基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统及方法，属于阀门监检技术领域。本发明解决了阀门难以实现中远距离泄漏检测、红外热成像技术受限于发射率不均匀干扰、红外热成像结果受温度条件变化干扰、阀门泄漏检测精度较差与检测成本较高等技术难题，探索了阀门的中远距离试压泄漏检测，将红外热成像技术的非接触式测温、快速捕捉过热点的优势应用在泄漏检测中，实现了对泄漏点位置的精确测量以及泄漏量的定级分析，解决了发射率不均匀带来干扰的技术难题，具备很高的检测精度、合理的检测成本，有很可观的推广前景。
【专利说明】
基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于阀门监检技术领域，尤其是采用红外热成像技术以及MATLAB后处理分析的阀门泄漏检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]阀门广泛应用于石油、化工、电站、长距离管道以及核工业、航空航天等诸多领域，正是由于其应用领域的特殊性以及不断出现的严重安全事故，对阀门的质量提出了极高的要求。2007年8月质检特函
[2007]35号“关于开展压力管道阀门制造专项整治试点工作的通知”中要求在阀门制造企业较为集中的上海市、浙江省、河南省、辽宁省开展阀门试监检；2013年I月18日，国家质检总局颁布了TSG D7001-2013《压力管道元件制造监督检验规则》，并要求于2013年7月I日起执行，该规则规定对A1、A2级和低温阀门逐批进行监检。随着阀门监检工作的重视程度与日倶增，以及阀门监检压力试验、在线检测中的潜在安全风险，寻求一种更加快速、准确的中远距离阀门泄漏检测方法已经刻不容缓。
[0003]目前，阀门泄漏检测方法主要有:气泡渗漏检测法、卤素检测法、传感器流量检测法、氦气光谱分析检测法以及超声波检漏法。传统气泡渗漏检测法虽可以检测到泄漏，但无法测量泄漏量，由此改进的集气法虽可以测量泄漏量，但精度不够，且实施局限性很大；卤素检测法操作简单，费用低，但大量使用氟利昂易对环境造成很大污染;传感器流量检测法对于泄漏测量所需的仪器精度要求非常高，检测成本高，在一般工业现场难以实现;氦气光谱分析检测法检漏灵敏度高，但需要营造真空环境，检测时间较长，检测成本高，并未得到广泛应用；超声波检漏法可以快速定位漏点，耗时短，但超声波检漏仅能进行定性判断，且环境噪声会对检测结果造成一定的干扰。综上所述，目前所采用的泄漏检测方式均有着各自的适用范围、检测精度以及可操作性。
[0004]在目前阀门的监检过程中，仍采用的是人工涂抹肥皂泡的泄漏检测方法，主要依靠肉眼近距离观察，在高温高压工质检测时容易发生安全事故，并且检测精度较低。因此，寻求一种高精度的中远距离泄漏检测方法是很有必要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统及方法，该方法以目标辐射温度为研究对象，采用高温高压水蒸汽为工质，对阀门进行两种方式加热并分别建立三维辐射温度分布模型，通过辐射温度点阵相减的方法消除因待测阀门表面局部发射率高造成局部过热的虚假泄漏干扰，依据两种加热过程的泄漏点处辐射温度差的量级为泄漏量定级，实现了基于红外热成像技术的阀门中远距离泄漏检测，提高了检漏精度与效率，避免发生安全事故。
[0006]本发明的技术方案:
[0007]基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统包括红外热成像仪1、排空气管2、排空气阀3、排蒸汽阀4、过滤装置5、排气管6、第一球阀7、待检阀门8、水平滑轨9、冷却水入口控制球阀10、冷却水栗11、冷却水进水管12、鼓风机13、空气进气管14、进气阀15、高温高压水蒸汽进气管16、第二球阀17、圆形滑轨18;高温高压水蒸汽经由高温高压水蒸汽进气管16进入阀门泄漏检测系统，鼓风机13通过空气进气管14与进气阀15连接，冷却水栗11通过冷却水进水管12与冷却水入口控制球阀10连接;第一球阀7设置在排气管上，用于控制高温高压水蒸汽流出待检阀门8，第二球阀17设置在高温高压水蒸汽管道16上，用于控制高温高压水蒸汽流入待检阀门8，第一球阀待检阀门8通过排气管6连接过滤装置5，排蒸汽阀4控制高温高压水蒸汽排出待检阀门8，排空气管2与排气管6连接，排空气阀3控制空气排出系统;红外热成像仪I布置在圆形滑轨18上，圆形滑轨18通过垂直杆固定在水平滑轨9上，红外热成像仪I用于实时在待检阀门8外表面红外热成像图。
[0008]基于红外热成像技术的阀门泄漏检测方法，在实际工程安全距离处固定水平滑轨9和圆形滑轨18，待检阀门8处于打开状态，过滤装置5在检测过程中起过滤蒸汽中杂质作用，保证蒸汽的循环利用，第一次加热过程中，利用红外热成像仪I建立待检阀门8的辐射温度分布基准模型，打开第一球阀7和第二球阀17，高温高压水蒸汽处于流通状态，通过红外热成像仪I的移动建立辐射温度分布基准，红外热成像的过热红外特征是由于待检阀门8表面发射率不均匀导致的，发射率高的部分会出现过热的红外特征。冷却水入口控制球阀10通入冷却水对待检阀门8进行冷却，鼓风机13对阀门泄漏检测系统通风，排尽系统内残留的水分;第二次加热过程，关闭第一球阀7、冷却水入口控制球阀10和进气阀15，高温高压水蒸汽处于封闭状态，借助红外热成像仪I建立随时间变化的辐射温度二次分布模型，红外热成像的过热红外特征是由待检阀门8的表面发射率高与发生泄漏两个原因共同造成的。两次加热过程中相同位置拍摄的红外热成像图进行辐射温度点阵相减处理，消除因发射率不均匀造成局部过热的虚假泄漏干扰，对比辐射温度差处理结果图与可见光图像确定是否发生泄漏以及泄漏点的位置。根据辐射温度差处理结果为泄漏量定级，实现对泄漏量的定级分析;最后打开第一球阀7、排蒸汽阀4，排出系统内的残留蒸汽，蒸汽经过滤装置5过滤后循环利用。
[0009]本发明的有益效果:与传统的红外技术应用相比，以辐射温度为研究对象，无需精确测量材料表面各个区域的发射率，通过两种方式加热过程的对应位置的热成像辐射温度点阵相减处理，消除因发射率不同带来的虚假泄漏干扰，以点阵处理后辐射温度差分布结果为泄漏判断依据，排除了因温度条件变化带来的干扰，并依据辐射温度差为泄漏量定级，实现泄漏的定级分析检测；与其它传统泄漏检测手段相比，避免了近距离检测带来的安全性隐患和精度上的缺陷，同时比新型泄漏检测方法(如超声波检测、氦质谱检测)经济实用，具有很可观的推广前景。
【附图说明】
[0010]图1是本发明基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统的整体结构示意图。
[0011]图2是本发明基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统的左视图。
[0012]图3是本发明基于红外热成像技术的阀门泄漏检测方法中两种加热过程的过热红外特征原因分析图。
[0013]图中:I红外热成像仪;2排空气管；3排空气阀；4排蒸汽阀；5过滤装置;6排气管；7第一球阀；8待检阀门；9水平滑轨；10冷却水入口控制球阀；11冷却水栗；12冷却水进水管；13鼓风机;14空气进气管；15进气阀；16高温高压水蒸汽进气管；17第二球阀；18圆形滑轨。
【具体实施方式】
[0014]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0015]按照图1安装固定器材，红外热成像仪I固定在圆形滑轨18上，圆形滑轨18通过垂直固定杆固定在水平滑轨9上。进行第一次加热过程，打开排蒸汽阀4、第一球阀7、第二球阀17，待检阀门8处于开启状态，其余阀门均处于关闭状态，由高温高压水蒸汽进气管16持续通入高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽经待检阀门8和过滤装置5由排气管6排出，过滤装置5在整个检测过程中起过滤蒸汽中杂质作用，保证蒸汽的循环利用，高温高压水蒸汽对待检阀门8强制对流换热30s后，通过圆形滑轨18周向移动红外热成像仪I，通过水平滑轨9水平移动红外热成像仪1，在移动过程中，首先在初始水平位置处，利用红外热成像仪I周向采集待检阀门8的外表面红外热成像图，直到该水平位置处周向外表面区域全部采集完毕，再水平移动到下一个连续水平位置处进行周向采集，直到红外热成像图NI，N2，N3……所有图片能够涵盖待检阀门8的外表面(NI，N2，N3分别表示在滑轨需要拍摄的位置①，②，③处捕捉的红外热成像基准图)。停止通入高温高压水蒸汽，打开冷却水入口控制球阀10，冷却水经由冷却水控制球阀1、冷却水进水管12对待检阀门8进行Imi η强制对流冷却。打开进气阀15、排空气阀3，关闭排蒸汽阀4、冷却水入口控制球阀10，第一球阀7、第二球阀17仍处于打开状态，由空气进气管14通入20s压缩空气，排尽系统内残余的水分。第二次加热过程中，关闭排空气阀3、排蒸汽阀4、第一球阀7、冷却水入口控制球阀1、进气阀15，打开第二球阀17，待检阀门8处于打开状态，高温高压水蒸汽经由高温高压水蒸汽进气管16进入待检阀门8，与第一次加热过程中红外热成像仪I的移动过程相同，通过圆形滑轨18的周向移动、水平滑轨9的水平移动及滑轨定位，保证红外热成像仪I在第二次加热过程中的拍摄位置与第一次加热过程中拍摄位置①，②，③……相同，在每个位置处捕捉一组连续红外热成像图，记为Ml1、M12、M13……M21、M22、M23……(Mil，M12，M13分别表示位置①处连续拍摄的三张红外热成像仪图，M21，M22，M23分别表示位置②处连续拍摄的三张红外热成像仪图，以此类推，一直连续拍摄，确保每个拍摄位置都有一组伪连续的辐射温度变化区间)。停止通入高温高压水蒸汽，打开排蒸汽阀4、第一球阀7，排尽泄漏检测系统内残余蒸汽，蒸汽经过滤装置5过滤后循环利用。利用MATLAB软件进行红外热成像图辐射温度点阵相减处理，以位置①为例，处理为N1-M11、N1-M12、N1-M13……，结果记为D11、D12、D13……，以此类推，通过MATLAB软件输出D11、D12、D13……的伪色彩图，如果待检阀门8存在泄漏点，则必然存在一张具有奇异点的红外热成像图Dli(其特征为除奇异点之外的所有点的辐射温度差均为0，只有奇异点处的辐射温度差大于O);如果待检阀门8不存在泄漏，则必然存在一张辐射温度差均为O的红外热成像图Dli。因此，观察红外热成像图Dli，D2i，D3i……是否存在温度奇异点从而判断待检阀门8是否发生泄漏，根据伪色彩图中泄漏点的坐标并结合对应的可见光图像即可判定泄漏点的具体位置，根据奇异点处辐射温度差的量级为待检阀门8的泄漏量定级，辐射温度差I?5K定为一级，5?1K定为二级，10?15K定为3级，大于15K定为四级。
【主权项】
1.一种基于红外热成像技术的阀门泄漏检测系统，其特征在于，该阀门泄漏检测系统包括红外热成像仪、排空气管、排空气阀、排蒸汽阀、过滤装置、排气管、第一球阀、待检阀门、水平滑轨、冷却水入口控制球阀、冷却水栗、冷却水进水管、鼓风机、空气进气管、进气阀、高温高压水蒸汽进气管、第二球阀、圆形滑轨;高温高压水蒸汽经由高温高压水蒸汽进气管进入阀门泄漏检测系统，鼓风机通过空气进气管与进气阀连接，冷却水栗通过冷却水进水管与冷却水入口控制球阀连接;第一球阀设置在排气管上，用于控制高温高压水蒸汽流出待检阀门，第二球阀设置在高温高压水蒸汽管道上，用于控制高温高压水蒸汽流入待检阀门，待检阀门通过排气管连接过滤装置，排蒸汽阀控制高温高压水蒸汽排出待检阀门，排空气管与排气管连接，排空气阀控制空气排出系统;红外热成像仪布置在圆形滑轨上，圆形滑轨通过垂直杆固定在水平滑轨上，红外热成像仪用于实时在待检阀门外表面红外热成像图。2.—种基于红外热成像技术的阀门泄漏检测方法，其特征在于，在实际工程安全距离处固定水平滑轨和圆形滑轨，待检阀门处于打开状态，过滤装置在检测过程中起过滤蒸汽中杂质作用，保证蒸汽的循环利用； 第一次加热过程中，利用红外热成像仪建立待检阀门的辐射温度分布基准模型，打开第一球阀和第二球阀，其余阀门均处于关闭状态，高温高压水蒸汽处于流通状态，通过红外热成像仪的移动建立辐射温度分布基准;冷却水入口控制球阀通入冷却水对待检阀门进行冷却，鼓风机对阀门泄漏检测系统通风，排尽系统内残留的水分； 第二次加热过程，关闭第一球阀、冷却水入口控制球阀和进气阀，高温高压水蒸汽处于封闭状态，借助红外热成像仪建立随时间变化的辐射温度二次分布模型;两次加热过程中相同位置拍摄的红外热成像图进行辐射温度点阵相减处理，消除因发射率不均匀造成局部过热的虚假泄漏干扰，对比辐射温度差处理结果图与可见光图像确定是否发生泄漏以及泄漏点的位置;根据辐射温度差处理结果为泄漏量定级，实现对泄漏量的定级分析;最后打开第一球阀、排蒸汽阀，排出系统内的残留蒸汽，蒸汽经过滤装置过滤后循环利用。
【文档编号】G01M3/02GK106092446SQ201610615316
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月29日 公开号201610615316.0, CN 106092446 A, CN 106092446A, CN 201610615316, CN-A-106092446, CN106092446 A, CN106092446A, CN201610615316, CN201610615316.0
【发明人】张博, 刘峰, 张奇
【申请人】大连理工大学