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高壓給水加熱器漏泄監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

文檔作者：張艾萍孟曉曦金建國文檔來源：動力工程系元寶山發(fā)電廠力工程系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月29日
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上一篇：高壓和低壓給水加熱器安全閥的選用

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]f、]
第18卷第4期
1998年12月
東北電力學(xué)院學(xué)報
Journal Of Norflu~t China
枷咖Of c Power'hgineeriIIg
． 18 ．No 4
Dec． 1998
高壓給水加熱器漏泄監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用
張艾萍孟曉曦 金建國
- — — —- ———～ ‘—- ———— —·一 弋k 2 1
摘要介紹了高壓加熱囂靖撞監(jiān)撼系統(tǒng)的軟硬件結(jié)柯和工作原理及其主要功能。實(shí)踐證明．監(jiān)撼系統(tǒng)
可以早期發(fā)現(xiàn)罱撞．曼敏度高．囂泄部位診斷準(zhǔn)確，誤報率低．準(zhǔn)確性高．實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞高壓加熱器苧噬L在鰻監(jiān)涮輩
中國法分類號'I'K288．1
1 監(jiān)測原理和方法
堅協(xié) 技、
{ lrL
所謂聲發(fā)射，就是物質(zhì)內(nèi)部微粒發(fā)生相對運(yùn)動(如位錯、滑移或裂紋等)時 以彈性波
的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象，也稱應(yīng)力被發(fā)射? 。
由于疲勞或腐蝕等原因，使高加內(nèi)水管的管壁在應(yīng)力集中到一定程度時產(chǎn)生微小的
裂紋或裂口。當(dāng)裂口較大時，高壓水流從裂口中噴射出來，形成高速射流激發(fā)應(yīng)力波，此應(yīng)
力渡在管壁內(nèi)傳播。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，漏泄所激發(fā)的應(yīng)力波的頻譜具有很陡的尖峰，此
尖峰的位置與漏泄量有關(guān)。漏泄率和信號幅度有如下關(guān)系[ 。
／ogy z d — blogx
式中，r 漏泄率； 一聲發(fā)射信號幅度；d，6一實(shí)驗(yàn)常數(shù)。
由射流所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號為連續(xù)型的，若水中含有氣體，那么氣體的間斷噴出可造
成很強(qiáng)的突發(fā)型聲發(fā)射信號具有如下特點(diǎn)：
(1)漏泄所激發(fā)的應(yīng)力波的頻譜具有很陡的尖峰，利用頻譜分析法可以很容易把聲
發(fā)射信號從噪聲中分離出來。
(2)漏泄產(chǎn)生的聲發(fā)射信號比較強(qiáng)．且其幅度大小與漏泄速率成正比，與信號的均方
根值成正比。
根據(jù)高加漏泄所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號的特點(diǎn)，對于聲發(fā)射信號的處理，采用頻譜分析
法，它能獲得更豐富的聲發(fā)射信號的數(shù)據(jù)，為故障識別提供更充分的依據(jù)。
表征參數(shù)采用能有效表征連續(xù)型信號的有效值電壓(RIVIS，它代表信號的幅度)和頻
譜分布。有效值的定義為l2
收禱日期f1998—08—3l 張艾萍 男 1967年生 講師 郵編 132012
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末北電力學(xué)院學(xué)報 摹I8喜
RMS ：
式中，卜信號的周期； (t)一信號幅度。
當(dāng)RMS值太于20 dB時發(fā)生漏泄，在10 20 dB之間為異常狀態(tài)，即漏泄前期，在10
dB以下為安全區(qū)。還可根據(jù)傳感器的布置，給出漏點(diǎn)的位置。
2 臨測系統(tǒng)硬件組成及工作原理
高壓加熱器漏泄臨測系統(tǒng)由兩部分組成
器)；信號處理部分(包括信號放大、濾波、數(shù)
據(jù)采集、頻譜分析等)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖l所
示。
傳感器將接收的高加內(nèi)漏泄信號及噪聲
信號換成電信號，經(jīng)阻抗匹配使其適合放大
器的輸入阻抗特性需要，并對較弱的信號進(jìn)
． 行放大。由于現(xiàn)場存在的各種噪聲干擾需經(jīng)
帶通濾波剔除然后經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換，將電壓
信號轉(zhuǎn)換成電流信號，增強(qiáng)其抗干擾能力，通
過屏蔽電纜送到計算機(jī)進(jìn)行處理。
信號接收部分(波導(dǎo)桿和傳感器或稱換能
田1 高壓加熱墨曩艟臨 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
在主機(jī)的接口處，前置輸出的電流信號經(jīng)電流／電壓變換，使其變成一5 +5v間的
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板需要的輸入信號，送入A／D轉(zhuǎn)換電路，其輸出為l2位的數(shù)字信號匯人數(shù)據(jù)總
線中，在計算機(jī)的控制下對數(shù)字信號進(jìn)行快速傅立葉變換，得到漏泄信號的頻率成分，根
據(jù)漏泄臨測的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行運(yùn)算、分析、比較及其它處理【il，最后將按用戶的要求把表征
漏泄的特征值顯示、打印和儲存，同時實(shí)現(xiàn)報警等各項(xiàng)功能。
2．1 信號接收部分
波導(dǎo)桿是直徑為3 5玎Ⅱn的金屬桿，用它降溫并傳遞信號至傳感器，波導(dǎo)桿的一端
與高加進(jìn)出水管點(diǎn)焊在一起，另一端和傳感器的底板連接。
由于漏泄所產(chǎn)生的聲發(fā)射為Lamb波_2J，通過試驗(yàn)證明，用剪切型傳感器可以得到較
大的信噪比。
2．2 信號處理部分
(1)前置濾波放大器。由傳感器接收到的信號很弱(往往只有數(shù)十微伏或幾毫伏)，不
能遠(yuǎn)距離傳送，需要進(jìn)行放大。通常前置放大器的增益為加 60 dB。
由于傳感器的輸出阻抗較高，前置放大器需具有阻抗匹配和變換的功能。有時傳感器
的輸出信號過太，要求前置放大器具有抗電沖擊的保護(hù)能力和阻塞現(xiàn)象的恢復(fù)能力。并需
具有比較小的輸出動態(tài)范圍。為了適應(yīng)頻譜分析，前置放大器采用寬頻帶放大電路。頻帶
寬度在l kHz—l MHz范圍內(nèi)，在通頻帶內(nèi)增益的變動量不超過3 dB。并且利用帶通濾波
器抑制機(jī)械噪聲、流體動力噪聲，通頻帶寬度為20 kHz。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(2)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換板，其最高采樣率為l M}Iz，兩采樣數(shù)
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第4期 維芏萍等：高壓格水加熱囂疆措苴州系詫對應(yīng)用 73
據(jù)之間的最短間隔可以達(dá)到25納秒，分辨率為l2 bit。可同時進(jìn)行l(wèi)6路A／D轉(zhuǎn)換(可以擴(kuò)
展為32路)，還有4路數(shù)字量輸入通道和256 K字節(jié)的內(nèi)存。A／D板的輸入信號電壓范圍為
±5V，可以分辨出連續(xù)信號2．5 ply的變化。
(3)頻譜分析系統(tǒng)。頻譜分析系統(tǒng)的核心部分為美國TRW公司出品的高性能 處
理器，它能獨(dú)立進(jìn)行正反 T、FIR、平方和、自適應(yīng)濾波、乘累加等功能。進(jìn)行1 O24點(diǎn)
運(yùn)算僅用時514 tts,16位定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式，最高精度可達(dá)19位，具有高信噪比的塊浮點(diǎn)運(yùn)算。
生曼 H墨苧蘭：!H 苧查竺H竺蘭苧竺H 苧苧
田2 前置放大、濾波器框田
3 系統(tǒng)軟件及其主要功能
高壓加熱器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)軟件是在Windowda3．2環(huán)境下，用BorlandC++3．1語言編
寫的。
根據(jù)系統(tǒng)硬件功能的要求，系統(tǒng)軟件包括數(shù)據(jù)采集軟件、n 分析軟件、數(shù)據(jù)處理及
顯示軟件、數(shù)據(jù)更新存儲和歷史記錄分析軟件等幾部分。它們和系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在邏輯上是
一一對應(yīng)的。簡單地說，數(shù)據(jù)采集軟件負(fù)責(zé)監(jiān)測參數(shù)和信號的采集； T分析軟件負(fù)責(zé)對
這些數(shù)據(jù)的進(jìn)行快速傅立葉變換；特征值的提取、報警和大部分的事務(wù)性功能則由數(shù)據(jù)處
理及顯示軟件來完成；而數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用和趨勢分析則由效據(jù)更新存儲和歷史記錄分析
軟件來完成。這些軟件之間有一定的通訊和協(xié)調(diào)，把它們分解成各個相應(yīng)的功能子塊。整
個程序采用主菜單加會話方式。
系統(tǒng)以棒形圖的形式表征高加漏泄的特征值一聲發(fā)射信號的有效值(RMS)’電壓，還
有漏泄信號的頻率特性、漏泄部位等。系統(tǒng)還具有聲光報警、趨勢分析和數(shù)據(jù)打印等功能。
4 監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用
監(jiān)測系統(tǒng)于l997年7月30日安裝在軍糧城發(fā)電廠5#機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的l# 一3#高壓
加熱器、蒸汽冷卻器和琉水冷卻器。投入運(yùn)行后，裝置運(yùn)行正常。經(jīng)過兩個多月的運(yùn)行試
驗(yàn)，表明SFL系統(tǒng)靈敏可靠，抗干擾能力強(qiáng)，在正常運(yùn)行時計算機(jī)顯示值均在綠色區(qū)，即安
全區(qū)。此數(shù)值為管內(nèi)水流與管外汽流造成的背景噪聲。
從9月22日8時左右開始，測點(diǎn)3、4(疏水冷卻器進(jìn)水和出水口)的數(shù)值開始增加，并
且波動較大。在9月23日8時40分，顯示數(shù)值突然增大到3o dB左右，此時系統(tǒng)提示疏水
冷卻器已經(jīng)漏泄。后經(jīng)電廠有關(guān)人員解體檢查，發(fā)現(xiàn)疏水冷卻器內(nèi)水管有裂紋，經(jīng)檢修人
員堵管起機(jī)后，系統(tǒng)顯示恢復(fù)正常狀態(tài)。根據(jù)事后對記錄歷史趨勢曲線分析(如圖3所
示)，在管子漏泄初期，有微小的滲漏過程，即數(shù)據(jù)波動較大的階段。
第二次監(jiān)測出的是蒸汽冷卻器漏泄。在98年2月9日18時，9、10兩測點(diǎn)(蒸汽冷卻器
進(jìn)汽口和出汽口處)的數(shù)據(jù)開始有大的波動，持續(xù)十多天后，在20日10時顯示數(shù)據(jù)突增，
并且穩(wěn)定在30 dB左右，這表明漏泄已經(jīng)達(dá)到很大。根據(jù)這次磊泄過程的記錄數(shù)據(jù)(如圖4
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74 東北電力學(xué)簏學(xué)報 第18喜
所示)，可以看出機(jī)組負(fù)荷變化對漏泄程度有嚴(yán)重影響，在發(fā)生漏泄初期，滿泄孔很小，節(jié)
流很嚴(yán)重，當(dāng)負(fù)荷減小時抽汽壓力下降，因此，漏泄較輕，表現(xiàn)為滿泄初期波動較大。當(dāng)漏
泄嚴(yán)重之后，負(fù)荷變化對漏泄影響甚微。
5 結(jié)束語
∞
i 2o
1
1。
5
l 2o
l5
1。
5
起始時何：98，02／∞ 2o：1l 46 ‘／h
囝3 琉水猙卻器瓣渣趨勢和時間記錄
4 8 l2 l6 20 24
起始時間：9"7~ ／23 ∞：30：23 I／h
囝4 蒸汽猙卻囂磊泄趨勢和時間記錄
實(shí)踐表明，利用漏泄時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號監(jiān)測高壓加熱器等設(shè)備的漏泄是很好的辦
法。其主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)早期發(fā)現(xiàn)漏泄，靈敏度高，防止事故擴(kuò)大；(2)漏泄部位診斷準(zhǔn)確；
(3)誤報率低，準(zhǔn)確性高；(4)安裝、操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)。
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第4期 張艾萍等：高壓聳水加熱囂漏泄監(jiān)州系統(tǒng)的應(yīng)用 75
參考文獻(xiàn)
[1] 張艾萍．聲發(fā)射技術(shù)廈其在高壓加熱器漏泄監(jiān)涮中的應(yīng)用．華北電力技術(shù)．1997．(4)
[2] 王祖蔭聲發(fā)射技術(shù)基礎(chǔ)山東：科學(xué)技術(shù)出版杜，1990
Application of On—-Line Leakage Detection
System for High—-pressure Heater
zhang Aipiag
(Departn~nt of Thermal Power lle rIg)
M eng Xiaoxi
( l丑nbaoshan Power Plant)
Jin Jianguo
(Deparlanent of Thermal Power En ne耐工lg)
The hardware structure，working principle and main feature of the monitori~ system m described．
Applications have shownthatthe system c∞ find outleakage at an early date Ithas advan．
rages of high ser~dvity，low mis~ ert rate，high accuracy，high practicability and accurate fault lo．
cati g．

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