吳錚

摘? ?要：本文主要研究聲發(fā)射檢測在螺栓法蘭接頭（BFJ）連接的管路系統(tǒng)及監(jiān)測閥門泄漏監(jiān)測中的應(yīng)用，研究模擬不同工況下（泄漏量、閥門內(nèi)漏）聲發(fā)射泄漏信號的特性參數(shù)的規(guī)律，以便更好地指導(dǎo)該技術(shù)在日常檢驗、監(jiān)測中的應(yīng)用。通過在搭建的試驗平臺上進行的一系列試驗可以得出通過監(jiān)測聲發(fā)射幅值、平均信號電平（ASL）、有效值電壓（RMS）等數(shù)值的規(guī)律能比較靈敏地應(yīng)用于監(jiān)測BFJ連接系統(tǒng)泄漏和閥門的內(nèi)漏中。

關(guān)鍵詞：聲發(fā)射? 管道;閥門? 泄漏

中圖分類號：TP274.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0033-03

Abstract： This paper mainly studies the application of acoustic emission detection in pipeline system connected by bolted-flange-joint（BFJ）and monitoring valve leakage monitoring， and studies the rule of characteristic parameters of acoustic emission leakage signal under different working conditions （leakage rate ， valve leakage）， so as to better guide the application of this technology in daily inspection and monitoring.Through a series of tests conducted on the built test platform， it can be concluded that BFJ connection system leakage and internal leakage of valve can be detected sensitively by monitoring the law of acoustic emission amplitude， average signal level （ASL）， RMS and so on.

Key Words： Acoustic emission; The pipe; The valve; Leakage

管道泄漏的起因主要由閥門的泄漏、BFJ連接系統(tǒng)和焊縫處制造缺陷引起。這三部分組成的管道廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)的廠內(nèi)壓力容器和工藝管道的連接中，管道的泄漏導(dǎo)致的事故時有發(fā)生，特別是近年來引起了使用單位特別是相關(guān)監(jiān)管部門的高度重視，并逐漸推廣對未經(jīng)投用前檢驗的管道進行定期檢驗，通過現(xiàn)有的檢驗技術(shù)針對管道開展的常規(guī)檢驗項目主要有宏觀檢驗、壁厚檢測、探傷抽查和耐壓試驗等，這些檢測手段能有效地檢測出母材和焊縫的制造缺陷，但是BFJ連接系統(tǒng)和閥門在運行時受到操作溫度、介質(zhì)壓力和管路自重產(chǎn)生的附加彎矩、軸向力等載荷作用下，易發(fā)生泄漏事故。通過管道定檢的常規(guī)檢驗不能有效地檢測、監(jiān)測，造成漏檢的風(fēng)險，降低了檢驗工作的可靠性。目前針對管道泄漏有效的檢測手段有直接檢漏和間接檢漏兩種方式[1]。而聲發(fā)射在管道直接檢漏的應(yīng)用還比較少，現(xiàn)在還處在實驗室階段。需要通過大量的試驗來驗證該檢測方法的有效性，因此本實驗室搭建了一個模擬不同工況的實驗平臺來對聲發(fā)射在管道不同部位中的監(jiān)測應(yīng)用進行研究，以便更好地指導(dǎo)該技術(shù)在日常檢驗、監(jiān)測中的應(yīng)用。

1? 管道泄漏監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 管道泄漏監(jiān)測的主要方法

管道系統(tǒng)泄漏監(jiān)測的方法主要分為硬件和軟件兩種方法和技術(shù)[2]?；谟布姆椒ㄓ新暟l(fā)射檢測——通過貼在管道外壁上的傳感器采集到的實時數(shù)據(jù)直接監(jiān)測泄漏點。也有現(xiàn)場的氣體探測器直接檢測泄漏到外面的氣體等方法;軟件法主要是通過上述硬件技術(shù)采集管道內(nèi)介質(zhì)的壓力、溫度、流量等相關(guān)參數(shù)的變化。有基于物質(zhì)平衡的檢測方法，基于模型的檢測方法和基于信號處理的等方法[4]。通過數(shù)學(xué)建模對管道數(shù)據(jù)的并結(jié)合管道內(nèi)介質(zhì)的流動狀態(tài)實現(xiàn)對泄漏的檢測及定位。其中基于軟件的管道檢漏方法是通過與其對應(yīng)的硬件技術(shù)相結(jié)合共同實現(xiàn)的。

1.2 管道泄漏監(jiān)測及研究現(xiàn)狀

現(xiàn)在國內(nèi)大部分的石化工廠對管道的泄漏監(jiān)測主要停留在現(xiàn)場的巡檢和定期檢修階段，沒有很好地推廣應(yīng)用實時監(jiān)測的檢驗方法。管理比較好的企業(yè)會在現(xiàn)場配備一定數(shù)量的氣體檢測儀器，但都是停留在被動檢測。不能很好地對關(guān)鍵部位管道的泄漏缺陷進行提前預(yù)防和監(jiān)測。管道的在線監(jiān)測已逐漸成為研究的熱點。李振林等基于閥門氣體體積泄漏率與聲發(fā)射信號均方根定量關(guān)系的聲發(fā)射技術(shù)對閥門泄漏率的誤差可以控制在10%以內(nèi)[5];張鵬林等通過互相關(guān)分析法對泄漏管道進行了定位[6];王永濤等利用DSP技術(shù)進行譜分析，并將泄漏譜在頻域相減，實現(xiàn)了弱小泄漏的有效檢測。然而聲發(fā)射在管道的檢測中的應(yīng)用難點——對于大流量的管道，背景噪音會把泄漏的聲發(fā)射信號淹沒;聲發(fā)射技術(shù)在管道泄漏技術(shù)的檢測泄漏的準(zhǔn)確性和定位精度與其他技術(shù)相比還具有一定的誤差。因此，如何基于聲發(fā)射技術(shù)對管道進行泄漏監(jiān)測的應(yīng)用需要進一步的試驗研究。

2? 管道泄漏的聲發(fā)射監(jiān)測原理及試驗平臺的搭建

管道的泄漏主要由閥門和BFJ連接系統(tǒng)的泄漏引起的。介質(zhì)在泄漏過程中伴隨著與管道壁的摩擦沖擊，產(chǎn)生的彈性波沿著壁面?zhèn)鞑サ铰暟l(fā)射傳感器使得其產(chǎn)生表面位移，這些傳感器將壁面的機械振動轉(zhuǎn)換為電信號，然后被放大、處理和記錄。根據(jù)不同傳感器接收到信號的時間差及接收到信號的能量大小，可以定性以及定量出泄漏的位置。試驗室為研究管道BFJ連接系統(tǒng)和閥門的泄漏特搭建了一個檢測平臺（見圖1），來采集泄漏信號進行分析。

3? 試驗方案

3.1 聲發(fā)射檢測參數(shù)

檢測儀器：SAMOS PCI-8 48通道聲發(fā)射檢查系統(tǒng);傳感器信號：R3I-AST;檢測頻率：20～100kHz;增益：40dB;門檻電平：40dB;檢測參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 33643-2017《無損檢測 聲發(fā)射泄漏檢測方法》[6]。

3.2 傳感器的布置

對于BFJ連接系統(tǒng)和閥門的內(nèi)泄漏工況，傳感器布置在連接系統(tǒng)法蘭和儲罐底部的排放閥門的外表面，采用單傳感器如圖1所示。

3.3 試驗步驟

（1）將設(shè)備內(nèi)通入氮氣/壓縮空氣靜置，關(guān)閉設(shè)備與其相連的閥門。

（2）如圖1布置傳感器，對通道進行模擬源聲發(fā)射幅度值靈敏度校準(zhǔn)，靈敏度不低于85dB。

（3）背景噪聲測試，設(shè)置門檻值。

（4）運行聲發(fā)射檢測儀，檢測時通過人為的擰動螺母和控制閥門的開合度大小，來模擬BFJ連接系統(tǒng)、閥門的不同泄漏量，記錄聲發(fā)射信號，檢測結(jié)束后，再次按2）進行通道靈敏度校準(zhǔn)。

（5）檢測結(jié)束后，提取出有用的參數(shù)進行分析，觀察泄漏信號的特征和規(guī)律。

4? 管道泄漏的信號分析

4.1 BFJ連接系統(tǒng)的檢測信號分析

采用聲發(fā)射單通道ASL、RMS采集模式，通過力矩扳手松動BFJ連接系統(tǒng)中的單個螺母來模擬系統(tǒng)的泄漏，通過聲發(fā)射幅值-時間，ASL-時間的數(shù)據(jù)采集如圖2，從數(shù)據(jù)表1可以得出信號的大小隨著螺母的開合度增大而增大，幅值、RMS、ASL值和能量值也隨著泄漏的增加而增大。

4.2 閥門泄漏在線檢測信號分析

采用聲發(fā)射單通道ASL、RMS采集模式，針對閥門內(nèi)漏的模擬信號采集聲發(fā)射幅值-時間，ASL-時間的數(shù)據(jù)采集如圖3，等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，通過2組控制閥門開合度大小模擬閥門內(nèi)漏的試驗和數(shù)據(jù)表2的規(guī)律可得隨著閥門開度的減小，閥門內(nèi)漏信號的幅值、RMS、ASL和能量逐漸降低。

5? 結(jié)語

（1）在壓力不變的情況下，通過調(diào)整BFJ連接系統(tǒng)中個別螺母的松緊來模擬系統(tǒng)的泄漏，通過對單通道聲發(fā)射信號的監(jiān)測，信號的幅值和ASL等數(shù)據(jù)隨泄漏率程規(guī)律變化，可作為泄漏監(jiān)測的依據(jù)。

（2）在壓力不變的情況下，通過控制閥門的開合度大小來模擬泄漏，隨著模擬泄漏率從大到小觀察其聲發(fā)射信號的規(guī)律可知信號的幅度和ASL值也由大變小，呈一定規(guī)律，可以很好地運用在閥門內(nèi)漏的監(jiān)測中。

（3）試驗難點：對微小泄漏的聲發(fā)射強度極其微弱，檢驗現(xiàn)場的背景噪音可能將泄漏的信號淹沒，需要使用兩個傳感器，一個檢測泄漏信號，另一個檢測背景噪聲并將其過濾，同時在數(shù)據(jù)采集時要對采集的數(shù)據(jù)進行濾波設(shè)置，以濾除泄漏信號頻譜以外的疊加信號[3];連續(xù)泄漏的定位精度不高，需要后期進一步的試驗研究。

參考文獻

[1] 孔德連，霍臻，楊元慶，等.聲發(fā)射技術(shù)在閥門泄漏在線監(jiān)測方面的應(yīng)用[A].中國第十五屆聲發(fā)射學(xué)術(shù)研討會[C].2016.

[2] 丁輝，王立，張貝克，等.現(xiàn)代管道泄漏檢測技術(shù)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2005（6）：11-15.

[3] 王永濤，韓建，牟海維，等.基于聲譜分析的閥門內(nèi)泄漏檢測系統(tǒng)[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2006（3）：72-73.

[4] 劉恩斌，彭善碧，李長俊.現(xiàn)代管道泄漏檢測技術(shù)探討[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2004（5）：17-19.

[5] 李振林.基于聲發(fā)射理論的閥門氣體內(nèi)漏量化檢測研究[J].振動與沖擊，2013，32（15）：77-81.

[6] 張鵬林，王汝姣，姜宜成，等.基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報，2017，29（3）：86-91.

[7] GB/T 33643-2017，無損檢測 聲發(fā)射泄漏檢測方法[S].