基于三维温度重构的阀门检漏系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热能工程领域，采用温度分析和热成像法对金属阀门出厂质量进行检查以及监检部门对阀门质量进行检测。
【背景技术】
[0002]阀门作为通用的管道软件应用范围极广，除在压力管道上应用外，还应用在锅炉、压力容器领域，被称为“承压类特种设备”的细胞。由于管道元件的安全监察工作、检验工作较锅炉、压力容器起步晚，加上其设计、制造、安装、改造、维修、监督等方面的标准、规范不齐全，因而管道元件在使用中不断出现严重的安全事故，例如2009年浦东新区小洋山LNG管道用法兰爆裂事故、2007年5月安徽液氨阀门材料用灰口铸铁引发泄漏事故、2010年某地区蒸汽用PN16级浙江产柱塞阀门在安装前压力试验时因铸件质量问题引发爆裂、2012年12月11日温州永嘉东瓯街道某阀门企业在高压阀门试压过程中发生严重事故3人当场死亡等等。这些血的教训给阀门的安全检验工作带来了巨大的挑战，同时寻求一条更加安全更加有效的阀门检验方法已经刻不容缓。
[0003]目前，常用的检漏方法有气泡检漏法，氦质谱检漏法，卤素检漏法，热导检漏法，压力变化检漏法，听音法，氨检漏法以及超声波检漏法。传统的气泡检漏法具有操作简单、检测速度快和成本低等优点，但其精度较低，容易引发安全事故；氦质谱检漏拥有极高的灵敏度，并对环境无污染，但因其检漏费过高且操作技术要求较高，并未得到广泛应用；卤素检漏仪操作简单，费用低，能确定漏孔的大小和位置，多应用于制冷设备的泄漏检测；热导检漏法是一种半定量分析技术，多用于检测泄漏并确定位置，尚不能实现定量分析；压力变化检漏法包括升压和降压检漏法，其灵敏度与所选择温度表和压力表的灵敏度密切相关，仅适用于容积不大的可密封的阀门检漏；听音法的灵敏度低，漏孔产生的可听声音的大小以及环境噪声信号的干扰都会影响探测结果；氨检漏法比气泡检漏法的灵敏度要高，但无法实现长距离检测则尚未满足对安全性的要求；近年来科学家致力于超声波接触探头的无损检漏方式，有着很高的漏点位置的测量精度，并且可以实现长距离检测，但环境噪声也会产生一定的影响且设备成本较高。综上所述，目前已有的检漏方法都有着不同的灵敏度、适用范围和可操作性。
[0004]在压力试验过程中，检漏方法多依靠人眼、压力表等主观和简陋的方法，安全性差，泄漏量不能准确定量、效率低；且依靠人眼近距离观察，在高压气密封试验中容易产生安全事故。因此，探索一种新型可靠的阀门检漏方案是很有必要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于红外热像技术定性并定量测定阀门泄漏量的系统，该系统将红外热像技术应用在阀门压力试验中，与传统热像检测法不同的是:对冷态、热态表面建立了温度重构系统，采用阀门表面的分区分析方法，得到阀门表面在通入高温高压水蒸汽前后的温度分布梯度，建立了温度梯度与泄漏量的关系，并结合喷雾冷却技术进行温度奇异点是否为漏点的确认，实现了压力试验的中远距离控制检查，大大提高精度的同时，避免了安全事故的发生。
[0006]本发明的技术方案:
[0007]基于三维温度重构的阀门检漏系统包括冷却水喷嘴1、红外热像仪2、待检阀门3、第一闸阀4、排汽管道5、排汽收集装置6、蒸汽发生装置7、进汽管道8和第二闸阀9。蒸汽发生装置7经由进汽管道8连接待检阀门3，第二闸阀9在进汽管道8上控制蒸汽的流入，待检阀门3通过排汽管道5连接排汽收集装置6，第一闸阀4控制蒸汽的排出，冷却水喷嘴I与红外热像仪2正对待检阀门3检测面水平布置，夹角小于60度。
[0008]本发明所述的阀门检漏系统用于阀门检漏方法，在距离待检阀门3为安全距离处固定冷却水喷嘴I与红外热像仪2在滑动轨道上，利用红外热像仪2建立温度分布标准，在同材质同粗糙度温度分布连续的理论指导下，借助可见光图像和红外图像对比智能划分温度分布区域，如附图2，通过冷却水喷嘴I与红外热像仪2沿滑动轨道的移动建立阀门表面三维标准温度分布模型。蒸汽发生装置7制备高温高压水蒸汽，经由进汽管道8进入待检阀门3，之后关闭第一闸阀4、第二闸阀9，基于待检阀门3表面三维温度分布标准模型作为参照，借助红外热像仪2录像功能建立温度随时间变化的待检阀门3表面三维温度重构模型，初步确定温度奇异点。利用喷雾冷却技术可使温度梯度更加凸显的原理，冷却水喷嘴I对待检阀门3表面喷雾冷却破坏原有温度场，使得待检阀门3表面温度场近乎均匀，再升温后对三维温度场重构进行二次建模，以确认温度奇异点为漏点或发现新的微小漏点。利用建立的泄漏量与温度梯度的关系曲线，实现待检阀门3漏点位置的定性检测和漏点泄漏量的定量检测，最后打开第一闸阀4，待检阀门3内蒸汽排至排汽收集装置6。
[0009]本发明的效果和益处:与传统红外探伤方式相比，考虑了温度场分区域温度分布修正，建立了三维温度重构模型，且无需得知具体的材质种类和表面粗糙度来修正温度分布，与阀门运行中检测不同的是具有冷态的标准温度分布作为参考，排除了其他温度变化条件的干扰，并进行了喷雾冷却温度场再次重构以确认奇异点是否为漏点或发现新的微小漏点；与其它检漏方法相比，避免了传统检测手段(如气泡检漏法)在安全性和精度上的缺陷，同时比新型检漏方法(如超声波检漏法)经济实用，可行性高。
【附图说明】
[0010]图1是本发明基于三维温度重构的阀门检漏系统及方法的整体结构示意图。
[0011]图2是建立标准温度模型时依据温度分布的分区示意图。
[0012]图中:1冷却水喷嘴；2红外热像仪；3待检阀门；4第一闸阀；5排汽管道；6排汽收集装置；7蒸汽发生装置；8进汽管道；9第二闸阀；
[0013]数字①、②、③、④……代表的是基于初始温度场分布建立的分区情况，并可根据实际情况划分出多个区域。
【具体实施方式】
[0014]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0015]在阀门压力试验台上固定好待检阀门3，在距离阀门试验台安全距离处的滑动轨道上固定冷却水喷嘴I与红外热像仪2，水平正对阀门检测面且两者夹角小于60度，调节红外热像仪2变焦，使待检阀门3整体进入画面内，并确保画面清晰，开启红外热像仪2摄像功能，结合可见光图像与红外热像图，智能划分如附图2的温度分布不均匀区域①，②，③……，通过冷却水喷嘴I与红外热像仪2沿滑动轨道的移动建立阀门表面三维温度分布标准模型。打开第二闸阀9，高温高压水蒸汽经由进汽管道8进入待检阀门3。关闭第一闸阀4、第二闸阀9，扫描记录待检阀门3表面的温度分布随时间的变化。将红外热像仪2记录的热像录像转入电脑软件smartview进行分析，建立与温度梯度随时间变化的三维温度重构模型。如待检阀门3每个区域整体温度变化均匀升高，则可初步判定阀门无泄漏；如待检阀门3某点温度变化与同划分区域的温度变化更为明显(如附图1局部放大图，颜色越深代表温度越高)，温度升高所需时间更短，则初步判定该点为奇异点。冷却水喷嘴I对待检阀门3喷雾冷却，再次记录待检阀门3的温度变化情况，再次建立三维温度重构模型。若仍无某点温度变化较同区域温度变化明显，则可确定待检阀门3无泄漏；若发现首次三维重构模型的温度奇异点或者发现新的温度奇异点，则确认为漏点，将该点温度梯度与阀门泄漏量随温度梯度的变化曲线对比，得出泄漏量的大小，结合红外热像图与可见光图像，确定泄漏点的位置。最后，打开第一闸阀4，蒸汽经由排汽管道5排至排汽收集装置6。
【主权项】
1.一种基于三维温度重构的阀门检漏系统，其特征在于，该阀门检漏系统包括冷却水喷嘴、红外热像仪、待检阀门、第一闸阀、排汽管道、排汽收集装置、蒸汽发生装置、进汽管道和第二闸阀；蒸汽发生装置经由进汽管道连接待检阀门，第二闸阀在进汽管道上控制蒸汽的流入，待检阀门通过排汽管道连接排汽收集装置，第一闸阀控制蒸汽的排出，冷却水喷嘴与红外热像仪正对待检阀门检测面水平布置，冷却水喷嘴与红外热像仪夹角小于60度。
2.权利要求1所述的阀门检漏系统用于阀门检漏的方法，其特征在于: 在距离待检阀门为安全距离处将冷却水喷嘴与红外热像仪固定在滑动轨道上，根据同材质同粗糙度温度分布连续理论，借助可见光图像和红外图像对比智能划分温度分布区域，通过冷却水喷嘴与红外热像仪沿滑动轨道的移动建立阀门表面三维标准温度分布模型；蒸汽发生装置制备高温高压水蒸汽，经由进汽管道进入待检阀门，关闭第一闸阀和第二闸阀，基于待检阀门表面三维温度分布标准模型作为参照，借助红外热像仪录像功能建立温度随时间变化的待检阀门表面三维温度重构模型，初步确定温度奇异点；利用喷雾冷却方法使温度梯度更加凸显，冷却水喷嘴对待检阀门表面喷雾冷却破坏原有温度场，使待检阀门表面温度场均匀；升温对三维温度场重构进行二次建模，确认温度奇异点为漏点或发现新的微小漏点；利用建立的泄漏量与温度梯度的关系曲线，实现待检阀门漏点位置的定性检测和漏点泄漏量的定量检测，最后打开第一闸阀，待检阀门内蒸汽排至排汽收集装置。
【专利摘要】本发明提供一种基于三维温度重构的阀门检漏系统及方法，属于热能工程技术领域。解决了阀门难以实现中远距离检漏、红外线技术难以实现定量检漏、阀门表面材质不同或粗糙度不同的温度修正困难、测量精度有限等技术难题。其特点是无需对阀门表面材质和粗糙度进行测量来修正温度，建立了三维温度场重构模型，将喷雾冷却技术应用在阀门压力试验中，准确判断泄漏点；通过漏点的泄漏量与温度梯度的关系曲线实现泄漏量定量检测。本发明实现了中远距离检测阀门是否泄漏，利用红外热像仪实现了泄漏点的定性检测和泄漏量的定量检测，解决了传统红外热像探伤技术需要准确测定材料表面发射率的难题，提升了检漏精度，具有很高的安全性和可行性。
【IPC分类】G01M3-02, G01F1-68
【公开号】CN104848994
【申请号】CN201510185853
【发明人】张博, 张奇, 温兴柔, 李敏, 沈志斌, 张海
【申请人】大连理工大学, 温州市特种设备检测研究院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月17日