阀门内漏的声学在线检测

    大庆油田地面设施及设备的承压阀门因磨损、腐蚀或其他原因已出现内漏。由于内漏很难发现，部分故障阀门没有得到及时更换，影响了生产并存在安全隐患。因此，阀门在线检测技术越来越受到人们的关注，目前的核心技术是利用声发射技术在线检测石油、石化、电厂等行业各种阀门的泄漏。

    1 声发射检漏的基本原理

    （1）声发射信号及其表征参数

    任何金属材料、构件在外力或内力作用下发生摩擦、裂纹或塑性变形时，以弹性波的形式释放出应变能的现象，称为声发射。当声发射波在有限介质中传播时，遇到界面会发生折射和反射，并且在固体表面转换为表面波以很高的速度沿表面传播。这些来自声发射源（即故障点）的声发射波具有源的特征信息，利用这些信息可以反映出构件的故障与缺陷情况。表征声发射信号的参数有声发射率、幅度与幅度分布及能量。

    （2）阀门发生内漏时声发射信号的特点

    当阀门的严密性较差时，总有少量流体经过阀门的缝隙喷射而出，产生高速射流，此高速流体对管壁产生冲击而激发弹性波，即声发射。它属于连续型声发射信号，类似于白噪声，其频率在30～50kHz。

    阀门泄漏时产生的声发射信号的特点：1泄漏所激发的声发射波是连续型的；2泄漏产生的声发射信号比较强，且其幅度大小与泄漏速率成正比，与信号的均方根值成正比。

    根据泄漏所产生的声发射信号的特点，表征参数采用声发射率和能量，它能获得更丰富的声发射信号数据，为故障识别提供更充分的依据。

    2 超声波检测仪的现场应用

    （1）检测仪简介

    当泄漏产生的声发射波传到传感器时，由传感器将声发射波转换为电压信号沿导线传输到检测仪，前置放大器的作用是放大传感器送来的信号，滤波器的作用是提高信噪比，门槛电路的作用是剔除背景噪声。微处理器对信号进行计算、分析、判断，当阀门无泄漏时，显示屏的读数为0；若有泄漏，则显示值随泄漏程度而变化，泄漏越大，数值也越大。泄漏产生的声发射信号中的音频成分经过处理后送到耳机，耳机用于收听泄漏时的声音。当阀门泄漏时，由耳机可以听到声强不同的声音，根据听到的声音强弱也可以判断泄漏的程度。

    （2）阀门严密性检验

    用超声波检测仪检测阀门高压系统时，通常采用比较读数来确定是否泄漏：第一步，接触上游侧，降低灵敏度，把其他声音降至最小；第二步，接触阀座及下游侧；第三步，比较声音的差异，如果阀门泄漏，阀座或下游侧的声振强度等于或大于上游侧的声音强度。

    在检测低噪声系统时，接触阀门下游，采用选频方式至能清楚听到液流声，根据读数大小判断是否泄漏及泄漏状况。

    采用四点比较法检测下游干扰时，这些干扰有时很大，可以传播到需要检测的区域，导致阀门泄漏的错误指示。四点法包括：选择上游的两个等距离点A点和B点，再选择下游的两个等距离点C点和D点。将A点和B点的信号强度与C点和D点的信号强度进行比较，如果C点高于A点和B点，说明阀门存在泄漏；如果D点高于C点，说明声音是从下游的其他点传来的。

    当气体、液体在管路中泄漏时，由于摩擦而产生超声波。SONAPHONE E可以接收到超声波信号，并将超声波信号转换成电信号显示在显示屏上。同时又将声发射信号处理为可听到的声音传送到耳麦，并且可以通过红外线界面传送到PC机上。

    3 结语

    （1）应用声发射技术对阀门（如掺水阀、气阀组旁通阀）进行严密性检测，可保证安全生产和能耗控制的准确性。

    （2）对老区改造中更换的阀门进行检测，可为立项决策提供依据，并降低了改造费用。

    （3）超声波检测技术可以实现阀门在线检测，操作简单，动态快速，数据直观。目前该检测设备只能定性确定阀门内是否存在泄漏。