阀门诊断技术的应用与及诊断设备国产化展望

王淑红，柏冰，卢艳东，陈云龙，王兰

（1.中机国能电力工程有限公司，上海 200061；2.国核工程有限公司，上海 200233）

阀门诊断技术的应用与及诊断设备国产化展望

王淑红1，柏冰2，卢艳东2，陈云龙2，王兰1

（1.中机国能电力工程有限公司，上海 200061；2.国核工程有限公司，上海 200233）

介绍了阀门诊断技术在核电站建设和运行维护中的应用，重点介绍了应力传感器和数据采集单元等核心技术部件，分析了阀门诊断技术在火电、冶金和石油化工等行业应用的前景，肯定了我国企业对于阀门诊断设备的研发和生产能力，并对诊断设备国产化的推动提出了建议。

阀门；核电；诊断技术；隐性缺陷；诊断设备国产化；在线监测

0 引言

阀门设备广泛应用于电力、冶金、石油化工等领域，种类复杂、数量众多。阀门设备功能的正常与否，直接关系到系统和整个机组的安全经济运行，而核电站阀门的安全运行更是重中之重。阀门诊断技术能够在阀门运行期间发现其潜在故障，检修时不解体即可找出阀门具体的故障部件，从而提高机组运行的安全性和经济性。

1 阀门诊断技术的应用

阀门诊断技术是随着机械故障诊断技术的发展而出现的，随着计算机技术的发展和应用，阀门诊断技术的可靠性大大提高，达到了智能化水平。

阀门诊断技术在我国最早应用于大亚湾核电站，核电站建设期间法国设备供应商使用了气动阀门的诊断设备。后来阀门诊断技术全面应用于核电领域与核安全相关的电动阀、气动阀和止回阀，并在大亚湾、秦山、田湾等核电站的运行维护中发挥了巨大的作用。在第三代核电技术AP1000堆型的核电站建设中，根据核安全和设计要求，核岛内所有带执行机构的D级及以上阀门在出厂时都进行了诊断试验。

阀门出厂诊断试验时建立了每个阀门的正常功能数据档案，以参数曲线和数据表格的形式保存，是判断阀门在后期运行中是否存在潜在故障的参照标准。阀门需要检修时，通过对比其参数曲线和数据表格，能够有利于找出阀门的具体故障部件，进行针对性的检修，从而提高了检修工作的质量和效率。

阀门诊断试验采集的数据有阀门开启和关闭时间、阀杆的扭矩和推力、阀杆与填料之间的摩擦力、气动执行机构的气缸压力和弹簧力、电动执行机构的电流和电压等。诊断设备在采集到这些数据后，自动生成阀门的性能曲线和数据表格，供技术人员使用。同类型同批次阀门的曲线形态应相同，数据应相近，如果有某个阀门的运行曲线与其他阀门差别很大，需对该阀门进行重新检验，以确保满足性能和质量要求。

2 阀门诊断设备及软件

目前在我国核电市场拥有业绩的阀门诊断设备厂家有Teledyne，Crane，Fisher等，Teledyne是一家专业仪控设备厂家，而Crane和Fisher本身就是阀门生产商。

阀门诊断设备主要由传感器、数据采集单元、便携式电脑等3部分组成。传感器有应力传感器、压力传感器、阀门行程传感器等；所采集的数据有阀杆推力和扭矩、阀杆与填料间的摩擦力、阀门启闭时间、气动阀门的弹簧预紧力（气压）、电动阀门的电流（电压）等。

阀杆的推力和扭矩是阀门诊断试验的重要参数，它的检测涉及阀门的截断和调节等性能。阀杆推力和扭矩数据是通过应力传感器获取的，应力传感器内表面布置有电路，当阀杆受力变形时，根据惠斯通电桥原理，应力传感器电桥的电流和电压发生变化；电流和电压的变化数据经处理后转化为电信号的变化，形成阀杆推力和扭矩同输入电信号的关系，经过转换，得到推力和扭矩值。应力传感器工作原理如图1所示。

应力传感器的使用十分简单，将其带有电路的一面涂上胶水，粘贴在阀杆上并用卡套固定，待粘贴牢固后解除卡箍。考虑到应力传感器的防潮和防尘要求，在外表面涂抹一层胶水。应力传感器可以永久放在阀杆上，不使用时将数据输出接头包裹起来即可。

图1 应力传感器工作原理

数据采集单元是用来记录和处理传感器信号并将数据传输到便携式电脑的装置，便携式电脑装有阀门诊断软件，用于输出诊断数据和曲线。数据采集单元与便携式电脑可以通过普通的网线连接，也可以无线的方式连接，称为分体式数据采集处理器，如Crane和Fisher厂家的设备。而Teledyne将数据采集单元与便携式电脑集成为一台设备，称为便携式数据采集处理器（如图2所示），用户可以根据自己的需求做出选择。

图2 数据采集处理器

阀门诊断设备的软件系统都是厂家自己开发的，如Crane开发了Signature Software软件系统、Teledyne开发了Quilook II软件系统、Fisher开发了Flowscanner软件系统，这些软件系统都能应用于MicrosoftWindows操作平台，为用户提供简便的人机操作界面。图3为使用了Flowscanner软件系统的某气动调节阀诊断试验界面，阀门数据库信息有阀体（Body）、阀内件（Trim）、执行机构（Actuator）、定位器（Positioner）以及电气转换器（I／P）等，用户能够快速输入阀门信息。

3 阀门诊断设备国产化展望

阀门诊断技术还可应用于火电、冶金、石油化工等行业，选择对重要阀门进行在线监测，能够提前发现阀门潜在故障，并在检修时确定具体的故障部件，可在设备的安全性和经济性方面取得很好的效果。阀门诊断技术目前还没有在火电、冶金、石油化工等行业得到应用，主要是因为这些行业对诊断试验的重要性认识不足，更没有对诊断试验做出硬性要求；另外，阀门诊断设备相对昂贵也是制约其广泛使用的一个因素。目前，阀门诊断设备的供应商都是国外的公司，应力传感器每片价格高达万元，数据采集处理器价格将近100万元。

图3 Flowscanner人机界面

阀门诊断设备的国产化将降低诊断技术的使用成本，有利于推动诊断技术的广泛应用。事实上，阀门诊断技术已经成熟，国内的一些公司已经具备了生产能力，如测量阀杆推力和力矩的应力传感器在我国航天和汽车等领域早有相似的应用，都是由国内企业制造；对于诊断设备的软件系统，我国很多民营IT公司都有研发能力。根据市场调研分析，阀门诊断设备的国产化后，数据采集处理器的价格可以降到50万元以下，应力传感器每片价格将降至2000～3000元，如果采购量大价格将会更低。目前，国内某高校已经参与了浙江一家阀门厂诊断设备的研发，并取得了技术上的进步。

阀门诊断设备国产化可按以下步骤推动。

（1）由阀门行业协会组织对阀门诊断技术的应用进行可行性分析，并在火电、冶金、石油化工等领域进行试点使用。

（2）选择动作频繁、高温高压等重要阀门进行实时监测，并在阀门检修中使用诊断技术，在安全性和经济性上与监测前做对比，量化诊断试验的成果。

（3）对阀门诊断技术的成果进行宣传和推广，并鼓励国内高端阀门制造厂使用阀门诊断技术。

（4）推动设计单位将阀门诊断试验纳入技术要求，并在分散控制系统（DCS）中留有端口，以实现对重要阀门实时在线监测和提前报警功能。

4 结论

（1）阀门诊断技术在我国核电建设和生产中成功应用了近20年，它同样可以应用于火电、冶金、石油化工等领域，并将促进设备的安全、经济运行。

（2）我国企业已经具备了阀门诊断设备的研发和生产能力，阀门诊断设备的国产化将大大降低诊断技术的使用成本，推动诊断技术的广泛应用。

（本文责编：刘芳）

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：1674-1951（2015）01-0051-02

王淑红（1979—），女，山西晋中人，工程师，工学硕士，从事发电厂水工工艺设计工作（E-mail：wangshuhong＠cseec.cn）。

2014-06-09；

2014-09-26