230噸/天，較治理前628噸/天的補水量已大幅下降，滿足汽輪機熱力性能試驗要求。實踐證明，紅外熱成像可以有效檢測高能閥門內漏，且具有檢測便捷，精確度高等優勢，可以為類似閥門內漏的診斷和處理提供技術參考。