Detección acústica online de fugas en válvulas internas

Las válvulas que soportan presión en las instalaciones y equipos de superficie del yacimiento petrolífero de Daqing han desarrollado fugas internas debido al desgaste, la corrosión u otras causas. Como las fugas internas son difíciles de detectar, algunas válvulas defectuosas no se han reemplazado a tiempo, lo que ha afectado la producción y creado riesgos de seguridad. En consecuencia, la tecnología de inspección de válvulas en línea está atrayendo cada vez más atención; la tecnología central actual implica el uso de tecnología de emisión acústica (EA) para detectar fugas en varios tipos de válvulas en industrias como la petrolera, la petroquímica y la generación de energía.

 1 Principios básicos de la detección de fugas de emisiones acústicas

(1) Señales de emisión acústica y sus parámetros de caracterización
La emisión acústica se refiere al fenómeno por el cual cualquier material o componente metálico libera energía de deformación en forma de ondas elásticas cuando se produce fricción, agrietamiento o deformación plástica bajo la acción de fuerzas externas o internas. Cuando las ondas de emisión acústica se propagan a través de un medio finito, sufren refracción y reflexión al encontrar interfaces y se convierten en ondas superficiales en la superficie sólida, propagándose a lo largo de la superficie a velocidades muy altas. Estas ondas de emisión acústica que se originan en la fuente (es decir, el punto de falla) contienen información característica sobre la fuente; esta información se puede utilizar para revelar las condiciones de falla y defecto del componente. Los parámetros que caracterizan las señales de emisión acústica incluyen la tasa de emisión, la amplitud, la distribución de amplitud y la energía.
(2) Características de las señales de emisión acústica en caso de fuga interna en válvulas
Cuando una válvula presenta un sellado deficiente, una pequeña cantidad de fluido se expulsa constantemente a través de los espacios de la válvula, creando un chorro de alta velocidad. Este fluido de alta velocidad impacta la pared de la tubería, excitando ondas elásticas, es decir, emisión acústica. Se trata de una señal de emisión acústica de tipo continuo, similar al ruido blanco, con un rango de frecuencia de 30–50 kHz.
Características de las señales de emisión acústica generadas por fugas de válvulas: 1. Las ondas de emisión acústica excitadas por fugas son continuas; 2. Las señales de emisión acústica producidas por fugas son relativamente fuertes y su amplitud es proporcional a la tasa de fuga y al valor cuadrático medio (RMS) de la señal.
Con base en las características de las señales de emisión acústica generadas por fugas, los parámetros de caracterización utilizados son la tasa de emisión acústica y la energía; esto permite la adquisición de datos de emisión acústica más completos, proporcionando una base más sólida para la identificación de fallas.

 2. Aplicación de campo del detector ultrasónico
(1) Introducción al detector
Cuando las ondas de emisión acústica generadas por una fuga llegan al sensor, éste las convierte en señales de voltaje que se transmiten a través de cables al detector. El preamplificador amplifica la señal recibida del sensor, el filtro mejora la relación señal-ruido y el circuito de umbral elimina el ruido de fondo. El microprocesador calcula, analiza y evalúa la señal. Cuando la válvula está libre de fugas, la lectura en pantalla es 0; si hay una fuga, el valor mostrado varía según la gravedad de la fuga, y los valores más altos indican una fuga más significativa. Los componentes de audio de la señal de emisión acústica generada por la fuga se procesan y se envían a los auriculares, que se utilizan para escuchar el sonido de la fuga. Cuando la válvula tiene una fuga, se pueden escuchar sonidos de intensidad variable a través de los auriculares y la gravedad de la fuga se puede determinar en función de la intensidad del sonido escuchado.
(2) Prueba de estanqueidad de la válvula
Al inspeccionar sistemas de válvulas de alta presión con un probador ultrasónico, generalmente se utilizan lecturas comparativas para determinar si hay una fuga: primero, coloque la sonda en el lado de aguas arriba, reduzca la sensibilidad y minimice otros sonidos; segundo, coloque la sonda en el asiento de la válvula y en el lado de aguas abajo; tercero, compare las diferencias en la intensidad del sonido. Si la válvula tiene fugas, la intensidad acústica en el asiento de la válvula o en el lado aguas abajo será igual o mayor que la del lado aguas arriba.
Al inspeccionar sistemas de bajo ruido, coloque la sonda en el lado aguas abajo de la válvula y use el modo selectivo de frecuencia hasta que el sonido del flujo de fluido sea claramente audible; luego determine la presencia y la naturaleza de cualquier fuga según la lectura.
Cuando se utiliza el método de comparación de cuatro puntos para detectar interferencias posteriores, dichas interferencias a veces pueden ser significativas y propagarse al área bajo inspección, lo que genera indicaciones falsas de fugas en la válvula. El método de cuatro puntos implica seleccionar dos puntos equidistantes, A y B, aguas arriba, y dos puntos equidistantes, C y D, aguas abajo. Compare la intensidad de la señal en los puntos A y B con la de los puntos C y D. Si el punto C es más alto que los puntos A y B, esto indica una fuga de válvula; si el punto D es más alto que el punto C, esto indica que el sonido se transmite desde otro punto aguas abajo.
Cuando se produce una fuga de gas o líquido dentro de una tubería, se generan ondas ultrasónicas debido a la fricción. SONAPHONEE puede recibir estas señales ultrasónicas, convertirlas en señales eléctricas y mostrarlas en la pantalla. Al mismo tiempo, procesa las señales de emisión acústica en sonido audible transmitido a los auriculares y también puede transmitirlas a un PC a través de una interfaz infrarroja.

3. Conclusión
(1) La aplicación de tecnología de emisión acústica para realizar pruebas de estanqueidad en válvulas (como válvulas mezcladoras de agua y válvulas de derivación en conjuntos de válvulas de gas) garantiza una producción segura y la precisión del control del consumo de energía.
(2) Probar las válvulas reemplazadas durante la remodelación de instalaciones más antiguas proporciona una base para las decisiones de aprobación del proyecto y reduce los costos de remodelación.
(3) La tecnología de pruebas ultrasónicas permite la inspección de válvulas en línea, ofreciendo una operación simple, una respuesta dinámica rápida y datos intuitivos. Actualmente, este equipo de prueba sólo puede determinar cualitativamente si existe una fuga dentro de la válvula.