CN113464711A - 一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统及方法，本发明系统包括管线振动传感器、阀门振动传感器和微型处理器；在安装于热工主系统的分支上或安装于热工主系统中的隔离阀门的上游和/或下游布置所述管线振动传感器；在所述隔离阀门的阀杆和阀体上布置所述阀门振动传感器；所述管线振动传感器和阀门振动传感器将检测到的振动信号上传给所述微型处理器进行处理，监测所述隔离阀门的内漏情况。本发明采用振动传感器测量阀门运动部件阀杆上以及阀体上的振动特性，结合前端微型处理器，输入完全截断后的典型振动特性，大数据对比分析泄漏情况，并根据振动特性的变化情况计算获得当前泄漏量，实现阀门内漏的有效监测。

Description

一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统及方法

技术领域

本发明属于阀门内漏测试技术领域，具体涉及一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统及方法。

背景技术

阀门是热工流体系统中广泛使用的机械设备，作为流体管路的控制装置，其基本功能是接通或者切断管路输送介质、改变介质流通方向、调节介质的压力和流量，保护管路、设备及系统的正常运行。对绝大多数阀门而言，阀座泄漏(内漏)是其最主要的失效形式，也是影响阀门安全运行的首要问题。阀门长期运行后会出现阀座密封磨损或者密封预紧力下降等原因导致阀座泄漏，不仅造成系统压力损失、流体浪费，更会影响热工系统及装置的安全性及经济性。对于阀门内漏这个普遍问题，现今缺乏有效的监测手段，准确监测阀门内漏情况为热工系统的安全运行提供时时有效的数据基础。

现有的阀门内漏监测装置及系统较少，并且均存在各自的设计缺陷无法准确监测热工运行系统中阀门内漏情况，经查询有关文献提出过内漏监测概念的，具体如下：

现有技术1，在阀门下游开孔设置液位测量部件，当阀门截断后如有内漏，下游液位会上升，测量液位高度变化表征阀门是否内漏以及内漏量。但该装置及方法，在热工管路系统中无法适用，其一阀门下游管线一直存在介质，即使隔离状态下阀门后端管线也是充满介质的；其二对于热工系统中高温介质，即使截断后下游也是不允许排放的。综上所述，该方法对于热工系统是不具有可行性的。

现有技术2，采用超声波进行泄漏探测，当发生泄漏时该部位会出现传递声波。但该方法具有较大局限性，当管道处于振动环境或其它干扰下，就会被覆盖；此外对于微渗漏难以监测。综上所述，对于热工管道系统，阀门内漏均为小泄漏并且常处于旋转机械设备振动条件下，采用超声波监测阀门内漏很难实现。

现有技术3，通过阀门上下游内部蒸汽的热工参数测量，转换计算分析蒸汽阀门是否泄漏以及泄漏量。但该方法存在致命缺陷就是未考虑下游蒸汽冷凝相变的影响，导致即使蒸汽条件下泄漏监测也未必适用；此外该专利中阀门上下游介质温度采用温度传感器测量内部单点温度，具有较大随机性，无法表征上下游温度场典型温度，故该方法肯定无法推广至各种介质条件下的阀门内漏监测。

发明内容

本发明提供了一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统。本发明采用振动测量传感器(光纤振动传感器、振动加速度传感器等)采集阀门运动部件阀杆上以及阀体上的振动信号，结合前端微型处理器，基于关闭截断后的振动特性，大数据对比分析泄漏情况，并根据振动信号的变化情况计算获得当前泄漏量，实现阀门内漏的有效监测。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，包括管线振动传感器、阀门振动传感器和微型处理器；

在安装于热工主系统的分支上或安装于热工主系统中的隔离阀门的上游和/或下游布置所述管线振动传感器；

在所述隔离阀门的阀杆和阀体上布置所述阀门振动传感器；

所述管线振动传感器和阀门振动传感器将检测到的振动信号上传给所述微型处理器进行处理，监测所述隔离阀门的内漏情况。

本发明的监测系统工作原理：通过在阀门运动部件阀杆上以及阀体上设置的振动测量传感器获得阀杆以及阀体上的振动信号。当阀门内漏时，阀流对阀瓣的相互作用会产生振动特性，阀瓣的振动会传递至连接件阀杆上，同时结合阀座的振动特性，进行智能化分析，提取出内漏的典型振动特性，结合微型处理器，进行在线振动信号对比分析，根据实时振动信号，诊断内漏情况。

优选的，本发明的管线振动传感器和阀门振动传感器采用光纤振动传感器或振动加速度传感器。

优选的，本发明的微型处理器还用于对管线振动传感器和阀门振动传感器上传的振动数据进行处理，得到实时振动特性，并将实时振动特性与典型振动特性进行对比，从而判定所述隔离阀门是否存在泄漏。

优选的，本发明的系统还包括存储器；

所述微型处理器和所述存储器构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构；

所述微型处理器可根据历史采集的振动数据分析提取出无泄漏工况下的典型振动特性存储至所述存储器或者所述微型处理器将场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型振动特性信号输入至所述存储器，作为典型振动特性用于对比判断所述隔离阀门的泄漏情况。

优选的，本发明的微型处理器还用于将数据处理结果上报给所述热工运行监控系统进行内漏报警。

优选的，本发明的系统还包括放大器；

所述放大器用于对所述管线振动传感器和阀门振动传感器获得的振动信号进行放大处理之后传输给所述微型处理器进行数据处理。

另一方面，本发明还提出了如本申请所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统的方法，包括：

步骤1，实时获取所述管线振动传感器和所述阀门振动传感器采集的振动信号；

步骤2，对实时获取的振动信号进行处理得到实时振动特性，并将该实时振动特性与典型振动特性进行对比，确定所述隔离阀门的内漏情况。

优选的，本发明的步骤2中通过从所述阀门振动传感器获取的阀门振动信号中去除所述管线振动传感器获取的阀门所在管线的振动信号，从而得到仅表征阀门自身振动的实时振动特性。

优选的，本发明的步骤2的典型振动特性获取方式包括：

通过历史记录的振动数据，进行大数据处理或可视化图像识别，提取出截断后的稳态振动特性，作为典型振动特性；

或者，通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型振动特性输入，作为典型振动特性。

优选的，本发明的方法还包括：

步骤3，将获得的泄漏情况上报给热工运行监控系统进行内漏报警。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用振动测量传感器测量阀门运动部件阀杆上以及阀体上的振动信号，通过固有的振动特性变化间接诊断内漏情况，实现阀门内漏的有效监测且不受使用环境限制。

2、本发明结合前端微型处理器，根据振动信号的变化规律，模拟计算出实时泄漏量，获得有效的定量数据，为热工系统的运行提供在线数据，为系统运行的操作决断提供数据支撑。

3、本发明仅需在阀门运动部件阀杆上以及阀体上振动测量传感器即可实现阀门内漏监测，无需额外的安装空间，便于运行装置增设及后续检测。

4、本发明不仅可实现阀门内漏监测，同时也可以监测阀门运行状态，为阀门在线运行状态及健康管理提供重要数据支持。

5、本发明通过增加微型处理器实现阀门内漏监测的同时进行进一步数据处理，得到泄漏情况(泄漏状态、泄漏量等)，仅将数据处理结果上报给上位机系统进行告警，无须实时传输大量复杂数据，提高了传输效率，便于操作人员的利用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的阀门振动传感器布置示意图。

图3为本发明的数据处理流程示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-热工主系统，2-管线振动传感器，3-隔离阀门，31-阀杆，32-阀体，33-阀门振动传感器，4-传输信号线，5-信号调解器，6-微型处理器，7-存储器，8-传输信号线，9-DCS运行系统。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例提供了一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，本实施例的监测系统适用于隔离阀门3安装于热工主系统1的分支上，或者适用于隔离阀门3安装于主系统1中的工况下。

具体如图1所示，本实施例的监测系统主要包括管线振动传感器2、阀门振动传感器33和微型处理器6。

其中，在隔离阀门3下游连接处和/或热工主系统1分支连接处(隔离阀门3上游)布置有管线振动传感器2，用于测量隔离阀门3所在管线的振动情况；

如图2所示，在阀门运动部件阀杆31以及阀体32上设置阀门振动传感器33，当阀门关闭无泄漏时，阀瓣处于静止状态；当阀座泄漏时，漏流会导致阀瓣受到流动扰动产生振动特性，该振动特性传递到阀杆31和阀体32上的振动传感器上。

本实施例的管线振动传感器2和阀门振动传感器33将检测到的振动信号上传给微型处理器6进行处理，确定该隔离阀门3的内漏情况。

本实施例的工作原理：由于介质的渗漏导致阀门运动部件阀杆上以及阀体上的振动特性的变化，通过振动特性与输入的典型振动信号对比提取特征，从而诊断出内漏情况。并且根据振动信号的变化情况，模拟计算出时时泄漏量，为热工系统的运行提供时时在线数据，为系统运行的操作决断提供数据支持。

本实施例的管线振动传感器2和阀门振动传感器33采用但不限于光纤振动传感器、振动加速度传感器，其是一种连续振动信号的测量元件，以往振动测量传感器只能离散单点测量振动信号，只有获得全面的振动信号，才能保证泄漏引起的细微变化得以监测。

本实施例的微型处理器6是一种可实时数据分析的微型处理器，不仅能够记录测量振动情况还可以将测量的振动情况与典型振动特性进行对比，根据变化情况计算得到泄漏量。

本实施例还包括存储器7，微型处理器6与存储器7构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理构架，不仅可以根据采集的振动数据分析提取出无泄漏工况下的典型振动特性存储至存储器7，也可将场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型振动信号输入至存储器，作为典型基准用于后续对比判断。

本实施例的微型处理器6对采集的振动数据进行处理之后，将处理结果(包括内漏状态以及内漏量等)上报(通过有线或无线传输方式)给DCS运行系统进行内漏报警，便于操作人员及时根据内漏情况进行应急处理。

本实施例还包括信号放大器5，信号放大器5用于对振动传感器采集的数据进行放大、滤波处理之后，传输给微型处理器进行分析处理。

本实施例基于上述监测系统的监测方法，如图3所示，包括：

步骤1，实时获取管线振动传感器2和阀门振动传感器33采集的振动信号；

步骤2，对实时获取的振动信号进行处理得到实时振动特性，并将该实时振动特性与典型振动特性进行对比，从而得到该隔离阀门3的内漏情况。

本实施例的步骤2中对实时获取的振动信号进行处理得到实时振动特性具体包括：

通过从阀门振动传感器获取的阀门振动信号中去除管线振动传感器获取的阀门所在管线的振动信号，即将影响阀门振动的环境信号(阀门所在管线自身的振动)去除，从而得到仅表征阀门自身振动的信号，进行进一步的内漏判断，提高了监测精度和可靠性。

本实施例的步骤2中的典型振动特性获取方式包括以下方式中任一种：

方式1，通过历史记录的振动数据，进行大数据处理或可视化图像识别，提取出截断后的稳态振动特性，作为典型振动特性；

方式2，通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型振动特性输入，作为典型振动特性。

本实施例的步骤2具体采用大数据对比以及可视化图像识别技术将实时振动特性与典型振动特性进行对比分析，当两者振动分布一致，则可判断当期无泄漏；当两者振动分布存在差异时，根据热工系统中管道、阀门以及介质的当前物性参数，结合通过对比分析获得的振动特性变化情况，进行反向迭代计算，获得当前的泄漏量。

本实施例的方法还包括步骤3，将获得的泄漏情况(包括泄漏状态或泄漏量等)，上报给热工运行监控系统(DCS运行系统)进行内漏报警，便于操作人员及时应对。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，其特征在于，包括管线振动传感器(2)、阀门振动传感器(33)和微型处理器(6)；

在安装于热工主系统(1)的分支上或安装于热工主系统(1)中的隔离阀门(3)的上游和/或下游布置所述管线振动传感器(2)；

在所述隔离阀门(3)的阀杆(31)和阀体(32)上布置所述阀门振动传感器(33)；

所述管线振动传感器(2)和阀门振动传感器(33)将检测到的振动信号上传给所述微型处理器(6)进行处理，监测所述隔离阀门(3)的内漏情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，其特征在于，所述管线振动传感器(2)和阀门振动传感器(33)采用光纤振动传感器或振动加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，其特征在于，所述微型处理器(6)还用于对管线振动传感器(2)和阀门振动传感器(33)上传的振动数据进行处理，得到实时振动特性，并将实时振动特性与典型振动特性进行对比，从而判定所述隔离阀门(3)是否存在泄漏。

4.根据权利要求1所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，其特征在于，还包括存储器(7)；

所述微型处理器(6)和所述存储器(7)构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构；

所述微型处理器(6)可根据历史采集的振动数据分析提取出无泄漏工况下的典型振动特性存储至所述存储器(7)或者所述微型处理器(6)将场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型振动特性信号输入至所述存储器(7)，作为典型振动特性用于对比判断所述隔离阀门(3)的泄漏情况。

5.根据权利要求1所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，其特征在于，所述微型处理器(6)还用于将数据处理结果上报给所述热工运行监控系统进行内漏报警。

6.根据权利要求1所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统，其特征在于，还包括放大器(5)；

所述放大器(5)用于对所述管线振动传感器(2)和阀门振动传感器(33)获得的振动信号进行放大处理之后传输给所述微型处理器(6)进行数据处理。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种基于振动测量技术的阀门内漏监测系统的方法，其特征在于，包括：

步骤1，实时获取所述管线振动传感器(2)和所述阀门振动传感器(33)采集的振动信号；

步骤2，对实时获取的振动信号进行处理得到实时振动特性，并将该实时振动特性与典型振动特性进行对比，确定所述隔离阀门(3)的内漏情况。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述步骤2中通过从所述阀门振动传感器(33)获取的阀门振动信号中去除所述管线振动传感器(2)获取的阀门所在管线的振动信号，从而得到仅表征阀门自身振动的实时振动特性。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2的典型振动特性获取方式包括：

通过历史记录的振动数据，进行大数据处理或可视化图像识别，提取出截断后的稳态振动特性，作为典型振动特性；

或者，通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型振动特性输入，作为典型振动特性。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

步骤3，将获得的泄漏情况上报给热工运行监控系统进行内漏报警。

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