气体阀门内漏在线诊断平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种气体阀门内漏在线诊断平台，主要解决现有技术中难以进行在线诊断、难以给出内漏程度的量化指标的问题。本实用新型通过采用一种气体阀门内漏在线诊断平台，包括硬件设置模块、诊断参数模块、采样设置模块、实时数据模块、内漏诊断模块、历史数据模块、阀门台账模块、诊断报告模块、内漏诊断数据库模块和内漏声发射数据采集设备，硬件设置模块、诊断参数模块、采样设置模块、实时数据模块、内漏诊断模块、历史数据模块、阀门台账模块、诊断报告模块均与内漏诊断数据库模块相连，内漏诊断数据库模块和内漏声发射数据采集设备相互连接的技术方案较好地解决了上述问题，可用于气体阀门内漏在线诊断中。
【专利说明】
气体阀门内漏在线诊断平台
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种气体阀门内漏在线诊断平台。
【背景技术】
[0002] 阀门在石油化工行业扮演者重要角色，据统计，年生产30万吨/年的乙烯装置使用 了大约25000台各种阀门；一套5000kt/a规模的常减压装置一般情况下有5000个左右的阀 门，这些阀门的工作状况决定着产品质量，内漏等异常工况随时威胁着设备和人员安全，而 且容易造成原料损失，污染环境。另据国外石化企业在上世纪80年代的统计，生产装置中 5%~10%的阀门存在不同程度的泄漏，调查结果表明1 %~2%的阀门产生的泄漏量却占 所有阀门总泄漏大约70%左右，进一步研究发现火炬系统大约有20%的阀门或阀门内漏， 火炬系统1只内漏阀门可导致每年几十万美元的经济损失，根据国内某石化厂阀门普查结 果，一只阀门内漏可造成上万立方米的烃类气体损失。
[0003] 反映阀门泄漏的指标值是其密封性，即阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，它 是阀门最重要的技术指标。阀门的密封部位有3处：启闭件与阀座两密封面间的接触处;填 料与阀杆和填料函的配合处；阀体与阀盖的连接处。阀门在启闭件与阀座两密封面间接触 处的泄漏称之谓内漏，即关不严，它直接影响截断介质的能力。对于阀门来说，内漏是不允 许的，其主要的功能就是连通或关闭流体，出现内漏不仅影响产品质量，而且严重威胁着安 全环保，是诱发事故的重要原因之一。对于造成阀门内漏的原因，主要有：（1)介质腐蚀，生 产过程中含硫、含酸的气体介质对闸阀密封面腐蚀；（2)设备老化，石化生产是长周期连续 运行的，长期的高温高压工艺条件加速了闸阀密封面老化；（3)操作不当，石化生产过程中 经常需要调节某个工艺段中的阀门开关，在操作阀杆时容易出现用力不同轴情况，导致密 封面破坏，在阀门的制造、运输、检验、安装和使用等过程中，也容易造成密封面损伤；（4)产 品质量，阀门的设计和制造工艺存在问题，导致密封面研磨不好，密封圈与阀座、阀瓣配合 不严紧，阀瓣与阀杆连接不牢靠等，造成阀门密封不严而导致介质泄漏；（5)介质冲蚀，某些 介质，在阀门关闭后逐渐冷却，使密封面出现细缝，也会产生冲蚀现象，此外，高速流动介质 冲击容易造成密封面损伤。
[0004] 申请号为"CN201210319752.5"的专利公开了一种用于可燃气体管道阀门泄漏的 在线监测装置和在线检测方法，通过在可燃气体管道上安装组合阀门，通过套阀的动作来 观察管道中的压力变化，以确定气体切断阀门及管道的泄漏情况，可以快速准确的检测冶 金工业中的燃气管道切断阀内泄漏，有利于保障安全生产提高生产效率。然而，该方法需要 在可燃气体管道上安装组合阀门，并且需要操作阀门，在石化工业中，该方法检测效率低， 而且影响正常生产，不具备应用条件。
[0005] 目前，阀门内漏主要检测主要依赖于离线检测方法。例如，在装置停车安全大检查 期间，将关键阀门拆卸下来，送到专业检测机构进行密封性检测，主要依据JB/T9092-1999， GB/T13927-1992，API598-2004等标准对各种阀门阀体进行强度和密封面密封性能检验，然 后对阀体强度和密封性能测试结果进行判断。这种方法不仅要求苛刻，需要生产装置停车， 拆卸阀门送检，而且检测效率有限，只是一些关键工艺部位的发阀门才能接受检测，整个工 艺中的绝大部分阀门不可能送检，因此，存在大量的阀门内漏没有及时检出的现象。随着科 技的发展，各种无损检测技术正逐步应用于石化行业，其中，声发射技术已被认为解决阀门 内漏在线检测的重要技术方向，并且有相关硬件设备可以完整采集阀门内漏声发射信号， 根据个人经验判断阀门是否内漏。然而，这种方法容易受个人经验影响，判定结果设备性 能、使用环境、使用条件、使用人员等多因素影响，并且难以给出内漏程度的量化指标。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中难以进行在线诊断、难以给出内漏 程度的量化指标的问题，提供一种新的气体阀门内漏在线诊断平台。该平台用于气体阀门 内漏在线诊断中，具有可以进行在线诊断、可以给出内漏程度的量化指标的优点。
[0007] 为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种气体阀门内漏在线诊断 平台，包括硬件设置模块、诊断参数模块、采样设置模块、实时数据模块、内漏诊断模块、历 史数据模块、阀门台账模块、诊断报告模块、内漏诊断数据库模块和内漏声发射数据采集设 备，其特征在于硬件设置模块、诊断参数模块、采样设置模块、实时数据模块、内漏诊断模 块、历史数据模块、阀门台账模块、诊断报告模块均与内漏诊断数据库模块相连，内漏诊断 数据库模块和内漏声发射数据采集设备相互连接。
[0008] 上述技术方案中，优选地，所述内漏声发射数据采集设备由声发射传感器（1)、信 号放大器(2)、数据采集卡(3)、电脑(4)、信号连接线缆(5)组成，所述信号放大器(2)-端与 声发射传感器(1)连接，另一端与数据采集卡(3)入口端连接，数据采集卡(3)出口端与电脑 连接。
[0009] 上述技术方案中，优选地，所述信号放大器(2)置于数据采集卡(3)之中
[0010] 上述技术方案中，优选地，所述阀门为闸阀或截止阀。
[0011] 本实用新型针对声发射技术应用于气体阀门内漏在线检测问题，提出一种在线诊 断方法，解决气体阀门内漏在线检测时，检测结果容易受人为因素影响问题。该方法通过理 论分析和实验验证手段，找出可用于表征气体阀门内漏的声发射特征参数，并且获取气体 阀门内漏声发射信号特征参数与内漏率之间的数学关系，确定相关系数，进而建立气体阀 门内漏诊断数据库，根据所提供的最低配置要求的声发射数据采集设备，结合内漏诊断数 据库，组成了气体阀门内漏在线诊断平台，提出了诊断方法，取得了较好的技术效果。
【附图说明】
[0012] 图1为气体阀门内漏在线诊断平台结构图。
[0013] 图2为声发射数据采集设备连接图。
[0014] 图2中，1为声发射传感器，2为信号放大器，3为数据采集卡，4为电脑，5为信号连接 电缆。
[0015] 下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
【具体实施方式】
[0016] 【实施例1】
[0017] 本实用新型提供一种气体阀门内漏在线诊断平台，通过理论分析和实验验证找出 了表征气体阀门内漏的声发射特征参数以及特征参数与阀门内漏率之间的函数关系，各种 特征参数对应不同内漏程度的上下限值，建立了气体阀门内漏诊断数据库，基于此，提出了 内漏程度的等级区分依据和气体阀门内漏在线诊断平台。
[0018] 通过开展不同类型阀门在不同压差、内漏率、内漏孔尺寸等工况条件下内漏模拟 实验，掌握了气体阀门内漏声发射信号特征值，基于理论分析得出阀门内漏泄漏率对数与 声发射信号平均信号电平(ASL)之间的数学关系，基于实验数据给不同诊断限值，存储在内 漏诊断数据库中。
[0019] 所述不同类型阀门包括闸阀、截止阀；
[0020] 所述不同压差工况是指阀门入口与出口之间的压差，范围在0.1 MPa~3. OMPa;
[0021] 所述声发射特征参数至少包括振幅、能量、ASL;
[0022] 阀门内漏声发射特征参数随阀门使用工况的变化而变化，阀门类型、两端压差、内 漏孔尺寸等因素对内漏声发射特征参数影响较大；
[0023] 不同压差工况下，所述阀门气体内漏声发射幅值、ASL、能量参数呈线性变化特性； 不同内漏率工况下，所述阀门气体内漏声发射幅值和ASL参数呈线性变化特性，能量参数呈 指数变化特性；
[0024] 所述气体阀门内漏泄漏率Q的对数与ASL内漏声发射信号ASL之间的关系可用下式 表不：
[0025] (1)
[0026] 其中，R、T、P、D分别为气体常数、温度、压差，D为阀门尺寸，a0、al、a2、a3为系数常 量，由此可知，阀门气体内漏率对数与声发射信号平均信号电平(ASL)之间存在线性函数关 系，且声发射信号主要受阀门尺寸、阀门压差和气体泄漏率等参数影响。
[0027]所述阀门内漏，当阀门内漏孔尺寸大于一定阈值(本实施例工况下阈值在0.8mm左 右)后，内漏声发射特性参数值变化趋缓。
[0028] 图1所示为气体阀门内漏在线诊断平台结构图，包括硬件设置、诊断参数、采样设 置、实时数据、内漏诊断、历史数据、阀门台账、诊断报告、内漏诊断数据库和内漏声发射数 据采集设备，其中，内漏声发射数据采集设备完成阀门内漏声发射信号采集，内漏诊断数据 库提供不同工况条件下气体阀门内漏诊断判据数据维护平台，所述其他各项属于人机交互 操作部分。
[0029] 所述内漏诊断数据库至少包括不同口径闸阀、截止阀内漏诊断参数，包括内漏率 估算公式，一般泄漏、中等泄漏、严重泄漏不同内漏程度等级上下限值，并且给出不同工艺 条件下ASL、振幅、能量三个特征参数对应不同内漏等级的上下限值。
[0030] 所述硬件设置完成声发射数据采集设备数据连接、采样通道选择、滤波参数设置 等，最后完成硬件连接检查，保证声发射数据采集设备与在线诊断软件系统正确连接。
[0031] 所述诊断参数根据当前检测阀门工艺条件，选择对应的工艺条件，以便正确使用 内漏诊断数据库中的各种参数，合理估算当前诊断阀门内漏，确定内漏等级。
[0032] 所述采样设置完成声发射信号采集各种参数设置，保证完整采集阀门内漏声发射 信号，尽可能提高信号信噪比，针对气体阀门内漏声发射信号采集，一组优选的数据采集参 数如下：门槛37dB，采样长度2048，闭锁时间300us，参数间隔IOOus，锁闭时间1000 us。基于 此，可以完全检测提取真实的阀门内漏声发射信号，并且开展相关特征分析。
[0033]所述实时数据根据所设置的采样参数，实时采集当前诊断阀门声发射信号，并且 完成信号数据分析，提供原始波形图、各种声发射参数相关图、参数表等，其中参数表至少 包含信号达到时间、ASL、振幅、能量三个参数。
[0034]所述内漏诊断实时采集当前诊断阀门声发射信号，根据所述诊断参数实时在内漏 诊断数据库中选择合适额参数值，一般不超过20秒给出一组诊断结果，并且提取超出阈值 的声发射信号，实时计算内漏率，给出不同内漏等级诊断结果。
[0035]所述历史数据可以离线分析其他声发射数据采集设备采集的数据，给出阀门内漏 诊断结果。
[0036] 所述阀门台账可以维护阀门诊断记录，包含阀门基本信息、使用情况、诊断结果等 信息，并且提供检索功能。
[0037] 所述诊断报告包含诊断结果和结论建议等信息，其中诊断结果至少包含泄漏信号 幅度、ASL、能量三个参数最大值，并且给出内漏率-时间相关图以及泄漏等级结果，针对当 前诊断结果，给出结论建议。
[0038] 所述气体阀门内漏在线诊断平台还包括数据采集控制，至少包含数据采集、暂停、 停止三个按钮，以便操作控制采集有效的阀门内漏声发射信号。
[0039] 图2所示为声发射数据采集设备连接图，包括声发射传感器、信号放大器、数据采 集卡、电脑、信号连接线缆组成，所述信号放大器一端与声发射传感器连接，另一端与数据 采集卡入口端连接，数据采集卡出口端与电脑连接。
[0040] 所述信号放大器可以置于数据采集卡之中。
[0041] 所述数据采集卡至少达到以下要求：
[0042] 响应频率：3kHz ~1000 kHz，
[0043] 模拟滤波：20kHz、IOOkHz、400kHz三个高通滤波器，IOOkHz、400kHz、1200kHz三个 低通滤波器，
[0044] 噪声最小阈值:IOdB，
[0045] 最大信号幅度：IOOdB，
[0046] A/D转换类型:每通道16bit，
[0047] 动态范围：>90dB，
[0048] 采样速率：> IM，
[0049] 采样精度：<30dB时，± 5dB，30~40dB时，±3dB，40~IOOdB时，± 2dB，时钟精度： 200ns，
[0050] 信号传输速率：>5MB/s。
[0051] 至少实时提供表征声发射信号的特征参数包括:振幅、能量、ASL。
【主权项】
1. 一种气体阀门内漏在线诊断平台，包括硬件设置模块、诊断参数模块、采样设置模 块、实时数据模块、内漏诊断模块、历史数据模块、阀门台账模块、诊断报告模块、内漏诊断 数据库模块和内漏声发射数据采集设备，其特征在于硬件设置模块、诊断参数模块、采样设 置模块、实时数据模块、内漏诊断模块、历史数据模块、阀门台账模块、诊断报告模块均与内 漏诊断数据库模块相连，内漏诊断数据库模块和内漏声发射数据采集设备相互连接。2. 根据权利要求1所述气体阀门内漏在线诊断平台，其特征在于所述内漏声发射数据 采集设备由声发射传感器(1)、信号放大器(2)、数据采集卡(3)、电脑(4)、信号连接线缆(5) 组成，所述信号放大器(2)-端与声发射传感器(1)连接，另一端与数据采集卡(3)入口端连 接，数据采集卡(3)出口端与电脑连接。3. 根据权利要求2所述气体阀门内漏在线诊断平台，其特征在于所述信号放大器(2)置 于数据采集卡(3)之中。4. 根据权利要求1所述气体阀门内漏在线诊断平台，其特征在于所述阀门为闸阀或截 止阀。
【文档编号】G01M3/00GK205426424SQ201620226029
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】朱亮, 高少华, 王琼, 邹兵, 姜素霞
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院