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声发射技术在阀门泄漏在线监测方面的应用

作　者: 孔德连
导　师: 杨剑锋
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 声发射阀门泄漏检测在线监测远程监控
分类号: TG115.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在流体管道系统中,阀门是一种常见的机械产品,其主要作用是隔离设备和管道、防止回流、调节压力和流量等,因此阀门安全性的重要程度不言而喻。在石油化工系统中,阀门是装置中不可或缺的部分,使用的种类非常繁多,数量也非常巨大,并且石油化工生产过程中的介质大多具有腐蚀性强、易燃、易爆等特点。在实际使用中,阀门泄漏事故常有发生,并且绝大部分泄漏是看不见的,因此不仅会造成原材料和产品的巨大浪费,而且还会对周围环境造成严重破坏,甚至造成灾难性的安全事故。据统计数据表明,约22%的工业阀门存在泄漏问题,在近30年世界石油化工业爆发了一百多起特大火灾爆炸事故,其中,阀门、管道的泄漏所引发的事故几率占35.1%；而在石油化工装置(如阀门、泵、压缩机和法兰等)中,由阀门泄漏造成的有机化合物(voc)的无控释放量占到60%。因此,在石油化工生产过程中,及时准确的发现阀门的泄漏具有重要意义。声发射是指材料中局域源快速释放能量产生瞬态应力波的现象,简称AE。当阀门由于内部密封性能不好而造成内漏时,阀体内介质会从密封面的缝隙喷射而出,形成湍流,此湍流在阀门内部会产生冲击而激发弹性波,即泄漏时的声发射信号。将声发射传感器贴在阀门外壁,接收阀门泄漏时产生的弹性波,然后再将其转化为电信号,由仪器来分析阀门是否泄漏,从而达到阀门泄漏检测的作用。本课题采用美国物理声学公司提供的阀门泄漏专用传感器IS-9203B和阀门在线监测系统VPAC-1278、PCI-8数据采集卡以及Labview分析软件,对阀门泄漏进行在线监测,并能估算出阀门的泄漏率。声发射技术用于阀门泄漏的在线监测目前还处于起步状态,在石油化工系统中,还没有达到全面应用的地步。本课题通过研究进一步证实了声发射技术用于阀门泄漏检测的可行性,继续推进了阀门泄漏检测的发展。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-19
  1.1 课题研究背景  15
  1.2 阀门泄漏检测技术的研究现状与发展趋势  15-16
    1.2.1 阀门泄漏的主要检测方法  15
    1.2.2 石油化工生产中阀门检测技术的应用  15-16
    1.2.3 阀门泄漏检测的发展趋势  16
  1.3 本课题的主要研究内容  16
  1.4 前人研究成果  16-17
  1.5 目前存在的问题  17
  1.6 研究中遇到的难点  17-19
第二章声发射简介  19-27
  2.1 声发射技术  19-21
    2.1.1 什么是声发射技术  19
    2.1.2 常见的声发射源  19
    2.1.3 声发射信号的特点  19
    2.1.4 声发射技术的特点  19-20
    2.1.5 声发射信号的类型  20-21
    2.1.6 声发射信号的特征参数  21
  2.2 声发射信号常用的处理方法  21-27
    2.2.1. 声发射信号的参数分析方法  22-25
    2.2.2 声发射信号的波形分析方法  25-27
第三章阀门及其泄漏分析  27-33
  3.1 阀门简介  27-29
    3.1.1 阀门  27
    3.1.2 阀门的分类  27-29
  3.2 阀门泄漏的原因分析  29-33
    3.2.1 阀门泄漏的状况  29-30
    3.2.2 阀门泄漏的原因  30-33
第四章阀门泄漏的声发射检测  33-39
  4.1 流体及其物理性质  33-34
    4.1.1 流体的微观特性和宏观特性  33
    4.1.2 流体的易变形性  33
    4.1.3 层流和湍流  33-34
  4.2 用声发射检测阀门泄漏的原理  34-37
    4.2.1 湍流产生的基本原理  34
    4.2.2 影响泄漏声发射信号强度的因素  34-37
  4.3 描述阀门泄漏声发射信号的参数  37-39
    4.3.1 有效值电压  37
    4.3.2 平均信号电平  37-38
    4.3.3 能量  38-39
第五章阀门泄漏声发射监测系统的组成  39-51
  5.1 声发射系统的基本组成  39
  5.2 声发射监测系统的硬件部分  39-45
    5.2.1 声发射传感器  40-41
    5.2.2 VPAC-1278系统  41-42
    5.2.3 防爆栅栏  42-43
    5.2.4 泄漏率的评估  43
    5.2.5 信号采集卡  43-44
    5.2.6 声发射监测系统的其他硬件构成  44-45
  5.3 声发射监测系统的软件部分  45-51
    5.3.1 监测系统的硬件回顾  45-46
    5.3.2 程序的层次结构  46
    5.3.3 PCI-8采集卡的动态链接库  46-48
    5.3.4 数据的转换与显示  48
    5.3.5 报警的设置与触发  48-49
    5.3.6 数据的保存与重放  49-51
第六章阀门泄漏声发射信号的处理和分析  51-69
  6.1 阀门泄漏声发射监测实验概述  51
  6.2 通用声发射系统的泄漏检测实验  51-55
    6.2.1 实验简介  51-52
    6.2.2 实验原理及步骤  52
    6.2.3 实验数据分析  52-55
    6.2.4 实验小结  55
  6.3 阀门泄漏在线监测的信号分析  55-69
    6.3.1 实验简介  55-58
    6.3.2 实验数据分析  58-67
    6.3.3 实验总结  67-69
第七章结论  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
研究成果及发表的学术论文  75-76
作者及导师简介  76-77
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  77-78

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