一种阀门内漏泄漏率评价装置及评价等级方法
阅读说明：本技术 一种阀门内漏泄漏率评价装置及评价等级方法 (Valve internal leakage rate evaluation device and evaluation grade method ) 是由 王琼 魏新明 贾润中 朱亮 肖安山 朱胜杰 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阀门内漏泄漏率评价装置及评价等级方法,涉及石化企业阀门泄漏检测技术领域。其解决了现有技术中测试装置无法对阀门内漏定级诊断的技术问题。该评价装置包括储气罐、空压机、阀二、流量计及测试阀门,测试阀门上安装有声学传感器,声学传感器通过数据线连接有声学采集设备。评价测试开始后,通过声学采集设备采集声学信号,记录压力值、气体流量值等参数信息,根据内漏流量Q-AErms曲线进行函数拟合,进而得到Q-AErms拟合函数；结合流量等级划分标准,即得测试阀门内漏AErms评价标准。本发明不需停工,即可在线通过声学参数判定阀门内漏泄漏等级,本发明装置及方法可在石化企业推广使用。(The invention discloses a valve internal leakage rate evaluation device and a grade evaluation method, and relates to the technical field of valve leakage detection of petrochemical enterprises. The technical problem that a testing device in the prior art cannot carry out level-setting diagnosis on the internal leakage of the valve is solved. The evaluation device comprises a gas storage tank, an air compressor, a valve II, a flowmeter and a test valve, wherein an acoustic sensor is installed on the test valve, and the acoustic sensor is connected with acoustic acquisition equipment through a data line. After the evaluation test is started, acquiring acoustic signals through acoustic acquisition equipment, recording parameter information such as pressure values and gas flow values, and performing function fitting according to an internal leakage flow Q-AErms curve to further obtain a Q-AErms fitting function; and combining the flow grade division standard to obtain the evaluation standard of the internal leakage AErms of the test valve. The device and the method can judge the leakage grade in the valve on line through the acoustic parameters without shutdown, and can be popularized and used in petrochemical enterprises.)
技术领域
本发明涉及石化企业阀门泄漏检测技术领域，具体涉及一种阀门内漏泄漏率评价装置及评价等级方法。
背景技术
在石油、石化行业的过程装置中，阀门是必不可少的一部分。目前，随着装备制造技术的不断发展，石化装置中使用的阀门无论是体积还是结构复杂程度及技术水平，都普遍得到提高。随着石化装置生产工艺及物料种类的不断多元化，使得阀门的运行工况日益复杂、恶劣，阀门启闭操作日益频繁，加上使用维修不当因素，使得石化装置阀门跑、冒、滴、漏现象时有发生。因此，在石油化工生产过程中，及时、高效、准确地发现阀门的泄漏，有效的泄漏等级判断为石化生产，安全维护具有重要意义。
现有技术有关阀门泄漏率的检测装置及方法主要有：
CN201723983U公开了一种气体低泄漏计量检测装置，该装置主要由高位水箱、低位水箱，水管、气管、量筒、阀门及控制器构成，主要目的是要形成量筒内充满水的倒扣真空，以便使用“排水集气法”收集气体，测量气体的泄漏量，高位水箱和量筒之间用水管连通，量筒排水口用集水漏斗收集并通过管路回流到低位水箱，高位水箱的上部连接排气管，量筒的上端通过关断阀连接到排气管上，量筒的下端通过三通阀连接到水管上，集气管有两个以上分支气管，其中一个深入到高位水箱里，另外的分别深入到量筒内。
CN 107462379A公开了一种阀门泄漏率的自动测试装置，包括如下组成部分：一导气单元，用于将被测阀门泄漏的气体排放至大气或者存气单元；一存气单元，用于贮存排放至其中的被测阀门泄漏的气体；一检测单元，用于检测贮存在所述存气单元中的气体的体积；一自动控制单元，所述自动控制单元分别与导气单元和检测单元电连接。
上述用于检测阀门泄漏率的测试装置中，前者需要手动对测量，其计量检测更多的依赖于人工；后者虽然可以通过自动控制单元实现自动化，但是无法对阀门内漏定级诊断。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种阀门内漏泄漏率评价装置，其可以对阀门内漏实现在线监测。
一种阀门内漏泄漏率评价装置，其包括储气罐、空压机、阀二、流量计及测试阀门，所述的空压机用于对储气罐进行冲压，所述的储气罐与所述的流量计之间连接的管道上依次设置所述的阀二和测试阀门，所述的测试阀门上安装有声学传感器，所述的声学传感器通过数据线连接有声学采集设备。
作为本发明的一个优选方案，所述的储气罐上安装有压力表，当所述的空压机对储气罐进行冲压时，通过所述的压力表来监测压力值。
作为本发明的另一个优选方案，所述的测试阀门为闸阀或球阀。
上述的球阀为浮动球阀、固定球阀、对夹式球阀、三通球阀或V型球阀。
上述的闸阀为明杆闸阀或暗杆闸阀。
按照规格，上述的球阀包括101球阀规格、104球阀规格，上述的101球阀规格包括DN100、DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80。
本发明的目的之二在于提供一种阀门内漏泄漏率评价等级方法，其可以判定阀门内漏泄漏等级。
一种阀门内漏泄漏率评价等级方法，其采用上述的一种阀门内漏泄漏率评价装置，通过所述的声学传感器测得声学参数AErms，通过所述的流量计测得内漏量，通过连接在储气罐上的压力表来提供测试压力参数，根据内漏流量Q-AErms曲线进行函数拟合，进而得到Q-AErms拟合函数；然后根据Q-AErms拟合函数，结合流量等级划分标准，即得测试阀门内漏AErms评价标准。
进一步优选，上述的AErms评价标准为：
进一步优选，上述的Q-AErms拟合函数如式(1)所示：
lg Qg＝3.302*lg AErms-4.642 (1)；
式中：Qg为标准状态下的气体流量，m3/h；
AErms为声学传感器测得的声学参数。
进一步的，当X＜Fγ·Xτ时，Qg＝0.28(X)1/2Yp1Kv
当X≥Fγ·Xτ时，Qg＝0.19(Xτ)1/2p1Kv
其中：Qg---标准状态下的气体流量，m3/h；
Kv---额定流量系数，无量纲；
X---压差与入口绝对压力之比(Δp/p1)，无量纲；
Y---膨胀系数，Y＝1-X/(3Xτ),(当X＞Fγ·Xτ时:Y取值0.667)，无量纲；
p1---阀前绝对压力，kPa；
Xτ---阻塞流条件下无附接管件控制阀的压差比系数，无量纲；
Fγ---比热比系数，规定温度范围内空气的Fγ＝1，无量纲。
进一步优选，上述的Kv按照式(2)、(3)来计算得到：
式(2)中：Cv---流量系数，Usgal/min；
K---流阻系数，无量纲；
D---阀门通径，inch；
Kv＝Cv/1.156 (3)；
进一步优选，式(2)、式(3)中各参数取值参照GBT4213-2008气动调节阀以及GBT17214.2-2005工业过程控制阀。
进一步优选，当测试阀门为闸阀时，流阻系数K-公称直径/mm函数为：
当测试阀门为球阀时，流阻系数K-公称直径/mm函数为：
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
(1)通过声学传感器等设备来获得声学参数，声发射检测手段可以有效进行阀门内漏的在线检测，避免停工带来的经济损失；
(2)本发明的阀门内漏泄漏率等级评价方法可以对内漏严重程度进行分级，填补了目前对于阀门内漏泄漏量大小评定没有明确标准的空白；
(3)测试阀门可以为球阀或闸阀，其阀门类型、阀门口径均不受本发明方法的限制；
(4)本发明不需停工，即可在线通过声学参数判定阀门内漏泄漏等级。本发明利用声发射检测手段可以有效进行阀门内漏的在线检测，避免停工带来的经济损失；目前现场对于阀门内漏泄漏量大小评定没有明确标准，本发明的阀门内漏泄漏率等级评价方法可以对内漏严重程度进行分级。
(5)本发明装置及方法使用安全，便于施行，可在石化企业推广使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明一种阀门内漏泄漏率评价装置的结构示意图；
图2为阀门内漏等级划分示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种阀门内漏泄漏率评价装置及评价等级方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”等等将被理解为包括所陈述的部件或组成部分，而并未排除其他部件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个部件或特征与另一部件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他部件或特征“下方”或“下”的部件将取向在所述部件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。部件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
本发明中述及的“空压机”是指空气式压缩机。
如图1所示，本发明阀门内漏泄漏率评价装置，其包括储气罐、空压机、阀一、阀二、流量计、测试阀门及声学传感器，空压机与储气罐连接，用于对储气罐进行冲压，在储气罐上安装有压力表，当空压机对储气罐进行冲压时，通过压力表来监测压力值，当压力表指数达到测试压力后，停止空压机，并且关闭阀一，准备测试。
上述的储气罐，是指专门用来储存气体的设备，同时起稳定系统压力的作用，根据储气罐的承受压力不同可以分为高压储气罐，低压储气罐，常压储气罐。根据储气罐材质不同可以分为:碳素钢储气罐、低合金钢储气罐、不锈钢储气罐。具体到本发明，考虑到满足不同石化场景气相工况的条件，因此优选高压储气罐，该高压储气罐可满足较大压力范围。
上述的空压机，即为空气式压缩机，其是一种用以压缩气体的设备，其结构与水泵类似，本领域技术人员借鉴现有技术即可实现，此处不做详细冗述。
上述的声学传感器，其作用原理是将声压波转换成机械元件的振动，并通过压电、电阻率、磁导或电容的变化来定性检测这些振动。
储气罐与流量计之间连接的管道上依次设置所述的阀二和测试阀门，测试阀门上安装声学传感器，声学传感器通过数据线连接有声学采集设备。
流量计安装在测试阀门的后面，打开阀二，通过调节测试阀门开度进行不同流量测试，测试开始后采集声学信号，记录压力值、气体流量值等参数信息。
上述的声学传感器的具体结构及其监测方法不做详细冗述，其借鉴现有技术即可实现。
本发明中述及的测试阀门，其形状、规格、种类均不受限，如测试阀门为闸阀或球阀。具体到球阀，可根据种类分为浮动球阀、固定球阀、对夹式球阀、三通球阀或V型球阀、不锈钢球阀等等。
具体到闸阀，又可分为明杆闸阀或暗杆闸阀等等。
从不锈钢球阀的规格方面又有诸如101球阀、104球阀、201球阀、206法兰球阀、216球阀等等。诸如对其中每个规格的球阀规格：
101球阀规格包括DN100、DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80；
104球阀规格包括：DN10、DN100、DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN8、DN80；
201球阀规格：DN10、DN100、DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN8、DN80；
206法兰球阀规格：DN100、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80；
216球阀规格：DN15、DN15、DN20、DN20、DN25、DN25、DN32、DN32、DN40、DN40、DN50等等。
上述对于球阀或闸阀的种类及规格不再做详细介绍，本领域技术人员可根据实际需要进行合理选择。
下面结合具体实施例对本发明评价方法做详细说明。
实施例1：
一种阀门内漏泄漏率评价等级方法，其采用的阀门内漏泄漏率评价装置，包括储气罐、空压机、阀二、流量计及测试阀门，空压机用于对储气罐进行冲压，储气罐与所述的流量计之间连接的管道上依次设置所述的阀二和测试阀门，所述的测试阀门上安装有声学传感器，所述的声学传感器通过数据线连接有声学采集设备；储气罐上安装有压力表，当所述的空压机对储气罐进行冲压时，通过所述的压力表来监测压力值。
阀门内漏泄漏率评价等级方法具体包括以下步骤：
第一步、通过声学传感器测得声学参数AErms，通过流量计测得内漏量；
第二步、通过连接在储气罐上的压力表来提供测试压力参数，根据内漏流量Q-AErms曲线进行函数拟合，进而得到Q-AErms拟合函数；
第三步、根据Q-AErms拟合函数，结合流量等级划分标准，即得测试阀门内漏AErms评价标准。
实施例2：
阀门内漏泄漏率评价装置，包括储气罐、空压机、阀二、流量计及测试阀门，空压机用于对储气罐进行冲压，储气罐与所述的流量计之间连接的管道上依次设置所述的阀二和测试阀门，所述的测试阀门上安装有声学传感器，所述的声学传感器通过数据线连接有声学采集设备；储气罐上安装有压力表，当所述的空压机对储气罐进行冲压时，通过所述的压力表来监测压力值。
根据《GBT 4213-2008气动调节阀》以及《GBT17214.2-2005工业过程控制阀第5-1部分》，对阀门额定容量进行计算标准中的公式如下表所示。
表1 阀门额定容量计算公式
其中，Qg---标准状态下的气体流量，m3/h；
Kv---额定流量系数，无量纲；
X---压差与入口绝对压力之比(Δp/p1)，无量纲；
Y---膨胀系数，Y＝1-X/(3Xτ),(当X＞Fγ·Xτ时:Y取值0.667)，无量纲；
p1---阀前绝对压力，kPa；
Xτ---阻塞流条件下无附接管件控制阀的压差比系数，无量纲；
Fγ---比热比系数，规定温度范围内空气的Fγ＝1，无量纲；
根据以上公式对阀门额定容量进行计算，式中额定流量系数Kv将按照以下公式计算，式中各参数取值参考《GBT4213-2008气动调节阀》以及《GBT17214.2-2005工业过程控制阀》。
Cv---流量系数，Usgal/min；
K---流阻系数，无量纲；
D---阀门通径，inch；
Kv＝Cv/1.156
不同尺寸、类型阀门流阻系数K如下表2所示。
表2 不同尺寸、类型阀门流阻系数K
根据以上数据可知，球阀流阻系数为常数0.1，而闸阀和截阀流阻系数非定值，对闸阀、截止阀公称直径和流阻系数拟合，得到流阻系数K-公称直径函数，如表3所示。
表3 闸阀、截止阀流阻系数K-公称直径(mm)函数
截止阀额定容量计算公式：
(Usgal/min)
Kv＝101.9÷1.156＝88.12m3/h
由于因此采用公式计算Qg。
Qg＝18389L/min
根据以上算法，分别计算阀门额定容量。依据《GBT4213-2008气动调节阀》以及《GBT17214.2-2005工业过程控制阀》规定，Qg×10-4为微小泄漏，Qg×10-3为小泄漏，Qg×5×10-3为中等泄漏，Qg×10-2为大泄漏。
实施例3：
阀门内漏泄漏率评价装置，包括储气罐、空压机、阀二、流量计及测试阀门，空压机用于对储气罐进行冲压，储气罐与所述的流量计之间连接的管道上依次设置所述的阀二和测试阀门，所述的测试阀门上安装有声学传感器，所述的声学传感器通过数据线连接有声学采集设备；储气罐上安装有压力表，当所述的空压机对储气罐进行冲压时，通过所述的压力表来监测压力值。
在实施例2的基础上，测试阀门为闸阀0.1MPa条件为例。
使用压缩机进行加压。测试压力采用0.1MPa进行测试，测试采用DN65闸阀，通过调节闸阀开度调整泄漏流量，通过流量计进行测定，泄漏率以6L/min的差值从6L/min到120L/min，进行测试。采集各工况下的声发射信号数据，以为诊断方法提供数据支撑。采用声发射采集设备进行检测，传感器选用30kHz谐振传感器。
根据声学测试测得声学参数AErms、流量计测内漏量、测试压力等参数，根据内漏流量Q-AErms曲线进行函数拟合，进而得到Q-AErms拟合函数。
DN65闸阀Q-AErms函数拟合系数R-square为0.8404，符合工程R-square>0.9的应用要求，拟合函数为lg Q＝3.302*lg A Erms-4.642。
根据Q-AErms拟合函数，结合流量等级划分标准，得到DN65闸阀内漏AErms评价标准，如表4所示。
表4 DN65球阀内漏AErms评价标准
如图2所示，依照工程标准，AErms评价标准向下取5％，如阀门内漏信号AErms高于微小泄漏标准95％，则评价该阀门为小泄漏，如阀门内漏AErms低于微小泄漏标准95％，则评价该阀门为微小泄漏。
综上所述，本发明提供的一种阀门内漏泄漏率评价等级方法，包含多种阀门类型、阀门口径、满足不同泄漏量测量要求，使用本发明方法，可以通过声学参数判定阀门内漏泄漏等级。本发明阀门内漏泄漏率评价装置不需停工，即可在线通过声学参数判定阀门内漏泄漏等级，本发明阀门内漏泄漏率评价装置及评价方法可在石化企业推广使用。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。
尽管本文中较多的使用了诸如储气罐、空压机、流量计、测试阀门等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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