閥門內(nèi)漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在火力發(fā)電廠蒸汽管道上的應(yīng)用

在蒸汽的生產(chǎn)、輸送及使用過程中，蒸汽閥門發(fā)生泄漏的現(xiàn)象頗為常見，而蒸汽的泄漏往往會(huì)造成熱效率的顯著損失，并極易引發(fā)生產(chǎn)過程的安全隱患。因此，加強(qiáng)蒸汽閥門的內(nèi)漏治理，對(duì)于火力發(fā)電廠提升經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、構(gòu)建長效安全機(jī)制具有至關(guān)重要的作用。

蒸汽閥門的泄漏一般分為內(nèi)漏和外漏兩種類型。外漏是指由于各種原因?qū)е鹿艿纼?nèi)的蒸汽泄漏至外部環(huán)境。而內(nèi)漏則通常是指用于分配和切斷蒸汽的閥門無法正?；蛲耆珡氐钻P(guān)閉，進(jìn)而影響閥門阻斷介質(zhì)的能力。蒸汽閥門初期的泄漏，特別是內(nèi)漏，往往呈現(xiàn)出微量且難以察覺的特點(diǎn)，通常需要長時(shí)間的觀察和檢測(cè)才能被發(fā)現(xiàn)。然而，一旦后期蒸汽泄漏程度加劇，維修或更換蒸汽閥門的必要性和成本也將顯著增加。因此，有計(jì)劃地采取有效手段對(duì)關(guān)鍵閥門進(jìn)行監(jiān)控，不僅是消除缺陷、降低成本的優(yōu)先選擇，更是確保生產(chǎn)過程安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵舉措。

一、發(fā)電廠蒸汽管道閥門泄漏綜述

（一）蒸汽管道及其閥門

蒸汽系統(tǒng)是發(fā)電流程中的核心環(huán)節(jié)，主蒸汽流經(jīng)主汽門和高調(diào)門后，進(jìn)入汽輪機(jī)開始做功，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在主汽門前，設(shè)置了高壓旁路閥，該閥門在機(jī)組需要時(shí)開啟，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

主蒸汽在經(jīng)過高壓缸做功后，會(huì)通過高排逆止門返回鍋爐再熱器，這段蒸汽被稱為冷段蒸汽。經(jīng)過再熱器的加熱后，冷段蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫握羝?，隨后經(jīng)過中主門和中調(diào)門進(jìn)入中壓缸進(jìn)行做功。在中主門前，配備了低壓旁路閥，該閥門與凝汽器相連，同樣在需要時(shí)開啟。

中壓缸的出口與低壓缸相連，低壓缸通常設(shè)有兩個(gè)。蒸汽在低壓缸做功后，進(jìn)入凝汽器進(jìn)行冷卻，冷卻后變?yōu)槟Y(jié)水，并匯集到凝汽器的熱井中。凝泵負(fù)責(zé)將熱井中的水抽出，經(jīng)過精處理系統(tǒng)的精細(xì)處理后，再送往軸封加熱器。

在此過程中，蒸汽管道連接著鍋爐、汽輪機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將蒸汽安全、高效地輸送到各個(gè)設(shè)備中。由于蒸汽管道需要承受高溫高壓，因此對(duì)其安全性和穩(wěn)定性要求極高。為了確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、蒸汽管道等設(shè)備進(jìn)行定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備的磨損、腐蝕、泄漏等問題。

（二）閥門內(nèi)漏的主要原因

蒸汽閥門在運(yùn)行過程中常要經(jīng)受高溫、高壓、腐蝕、磨損等惡劣條件的影響，導(dǎo)致其內(nèi)部部件不可避免地受到損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至可能產(chǎn)生內(nèi)漏。主要原因有：

管道中的雜質(zhì)可能損傷密封面；閥門質(zhì)量原因，如密封面材質(zhì)抗磨損能力差；在機(jī)組啟停過程中，若未選擇合適的開關(guān)閥門時(shí)機(jī)，如關(guān)閉過晚或開啟過早，高溫高壓蒸汽可能對(duì)閥門產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖刷，從而損傷密封面；閥門選型不當(dāng)，可能導(dǎo)致空化現(xiàn)象的產(chǎn)生；液擊現(xiàn)象也是造成內(nèi)漏的原因之一；若蒸汽的PH值掌握不當(dāng)，可能對(duì)閥門密封面產(chǎn)生腐蝕；對(duì)于電動(dòng)閥門，其控制元件可能受到環(huán)境或壓力的影響，同時(shí)彈簧疲勞、熱膨脹系數(shù)不均勻等客觀因素也可能導(dǎo)致閥門定位失準(zhǔn)，進(jìn)而引發(fā)內(nèi)漏；對(duì)于氣動(dòng)閥門，控制元件所用壓縮空氣的壓力、清潔度、進(jìn)氣閥的開度及關(guān)反饋的定位等因素有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)門內(nèi)漏。

（三）常見閥門內(nèi)漏的檢測(cè)辦法

1.通過人工觀察

在關(guān)閉了通往無壓漏斗系統(tǒng)的放水閥門后，需細(xì)心觀察放水口漏斗是否仍有連續(xù)不斷且?guī)в袎毫Φ乃鞒?。倘若水未能完全排盡，那么便可能意味著閥門存在內(nèi)漏問題。此時(shí)，可進(jìn)一步確認(rèn)閥門狀態(tài)，將銅質(zhì)聽棒輕置于閥門所在位置，若能聽到明顯的泄漏聲響，則亦可確定為閥門內(nèi)漏。

2.通過溫度判定

對(duì)于高溫類閥門，在連續(xù)關(guān)閉6小時(shí)至8小時(shí)后，使用紅外線測(cè)溫儀精準(zhǔn)測(cè)量閥桿或閥體下游100毫米至150毫米范圍內(nèi)的金屬溫度。若此溫度超過70攝氏度，則可判定該閥門存在內(nèi)漏現(xiàn)象。而對(duì)于低溫類閥門，在關(guān)閉后，閥后溫度會(huì)低于環(huán)境溫度，甚至可能出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，這同樣是閥門內(nèi)漏的明顯跡象。

3.通過改變系統(tǒng)運(yùn)行方式

部分閥門前后存在高溫蒸汽擾動(dòng)，如高級(jí)旁路一級(jí)大旁路和給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)器等，即使這些閥門嚴(yán)密無漏，其閥桿溫度也會(huì)超過70℃。因此，對(duì)于這類閥門，內(nèi)漏的判斷需要采取不同的系統(tǒng)運(yùn)行方式。例如，通過對(duì)比高級(jí)旁路閥后的溫度與汽輪機(jī)低壓缸排氣溫度，或者隔斷高級(jí)旁路減溫水后觀察閥后溫度的變化，來判斷高級(jí)旁路閥是否存在內(nèi)漏。同樣，可以通過關(guān)閉給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)器前后的隔離門，觀察給水泵流量是否發(fā)生變化，從而判斷給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)器是否出現(xiàn)內(nèi)漏。

4.超聲波方法

寬頻率聲學(xué)在線監(jiān)測(cè)儀能夠精準(zhǔn)捕捉閥門處帶壓氣體泄漏時(shí)所產(chǎn)生的超聲波（超聲頻段聲壓變化），從而有效識(shí)別持續(xù)微小的氣體泄漏事件，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)閥門運(yùn)行狀態(tài)及其泄漏狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦監(jiān)測(cè)到泄漏噪聲信號(hào)，系統(tǒng)將立即進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)分析，以準(zhǔn)確判斷是否存在泄漏情況，并隨即發(fā)出泄漏報(bào)警指令。

相較于傳統(tǒng)閥門內(nèi)漏檢測(cè)方法，在線式超聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)在閥門泄漏信號(hào)檢測(cè)方面展現(xiàn)出了卓越的性能特點(diǎn)，包括高精度、低誤報(bào)率、全天候以及智能化等。這一先進(jìn)技術(shù)能夠顯著提升閥門內(nèi)漏檢測(cè)的效率與準(zhǔn)確性，滿足實(shí)際應(yīng)用中的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.通過其他方式

并排連接著人疏和放水母管的疏水門或排污門，當(dāng)這些閥門的最后一道位置靠近母管時(shí)，一旦管路中任一支路閥門的內(nèi)漏發(fā)生，將會(huì)導(dǎo)致其他閥門的溫度異常升高，甚至可能超過70℃。這樣的情況常見于鍋爐疏放水系統(tǒng)閥門等設(shè)備中。因此，對(duì)于這些閥門是否存在內(nèi)漏的判定，我們需要采取其他更為精確的方法。通常，我們可以測(cè)量閥門前管壁的溫度或一次門前閥桿的溫度，以此來確定閥門是否內(nèi)漏。

二、在線式閥門內(nèi)漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理及方案

經(jīng)過對(duì)蒸汽管道閥門運(yùn)行過程中的聲學(xué)特性和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面而深入的剖析，精準(zhǔn)捕捉到閥門在不同工況下的聲音特征變化以及溫度動(dòng)態(tài)波動(dòng)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，成功構(gòu)建了一個(gè)基于采樣矩陣的蒸汽管道閥門聲學(xué)與溫度一體化模型，該模型將閥門開啟、關(guān)閉以及泄漏等狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的聲學(xué)特征和溫度數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)閥門運(yùn)行狀態(tài)的精確描述與預(yù)測(cè)。閥門內(nèi)漏檢測(cè)系統(tǒng)。

當(dāng)輸送管路出現(xiàn)外漏或閥門內(nèi)漏情況時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特定的超聲信號(hào)。這一信號(hào)被寬頻超聲波傳感器精準(zhǔn)捕捉，經(jīng)過濾波和信號(hào)放大等必要的處理后，被轉(zhuǎn)化為清晰的數(shù)字信號(hào)。隨后，這些信號(hào)所對(duì)應(yīng)的圖譜和泄漏數(shù)值被實(shí)時(shí)上傳至上位機(jī)工作站。與此同時(shí)，溫度傳感技術(shù)則實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)著閥門和管道的表面溫度，并將這些數(shù)據(jù)整合到矩陣數(shù)據(jù)庫中。

通過對(duì)已建立的正樣本和負(fù)樣本庫進(jìn)行深入的對(duì)比分析，以及結(jié)合趨勢(shì)分析曲線，系統(tǒng)能夠自動(dòng)判定閥門的工作狀態(tài)，并準(zhǔn)確識(shí)別是否存在泄漏現(xiàn)象。

三、在線式閥門內(nèi)漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在發(fā)電廠中的實(shí)際應(yīng)用

（一）某發(fā)電廠應(yīng)用情況

受監(jiān)測(cè)閥門名單如表1所示，通過閥門的實(shí)際使用情況和檢測(cè)結(jié)果，我們會(huì)定期對(duì)閥門進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，以延長其使用壽命。

表1  受監(jiān)測(cè)閥門清單

（二）應(yīng)用方案

閥門內(nèi)漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。對(duì)于發(fā)電廠蒸汽管道閥門中單獨(dú)設(shè)置（無相鄰近安裝）的單個(gè)閥門，我們?yōu)槠渑渲昧?臺(tái)超聲波閥門內(nèi)漏檢測(cè)儀，以確保每個(gè)閥門都得到精確的監(jiān)測(cè)。該設(shè)備能夠采集聲學(xué)信息和溫度信息，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、比對(duì)和分析，從而提供閥門工作狀態(tài)的全面評(píng)估。

超聲波閥門內(nèi)漏無線采集器與超聲波閥門內(nèi)漏檢測(cè)儀通過無線方式進(jìn)行連接，而采集器后端則與傳輸控制模塊緊密相連。這種設(shè)計(jì)可以無線、實(shí)時(shí)地采集和匯總超聲波閥門內(nèi)漏檢測(cè)儀的數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)能夠通過有線或無線方式安全、高效地上傳至監(jiān)測(cè)主站平臺(tái)。

聲光報(bào)警模塊部署在發(fā)電廠蒸汽管道閥門的監(jiān)控中心，與主站系統(tǒng)緊密配合，形成一套完善的氣體泄漏報(bào)警系統(tǒng)。一旦檢測(cè)到氣體泄漏，聲光報(bào)警模塊會(huì)立即接收?qǐng)?bào)警指令，并發(fā)出高頻、高強(qiáng)度的警笛聲和高亮度的警示性燈光，以引起操作人員的注意。

客戶端計(jì)算機(jī)則是系統(tǒng)指定用戶登錄閥門內(nèi)漏分析系統(tǒng)的關(guān)鍵工具。它不僅與超聲波閥門內(nèi)漏無線采集器相連（通過無線傳輸控制模塊），還為用戶提供了一個(gè)便捷的接口，用于瀏覽和查詢軟件運(yùn)行信息，對(duì)軟件進(jìn)行操作。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過客戶端計(jì)算機(jī)向用戶顯示詳盡的系統(tǒng)監(jiān)控信息和及時(shí)的報(bào)警信息。

（三）目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)通過安裝在閥門下游管道上的超聲波傳感器捕捉閥門內(nèi)漏產(chǎn)生的特定頻率超聲波信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶壓氣體的泄漏情況。傳感器集成了溫度和超聲波數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。系統(tǒng)包括超聲波內(nèi)漏檢測(cè)儀、超聲波無線采集控制器等硬件設(shè)備，以及集成了工藝流程可視化監(jiān)測(cè)、預(yù)警、閥門運(yùn)行狀態(tài)查看等功能的軟件系統(tǒng)。超聲波內(nèi)漏檢測(cè)儀外觀適中，拆裝方便，能在不同溫度環(huán)境下穩(wěn)定工作，采用無線傳輸和電池供電模式，續(xù)航能力強(qiáng)。整個(gè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別閥門內(nèi)漏問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫管道的長期穩(wěn)定運(yùn)行監(jiān)測(cè)，且非侵入式安裝不影響管道正常運(yùn)行和安全。閥門內(nèi)漏自動(dòng)檢出率高達(dá)百分之百，確保了監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

四、結(jié)語

閥門內(nèi)漏不僅會(huì)導(dǎo)致高溫蒸汽的無效消耗，降低機(jī)組的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性，而且對(duì)于嚴(yán)重的情況，電廠不得不頻繁地進(jìn)行閥門維修，從而增加了維護(hù)工作量及相應(yīng)的維修費(fèi)用。通過對(duì)閥門狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理閥門問題，有效降低維修成本，同時(shí)提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

文章來源： 《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》   http://00559.cn/w/kj/32519.html