用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法技术

一种用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法，螺栓法兰接头通过多个螺栓、垫圈、螺母将上法兰和下法兰结合在一起而构成密闭空间，上法兰和下法兰之间设置有压紧垫片；泄漏监测方法包括：通过温度计测量所述密闭空间内的温度T；通过压力表测量所述密闭空间内的压力p；通过安装到多个螺栓的至少一个上的光纤光栅传感器测量该螺栓受到拉力时的长度变化；通过光纤光栅解调仪接收光纤光栅传感器的采集信号，并将采集信号解析后送至计算单元，由计算单元根据所接收的解析信号计算得到总螺栓力W

Leakage monitoring method for bolted flange joint

A method for leakage monitoring method of bolted flange joints, bolted flange joints through a plurality of bolts, washers and nuts on the flange and the lower flange are combined together to form a closed space, a pressure pad is arranged between the upper flange and the lower flange; including leak detection methods: the thermometer measuring the temperature of T in closed space; by measuring the P pressure gauge pressure in the closed space; the length of optical fiber grating sensors mounted to change by at least one of a plurality of bolt tension bolts by measuring the received signal acquisition; fiber grating sensor through the optical fiber grating demodulator, the collected signal is sent to the analytical calculation unit, a calculation unit the calculated total bolt force of W according to the received signal analysis

【技术实现步骤摘要】
用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法
本专利技术涉及螺栓法兰接头泄漏监测技术，尤其涉及一种基于光纤光栅传感技术的螺栓法兰接头泄漏监测装置和方法。
技术介绍
螺栓法兰接头结构简单、装配方便、可拆卸，是一种广泛应用于石油化工装置中的静密封结构型式，其密封性能的好坏由法兰、垫片和螺栓三者构成的系统决定。统计发现，95％的泄漏来源于法兰泄漏。因此，消除事故隐患，首先要消除法兰泄漏。法兰接头的泄漏检测方法很多，各种检漏方法和检漏仪器的特点及使用范围不相同，对他们的选择要根据具体的被检密封件和检漏要求而定，包括被检密封件的型式、尺寸和材料，所要求的检漏灵敏度、使用的检漏方法的灵敏度、示踪泄漏的物质，以及经济性、稳定性和安全性等。对于企业在用的螺栓法兰接头，传统的泄漏检测方法，主要是基于经验常识的目测、闻、听，然后就是采取气泡检测法，而且该方法一直沿用到现在。气泡检测法有两种最常用的方法：涂抹液体法和浸泡法，在对于不宜采用浸泡法进行气泡检漏的场合，如长管线、大设备或容器密封处的检漏，则可采用涂抹液体法，因多用肥皂液作为显示液，也称皂泡法。气泡检漏法的检漏灵敏度不高，能否产生气泡和发现这些气泡与较多因素有关，如漏孔可能被杂质堵塞、漏孔很小以致形成气泡时间较长、被检件体积过小冒泡时间很短，都可能造成误判或漏检。气泡检漏法属于粗检漏，检漏灵敏度不高，一般用于确定是否泄漏，而不用作定量。针对石化装置内螺栓法兰接头的泄漏问题，近年来国内外普遍采用美国环保署提出的EPAmethod21方法进行检测。测量原理如图12所示，将检测器(如催化氧化检测器、火焰电离检测器、红外吸收检测器和光电离检测器)的探头放在螺栓法兰接头部位，测量逸出的示漏气体的浓度水平，单位为ppm。现有技术存在以下缺陷：(1)传统的泄漏检测方法，如目测、闻、听、气泡检测等方法，无法检测微小泄漏情况。(2)EPAmethod21方法无法得到螺栓法兰接头的泄漏量或泄漏率，仅给出泄漏量的粗略水平，是一种用于确定泄漏位置或对装置内设备的泄漏程度进行分类的测量方法。(3)EPAmethod21方法的测量精度受仪器标定气体类型的影响较大。化工装置的设备或管道内介质成分复杂(如烯烃、烷烃、芳香烃、醛、酚等)，测量仪器的类型(如催化氧化检测器、火焰电离检测器、红外吸收检测器和光电离检测器)对每种气体的灵敏度不同，因而无法保证测量精度。(4)EPAmethod21方法是对螺栓法兰接头开展周期性地检测，目前无法实现接头泄漏状况的实时监测。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的第一目的在于提出一种螺栓法兰接头泄漏监测和方法，其能够对于微小泄露进行监测。本专利技术的第二目的在于提出一种螺栓法兰接头泄漏监测装置和方法，其能够对泄漏率定量监测。本专利技术的第三目的在于提出一种螺栓法兰接头泄漏监测装置和方法，其能够判定泄露等级。为此，本专利技术提出一种用于螺栓法兰接头的泄漏监测装置，所述螺栓法兰接头包括通过多个螺栓、垫圈、螺母结合在一起而构成密闭空间的上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰之间设置有压紧垫片；所述泄漏监测装置包括：温度计、压力表、光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪、计算单元；温度计用于测量所述密闭空间内的温度T；压力表用于测量所述密闭空间内的压力p；光纤光栅传感器设置在所述多个螺栓的至少一个上，且在所述至少一个螺栓上设置至少一个所述光纤光栅传感器，以感应所述螺栓受到拉力时的长度变化；光纤光栅解调仪用于接收光纤光栅传感器的采集信号，并将所述采集信号解析后送至计算单元；计算单元根据所接收的解析信号计算得到总螺栓力Wp；计算单元根据计算泄漏率lm；其中，Do为压紧垫片的外径；Di为压紧垫片的内径；AL、NL、ML为回归系数，为与密闭空间中所容纳的介质相关的常数。优选地，所述多个螺栓为四个，且在每个所述螺栓上设置有所述所述光纤光栅传感器。优选地，在所述至少一个螺栓的相反的侧面上分别一个所述光纤光栅传感器。优选地，所述光纤光栅传感器为金属涂覆光纤光栅传感器。优选地，对于宽温区，所述光纤光栅传感器固定在所述螺栓的外侧面上。优选地，所述光纤光栅传感器通过点焊方式固定在所述螺栓的外侧面上，所述光纤光栅传感器的纵轴与所述螺栓纵轴平行。优选地，对于窄温区，所述光纤光栅传感器设置在所述螺栓的内。优选地，在所述螺栓内开设有纵向的孔，所述光纤光栅传感器封装在所述孔内。优选地，所述孔分别开设在所述螺栓的顶部和底部；所述光纤光栅传感器通过环氧树脂封装在所述孔内。本专利技术还提出一种用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法，所述螺栓法兰接头通过多个螺栓、垫圈、螺母将上法兰和下法兰结合在一起而构成密闭空间，所述上法兰和下法兰之间设置有压紧垫片；所述泄漏监测方法包括：通过温度计测量所述密闭空间内的温度T；通过压力表测量所述密闭空间内的压力p；通过安装到所述多个螺栓的至少一个上的光纤光栅传感器测量该螺栓受到拉力时的长度变化；通过光纤光栅解调仪接收光纤光栅传感器的采集信号，并将所述采集信号解析后送至计算单元，由计算单元根据所接收的解析信号计算得到总螺栓力Wp；计算单元根据计算泄漏率lm；其中，Do为压紧垫片的外径；Di为压紧垫片的内径；AL、NL、ML为回归系数，为与密闭空间中所容纳的介质相关的常数。优选地，所述螺栓成对设置；每个螺栓上均设置有所述光纤光栅传感器；所述总螺栓力Wp为设置所述光纤光栅传感器的每个所述螺栓上的螺栓力的平均值。优选地，对于宽温区，所述光纤光栅传感器是通过点焊方式固定在所述螺栓的侧面的。优选地，对于每个所述螺栓，其包括两个所述光纤光栅传感器，分别设置在所述螺栓的相反侧面。优选地，对于窄温区，所述光纤光栅传感器是通过环氧树脂封装在所述螺栓的。优选地，对于每个所述螺栓，其包括两个所述光纤光栅传感器，分别设置在所述螺栓的顶部和底部。优选地，根据所述泄露率，进一步确定泄漏等级。通过本专利技术的螺栓法兰接头泄漏监测技术，解决了现有的微泄漏检测技术无法实现螺栓法兰接头螺栓力监测、泄漏率定量预测及等级判定的问题，提供了一种适用温度范围宽、分辨率高的泄漏监测方法，可为螺栓法兰接头运行过程中的泄漏监测和预测提供一种有效的手段。附图说明图1为本专利技术的螺栓法兰接头泄漏监测装置的结构示意图；图2为宽温区光纤光栅传感器安装局部剖面示意图；图3为4个螺栓时的宽温区光纤光栅传感器安装截面示意图；图4为窄温区光纤光栅传感器安装局部剖面示意图；图5为本专利技术的螺栓法兰接头泄漏监测装置的监测原理图；图6为螺栓法兰接头泄漏模型示意图；图7为螺栓法兰接头泄漏监测方法流程图；图8为光纤光栅传感器测量螺栓力重复性示意图；图9为光纤光栅传感器测量螺栓力有效性示意图；图10为质量泄漏率与总螺栓力对照图；图11为螺栓法兰接头受力示意图；图12为现有技术的螺栓法兰接头泄漏监测示意图。具体实施方式下面，结合说明书附图对本专利技术的用于螺栓法兰接头的泄漏监测装置及其方法进行详细说明。螺栓法兰接头如图1所示，螺栓法兰接头由上法兰9、下法兰7、压紧垫片13、螺栓6、垫圈10和螺母11组成，上述元件完成装配后构成一个密闭空间，通过拧紧螺母11使上法兰9和下法兰7压紧垫片13，堵塞密封面处的空隙，从而起到密封法兰内部介质的作用。扭紧螺母11过程中，螺栓6中的螺栓力增大，在后期使用过程中，若螺栓6中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法，所述螺栓法兰接头通过多个螺栓(6)、垫圈(10)、螺母(11)将上法兰(9)和下法兰(7)结合在一起而构成密闭空间，所述上法兰(9)和下法兰(7)之间设置有压紧垫片(13)；所述泄漏监测方法包括：通过温度计(5)测量所述密闭空间内的温度T；通过压力表(4)测量所述密闭空间内的压力p；通过安装到所述多个螺栓(6)的至少一个上的光纤光栅传感器(8)测量该螺栓(6)受到拉力时的长度变化；通过光纤光栅解调仪(14)接收光纤光栅传感器(8)的采集信号，并将所述采集信号解析后送至计算单元(15)，由计算单元(15)根据所接收的解析信号计算得到总螺栓力W

【技术特征摘要】
1.一种用于螺栓法兰接头的泄漏监测方法，所述螺栓法兰接头通过多个螺栓(6)、垫圈(10)、螺母(11)将上法兰(9)和下法兰(7)结合在一起而构成密闭空间，所述上法兰(9)和下法兰(7)之间设置有压紧垫片(13)；所述泄漏监测方法包括：通过温度计(5)测量所述密闭空间内的温度T；通过压力表(4)测量所述密闭空间内的压力p；通过安装到所述多个螺栓(6)的至少一个上的光纤光栅传感器(8)测量该螺栓(6)受到拉力时的长度变化；通过光纤光栅解调仪(14)接收光纤光栅传感器(8)的采集信号，并将所述采集信号解析后送至计算单元(15)，由计算单元(15)根据所接收的解析信号计算得到总螺栓力Wp；计算单元(15)根据计算泄漏率lm；其中，Do为压紧垫片(13)的外径；Di为压紧垫片(13)的内径；AL、NL、ML为回归系数，为与密闭空间中所容纳的介质相关的常数。2.如权利要求1所述的泄漏监测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄法坤，涂善东，谢国山，徒芸，邵珊珊，李翔，黄勇阔，刘文，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11