红外热成像在阀门内漏检查中的应用

吕元亮

三门核电有限公司 技术支持处 浙江台州 318000

核电厂二回路热循环回路的严密性直接影响机组热效率，而热循环回路严密性的破坏通常由于二回路边界常闭阀门的内漏导致，其中高能阀门的内漏对二回路效率的降低、潜在阀门的损坏、流体加速腐蚀等的影响尤为显著。三门核电2号机组二号机组升功率试验期间，二回路凝汽器补水量较大无法满足汽轮机性能试验要求，影响机组热效率。阀门内漏是核电站常见故障，且往往因为高能阀门不易检查，很难发现阀门的较小内漏，对机组性能产生长期不利影响。三门核电预测性维修技术人员通过应用红外热成像技术，快速定位二回路边界内漏阀门。通过总结本次异常的处理过程，提炼了诊断思路，为类似问题的故障诊断和解决提供参考。

1 问题描述及检测方案

1.1 问题描述

三门核电2号机组二号机组升功率试验期间，二回路凝汽器补水量达到628吨/天，影响机组热效率，不满足汽轮机热力性能试验要求。通过对二回路外漏情况初步排查，梳理出44台阀门存在泄漏可能。根据计划安排，2号机机组十天后将进入机组小修，错过小修窗口将很难处理补水量过大问题。由于时间紧迫，已无法逐个对阀门进行解体检查，且小修期间也不具备大量阀门检修窗口。常规检查已不可用，需要制定快速检漏方案[1]。

1.2 红外热成像技术

红外线是波长比红光长的电磁波，任何表面温度大于绝对零度（-273.15℃）的物体，都会因为物质内部分子或原子的热运动而持续不断地向外辐射红外线，简称热辐射。红外线辐射同可见光一样具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性，同时又具有一些有别于可见光的独有特性：

（1）眼睛对红外线不敏感，所以无法通过目视来观察红外线，必须使用红外探测器才能观察到。

（2）红外线的光量子能量比可见光小。

（3）红外线的热效应比可见光要大得多，即红外线更容易被物质吸收。

红外热成像技术是通过非接触式的热成像装置来获取及分析热信息的检测诊断技术。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。红外热成像在测量温度上有三大技术特点：

（1）非接触式测量：完全不需要干扰被测目标，使操作者原理危险。

（2）二维测量：图像可以清楚地显示目标的轮廓，从而直观地分析热模式，比较不同区域的被测目标。

（3）实时测量：可以快速扫描静止目标，捕捉快速移动的目标，有效抓住变化中的热模式。

1.3 检测方案

经筛选44台可能存在内漏的阀门均为高能阀门，阀门前后介质温差大于50℃。日常运行期间，阀门及上下游管道均有保温层。阀门未泄漏时，上下游温差明显，下游管道表面温度仅受阀体和管道间的热传导影响，下游管道热梯度带分层陡峭；当阀门发生内漏时，随着上游高热介质进入下游管道，使得下游管道被加热，相较于未泄漏时下游管道热梯度带较为缓和[2]。

根据设备结构及运行工况分析，制定了红外热成像内漏检查方案：

（1）拆除阀门本体及前后两倍管道直径长度的保温。

（2）保温拆除后，保持自然散热30分钟以上，减少保温层对上下游管道热分布的影响。

（3）采集阀门本体及前后管道的热成像图片。

（4）修正环境温度、湿度、检测距离、发射率等参数，并用高对比度的彩虹着手板进行图像处理。

（5）根据上下游管道温差、阀门热交换面位置、下游管道热梯度带等特征分析阀门是否存在内漏。

2 典型阀门内漏检测案例

2.1 内漏阀门

图1 内漏阀门

经参数修正后，调整着色板可见阀门上下游管道平均温度均在260℃上下，且下游管道没有热梯度带即管道温降不明显，金属传导不是管道传热主要形式，该阀门诊断为“存在内漏”。

2.2 正常阀门

图2 正常阀门

经参数修正，调整着色板后可见阀门上游线性平均温度191℃，下游线性平均温度79℃。上下游管道存在较大温差，且下游管道存在明显的热梯度带，即管道温降明显，金属传导是管道传热主要形式，该阀门诊断为“不存在内漏”。

3 结语

通过红外热成像检查，最终将可能泄漏的阀门范围从44台缩减至5台。在机组小修期间，对5台内漏阀门进行解体检修，确认存在密封缺陷。小修结束后机组再次满功率时，二回路补水量已降低到230吨/天，较治理前628吨/天的补水量已大幅下降，满足汽轮机热力性能试验要求。实践证明，红外热成像可以有效检测高能阀门内漏，且具有检测便捷，精确度高等优势，可以为类似阀门内漏的诊断和处理提供技术参考。