管式夹套容器内管泄漏声发射监测试验研究.pdf
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1、管式夹套容器内管泄漏声发射监测试验研究 戴光 , 刘鹏 , 张颖 , 巨勇智 ( 1 大庆石油学院, 黑龙江 大庆1 6 3 3 1 8 ; 2 齐齐哈尔大学 , 黑龙江 齐齐哈尔1 6 1 0 0 6 ) 摘要: 为 了监测管式夹套容器在加压过程 中的内管泄漏情况, 及 时发现泄漏源。在 实验室内建立 管式夹套容器 内管泄漏声发射检测系统, 通过研究泄漏声发射信号的波形、 幅值和不同频带能量分 布规律 , 以及利用波导杆检测管式夹套容器 的方法, 为现场检测提供试验依据。 关键词: 波导杆 ; 内管泄漏; 声发射检测 ; 管式夹套容 器 中图分类号 : T Q 0 5 1 3 ; T Q o
2、 5 0 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 4 8 3 7 ( 2 0 0 9 ) 0 6 0 0 0 1 0 4 d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 0 9 0 6 0 0 1 Te s t Re s e a r c h o n Le a k a g e M o n i t o r i n g o f P i p e J a c k e t Ve s s e l S I nn e rpi p e by Ac o us t i c Emi s s i o n Te c h ni q ue DAI Gu a n
3、g , LI U P e n g , ZHANG Yi n g , j u Yo n gz h i ( I D a q i n g P e t r o l e u m I n s t i t u t e , D a q i n g 1 6 3 3 1 8 , C h i n a ; 2 Q i q i h a r U n i v e r s i t y , Q i q i h a r 1 6 1 0 0 6, C h i n a ) Ab s t r a c t : T o mo n i t o r t h e i n n e r p i p e l e a k a g e s i t u a
4、 t i o n o f t h e p i p e j a c k e t v e s s e l i n t h e p r o c e s s o f p r e s s u r i z i n g,fin d o u t t h e f o u n t a i n h e a d i n t i meEs t a b l i s h i n g a c o u s t i c e mi s s i o n t e s t i n g s y s t e m o n i n n e r p i p e l e a k- a g e o f p i p e j a c k e t v e
5、s s e l , t h r o u g h r e s e a r c h i n g t h e w a v e fo r m, t h e r a n g e a n d t h e l a w o f e n e r g y d i s t ri b u t i o n a mo n g d i f f e r e n t f r e q ue n c y b a n d wh i c h we r e b e l o n g t o t h e AE s i g n a l f r o m l e a k a g e a n d e x p l o i t wa v e g u i
6、 d e r o d t e s t i n g p i p e j a c k e t v e s s e l t o p r o v i d e a b a s i s o f e x p e ri m e n t a t i o n f o r t e s t i n g i n t h e w o r k fi e l d Ke y wo r d s : w a v e g u i d e r o d ; i n n e r p i p e l e a k a g e ; a c o u s t i c e m i s s i o n t e s t i n g ; p i p e j
7、 a c k e t v e s s e l 工业生产中常用到管式夹套容器, 长期承受高 温 、 高压和腐蚀介质的影响, 其内管常常发生泄漏事 故。由于缺少有效的在线监检手段 , 目前只能采用 停产更换部分内管的方法。这种方法不仅有一定 的 盲 目性 , 也无法有效保证管式夹套容器 的安全运行。 声发射检测技术以其动态、 整体检测的技术特 点, 广泛应用于压力容器 的在线检测 , 并且取得了较 明显的效果 J 。笔者 在实验 室建立管式夹套 容器 实验装置 , 对管式夹套容器 内管泄漏进行 了一系列 的试验研究 , 通过分析泄漏声发射信号的波形 、 频谱 以及不同频带能量 的分布规律, 为判断
8、管式夹套容 器泄漏提供依据。 1 试验系统的设计 图 1 为管式夹套容器泄漏声发射试验系统。试 验系统 内管长度 9 m, 外管长度 8 m, 实测内管外径 0 4 0 m m, 壁厚 4 m m, 外管外径 0 9 0 m m, 壁厚 6 mm。 在内管上开一个 1 mm的泄漏孔 , 将内外管通过法 兰连接 , 内管上安装一个压力表。在外管上开一个 1 o m m的孔 , 将一个长 5 0 0 m m、 直径 0 1 0 m m的波 导杆插入孔内与内管壁耦合 良好 , 并将其固定在外 管上 。将另一个相同型号的波导杆安装于管式夹套 容器 的外管壁 , 确保两个波导杆在 同一个平面上并 且成
9、9 O 。 夹角。采用美 国 P A C公司的 l 6通道数字 管式夹套容器内管泄漏声发射监测试验研究 V o 12 6 N 0 6 2 0 0 9 式声发射检测系统, 带宽为 1 01 0 0 0 k H z的 WD宽 带传感器( P A C, U S A ) , 1 2 2 0 A前置放大器。 图 】 管式夹套容器 内管泄漏声发射试验系统 2 试 验过程 在安装传感器前 , 对其灵敏度进行标定 , 统计结 果见表 1 。图 1中 1 5号传感器安装于容器外管 壁, 自泄漏源起每问隔 1 n l 粘贴一个传感器。在两 个波导杆上分别布置 6 7号传感器 , 其中 6号传感 器安装于插入夹套
10、内的波导杆, 7号传感器安装于 焊接在外管壁上的波导杆。 表 1 传感器 灵敏度标 定数据 传感器编号 1 2 3 4 5 6 7 灵敏度( d B) 9 2 9 0 9 1 9 1 9 0 9 2 9 l ( 1 ) 按照上述介绍 的方法粘贴好 传感器 , 密封 好管端的法兰。一切准备就绪后 , 将管端 的进气 口 与压力源接好, 给内管加压使压力缓慢变化 , 从 0 5 4 MP a , 每升高 0 5 M P a 压力, 稳压并采集一组数 据 。 ( 2 ) 利用水泵有进水 口向夹套 内注满水 , 使夹 套内水保持静止状态 , 给内管加压 , 从 0 5 4 M P a , 每升高 0
11、5 M P a 压力 , 稳压并采集一组数据。 ( 3 ) 利用水泵有进水 口向夹套内注入水 , 调节 排水口阀门, 使 夹套 内水处于流动状态, 给 内管加 压 , 从 0 5 4 M P a , 每升高 0 5 MP a 压力, 稳压并采 集一组数据。 ( 4 ) 密封泄漏孔 , 在无泄漏状态下利用水泵向 夹套内注水, 调节排水阀门, 使夹套内水处于流动状 态, 采集夹套 内水流动过程的流动噪声数据。 3 试验数据处理与分析 3 1 不同压力下泄漏声发射信号特征 图 2为不同压力下 15通道泄漏信号幅值变 化曲线。从图中可以看出, 泄漏信号 的幅值随压力 的增加而增大 , 随传播距离的增大
12、而减小。对 比图 2- 2 ( a ) 与图 2 ( b ) 可以看 出, 当夹套 内有静止水时, 泄 漏信号的幅值明显减小 , 这说明夹套 内的水对泄漏 信号的传播有阻碍作用。而对比图2 ( a ) 与图2 ( e ) 可以看出, 当夹套 内水流动时, 泄漏信号幅值没有明 显的降低 , 但是幅值曲线有明显的波动, 这说明流动 的水产生流动噪声 , 对泄漏信号的识别有一定干扰 。 1 o 0 8 0 i 四 l o o 趔7 n 馨 4 0 l 0 0 如 丑 盖 8 O l 25 4 压力 ( M P a ) ( a ) 夹套内无水 2 5 压力 ( MP a ) 夹套内有静止水 2 5 4
13、 压力 f MP a ) ( c ) 夹套内有流动水 图2 不同压力下 1 5通道泄漏信号幅值变化曲线 比较图 3 ( a ) 、 ( b ) 可 以看 出, 流动噪声和泄漏 信号同为连续型信号, 流动噪声幅值相对较弱、 时域 波形平稳并且频率具有窄带特性。泄漏信号幅值要 第 2 6卷第 6期 压 力 容 器 总第 1 9 9期 强于流动噪声信号 、 时域波形随机性较大并且 频率 分布较宽, 在 0 2 0 0 k H z 范围内存在多个峰值 。 一 理 。 馨 【 ( a ) 夹套内水流动噪声 2 己 1 骧 0 时 间 ( I ll s ) 0 o 频率 1 o 2 0 0 ( b ) 夹
14、 套 内 尢 水 时泄 糯 信 号 图 3 流动噪声与泄漏信号的波形和频谱图 3 2 泄漏信号小波包分解及各频带能量分布特征 将泄漏信 号进 行小波包分解 _ 2 J , 由上 面分析 可知 , 泄漏信号频率主要集中在 0 2 0 0 k H z 之 间, 根据采样定理 , 信号 的采样频率设为 l M k H z , 则其 奈奎斯特 ( N y q u i s t ) 频率为 5 1 2 k H z 。因此 , 将泄漏 信号分解到第 5层 , 共 2 个子频带 , 每个子频带宽为 1 6 k H z , 对应最低频带为 01 6 k H z 。 设 : 5 ,( t ) 对应能量为 E ,
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- 管式夹套 容器 泄漏 声发 监测 试验 研究
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