基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統及方法，屬于閥門監檢技術領域。本發明解決了閥門難以實現中遠距離泄漏檢測、紅外熱成像技術受限于發射率不均勻干擾、紅外熱成像結果受溫度條件變化干擾、閥門泄漏檢測精度較差與檢測成本較高等技術難題，探索了閥門的中遠距離試壓泄漏檢測，將紅外熱成像技術的非接觸式測溫、快速捕捉過熱點的優勢應用在泄漏檢測中，實現了對泄漏點位置的精確測量以及泄漏量的定級分析，解決了發射率不均勻帶來干擾的技術難題，具備很高的檢測精度、合理的檢測成本，有很可觀的推廣前景。
【專利說明】
基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統及方法
技術領域
[0001]本發明屬于閥門監檢技術領域，尤其是采用紅外熱成像技術以及MATLAB后處理分析的閥門泄漏檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002]閥門廣泛應用于石油、化工、電站、長距離管道以及核工業、航空航天等諸多領域，正是由于其應用領域的特殊性以及不斷出現的嚴重安全事故，對閥門的質量提出了極高的要求。2007年8月質檢特函
[2007]35號“關于開展壓力管道閥門制造專項整治試點工作的通知”中要求在閥門制造企業較為集中的上海市、浙江省、河南省、遼寧省開展閥門試監檢；2013年I月18日，國家質檢總局頒布了TSG D7001-2013《壓力管道元件制造監督檢驗規則》，并要求于2013年7月I日起執行，該規則規定對A1、A2級和低溫閥門逐批進行監檢。隨著閥門監檢工作的重視程度與日倶增，以及閥門監檢壓力試驗、在線檢測中的潛在安全風險，尋求一種更加快速、準確的中遠距離閥門泄漏檢測方法已經刻不容緩。
[0003]目前，閥門泄漏檢測方法主要有:氣泡滲漏檢測法、鹵素檢測法、傳感器流量檢測法、氦氣光譜分析檢測法以及超聲波檢漏法。傳統氣泡滲漏檢測法雖可以檢測到泄漏，但無法測量泄漏量，由此改進的集氣法雖可以測量泄漏量，但精度不夠，且實施局限性很大；鹵素檢測法操作簡單，費用低，但大量使用氟利昂易對環境造成很大污染;傳感器流量檢測法對于泄漏測量所需的儀器精度要求非常高，檢測成本高，在一般工業現場難以實現;氦氣光譜分析檢測法檢漏靈敏度高，但需要營造真空環境，檢測時間較長，檢測成本高，并未得到廣泛應用；超聲波檢漏法可以快速定位漏點，耗時短，但超聲波檢漏僅能進行定性判斷，且環境噪聲會對檢測結果造成一定的干擾。綜上所述，目前所采用的泄漏檢測方式均有著各自的適用范圍、檢測精度以及可操作性。
[0004]在目前閥門的監檢過程中，仍采用的是人工涂抹肥皂泡的泄漏檢測方法，主要依靠肉眼近距離觀察，在高溫高壓工質檢測時容易發生安全事故，并且檢測精度較低。因此，尋求一種高精度的中遠距離泄漏檢測方法是很有必要的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統及方法，該方法以目標輻射溫度為研究對象，采用高溫高壓水蒸汽為工質，對閥門進行兩種方式加熱并分別建立三維輻射溫度分布模型，通過輻射溫度點陣相減的方法消除因待測閥門表面局部發射率高造成局部過熱的虛假泄漏干擾，依據兩種加熱過程的泄漏點處輻射溫度差的量級為泄漏量定級，實現了基于紅外熱成像技術的閥門中遠距離泄漏檢測，提高了檢漏精度與效率，避免發生安全事故。
[0006]本發明的技術方案:
[0007]基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統包括紅外熱成像儀1、排空氣管2、排空氣閥3、排蒸汽閥4、過濾裝置5、排氣管6、第一球閥7、待檢閥門8、水平滑軌9、冷卻水入口控制球閥10、冷卻水栗11、冷卻水進水管12、鼓風機13、空氣進氣管14、進氣閥15、高溫高壓水蒸汽進氣管16、第二球閥17、圓形滑軌18;高溫高壓水蒸汽經由高溫高壓水蒸汽進氣管16進入閥門泄漏檢測系統，鼓風機13通過空氣進氣管14與進氣閥15連接，冷卻水栗11通過冷卻水進水管12與冷卻水入口控制球閥10連接;第一球閥7設置在排氣管上，用于控制高溫高壓水蒸汽流出待檢閥門8，第二球閥17設置在高溫高壓水蒸汽管道16上，用于控制高溫高壓水蒸汽流入待檢閥門8，第一球閥待檢閥門8通過排氣管6連接過濾裝置5，排蒸汽閥4控制高溫高壓水蒸汽排出待檢閥門8，排空氣管2與排氣管6連接，排空氣閥3控制空氣排出系統;紅外熱成像儀I布置在圓形滑軌18上，圓形滑軌18通過垂直桿固定在水平滑軌9上，紅外熱成像儀I用于實時在待檢閥門8外表面紅外熱成像圖。
[0008]基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測方法，在實際工程安全距離處固定水平滑軌9和圓形滑軌18，待檢閥門8處于打開狀態，過濾裝置5在檢測過程中起過濾蒸汽中雜質作用，保證蒸汽的循環利用，第一次加熱過程中，利用紅外熱成像儀I建立待檢閥門8的輻射溫度分布基準模型，打開第一球閥7和第二球閥17，高溫高壓水蒸汽處于流通狀態，通過紅外熱成像儀I的移動建立輻射溫度分布基準，紅外熱成像的過熱紅外特征是由于待檢閥門8表面發射率不均勻導致的，發射率高的部分會出現過熱的紅外特征。冷卻水入口控制球閥10通入冷卻水對待檢閥門8進行冷卻，鼓風機13對閥門泄漏檢測系統通風，排盡系統內殘留的水分;第二次加熱過程，關閉第一球閥7、冷卻水入口控制球閥10和進氣閥15，高溫高壓水蒸汽處于封閉狀態，借助紅外熱成像儀I建立隨時間變化的輻射溫度二次分布模型，紅外熱成像的過熱紅外特征是由待檢閥門8的表面發射率高與發生泄漏兩個原因共同造成的。兩次加熱過程中相同位置拍攝的紅外熱成像圖進行輻射溫度點陣相減處理，消除因發射率不均勻造成局部過熱的虛假泄漏干擾，對比輻射溫度差處理結果圖與可見光圖像確定是否發生泄漏以及泄漏點的位置。根據輻射溫度差處理結果為泄漏量定級，實現對泄漏量的定級分析;最后打開第一球閥7、排蒸汽閥4，排出系統內的殘留蒸汽，蒸汽經過濾裝置5過濾后循環利用。
[0009]本發明的有益效果:與傳統的紅外技術應用相比，以輻射溫度為研究對象，無需精確測量材料表面各個區域的發射率，通過兩種方式加熱過程的對應位置的熱成像輻射溫度點陣相減處理，消除因發射率不同帶來的虛假泄漏干擾，以點陣處理后輻射溫度差分布結果為泄漏判斷依據，排除了因溫度條件變化帶來的干擾，并依據輻射溫度差為泄漏量定級，實現泄漏的定級分析檢測；與其它傳統泄漏檢測手段相比，避免了近距離檢測帶來的安全性隱患和精度上的缺陷，同時比新型泄漏檢測方法(如超聲波檢測、氦質譜檢測)經濟實用，具有很可觀的推廣前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統的整體結構示意圖。
[0011]圖2是本發明基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統的左視圖。
[0012]圖3是本發明基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測方法中兩種加熱過程的過熱紅外特征原因分析圖。
[0013]圖中:I紅外熱成像儀;2排空氣管；3排空氣閥；4排蒸汽閥；5過濾裝置;6排氣管；7第一球閥；8待檢閥門；9水平滑軌；10冷卻水入口控制球閥；11冷卻水栗；12冷卻水進水管；13鼓風機;14空氣進氣管；15進氣閥；16高溫高壓水蒸汽進氣管；17第二球閥；18圓形滑軌。
【具體實施方式】
[0014]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0015]按照圖1安裝固定器材，紅外熱成像儀I固定在圓形滑軌18上，圓形滑軌18通過垂直固定桿固定在水平滑軌9上。進行第一次加熱過程，打開排蒸汽閥4、第一球閥7、第二球閥17，待檢閥門8處于開啟狀態，其余閥門均處于關閉狀態，由高溫高壓水蒸汽進氣管16持續通入高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽經待檢閥門8和過濾裝置5由排氣管6排出，過濾裝置5在整個檢測過程中起過濾蒸汽中雜質作用，保證蒸汽的循環利用，高溫高壓水蒸汽對待檢閥門8強制對流換熱30s后，通過圓形滑軌18周向移動紅外熱成像儀I，通過水平滑軌9水平移動紅外熱成像儀1，在移動過程中，首先在初始水平位置處，利用紅外熱成像儀I周向采集待檢閥門8的外表面紅外熱成像圖，直到該水平位置處周向外表面區域全部采集完畢，再水平移動到下一個連續水平位置處進行周向采集，直到紅外熱成像圖NI，N2，N3……所有圖片能夠涵蓋待檢閥門8的外表面(NI，N2，N3分別表示在滑軌需要拍攝的位置①，②，③處捕捉的紅外熱成像基準圖)。停止通入高溫高壓水蒸汽，打開冷卻水入口控制球閥10，冷卻水經由冷卻水控制球閥1、冷卻水進水管12對待檢閥門8進行Imi η強制對流冷卻。打開進氣閥15、排空氣閥3，關閉排蒸汽閥4、冷卻水入口控制球閥10，第一球閥7、第二球閥17仍處于打開狀態，由空氣進氣管14通入20s壓縮空氣，排盡系統內殘余的水分。第二次加熱過程中，關閉排空氣閥3、排蒸汽閥4、第一球閥7、冷卻水入口控制球閥1、進氣閥15，打開第二球閥17，待檢閥門8處于打開狀態，高溫高壓水蒸汽經由高溫高壓水蒸汽進氣管16進入待檢閥門8，與第一次加熱過程中紅外熱成像儀I的移動過程相同，通過圓形滑軌18的周向移動、水平滑軌9的水平移動及滑軌定位，保證紅外熱成像儀I在第二次加熱過程中的拍攝位置與第一次加熱過程中拍攝位置①，②，③……相同，在每個位置處捕捉一組連續紅外熱成像圖，記為Ml1、M12、M13……M21、M22、M23……(Mil，M12，M13分別表示位置①處連續拍攝的三張紅外熱成像儀圖，M21，M22，M23分別表示位置②處連續拍攝的三張紅外熱成像儀圖，以此類推，一直連續拍攝，確保每個拍攝位置都有一組偽連續的輻射溫度變化區間)。停止通入高溫高壓水蒸汽，打開排蒸汽閥4、第一球閥7，排盡泄漏檢測系統內殘余蒸汽，蒸汽經過濾裝置5過濾后循環利用。利用MATLAB軟件進行紅外熱成像圖輻射溫度點陣相減處理，以位置①為例，處理為N1-M11、N1-M12、N1-M13……，結果記為D11、D12、D13……，以此類推，通過MATLAB軟件輸出D11、D12、D13……的偽色彩圖，如果待檢閥門8存在泄漏點，則必然存在一張具有奇異點的紅外熱成像圖Dli(其特征為除奇異點之外的所有點的輻射溫度差均為0，只有奇異點處的輻射溫度差大于O);如果待檢閥門8不存在泄漏，則必然存在一張輻射溫度差均為O的紅外熱成像圖Dli。因此，觀察紅外熱成像圖Dli，D2i，D3i……是否存在溫度奇異點從而判斷待檢閥門8是否發生泄漏，根據偽色彩圖中泄漏點的坐標并結合對應的可見光圖像即可判定泄漏點的具體位置，根據奇異點處輻射溫度差的量級為待檢閥門8的泄漏量定級，輻射溫度差I?5K定為一級，5?1K定為二級，10?15K定為3級，大于15K定為四級。
【主權項】
1.一種基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測系統，其特征在于，該閥門泄漏檢測系統包括紅外熱成像儀、排空氣管、排空氣閥、排蒸汽閥、過濾裝置、排氣管、第一球閥、待檢閥門、水平滑軌、冷卻水入口控制球閥、冷卻水栗、冷卻水進水管、鼓風機、空氣進氣管、進氣閥、高溫高壓水蒸汽進氣管、第二球閥、圓形滑軌;高溫高壓水蒸汽經由高溫高壓水蒸汽進氣管進入閥門泄漏檢測系統，鼓風機通過空氣進氣管與進氣閥連接，冷卻水栗通過冷卻水進水管與冷卻水入口控制球閥連接;第一球閥設置在排氣管上，用于控制高溫高壓水蒸汽流出待檢閥門，第二球閥設置在高溫高壓水蒸汽管道上，用于控制高溫高壓水蒸汽流入待檢閥門，待檢閥門通過排氣管連接過濾裝置，排蒸汽閥控制高溫高壓水蒸汽排出待檢閥門，排空氣管與排氣管連接，排空氣閥控制空氣排出系統;紅外熱成像儀布置在圓形滑軌上，圓形滑軌通過垂直桿固定在水平滑軌上，紅外熱成像儀用于實時在待檢閥門外表面紅外熱成像圖。2.—種基于紅外熱成像技術的閥門泄漏檢測方法，其特征在于，在實際工程安全距離處固定水平滑軌和圓形滑軌，待檢閥門處于打開狀態，過濾裝置在檢測過程中起過濾蒸汽中雜質作用，保證蒸汽的循環利用； 第一次加熱過程中，利用紅外熱成像儀建立待檢閥門的輻射溫度分布基準模型，打開第一球閥和第二球閥，其余閥門均處于關閉狀態，高溫高壓水蒸汽處于流通狀態，通過紅外熱成像儀的移動建立輻射溫度分布基準;冷卻水入口控制球閥通入冷卻水對待檢閥門進行冷卻，鼓風機對閥門泄漏檢測系統通風，排盡系統內殘留的水分； 第二次加熱過程，關閉第一球閥、冷卻水入口控制球閥和進氣閥，高溫高壓水蒸汽處于封閉狀態，借助紅外熱成像儀建立隨時間變化的輻射溫度二次分布模型;兩次加熱過程中相同位置拍攝的紅外熱成像圖進行輻射溫度點陣相減處理，消除因發射率不均勻造成局部過熱的虛假泄漏干擾，對比輻射溫度差處理結果圖與可見光圖像確定是否發生泄漏以及泄漏點的位置;根據輻射溫度差處理結果為泄漏量定級，實現對泄漏量的定級分析;最后打開第一球閥、排蒸汽閥，排出系統內的殘留蒸汽，蒸汽經過濾裝置過濾后循環利用。
【文檔編號】G01M3/02GK106092446SQ201610615316
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610615316.0, CN 106092446 A, CN 106092446A, CN 201610615316, CN-A-106092446, CN106092446 A, CN106092446A, CN201610615316, CN201610615316.0
【發明人】張博, 劉峰, 張奇
【申請人】大連理工大學