基于三維溫度重構(gòu)的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能工程領(lǐng)域，采用溫度分析和熱成像法對(duì)金屬閥門(mén)出廠質(zhì)量進(jìn)行檢查以及監(jiān)檢部門(mén)對(duì)閥門(mén)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]閥門(mén)作為通用的管道軟件應(yīng)用范圍極廣，除在壓力管道上應(yīng)用外，還應(yīng)用在鍋爐、壓力容器領(lǐng)域，被稱為“承壓類(lèi)特種設(shè)備”的細(xì)胞。由于管道元件的安全監(jiān)察工作、檢驗(yàn)工作較鍋爐、壓力容器起步晚，加上其設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、監(jiān)督等方面的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不齊全，因而管道元件在使用中不斷出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故，例如2009年浦東新區(qū)小洋山LNG管道用法蘭爆裂事故、2007年5月安徽液氨閥門(mén)材料用灰口鑄鐵引發(fā)泄漏事故、2010年某地區(qū)蒸汽用PN16級(jí)浙江產(chǎn)柱塞閥門(mén)在安裝前壓力試驗(yàn)時(shí)因鑄件質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)爆裂、2012年12月11日溫州永嘉東甌街道某閥門(mén)企業(yè)在高壓閥門(mén)試壓過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重事故3人當(dāng)場(chǎng)死亡等等。這些血的教訓(xùn)給閥門(mén)的安全檢驗(yàn)工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)尋求一條更加安全更加有效的閥門(mén)檢驗(yàn)方法已經(jīng)刻不容緩。
[0003]目前，常用的檢漏方法有氣泡檢漏法，氦質(zhì)譜檢漏法，鹵素檢漏法，熱導(dǎo)檢漏法，壓力變化檢漏法，聽(tīng)音法，氨檢漏法以及超聲波檢漏法。傳統(tǒng)的氣泡檢漏法具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其精度較低，容易引發(fā)安全事故；氦質(zhì)譜檢漏擁有極高的靈敏度，并對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但因其檢漏費(fèi)過(guò)高且操作技術(shù)要求較高，并未得到廣泛應(yīng)用；鹵素檢漏儀操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，能確定漏孔的大小和位置，多應(yīng)用于制冷設(shè)備的泄漏檢測(cè)；熱導(dǎo)檢漏法是一種半定量分析技術(shù)，多用于檢測(cè)泄漏并確定位置，尚不能實(shí)現(xiàn)定量分析；壓力變化檢漏法包括升壓和降壓檢漏法，其靈敏度與所選擇溫度表和壓力表的靈敏度密切相關(guān)，僅適用于容積不大的可密封的閥門(mén)檢漏；聽(tīng)音法的靈敏度低，漏孔產(chǎn)生的可聽(tīng)聲音的大小以及環(huán)境噪聲信號(hào)的干擾都會(huì)影響探測(cè)結(jié)果；氨檢漏法比氣泡檢漏法的靈敏度要高，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)則尚未滿足對(duì)安全性的要求；近年來(lái)科學(xué)家致力于超聲波接觸探頭的無(wú)損檢漏方式，有著很高的漏點(diǎn)位置的測(cè)量精度，并且可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)，但環(huán)境噪聲也會(huì)產(chǎn)生一定的影響且設(shè)備成本較高。綜上所述，目前已有的檢漏方法都有著不同的靈敏度、適用范圍和可操作性。
[0004]在壓力試驗(yàn)過(guò)程中，檢漏方法多依靠人眼、壓力表等主觀和簡(jiǎn)陋的方法，安全性差，泄漏量不能準(zhǔn)確定量、效率低；且依靠人眼近距離觀察，在高壓氣密封試驗(yàn)中容易產(chǎn)生安全事故。因此，探索一種新型可靠的閥門(mén)檢漏方案是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于紅外熱像技術(shù)定性并定量測(cè)定閥門(mén)泄漏量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將紅外熱像技術(shù)應(yīng)用在閥門(mén)壓力試驗(yàn)中，與傳統(tǒng)熱像檢測(cè)法不同的是:對(duì)冷態(tài)、熱態(tài)表面建立了溫度重構(gòu)系統(tǒng)，采用閥門(mén)表面的分區(qū)分析方法，得到閥門(mén)表面在通入高溫高壓水蒸汽前后的溫度分布梯度，建立了溫度梯度與泄漏量的關(guān)系，并結(jié)合噴霧冷卻技術(shù)進(jìn)行溫度奇異點(diǎn)是否為漏點(diǎn)的確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)了壓力試驗(yàn)的中遠(yuǎn)距離控制檢查，大大提高精度的同時(shí)，避免了安全事故的發(fā)生。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]基于三維溫度重構(gòu)的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)包括冷卻水噴嘴1、紅外熱像儀2、待檢閥門(mén)3、第一閘閥4、排汽管道5、排汽收集裝置6、蒸汽發(fā)生裝置7、進(jìn)汽管道8和第二閘閥9。蒸汽發(fā)生裝置7經(jīng)由進(jìn)汽管道8連接待檢閥門(mén)3，第二閘閥9在進(jìn)汽管道8上控制蒸汽的流入，待檢閥門(mén)3通過(guò)排汽管道5連接排汽收集裝置6，第一閘閥4控制蒸汽的排出，冷卻水噴嘴I與紅外熱像儀2正對(duì)待檢閥門(mén)3檢測(cè)面水平布置，夾角小于60度。
[0008]本發(fā)明所述的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)用于閥門(mén)檢漏方法，在距離待檢閥門(mén)3為安全距離處固定冷卻水噴嘴I與紅外熱像儀2在滑動(dòng)軌道上，利用紅外熱像儀2建立溫度分布標(biāo)準(zhǔn)，在同材質(zhì)同粗糙度溫度分布連續(xù)的理論指導(dǎo)下，借助可見(jiàn)光圖像和紅外圖像對(duì)比智能劃分溫度分布區(qū)域，如附圖2，通過(guò)冷卻水噴嘴I與紅外熱像儀2沿滑動(dòng)軌道的移動(dòng)建立閥門(mén)表面三維標(biāo)準(zhǔn)溫度分布模型。蒸汽發(fā)生裝置7制備高溫高壓水蒸汽，經(jīng)由進(jìn)汽管道8進(jìn)入待檢閥門(mén)3，之后關(guān)閉第一閘閥4、第二閘閥9，基于待檢閥門(mén)3表面三維溫度分布標(biāo)準(zhǔn)模型作為參照，借助紅外熱像儀2錄像功能建立溫度隨時(shí)間變化的待檢閥門(mén)3表面三維溫度重構(gòu)模型，初步確定溫度奇異點(diǎn)。利用噴霧冷卻技術(shù)可使溫度梯度更加凸顯的原理，冷卻水噴嘴I對(duì)待檢閥門(mén)3表面噴霧冷卻破壞原有溫度場(chǎng)，使得待檢閥門(mén)3表面溫度場(chǎng)近乎均勻，再升溫后對(duì)三維溫度場(chǎng)重構(gòu)進(jìn)行二次建模，以確認(rèn)溫度奇異點(diǎn)為漏點(diǎn)或發(fā)現(xiàn)新的微小漏點(diǎn)。利用建立的泄漏量與溫度梯度的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)待檢閥門(mén)3漏點(diǎn)位置的定性檢測(cè)和漏點(diǎn)泄漏量的定量檢測(cè)，最后打開(kāi)第一閘閥4，待檢閥門(mén)3內(nèi)蒸汽排至排汽收集裝置6。
[0009]本發(fā)明的效果和益處:與傳統(tǒng)紅外探傷方式相比，考慮了溫度場(chǎng)分區(qū)域溫度分布修正，建立了三維溫度重構(gòu)模型，且無(wú)需得知具體的材質(zhì)種類(lèi)和表面粗糙度來(lái)修正溫度分布，與閥門(mén)運(yùn)行中檢測(cè)不同的是具有冷態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)溫度分布作為參考，排除了其他溫度變化條件的干擾，并進(jìn)行了噴霧冷卻溫度場(chǎng)再次重構(gòu)以確認(rèn)奇異點(diǎn)是否為漏點(diǎn)或發(fā)現(xiàn)新的微小漏點(diǎn)；與其它檢漏方法相比，避免了傳統(tǒng)檢測(cè)手段(如氣泡檢漏法)在安全性和精度上的缺陷，同時(shí)比新型檢漏方法(如超聲波檢漏法)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可行性高。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明基于三維溫度重構(gòu)的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)及方法的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是建立標(biāo)準(zhǔn)溫度模型時(shí)依據(jù)溫度分布的分區(qū)示意圖。
[0012]圖中:1冷卻水噴嘴；2紅外熱像儀；3待檢閥門(mén)；4第一閘閥；5排汽管道；6排汽收集裝置；7蒸汽發(fā)生裝置；8進(jìn)汽管道；9第二閘閥；
[0013]數(shù)字①、②、③、④……代表的是基于初始溫度場(chǎng)分布建立的分區(qū)情況，并可根據(jù)實(shí)際情況劃分出多個(gè)區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0015]在閥門(mén)壓力試驗(yàn)臺(tái)上固定好待檢閥門(mén)3，在距離閥門(mén)試驗(yàn)臺(tái)安全距離處的滑動(dòng)軌道上固定冷卻水噴嘴I與紅外熱像儀2，水平正對(duì)閥門(mén)檢測(cè)面且兩者夾角小于60度，調(diào)節(jié)紅外熱像儀2變焦，使待檢閥門(mén)3整體進(jìn)入畫(huà)面內(nèi)，并確保畫(huà)面清晰，開(kāi)啟紅外熱像儀2攝像功能，結(jié)合可見(jiàn)光圖像與紅外熱像圖，智能劃分如附圖2的溫度分布不均勻區(qū)域①，②，③……，通過(guò)冷卻水噴嘴I與紅外熱像儀2沿滑動(dòng)軌道的移動(dòng)建立閥門(mén)表面三維溫度分布標(biāo)準(zhǔn)模型。打開(kāi)第二閘閥9，高溫高壓水蒸汽經(jīng)由進(jìn)汽管道8進(jìn)入待檢閥門(mén)3。關(guān)閉第一閘閥4、第二閘閥9，掃描記錄待檢閥門(mén)3表面的溫度分布隨時(shí)間的變化。將紅外熱像儀2記錄的熱像錄像轉(zhuǎn)入電腦軟件smartview進(jìn)行分析，建立與溫度梯度隨時(shí)間變化的三維溫度重構(gòu)模型。如待檢閥門(mén)3每個(gè)區(qū)域整體溫度變化均勻升高，則可初步判定閥門(mén)無(wú)泄漏；如待檢閥門(mén)3某點(diǎn)溫度變化與同劃分區(qū)域的溫度變化更為明顯(如附圖1局部放大圖，顏色越深代表溫度越高)，溫度升高所需時(shí)間更短，則初步判定該點(diǎn)為奇異點(diǎn)。冷卻水噴嘴I對(duì)待檢閥門(mén)3噴霧冷卻，再次記錄待檢閥門(mén)3的溫度變化情況，再次建立三維溫度重構(gòu)模型。若仍無(wú)某點(diǎn)溫度變化較同區(qū)域溫度變化明顯，則可確定待檢閥門(mén)3無(wú)泄漏；若發(fā)現(xiàn)首次三維重構(gòu)模型的溫度奇異點(diǎn)或者發(fā)現(xiàn)新的溫度奇異點(diǎn)，則確認(rèn)為漏點(diǎn)，將該點(diǎn)溫度梯度與閥門(mén)泄漏量隨溫度梯度的變化曲線對(duì)比，得出泄漏量的大小，結(jié)合紅外熱像圖與可見(jiàn)光圖像，確定泄漏點(diǎn)的位置。最后，打開(kāi)第一閘閥4，蒸汽經(jīng)由排汽管道5排至排汽收集裝置6。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于三維溫度重構(gòu)的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)，其特征在于，該閥門(mén)檢漏系統(tǒng)包括冷卻水噴嘴、紅外熱像儀、待檢閥門(mén)、第一閘閥、排汽管道、排汽收集裝置、蒸汽發(fā)生裝置、進(jìn)汽管道和第二閘閥；蒸汽發(fā)生裝置經(jīng)由進(jìn)汽管道連接待檢閥門(mén)，第二閘閥在進(jìn)汽管道上控制蒸汽的流入，待檢閥門(mén)通過(guò)排汽管道連接排汽收集裝置，第一閘閥控制蒸汽的排出，冷卻水噴嘴與紅外熱像儀正對(duì)待檢閥門(mén)檢測(cè)面水平布置，冷卻水噴嘴與紅外熱像儀夾角小于60度。
2.權(quán)利要求1所述的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)用于閥門(mén)檢漏的方法，其特征在于: 在距離待檢閥門(mén)為安全距離處將冷卻水噴嘴與紅外熱像儀固定在滑動(dòng)軌道上，根據(jù)同材質(zhì)同粗糙度溫度分布連續(xù)理論，借助可見(jiàn)光圖像和紅外圖像對(duì)比智能劃分溫度分布區(qū)域，通過(guò)冷卻水噴嘴與紅外熱像儀沿滑動(dòng)軌道的移動(dòng)建立閥門(mén)表面三維標(biāo)準(zhǔn)溫度分布模型；蒸汽發(fā)生裝置制備高溫高壓水蒸汽，經(jīng)由進(jìn)汽管道進(jìn)入待檢閥門(mén)，關(guān)閉第一閘閥和第二閘閥，基于待檢閥門(mén)表面三維溫度分布標(biāo)準(zhǔn)模型作為參照，借助紅外熱像儀錄像功能建立溫度隨時(shí)間變化的待檢閥門(mén)表面三維溫度重構(gòu)模型，初步確定溫度奇異點(diǎn)；利用噴霧冷卻方法使溫度梯度更加凸顯，冷卻水噴嘴對(duì)待檢閥門(mén)表面噴霧冷卻破壞原有溫度場(chǎng)，使待檢閥門(mén)表面溫度場(chǎng)均勻；升溫對(duì)三維溫度場(chǎng)重構(gòu)進(jìn)行二次建模，確認(rèn)溫度奇異點(diǎn)為漏點(diǎn)或發(fā)現(xiàn)新的微小漏點(diǎn)；利用建立的泄漏量與溫度梯度的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)待檢閥門(mén)漏點(diǎn)位置的定性檢測(cè)和漏點(diǎn)泄漏量的定量檢測(cè)，最后打開(kāi)第一閘閥，待檢閥門(mén)內(nèi)蒸汽排至排汽收集裝置。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于三維溫度重構(gòu)的閥門(mén)檢漏系統(tǒng)及方法，屬于熱能工程技術(shù)領(lǐng)域。解決了閥門(mén)難以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離檢漏、紅外線技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)定量檢漏、閥門(mén)表面材質(zhì)不同或粗糙度不同的溫度修正困難、測(cè)量精度有限等技術(shù)難題。其特點(diǎn)是無(wú)需對(duì)閥門(mén)表面材質(zhì)和粗糙度進(jìn)行測(cè)量來(lái)修正溫度，建立了三維溫度場(chǎng)重構(gòu)模型，將噴霧冷卻技術(shù)應(yīng)用在閥門(mén)壓力試驗(yàn)中，準(zhǔn)確判斷泄漏點(diǎn)；通過(guò)漏點(diǎn)的泄漏量與溫度梯度的關(guān)系曲線實(shí)現(xiàn)泄漏量定量檢測(cè)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了中遠(yuǎn)距離檢測(cè)閥門(mén)是否泄漏，利用紅外熱像儀實(shí)現(xiàn)了泄漏點(diǎn)的定性檢測(cè)和泄漏量的定量檢測(cè)，解決了傳統(tǒng)紅外熱像探傷技術(shù)需要準(zhǔn)確測(cè)定材料表面發(fā)射率的難題，提升了檢漏精度，具有很高的安全性和可行性。
【IPC分類(lèi)】G01M3-02, G01F1-68
【公開(kāi)號(hào)】CN104848994
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510185853
【發(fā)明人】張博, 張奇, 溫興柔, 李敏, 沈志斌, 張海
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué), 溫州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日