基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)及方法，屬于閥門監(jiān)檢技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了閥門難以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離泄漏檢測、紅外熱成像技術(shù)受限于發(fā)射率不均勻干擾、紅外熱成像結(jié)果受溫度條件變化干擾、閥門泄漏檢測精度較差與檢測成本較高等技術(shù)難題，探索了閥門的中遠(yuǎn)距離試壓泄漏檢測，將紅外熱成像技術(shù)的非接觸式測溫、快速捕捉過熱點(diǎn)的優(yōu)勢應(yīng)用在泄漏檢測中，實(shí)現(xiàn)了對泄漏點(diǎn)位置的精確測量以及泄漏量的定級分析，解決了發(fā)射率不均勻帶來干擾的技術(shù)難題，具備很高的檢測精度、合理的檢測成本，有很可觀的推廣前景。
【專利說明】
基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于閥門監(jiān)檢技術(shù)領(lǐng)域，尤其是采用紅外熱成像技術(shù)以及MATLAB后處理分析的閥門泄漏檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]閥門廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、長距離管道以及核工業(yè)、航空航天等諸多領(lǐng)域，正是由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性以及不斷出現(xiàn)的嚴(yán)重安全事故，對閥門的質(zhì)量提出了極高的要求。2007年8月質(zhì)檢特函
[2007]35號“關(guān)于開展壓力管道閥門制造專項(xiàng)整治試點(diǎn)工作的通知”中要求在閥門制造企業(yè)較為集中的上海市、浙江省、河南省、遼寧省開展閥門試監(jiān)檢；2013年I月18日，國家質(zhì)檢總局頒布了TSG D7001-2013《壓力管道元件制造監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》，并要求于2013年7月I日起執(zhí)行，該規(guī)則規(guī)定對A1、A2級和低溫閥門逐批進(jìn)行監(jiān)檢。隨著閥門監(jiān)檢工作的重視程度與日倶增，以及閥門監(jiān)檢壓力試驗(yàn)、在線檢測中的潛在安全風(fēng)險，尋求一種更加快速、準(zhǔn)確的中遠(yuǎn)距離閥門泄漏檢測方法已經(jīng)刻不容緩。
[0003]目前，閥門泄漏檢測方法主要有:氣泡滲漏檢測法、鹵素檢測法、傳感器流量檢測法、氦氣光譜分析檢測法以及超聲波檢漏法。傳統(tǒng)氣泡滲漏檢測法雖可以檢測到泄漏，但無法測量泄漏量，由此改進(jìn)的集氣法雖可以測量泄漏量，但精度不夠，且實(shí)施局限性很大；鹵素檢測法操作簡單，費(fèi)用低，但大量使用氟利昂易對環(huán)境造成很大污染;傳感器流量檢測法對于泄漏測量所需的儀器精度要求非常高，檢測成本高，在一般工業(yè)現(xiàn)場難以實(shí)現(xiàn);氦氣光譜分析檢測法檢漏靈敏度高，但需要營造真空環(huán)境，檢測時間較長，檢測成本高，并未得到廣泛應(yīng)用；超聲波檢漏法可以快速定位漏點(diǎn)，耗時短，但超聲波檢漏僅能進(jìn)行定性判斷，且環(huán)境噪聲會對檢測結(jié)果造成一定的干擾。綜上所述，目前所采用的泄漏檢測方式均有著各自的適用范圍、檢測精度以及可操作性。
[0004]在目前閥門的監(jiān)檢過程中，仍采用的是人工涂抹肥皂泡的泄漏檢測方法，主要依靠肉眼近距離觀察，在高溫高壓工質(zhì)檢測時容易發(fā)生安全事故，并且檢測精度較低。因此，尋求一種高精度的中遠(yuǎn)距離泄漏檢測方法是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)及方法，該方法以目標(biāo)輻射溫度為研究對象，采用高溫高壓水蒸汽為工質(zhì)，對閥門進(jìn)行兩種方式加熱并分別建立三維輻射溫度分布模型，通過輻射溫度點(diǎn)陣相減的方法消除因待測閥門表面局部發(fā)射率高造成局部過熱的虛假泄漏干擾，依據(jù)兩種加熱過程的泄漏點(diǎn)處輻射溫度差的量級為泄漏量定級，實(shí)現(xiàn)了基于紅外熱成像技術(shù)的閥門中遠(yuǎn)距離泄漏檢測，提高了檢漏精度與效率，避免發(fā)生安全事故。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)包括紅外熱成像儀1、排空氣管2、排空氣閥3、排蒸汽閥4、過濾裝置5、排氣管6、第一球閥7、待檢閥門8、水平滑軌9、冷卻水入口控制球閥10、冷卻水栗11、冷卻水進(jìn)水管12、鼓風(fēng)機(jī)13、空氣進(jìn)氣管14、進(jìn)氣閥15、高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管16、第二球閥17、圓形滑軌18;高溫高壓水蒸汽經(jīng)由高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管16進(jìn)入閥門泄漏檢測系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)13通過空氣進(jìn)氣管14與進(jìn)氣閥15連接，冷卻水栗11通過冷卻水進(jìn)水管12與冷卻水入口控制球閥10連接;第一球閥7設(shè)置在排氣管上，用于控制高溫高壓水蒸汽流出待檢閥門8，第二球閥17設(shè)置在高溫高壓水蒸汽管道16上，用于控制高溫高壓水蒸汽流入待檢閥門8，第一球閥待檢閥門8通過排氣管6連接過濾裝置5，排蒸汽閥4控制高溫高壓水蒸汽排出待檢閥門8，排空氣管2與排氣管6連接，排空氣閥3控制空氣排出系統(tǒng);紅外熱成像儀I布置在圓形滑軌18上，圓形滑軌18通過垂直桿固定在水平滑軌9上，紅外熱成像儀I用于實(shí)時在待檢閥門8外表面紅外熱成像圖。
[0008]基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測方法，在實(shí)際工程安全距離處固定水平滑軌9和圓形滑軌18，待檢閥門8處于打開狀態(tài)，過濾裝置5在檢測過程中起過濾蒸汽中雜質(zhì)作用，保證蒸汽的循環(huán)利用，第一次加熱過程中，利用紅外熱成像儀I建立待檢閥門8的輻射溫度分布基準(zhǔn)模型，打開第一球閥7和第二球閥17，高溫高壓水蒸汽處于流通狀態(tài)，通過紅外熱成像儀I的移動建立輻射溫度分布基準(zhǔn)，紅外熱成像的過熱紅外特征是由于待檢閥門8表面發(fā)射率不均勻?qū)е碌模l(fā)射率高的部分會出現(xiàn)過熱的紅外特征。冷卻水入口控制球閥10通入冷卻水對待檢閥門8進(jìn)行冷卻，鼓風(fēng)機(jī)13對閥門泄漏檢測系統(tǒng)通風(fēng)，排盡系統(tǒng)內(nèi)殘留的水分;第二次加熱過程，關(guān)閉第一球閥7、冷卻水入口控制球閥10和進(jìn)氣閥15，高溫高壓水蒸汽處于封閉狀態(tài)，借助紅外熱成像儀I建立隨時間變化的輻射溫度二次分布模型，紅外熱成像的過熱紅外特征是由待檢閥門8的表面發(fā)射率高與發(fā)生泄漏兩個原因共同造成的。兩次加熱過程中相同位置拍攝的紅外熱成像圖進(jìn)行輻射溫度點(diǎn)陣相減處理，消除因發(fā)射率不均勻造成局部過熱的虛假泄漏干擾，對比輻射溫度差處理結(jié)果圖與可見光圖像確定是否發(fā)生泄漏以及泄漏點(diǎn)的位置。根據(jù)輻射溫度差處理結(jié)果為泄漏量定級，實(shí)現(xiàn)對泄漏量的定級分析;最后打開第一球閥7、排蒸汽閥4，排出系統(tǒng)內(nèi)的殘留蒸汽，蒸汽經(jīng)過濾裝置5過濾后循環(huán)利用。
[0009]本發(fā)明的有益效果:與傳統(tǒng)的紅外技術(shù)應(yīng)用相比，以輻射溫度為研究對象，無需精確測量材料表面各個區(qū)域的發(fā)射率，通過兩種方式加熱過程的對應(yīng)位置的熱成像輻射溫度點(diǎn)陣相減處理，消除因發(fā)射率不同帶來的虛假泄漏干擾，以點(diǎn)陣處理后輻射溫度差分布結(jié)果為泄漏判斷依據(jù)，排除了因溫度條件變化帶來的干擾，并依據(jù)輻射溫度差為泄漏量定級，實(shí)現(xiàn)泄漏的定級分析檢測；與其它傳統(tǒng)泄漏檢測手段相比，避免了近距離檢測帶來的安全性隱患和精度上的缺陷，同時比新型泄漏檢測方法(如超聲波檢測、氦質(zhì)譜檢測)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有很可觀的推廣前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)的左視圖。
[0012]圖3是本發(fā)明基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測方法中兩種加熱過程的過熱紅外特征原因分析圖。
[0013]圖中:I紅外熱成像儀;2排空氣管；3排空氣閥；4排蒸汽閥；5過濾裝置;6排氣管；7第一球閥；8待檢閥門；9水平滑軌；10冷卻水入口控制球閥；11冷卻水栗；12冷卻水進(jìn)水管；13鼓風(fēng)機(jī);14空氣進(jìn)氣管；15進(jìn)氣閥；16高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管；17第二球閥；18圓形滑軌。
【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]按照圖1安裝固定器材，紅外熱成像儀I固定在圓形滑軌18上，圓形滑軌18通過垂直固定桿固定在水平滑軌9上。進(jìn)行第一次加熱過程，打開排蒸汽閥4、第一球閥7、第二球閥17，待檢閥門8處于開啟狀態(tài)，其余閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，由高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管16持續(xù)通入高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽經(jīng)待檢閥門8和過濾裝置5由排氣管6排出，過濾裝置5在整個檢測過程中起過濾蒸汽中雜質(zhì)作用，保證蒸汽的循環(huán)利用，高溫高壓水蒸汽對待檢閥門8強(qiáng)制對流換熱30s后，通過圓形滑軌18周向移動紅外熱成像儀I，通過水平滑軌9水平移動紅外熱成像儀1，在移動過程中，首先在初始水平位置處，利用紅外熱成像儀I周向采集待檢閥門8的外表面紅外熱成像圖，直到該水平位置處周向外表面區(qū)域全部采集完畢，再水平移動到下一個連續(xù)水平位置處進(jìn)行周向采集，直到紅外熱成像圖NI，N2，N3……所有圖片能夠涵蓋待檢閥門8的外表面(NI，N2，N3分別表示在滑軌需要拍攝的位置①，②，③處捕捉的紅外熱成像基準(zhǔn)圖)。停止通入高溫高壓水蒸汽，打開冷卻水入口控制球閥10，冷卻水經(jīng)由冷卻水控制球閥1、冷卻水進(jìn)水管12對待檢閥門8進(jìn)行Imi η強(qiáng)制對流冷卻。打開進(jìn)氣閥15、排空氣閥3，關(guān)閉排蒸汽閥4、冷卻水入口控制球閥10，第一球閥7、第二球閥17仍處于打開狀態(tài)，由空氣進(jìn)氣管14通入20s壓縮空氣，排盡系統(tǒng)內(nèi)殘余的水分。第二次加熱過程中，關(guān)閉排空氣閥3、排蒸汽閥4、第一球閥7、冷卻水入口控制球閥1、進(jìn)氣閥15，打開第二球閥17，待檢閥門8處于打開狀態(tài)，高溫高壓水蒸汽經(jīng)由高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管16進(jìn)入待檢閥門8，與第一次加熱過程中紅外熱成像儀I的移動過程相同，通過圓形滑軌18的周向移動、水平滑軌9的水平移動及滑軌定位，保證紅外熱成像儀I在第二次加熱過程中的拍攝位置與第一次加熱過程中拍攝位置①，②，③……相同，在每個位置處捕捉一組連續(xù)紅外熱成像圖，記為Ml1、M12、M13……M21、M22、M23……(Mil，M12，M13分別表示位置①處連續(xù)拍攝的三張紅外熱成像儀圖，M21，M22，M23分別表示位置②處連續(xù)拍攝的三張紅外熱成像儀圖，以此類推，一直連續(xù)拍攝，確保每個拍攝位置都有一組偽連續(xù)的輻射溫度變化區(qū)間)。停止通入高溫高壓水蒸汽，打開排蒸汽閥4、第一球閥7，排盡泄漏檢測系統(tǒng)內(nèi)殘余蒸汽，蒸汽經(jīng)過濾裝置5過濾后循環(huán)利用。利用MATLAB軟件進(jìn)行紅外熱成像圖輻射溫度點(diǎn)陣相減處理，以位置①為例，處理為N1-M11、N1-M12、N1-M13……，結(jié)果記為D11、D12、D13……，以此類推，通過MATLAB軟件輸出D11、D12、D13……的偽色彩圖，如果待檢閥門8存在泄漏點(diǎn)，則必然存在一張具有奇異點(diǎn)的紅外熱成像圖Dli(其特征為除奇異點(diǎn)之外的所有點(diǎn)的輻射溫度差均為0，只有奇異點(diǎn)處的輻射溫度差大于O);如果待檢閥門8不存在泄漏，則必然存在一張輻射溫度差均為O的紅外熱成像圖Dli。因此，觀察紅外熱成像圖Dli，D2i，D3i……是否存在溫度奇異點(diǎn)從而判斷待檢閥門8是否發(fā)生泄漏，根據(jù)偽色彩圖中泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)并結(jié)合對應(yīng)的可見光圖像即可判定泄漏點(diǎn)的具體位置，根據(jù)奇異點(diǎn)處輻射溫度差的量級為待檢閥門8的泄漏量定級，輻射溫度差I(lǐng)?5K定為一級，5?1K定為二級，10?15K定為3級，大于15K定為四級。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測系統(tǒng)，其特征在于，該閥門泄漏檢測系統(tǒng)包括紅外熱成像儀、排空氣管、排空氣閥、排蒸汽閥、過濾裝置、排氣管、第一球閥、待檢閥門、水平滑軌、冷卻水入口控制球閥、冷卻水栗、冷卻水進(jìn)水管、鼓風(fēng)機(jī)、空氣進(jìn)氣管、進(jìn)氣閥、高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管、第二球閥、圓形滑軌;高溫高壓水蒸汽經(jīng)由高溫高壓水蒸汽進(jìn)氣管進(jìn)入閥門泄漏檢測系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)通過空氣進(jìn)氣管與進(jìn)氣閥連接，冷卻水栗通過冷卻水進(jìn)水管與冷卻水入口控制球閥連接;第一球閥設(shè)置在排氣管上，用于控制高溫高壓水蒸汽流出待檢閥門，第二球閥設(shè)置在高溫高壓水蒸汽管道上，用于控制高溫高壓水蒸汽流入待檢閥門，待檢閥門通過排氣管連接過濾裝置，排蒸汽閥控制高溫高壓水蒸汽排出待檢閥門，排空氣管與排氣管連接，排空氣閥控制空氣排出系統(tǒng);紅外熱成像儀布置在圓形滑軌上，圓形滑軌通過垂直桿固定在水平滑軌上，紅外熱成像儀用于實(shí)時在待檢閥門外表面紅外熱成像圖。2.—種基于紅外熱成像技術(shù)的閥門泄漏檢測方法，其特征在于，在實(shí)際工程安全距離處固定水平滑軌和圓形滑軌，待檢閥門處于打開狀態(tài)，過濾裝置在檢測過程中起過濾蒸汽中雜質(zhì)作用，保證蒸汽的循環(huán)利用； 第一次加熱過程中，利用紅外熱成像儀建立待檢閥門的輻射溫度分布基準(zhǔn)模型，打開第一球閥和第二球閥，其余閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，高溫高壓水蒸汽處于流通狀態(tài)，通過紅外熱成像儀的移動建立輻射溫度分布基準(zhǔn);冷卻水入口控制球閥通入冷卻水對待檢閥門進(jìn)行冷卻，鼓風(fēng)機(jī)對閥門泄漏檢測系統(tǒng)通風(fēng)，排盡系統(tǒng)內(nèi)殘留的水分； 第二次加熱過程，關(guān)閉第一球閥、冷卻水入口控制球閥和進(jìn)氣閥，高溫高壓水蒸汽處于封閉狀態(tài)，借助紅外熱成像儀建立隨時間變化的輻射溫度二次分布模型;兩次加熱過程中相同位置拍攝的紅外熱成像圖進(jìn)行輻射溫度點(diǎn)陣相減處理，消除因發(fā)射率不均勻造成局部過熱的虛假泄漏干擾，對比輻射溫度差處理結(jié)果圖與可見光圖像確定是否發(fā)生泄漏以及泄漏點(diǎn)的位置;根據(jù)輻射溫度差處理結(jié)果為泄漏量定級，實(shí)現(xiàn)對泄漏量的定級分析;最后打開第一球閥、排蒸汽閥，排出系統(tǒng)內(nèi)的殘留蒸汽，蒸汽經(jīng)過濾裝置過濾后循環(huán)利用。
【文檔編號】G01M3/02GK106092446SQ201610615316
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610615316.0, CN 106092446 A, CN 106092446A, CN 201610615316, CN-A-106092446, CN106092446 A, CN106092446A, CN201610615316, CN201610615316.0
【發(fā)明人】張博, 劉峰, 張奇
【申請人】大連理工大學(xué)