紅外熱成像在閥門內(nèi)漏檢查中的應(yīng)用

呂元亮

三門核電有限公司 技術(shù)支持處 浙江臺(tái)州 318000

核電廠二回路熱循環(huán)回路的嚴(yán)密性直接影響機(jī)組熱效率，而熱循環(huán)回路嚴(yán)密性的破壞通常由于二回路邊界常閉閥門的內(nèi)漏導(dǎo)致，其中高能閥門的內(nèi)漏對(duì)二回路效率的降低、潛在閥門的損壞、流體加速腐蝕等的影響尤為顯著。三門核電2號(hào)機(jī)組二號(hào)機(jī)組升功率試驗(yàn)期間，二回路凝汽器補(bǔ)水量較大無法滿足汽輪機(jī)性能試驗(yàn)要求，影響機(jī)組熱效率。閥門內(nèi)漏是核電站常見故障，且往往因?yàn)楦吣荛y門不易檢查，很難發(fā)現(xiàn)閥門的較小內(nèi)漏，對(duì)機(jī)組性能產(chǎn)生長(zhǎng)期不利影響。三門核電預(yù)測(cè)性維修技術(shù)人員通過應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)，快速定位二回路邊界內(nèi)漏閥門。通過總結(jié)本次異常的處理過程，提煉了診斷思路，為類似問題的故障診斷和解決提供參考。

1 問題描述及檢測(cè)方案

1.1 問題描述

三門核電2號(hào)機(jī)組二號(hào)機(jī)組升功率試驗(yàn)期間，二回路凝汽器補(bǔ)水量達(dá)到628噸/天，影響機(jī)組熱效率，不滿足汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)要求。通過對(duì)二回路外漏情況初步排查，梳理出44臺(tái)閥門存在泄漏可能。根據(jù)計(jì)劃安排，2號(hào)機(jī)機(jī)組十天后將進(jìn)入機(jī)組小修，錯(cuò)過小修窗口將很難處理補(bǔ)水量過大問題。由于時(shí)間緊迫，已無法逐個(gè)對(duì)閥門進(jìn)行解體檢查，且小修期間也不具備大量閥門檢修窗口。常規(guī)檢查已不可用，需要制定快速檢漏方案[1]。

1.2 紅外熱成像技術(shù)

紅外線是波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的電磁波，任何表面溫度大于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物體，都會(huì)因?yàn)槲镔|(zhì)內(nèi)部分子或原子的熱運(yùn)動(dòng)而持續(xù)不斷地向外輻射紅外線，簡(jiǎn)稱熱輻射。紅外線輻射同可見光一樣具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性，同時(shí)又具有一些有別于可見光的獨(dú)有特性：

（1）眼睛對(duì)紅外線不敏感，所以無法通過目視來觀察紅外線，必須使用紅外探測(cè)器才能觀察到。

（2）紅外線的光量子能量比可見光小。

（3）紅外線的熱效應(yīng)比可見光要大得多，即紅外線更容易被物質(zhì)吸收。

紅外熱成像技術(shù)是通過非接觸式的熱成像裝置來獲取及分析熱信息的檢測(cè)診斷技術(shù)。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測(cè)量。紅外熱成像在測(cè)量溫度上有三大技術(shù)特點(diǎn)：

（1）非接觸式測(cè)量：完全不需要干擾被測(cè)目標(biāo)，使操作者原理危險(xiǎn)。

（2）二維測(cè)量：圖像可以清楚地顯示目標(biāo)的輪廓，從而直觀地分析熱模式，比較不同區(qū)域的被測(cè)目標(biāo)。

（3）實(shí)時(shí)測(cè)量：可以快速掃描靜止目標(biāo)，捕捉快速移動(dòng)的目標(biāo)，有效抓住變化中的熱模式。

1.3 檢測(cè)方案

經(jīng)篩選44臺(tái)可能存在內(nèi)漏的閥門均為高能閥門，閥門前后介質(zhì)溫差大于50℃。日常運(yùn)行期間，閥門及上下游管道均有保溫層。閥門未泄漏時(shí)，上下游溫差明顯，下游管道表面溫度僅受閥體和管道間的熱傳導(dǎo)影響，下游管道熱梯度帶分層陡峭；當(dāng)閥門發(fā)生內(nèi)漏時(shí)，隨著上游高熱介質(zhì)進(jìn)入下游管道，使得下游管道被加熱，相較于未泄漏時(shí)下游管道熱梯度帶較為緩和[2]。

根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行工況分析，制定了紅外熱成像內(nèi)漏檢查方案：

（1）拆除閥門本體及前后兩倍管道直徑長(zhǎng)度的保溫。

（2）保溫拆除后，保持自然散熱30分鐘以上，減少保溫層對(duì)上下游管道熱分布的影響。

（3）采集閥門本體及前后管道的熱成像圖片。

（4）修正環(huán)境溫度、濕度、檢測(cè)距離、發(fā)射率等參數(shù)，并用高對(duì)比度的彩虹著手板進(jìn)行圖像處理。

（5）根據(jù)上下游管道溫差、閥門熱交換面位置、下游管道熱梯度帶等特征分析閥門是否存在內(nèi)漏。

2 典型閥門內(nèi)漏檢測(cè)案例

2.1 內(nèi)漏閥門

圖1 內(nèi)漏閥門

經(jīng)參數(shù)修正后，調(diào)整著色板可見閥門上下游管道平均溫度均在260℃上下，且下游管道沒有熱梯度帶即管道溫降不明顯，金屬傳導(dǎo)不是管道傳熱主要形式，該閥門診斷為“存在內(nèi)漏”。

2.2 正常閥門

圖2 正常閥門

經(jīng)參數(shù)修正，調(diào)整著色板后可見閥門上游線性平均溫度191℃，下游線性平均溫度79℃。上下游管道存在較大溫差，且下游管道存在明顯的熱梯度帶，即管道溫降明顯，金屬傳導(dǎo)是管道傳熱主要形式，該閥門診斷為“不存在內(nèi)漏”。

3 結(jié)語

通過紅外熱成像檢查，最終將可能泄漏的閥門范圍從44臺(tái)縮減至5臺(tái)。在機(jī)組小修期間，對(duì)5臺(tái)內(nèi)漏閥門進(jìn)行解體檢修，確認(rèn)存在密封缺陷。小修結(jié)束后機(jī)組再次滿功率時(shí)，二回路補(bǔ)水量已降低到230噸/天，較治理前628噸/天的補(bǔ)水量已大幅下降，滿足汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)要求。實(shí)踐證明，紅外熱成像可以有效檢測(cè)高能閥門內(nèi)漏，且具有檢測(cè)便捷，精確度高等優(yōu)勢(shì)，可以為類似閥門內(nèi)漏的診斷和處理提供技術(shù)參考。