Detecção acústica online de vazamento interno da válvula

Válvulas de suporte de pressão nas instalações de superfície e equipamentos do Campo Petrolífero de Daqing desenvolveram vazamentos internos devido ao desgaste, corrosão ou outras causas. Como vazamentos internos são difíceis de detectar, algumas válvulas defeituosas não foram substituídas em tempo hábil, o que impactou a produção e criou riscos à segurança. Consequentemente, a tecnologia de inspeção de válvulas on-line está atraindo cada vez mais atenção; a tecnologia central atual envolve o uso da tecnologia de emissão acústica (EA) para detectar vazamentos em vários tipos de válvulas em setores como petróleo, petroquímicos e geração de energia.

 1 Princípios básicos de detecção de vazamento de emissão acústica

(1) Sinais de Emissão Acústica e Seus Parâmetros de Caracterização
Emissão acústica refere-se ao fenômeno pelo qual qualquer material ou componente metálico libera energia de deformação na forma de ondas elásticas quando ocorre atrito, fissuração ou deformação plástica sob a ação de forças externas ou internas. Quando as ondas de emissão acústica se propagam através de um meio finito, elas sofrem refração e reflexão ao encontrar interfaces e são convertidas em ondas superficiais na superfície sólida, propagando-se ao longo da superfície em velocidades muito altas. Essas ondas de emissão acústica originadas da fonte (ou seja, o ponto de falha) carregam informações características sobre a fonte; essas informações podem ser utilizadas para revelar as condições de falha e defeito do componente. Os parâmetros que caracterizam os sinais de emissão acústica incluem taxa de emissão, amplitude, distribuição de amplitude e energia.
(2) Características dos Sinais de Emissão Acústica em Caso de Vazamento Interno em Válvulas
Quando uma válvula apresenta má vedação, uma pequena quantidade de fluido é constantemente ejetada através de lacunas na válvula, criando um jato de alta velocidade. Esse fluido de alta velocidade impacta a parede do tubo, excitando ondas elásticas, ou seja, emissão acústica. Isto constitui um sinal de emissão acústica do tipo contínuo, semelhante ao ruído branco, com uma faixa de frequência de 30–50 kHz.
Características dos sinais de emissão acústica gerados pelo vazamento da válvula: 1. As ondas de emissão acústica excitadas pelo vazamento são contínuas; 2. Os sinais de emissão acústica produzidos por vazamento são relativamente fortes e sua amplitude é proporcional à taxa de vazamento e ao valor da raiz quadrada média (RMS) do sinal.
Com base nas características dos sinais de emissão acústica gerados por vazamento, os parâmetros de caracterização utilizados são taxa de emissão acústica e energia; isso permite a aquisição de dados de emissão acústica mais abrangentes, fornecendo uma base mais robusta para identificação de falhas.

 2. Aplicação de campo do detector ultrassônico
(1) Introdução ao Detector
Quando as ondas de emissão acústica geradas por um vazamento atingem o sensor, o sensor as converte em sinais de tensão que são transmitidos por fios ao detector. O pré-amplificador amplifica o sinal recebido do sensor, o filtro melhora a relação sinal-ruído e o circuito de limite elimina o ruído de fundo. O microprocessador calcula, analisa e avalia o sinal. Quando a válvula está livre de vazamentos, a leitura do visor é 0; se houver vazamento, o valor exibido varia de acordo com a gravidade do vazamento, com valores mais altos indicando um vazamento mais significativo. Os componentes de áudio do sinal de emissão acústica gerado pelo vazamento são processados e enviados para os fones de ouvido, que são usados para ouvir o som do vazamento. Quando a válvula está vazando, sons de intensidade variável podem ser ouvidos através dos fones de ouvido, e a gravidade do vazamento pode ser determinada com base na intensidade do som ouvido.
(2) Teste de estanqueidade da válvula
Ao inspecionar sistemas de válvulas de alta pressão com um testador ultrassônico, leituras comparativas são normalmente usadas para determinar se há vazamento: primeiro, coloque a sonda no lado a montante, reduza a sensibilidade e minimize outros sons; segundo, coloque a sonda no assento da válvula e no lado a jusante; terceiro, compare as diferenças na intensidade do som. Se a válvula estiver vazando, a intensidade acústica no assento da válvula ou no lado a jusante será igual ou maior que a do lado a montante.
Ao inspecionar sistemas de baixo ruído, coloque a sonda no lado a jusante da válvula e use o modo seletivo de frequência até que o som do fluxo de fluido seja claramente audível; em seguida, determine a presença e a natureza de qualquer vazamento com base na leitura.
Ao usar o método de comparação de quatro pontos para detectar interferência a jusante, essa interferência pode às vezes ser significativa e se propagar para a área sob inspeção, levando a falsas indicações de vazamento da válvula. O método dos quatro pontos envolve a seleção de dois pontos equidistantes, A e B, a montante, e dois pontos equidistantes, C e D, a jusante. Compare a intensidade do sinal nos pontos A e B com a dos pontos C e D. Se o ponto C for superior aos pontos A e B, isto indica uma fuga da válvula; se o ponto D for superior ao ponto C, isto indica que o som está a ser transmitido de outro ponto a jusante.
Quando há vazamento de gás ou líquido dentro de uma tubulação, ondas ultrassônicas são geradas devido ao atrito. SONAPHONEE pode receber esses sinais ultrassônicos, convertê-los em sinais elétricos e exibi-los na tela. Ao mesmo tempo, ele processa os sinais de emissão acústica em som audível transmitido ao fone de ouvido e também pode transmiti-los a um PC por meio de uma interface infravermelha.

3. Conclusão
(1) A aplicação da tecnologia de emissão acústica para realizar testes de estanqueidade em válvulas (como válvulas de mistura de água e válvulas de desvio em conjuntos de válvulas de gás) garante uma produção segura e a precisão do controle do consumo de energia.
(2) O teste de válvulas substituídas durante a reforma de instalações mais antigas fornece uma base para decisões de aprovação de projetos e reduz os custos de reforma.
(3) A tecnologia de teste ultrassônico permite a inspeção on-line de válvulas, oferecendo operação simples, resposta dinâmica rápida e dados intuitivos. Atualmente, este equipamento de teste só pode determinar qualitativamente se existe um vazamento dentro da válvula.