阀门内漏监测系统在火力发电厂蒸汽管道上的应用

在蒸汽的生产、输送及使用过程中，蒸汽阀门发生泄漏的现象颇为常见，而蒸汽的泄漏往往会造成热效率的显著损失，并极易引发生产过程的安全隐患。因此，加强蒸汽阀门的内漏治理，对于火力发电厂提升经济运行水平、构建长效安全机制具有至关重要的作用。

蒸汽阀门的泄漏一般分为内漏和外漏两种类型。外漏是指由于各种原因导致管道内的蒸汽泄漏至外部环境。而内漏则通常是指用于分配和切断蒸汽的阀门无法正常或完全彻底关闭，进而影响阀门阻断介质的能力。蒸汽阀门初期的泄漏，特别是内漏，往往呈现出微量且难以察觉的特点，通常需要长时间的观察和检测才能被发现。然而，一旦后期蒸汽泄漏程度加剧，维修或更换蒸汽阀门的必要性和成本也将显著增加。因此，有计划地采取有效手段对关键阀门进行监控，不仅是消除缺陷、降低成本的优先选择，更是确保生产过程安全、稳定、高效运行的关键举措。

一、发电厂蒸汽管道阀门泄漏综述

（一）蒸汽管道及其阀门

蒸汽系统是发电流程中的核心环节，主蒸汽流经主汽门和高调门后，进入汽轮机开始做功，驱动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。在主汽门前，设置了高压旁路阀，该阀门在机组需要时开启，以确保系统的稳定运行。

主蒸汽在经过高压缸做功后，会通过高排逆止门返回锅炉再热器，这段蒸汽被称为冷段蒸汽。经过再热器的加热后，冷段蒸汽转变为热段蒸汽，随后经过中主门和中调门进入中压缸进行做功。在中主门前，配备了低压旁路阀，该阀门与凝汽器相连，同样在需要时开启。

中压缸的出口与低压缸相连，低压缸通常设有两个。蒸汽在低压缸做功后，进入凝汽器进行冷却，冷却后变为凝结水，并汇集到凝汽器的热井中。凝泵负责将热井中的水抽出，经过精处理系统的精细处理后，再送往轴封加热器。

在此过程中，蒸汽管道连接着锅炉、汽轮机等关键设备，负责将蒸汽安全、高效地输送到各个设备中。由于蒸汽管道需要承受高温高压，因此对其安全性和稳定性要求极高。为了确保系统的正常运行，必须对锅炉、汽轮机、蒸汽管道等设备进行定期检查，及时发现和处理设备的磨损、腐蚀、泄漏等问题。

（二）阀门内漏的主要原因

蒸汽阀门在运行过程中常要经受高温、高压、腐蚀、磨损等恶劣条件的影响，导致其内部部件不可避免地受到损伤，严重时甚至可能产生内漏。主要原因有：

管道中的杂质可能损伤密封面；阀门质量原因，如密封面材质抗磨损能力差；在机组启停过程中，若未选择合适的开关阀门时机，如关闭过晚或开启过早，高温高压蒸汽可能对阀门产生较严重的冲刷，从而损伤密封面；阀门选型不当，可能导致空化现象的产生；液击现象也是造成内漏的原因之一；若蒸汽的PH值掌握不当，可能对阀门密封面产生腐蚀；对于电动阀门，其控制元件可能受到环境或压力的影响，同时弹簧疲劳、热膨胀系数不均匀等客观因素也可能导致阀门定位失准，进而引发内漏；对于气动阀门，控制元件所用压缩空气的压力、清洁度、进气阀的开度及关反馈的定位等因素有时也会导致气动门内漏。

（三）常见阀门内漏的检测办法

1.通过人工观察

在关闭了通往无压漏斗系统的放水阀门后，需细心观察放水口漏斗是否仍有连续不断且带有压力的水流出。倘若水未能完全排尽，那么便可能意味着阀门存在内漏问题。此时，可进一步确认阀门状态，将铜质听棒轻置于阀门所在位置，若能听到明显的泄漏声响，则亦可确定为阀门内漏。

2.通过温度判定

对于高温类阀门，在连续关闭6小时至8小时后，使用红外线测温仪精准测量阀杆或阀体下游100毫米至150毫米范围内的金属温度。若此温度超过70摄氏度，则可判定该阀门存在内漏现象。而对于低温类阀门，在关闭后，阀后温度会低于环境温度，甚至可能出现结霜现象，这同样是阀门内漏的明显迹象。

3.通过改变系统运行方式

部分阀门前后存在高温蒸汽扰动，如高级旁路一级大旁路和给水泵再循环调节器等，即使这些阀门严密无漏，其阀杆温度也会超过70℃。因此，对于这类阀门，内漏的判断需要采取不同的系统运行方式。例如，通过对比高级旁路阀后的温度与汽轮机低压缸排气温度，或者隔断高级旁路减温水后观察阀后温度的变化，来判断高级旁路阀是否存在内漏。同样，可以通过关闭给水泵再循环调节器前后的隔离门，观察给水泵流量是否发生变化，从而判断给水泵再循环调节器是否出现内漏。

4.超声波方法

宽频率声学在线监测仪能够精准捕捉阀门处带压气体泄漏时所产生的超声波（超声频段声压变化），从而有效识别持续微小的气体泄漏事件，实现对被测阀门运行状态及其泄漏状况的实时监测。一旦监测到泄漏噪声信号，系统将立即进行数据比对分析，以准确判断是否存在泄漏情况，并随即发出泄漏报警指令。

相较于传统阀门内漏检测方法，在线式超声波监测技术在阀门泄漏信号检测方面展现出了卓越的性能特点，包括高精度、低误报率、全天候以及智能化等。这一先进技术能够显著提升阀门内漏检测的效率与准确性，满足实际应用中的高标准要求。

5.通过其他方式

并排连接着人疏和放水母管的疏水门或排污门，当这些阀门的最后一道位置靠近母管时，一旦管路中任一支路阀门的内漏发生，将会导致其他阀门的温度异常升高，甚至可能超过70℃。这样的情况常见于锅炉疏放水系统阀门等设备中。因此，对于这些阀门是否存在内漏的判定，我们需要采取其他更为精确的方法。通常，我们可以测量阀门前管壁的温度或一次门前阀杆的温度，以此来确定阀门是否内漏。

二、在线式阀门内漏监测系统的原理及方案

经过对蒸汽管道阀门运行过程中的声学特性和温度数据进行了全面而深入的剖析，精准捕捉到阀门在不同工况下的声音特征变化以及温度动态波动规律。在此基础上，成功构建了一个基于采样矩阵的蒸汽管道阀门声学与温度一体化模型，该模型将阀门开启、关闭以及泄漏等状态与对应的声学特征和温度数据紧密关联，实现了对阀门运行状态的精确描述与预测。阀门内漏检测系统。

当输送管路出现外漏或阀门内漏情况时，会产生特定的超声信号。这一信号被宽频超声波传感器精准捕捉，经过滤波和信号放大等必要的处理后，被转化为清晰的数字信号。随后，这些信号所对应的图谱和泄漏数值被实时上传至上位机工作站。与此同时，温度传感技术则实时监测着阀门和管道的表面温度，并将这些数据整合到矩阵数据库中。

通过对已建立的正样本和负样本库进行深入的对比分析，以及结合趋势分析曲线，系统能够自动判定阀门的工作状态，并准确识别是否存在泄漏现象。

三、在线式阀门内漏监测系统在发电厂中的实际应用

（一）某发电厂应用情况

受监测阀门名单如表1所示，通过阀门的实际使用情况和检测结果，我们会定期对阀门进行维护保养，以延长其使用寿命。

表1  受监测阀门清单

（二）应用方案

阀门内漏监测系统的网络拓扑图如图2所示。对于发电厂蒸汽管道阀门中单独设置（无相邻近安装）的单个阀门，我们为其配置了1台超声波阀门内漏检测仪，以确保每个阀门都得到精确的监测。该设备能够采集声学信息和温度信息，并将这些数据进行关联、比对和分析，从而提供阀门工作状态的全面评估。

超声波阀门内漏无线采集器与超声波阀门内漏检测仪通过无线方式进行连接，而采集器后端则与传输控制模块紧密相连。这种设计可以无线、实时地采集和汇总超声波阀门内漏检测仪的数据，并确保数据能够通过有线或无线方式安全、高效地上传至监测主站平台。

声光报警模块部署在发电厂蒸汽管道阀门的监控中心，与主站系统紧密配合，形成一套完善的气体泄漏报警系统。一旦检测到气体泄漏，声光报警模块会立即接收报警指令，并发出高频、高强度的警笛声和高亮度的警示性灯光，以引起操作人员的注意。

客户端计算机则是系统指定用户登录阀门内漏分析系统的关键工具。它不仅与超声波阀门内漏无线采集器相连（通过无线传输控制模块），还为用户提供了一个便捷的接口，用于浏览和查询软件运行信息，对软件进行操作。同时，系统会通过客户端计算机向用户显示详尽的系统监控信息和及时的报警信息。

（三）目标的实现

本系统通过安装在阀门下游管道上的超声波传感器捕捉阀门内漏产生的特定频率超声波信号，实时监测带压气体的泄漏情况。传感器集成了温度和超声波数据，提高了监测准确性。系统包括超声波内漏检测仪、超声波无线采集控制器等硬件设备，以及集成了工艺流程可视化监测、预警、阀门运行状态查看等功能的软件系统。超声波内漏检测仪外观适中，拆装方便，能在不同温度环境下稳定工作，采用无线传输和电池供电模式，续航能力强。整个系统能够准确识别阀门内漏问题，实现对高温管道的长期稳定运行监测，且非侵入式安装不影响管道正常运行和安全。阀门内漏自动检出率高达百分之百，确保了监测效率和准确性。

四、结语

阀门内漏不仅会导致高温蒸汽的无效消耗，降低机组的运行效率和经济性，而且对于严重的情况，电厂不得不频繁地进行阀门维修，从而增加了维护工作量及相应的维修费用。通过对阀门状态的实时监测，可以及时发现并处理阀门问题，有效降低维修成本，同时提高机组运行的稳定性和经济性。

文章来源： 《产品可靠性报告》   https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html