唐建平

（中石化西南石油工程有限公司油田工程服务分公司，四川?绵阳?621000）

摘要 ：阀门是生产生活中通过管道对介质进行输送必不可少的装置，随着科技的发展对阀门检测技术要求也提高了，而作为新兴的一种在线动态声发射检测技术，相对其他检测技术在井控设备阀门中的应用有着很多优点。文章通过对声发射检测技术的原理及特征进行阐述，结合国内外声发射技术现状对声发射检测技术在井控设备阀门中的应用进行详细说明。

关键词 ：井控设备 ；阀门 ；声发射检测

引言

随着经济的迅速发展，能源问题成为比较关心的问题，进而对放置能源的压力容器的要求也就相应的提高了，压力容器的生产要求严格不能有任何缺陷，这就需要检测内部结构避免放置途中出现安全问题。声发射检测技术就是常规检测技术的升级，可以对设备中的缺陷进行实时检测实时监控，在压力不断变化的过程中利用内置的高灵敏度传感器就可以进行检测，并将信号通过介质传到外界进行判断。

声发射源的位置可以通过区域定位法和时差定位法等来确定，而传感器对于声发射信号的采集主要是通过噪声产生的紊流来获取。声发射技术不仅提高了检测效率还节省成本费用，从而达到安全使用的目的。

1?声发射检测技术的原理及优点

1.1?声发射检测技术的原理

声发射(AE，acoustic emission)指的是材料变形或者被积蓄起来的应变能所释放的声音的传播现象。声发射是一种物理现象，不同材料的声发射信号的频率范围也不同，而且幅度变化范围也很宽泛。

声发射技术是通过声发射仪器，对声发射信号的特征进行探测、记录，然后对探测到的信息进行分析并推断出声源位置的技术。声发射技术是一种无损检测方法，对于利用超声波、放射线、浸透等方法来进行检测是不一样的，不需要检测其缺陷就可实现在线监测的功能。

从声发射信号在时间上的性质，可以分为连续型声发信号和突发型声发信号。连续型声发信号是发生时间在时间上不可分的声发射事件，特点是波幅度小、发射频度高等；相对的突发型声发信号是指发生时间间断在时间上可分的声发射事件，特点是波形呈脉冲状、峰值较高等。而井控设备的阀门信号是连续型声发射信号。

声发射检测的原理是根据从内部发出的波对结构内部损伤程度判断的检测方法，声发射检测原理如图1所示。主要检测过程是声发射源对弹性波进行激发，经过某种介质将材料内部信号传播到材料的表面，使材料的表面发生机械振动从而产生微小位移量，然后使用声发射传感器对其进行探测，AE传感器的声耦合将采集到的信号进行转换后成为电信号，然后通过前置放大器进行放大处理，最后收集到的信号参数特征都通过工控机进行记录分析。

根据分析结果结合对井控设备阀门安全标准的设定，判断出阀门内部及表面存在缺陷的等级，从而得出被检测阀门的实际安全情况的结论。

图1?声发射检测原理流程图

1.2?声发射检测技术的优点

声发射检测技术在实际应用中有很多优点，主要优点如下 ：

（1）实时动态性。利用声发射检测技术可以对门阀内部的裂纹或者缺陷进行实时检测。

（2）整体性检测。对在门阀结构内部安置少量固定不动的传感器，传感器按照一定阵列进行排列，声发射仪器就可以通过传感器获得被检测对象的一切信号信息，对缺陷具体位置的确定是通过声发射技术中的时差定位技术来确定。

（3）高精度和灵敏性。材料在裂纹出现的阶段就会有声发射信号的产生，传感器的设置如果比较好就可以发现裂纹出现的过程。声发射的灵敏度也是比较高的，可以探测出微裂纹和位错运动的发生。

（4）快捷性。常规设备检测时间是利用声发射检测时间的五倍，这就大大提高了用户检测时的效率，同时检测人员的劳动强度也降低了，工作效率就提高了。

2?声发射检测技术国内外研究现状

国外对于阀门故障检测技术研究始于20世纪60年代左右，随着科技的快速发展，声发射检测技术在井控设备阀门中的应用得到了很好的推动，相应的声发射仪器也迅速的发展起来。

英国的BP石油公司在检测中使用的声发射检测仪器奠定了声发射检测技术在门阀检测中的基础，随后对于声发射仪器的生产加大了投入，国外对声发射技术从各种方面存在的问题进行不断的研究完善，探索出了阀门的泄漏率和声发射信号之间的对应关系，对于声发射检测技术在井控设备阀门中进行更好的应用。

国内对声发射技术的研究起步比较晚，始于20世纪90年代，但是近几年对于该技术在井控设备阀门中应用的研究有所增加。

首先是通过一系列的实验对声发射检测技术在阀门中检漏行为的可能性进行验证，其次利用EMD方法对于声发射检测技术的精准性进行检测，再次对声发射信号和阀门泄漏量之间的线性关系进行证明，最后用DSP谱分析法和差直法对阀门可能出现的情况进行检测并研发出了声发射仪器。

总之，国内相关科研人员都对门阀在井控中可能出现的情况进行了大量的分析研究工作，便于声发射检测技术更好的应用。

3?声发射检测技术在井控设备阀门中的应用

3.1?阀门产生声发射信号的原理

阀门会产生声发射信号的起因有机械振动、气浊以及紊流或者空气动力噪声三种。

（1）机械振动噪声。机械振动产生是因为阀体内的压力不稳定致使产生无规律的波动以及阀门内部有一些可动部件和弹性部件因其周围流体冲击而振动，而这些振动都是没有规律的所以会以其自然频率振动，机械振动究其根源是阀芯相对于它的导向表面的侧向位移。

（2）气浊噪声。气浊的发生可以分为两个过程，第一个过程是部分液体因为蒸发形成气泡，第二个过程就是气泡在空中爆破或者破裂，又重新成为液体。

（3）紊流或者空气动力噪声。阀门噪声的主要原因就是空气动力噪声，这种噪声是因为蒸汽、空气和其他流体进行紊流的结果。在气体和流体流动的过程中，当高速流体从阀门流出时，因为突然膨胀或者是突然减速，以及在内部结构中发生急拐弯或者碰到障碍物都会形成紊流。

由此可见阀门泄漏的声源有很多种，而且不易辨别。但是紊流噪声是阀门泄漏的主要声源，如图2。但是阀门泄漏后发出的声发射信号确实各有特点，比如泄漏后通过介质激发的应力波的频谱会有很尖的高峰，可以利用频谱分析法将泄漏的信号从噪声中进行分离。泄漏时产生的信号会比结构内部有裂纹产生的信号更强，而且频谱波动的幅度和泄漏的速率成正比关系，与信号的均方根值也成正比。如果泄漏和压力没有关系，那么泄漏的速率就会很小，与信号的均方根值正比的关系依然成立。所以，阀门是否发生泄漏可以通过声发射仪器接收到的声发射信号的均方根值来进行判断。

图2?声发射检测阀门原理图

3.2?阀门检测的侧重点

对阀门进行检测时要有着重点，那么在测试点的选取上要考虑如下因素 ：

第一，不同阀门所通过的流体是不同的，所以对每个阀门进行测试的最佳点是不一样的。

第二，测试点的信号接收情况也会受到传感器安放位置的影响，比如，传感器对信号转换的耦合程度不同或者传感器固定的松紧度不同都会影响测试点对信号的接收。

第三，背压对测试点选取的影响，阀门差压的变化会受到背压存在的影响，而泄漏声音的强度受压差不同的影响。对于阀门的测量点推荐如图3所示。

图3?阀门推荐测量点

3.3?声发射检测技术在井控设备阀门应用中的优点

检测过程中不会要求拆阀，只是内部安置传感器通过其精准灵敏度对阀门的安全情况进行判定，丝毫不会影响阀门的完整性。可以根据实际需要的情况对声发射检测进行安排，丝毫不影响生产过程。检测的结果直观便与判断，并且对阀门内部的缺陷参数也有记录。经济方便的同时还减少环境的污染，还能保证设备会安全运行防止意外发生。

4?总结

声发射检测技术作为新兴的阀门缺陷检测技术，不仅具有常规检测方法的优点还有其没有的优点，所以其应用领域更广阔。声发射进行检测的首要工作就是对周围环境干扰的噪声进行分离，才能对阀门的内部结构出现裂缝或者泄漏等情况进行检测进而判断安全性。对于声发射检测技术的不断完善不仅会给应用的各个领域带来经济效益，也能不断发挥其更高的作用。