閥門診斷技術(shù)的應(yīng)用與及診斷設(shè)備國產(chǎn)化展望

王淑紅，柏冰，盧艷東，陳云龍，王蘭

（1.中機國能電力工程有限公司，上海 200061；2.國核工程有限公司，上海 200233）

閥門診斷技術(shù)的應(yīng)用與及診斷設(shè)備國產(chǎn)化展望

王淑紅1，柏冰2，盧艷東2，陳云龍2，王蘭1

（1.中機國能電力工程有限公司，上海 200061；2.國核工程有限公司，上海 200233）

介紹了閥門診斷技術(shù)在核電站建設(shè)和運行維護中的應(yīng)用，重點介紹了應(yīng)力傳感器和數(shù)據(jù)采集單元等核心技術(shù)部件，分析了閥門診斷技術(shù)在火電、冶金和石油化工等行業(yè)應(yīng)用的前景，肯定了我國企業(yè)對于閥門診斷設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)能力，并對診斷設(shè)備國產(chǎn)化的推動提出了建議。

閥門；核電；診斷技術(shù)；隱性缺陷；診斷設(shè)備國產(chǎn)化；在線監(jiān)測

0 引言

閥門設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油化工等領(lǐng)域，種類復(fù)雜、數(shù)量眾多。閥門設(shè)備功能的正常與否，直接關(guān)系到系統(tǒng)和整個機組的安全經(jīng)濟運行，而核電站閥門的安全運行更是重中之重。閥門診斷技術(shù)能夠在閥門運行期間發(fā)現(xiàn)其潛在故障，檢修時不解體即可找出閥門具體的故障部件，從而提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

1 閥門診斷技術(shù)的應(yīng)用

閥門診斷技術(shù)是隨著機械故障診斷技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，閥門診斷技術(shù)的可靠性大大提高，達到了智能化水平。

閥門診斷技術(shù)在我國最早應(yīng)用于大亞灣核電站，核電站建設(shè)期間法國設(shè)備供應(yīng)商使用了氣動閥門的診斷設(shè)備。后來閥門診斷技術(shù)全面應(yīng)用于核電領(lǐng)域與核安全相關(guān)的電動閥、氣動閥和止回閥，并在大亞灣、秦山、田灣等核電站的運行維護中發(fā)揮了巨大的作用。在第三代核電技術(shù)AP1000堆型的核電站建設(shè)中，根據(jù)核安全和設(shè)計要求，核島內(nèi)所有帶執(zhí)行機構(gòu)的D級及以上閥門在出廠時都進行了診斷試驗。

閥門出廠診斷試驗時建立了每個閥門的正常功能數(shù)據(jù)檔案，以參數(shù)曲線和數(shù)據(jù)表格的形式保存，是判斷閥門在后期運行中是否存在潛在故障的參照標(biāo)準(zhǔn)。閥門需要檢修時，通過對比其參數(shù)曲線和數(shù)據(jù)表格，能夠有利于找出閥門的具體故障部件，進行針對性的檢修，從而提高了檢修工作的質(zhì)量和效率。

閥門診斷試驗采集的數(shù)據(jù)有閥門開啟和關(guān)閉時間、閥桿的扭矩和推力、閥桿與填料之間的摩擦力、氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣缸壓力和彈簧力、電動執(zhí)行機構(gòu)的電流和電壓等。診斷設(shè)備在采集到這些數(shù)據(jù)后，自動生成閥門的性能曲線和數(shù)據(jù)表格，供技術(shù)人員使用。同類型同批次閥門的曲線形態(tài)應(yīng)相同，數(shù)據(jù)應(yīng)相近，如果有某個閥門的運行曲線與其他閥門差別很大，需對該閥門進行重新檢驗，以確保滿足性能和質(zhì)量要求。

2 閥門診斷設(shè)備及軟件

目前在我國核電市場擁有業(yè)績的閥門診斷設(shè)備廠家有Teledyne，Crane，F(xiàn)isher等，Teledyne是一家專業(yè)儀控設(shè)備廠家，而Crane和Fisher本身就是閥門生產(chǎn)商。

閥門診斷設(shè)備主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、便攜式電腦等3部分組成。傳感器有應(yīng)力傳感器、壓力傳感器、閥門行程傳感器等；所采集的數(shù)據(jù)有閥桿推力和扭矩、閥桿與填料間的摩擦力、閥門啟閉時間、氣動閥門的彈簧預(yù)緊力（氣壓）、電動閥門的電流（電壓）等。

閥桿的推力和扭矩是閥門診斷試驗的重要參數(shù)，它的檢測涉及閥門的截斷和調(diào)節(jié)等性能。閥桿推力和扭矩數(shù)據(jù)是通過應(yīng)力傳感器獲取的，應(yīng)力傳感器內(nèi)表面布置有電路，當(dāng)閥桿受力變形時，根據(jù)惠斯通電橋原理，應(yīng)力傳感器電橋的電流和電壓發(fā)生變化；電流和電壓的變化數(shù)據(jù)經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為電信號的變化，形成閥桿推力和扭矩同輸入電信號的關(guān)系，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，得到推力和扭矩值。應(yīng)力傳感器工作原理如圖1所示。

應(yīng)力傳感器的使用十分簡單，將其帶有電路的一面涂上膠水，粘貼在閥桿上并用卡套固定，待粘貼牢固后解除卡箍?？紤]到應(yīng)力傳感器的防潮和防塵要求，在外表面涂抹一層膠水。應(yīng)力傳感器可以永久放在閥桿上，不使用時將數(shù)據(jù)輸出接頭包裹起來即可。

圖1 應(yīng)力傳感器工作原理

數(shù)據(jù)采集單元是用來記錄和處理傳感器信號并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖銛y式電腦的裝置，便攜式電腦裝有閥門診斷軟件，用于輸出診斷數(shù)據(jù)和曲線。數(shù)據(jù)采集單元與便攜式電腦可以通過普通的網(wǎng)線連接，也可以無線的方式連接，稱為分體式數(shù)據(jù)采集處理器，如Crane和Fisher廠家的設(shè)備。而Teledyne將數(shù)據(jù)采集單元與便攜式電腦集成為一臺設(shè)備，稱為便攜式數(shù)據(jù)采集處理器（如圖2所示），用戶可以根據(jù)自己的需求做出選擇。

圖2 數(shù)據(jù)采集處理器

閥門診斷設(shè)備的軟件系統(tǒng)都是廠家自己開發(fā)的，如Crane開發(fā)了Signature Software軟件系統(tǒng)、Teledyne開發(fā)了Quilook II軟件系統(tǒng)、Fisher開發(fā)了Flowscanner軟件系統(tǒng)，這些軟件系統(tǒng)都能應(yīng)用于MicrosoftWindows操作平臺，為用戶提供簡便的人機操作界面。圖3為使用了Flowscanner軟件系統(tǒng)的某氣動調(diào)節(jié)閥診斷試驗界面，閥門數(shù)據(jù)庫信息有閥體（Body）、閥內(nèi)件（Trim）、執(zhí)行機構(gòu)（Actuator）、定位器（Positioner）以及電氣轉(zhuǎn)換器（I／P）等，用戶能夠快速輸入閥門信息。

3 閥門診斷設(shè)備國產(chǎn)化展望

閥門診斷技術(shù)還可應(yīng)用于火電、冶金、石油化工等行業(yè)，選擇對重要閥門進行在線監(jiān)測，能夠提前發(fā)現(xiàn)閥門潛在故障，并在檢修時確定具體的故障部件，可在設(shè)備的安全性和經(jīng)濟性方面取得很好的效果。閥門診斷技術(shù)目前還沒有在火電、冶金、石油化工等行業(yè)得到應(yīng)用，主要是因為這些行業(yè)對診斷試驗的重要性認識不足，更沒有對診斷試驗做出硬性要求；另外，閥門診斷設(shè)備相對昂貴也是制約其廣泛使用的一個因素。目前，閥門診斷設(shè)備的供應(yīng)商都是國外的公司，應(yīng)力傳感器每片價格高達萬元，數(shù)據(jù)采集處理器價格將近100萬元。

圖3 Flowscanner人機界面

閥門診斷設(shè)備的國產(chǎn)化將降低診斷技術(shù)的使用成本，有利于推動診斷技術(shù)的廣泛應(yīng)用。事實上，閥門診斷技術(shù)已經(jīng)成熟，國內(nèi)的一些公司已經(jīng)具備了生產(chǎn)能力，如測量閥桿推力和力矩的應(yīng)力傳感器在我國航天和汽車等領(lǐng)域早有相似的應(yīng)用，都是由國內(nèi)企業(yè)制造；對于診斷設(shè)備的軟件系統(tǒng)，我國很多民營IT公司都有研發(fā)能力。根據(jù)市場調(diào)研分析，閥門診斷設(shè)備的國產(chǎn)化后，數(shù)據(jù)采集處理器的價格可以降到50萬元以下，應(yīng)力傳感器每片價格將降至2000～3000元，如果采購量大價格將會更低。目前，國內(nèi)某高校已經(jīng)參與了浙江一家閥門廠診斷設(shè)備的研發(fā)，并取得了技術(shù)上的進步。

閥門診斷設(shè)備國產(chǎn)化可按以下步驟推動。

（1）由閥門行業(yè)協(xié)會組織對閥門診斷技術(shù)的應(yīng)用進行可行性分析，并在火電、冶金、石油化工等領(lǐng)域進行試點使用。

（2）選擇動作頻繁、高溫高壓等重要閥門進行實時監(jiān)測，并在閥門檢修中使用診斷技術(shù)，在安全性和經(jīng)濟性上與監(jiān)測前做對比，量化診斷試驗的成果。

（3）對閥門診斷技術(shù)的成果進行宣傳和推廣，并鼓勵國內(nèi)高端閥門制造廠使用閥門診斷技術(shù)。

（4）推動設(shè)計單位將閥門診斷試驗納入技術(shù)要求，并在分散控制系統(tǒng)（DCS）中留有端口，以實現(xiàn)對重要閥門實時在線監(jiān)測和提前報警功能。

4 結(jié)論

（1）閥門診斷技術(shù)在我國核電建設(shè)和生產(chǎn)中成功應(yīng)用了近20年，它同樣可以應(yīng)用于火電、冶金、石油化工等領(lǐng)域，并將促進設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行。

（2）我國企業(yè)已經(jīng)具備了閥門診斷設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)能力，閥門診斷設(shè)備的國產(chǎn)化將大大降低診斷技術(shù)的使用成本，推動診斷技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

（本文責(zé)編：劉芳）

TH 138.52

：B

：1674-1951（2015）01-0051-02

王淑紅（1979—），女，山西晉中人，工程師，工學(xué)碩士，從事發(fā)電廠水工工藝設(shè)計工作（E-mail：wangshuhong＠cseec.cn）。

2014-06-09；

2014-09-26