一种铅铋设备焊缝反向压力梯度在线检测方法及系统与流程

本发明涉及金属设备完整性监测及焊缝渗漏检测，具体而言，涉及一种铅铋设备焊缝反向压力梯度在线检测方法及系统。

背景技术：

1、液态铅铋共晶合金具有熔点较低、沸点较高和良好的传热性能，可用于铅铋冷却反应堆、加速器驱动次临界系统、液态金属实验回路以及高温储运装置。

2、焊缝内壁在液态铅铋合金的冲刷、溶解腐蚀及局部应力共同作用下，可能首先出现组织疏松、晶界通道或细小裂纹。随着损伤发展，缺陷可能形成贯穿焊缝壁厚、连通设备内部与外部的微渗漏通道。该类通道在早期尺度较小，液态铅铋合金受表面张力、润湿状态和通道阻力影响，未必立即在待测设备外壁形成可见液态金属泄漏。

3、现有射线检测、超声检测、渗透检测等无损检测方法通常需要停机或限定检测工况，难以对运行设备实施长周期连续监测。直接在设备外部检测液态金属或气相介质泄漏，往往需要介质已经向外逸出，不利于在明显外泄前识别贯通微通道。

4、部分外置检漏结构采用橡胶圈、密封胶或其他非金属密封件形成检测空间，在高温和辐照等环境下容易老化、蠕变或失效。仅根据单一压力值或固定压力阈值进行判断时，环境温度变化、待测设备热变形、传感器漂移及设备运行压力波动均可能引起检测腔压力变化，导致误报警或漏报警。

5、因此，需要一种全金属、耐高温并可长期在线运行的焊缝检测方案，通过在焊缝外侧建立高于设备内部介质压力的惰性气体反向压差，在贯穿微通道形成后使气体由外向内渗流，并结合温度补偿、反向压力梯度约束、反向压差区间控制及连续时间窗压力变化率判别，降低温度波动和瞬时扰动对检测结果的影响。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术难以兼顾耐高温、长周期在线监测、贯通微通道提前识别及低误报警的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种铅铋设备焊缝反向压力梯度在线检测方法，包括以下步骤：

3、s1、在所述待测焊缝外侧设置金属腔体，使所述金属腔体沿所述待测焊缝的整个延伸长度实现连续包覆，所述金属腔体周缘与所述待测设备外壁进行密封焊接固定，以使所述金属腔体与所述待测设备形成刚性连接，共同组成刚性密闭监测腔。

4、s2、通过供气管路向所述刚性密闭监测腔内充入惰性气体，使所述刚性密闭监测腔的腔体压力高于所述待测设备内部介质压力，以形成由所述刚性密闭监测腔指向所述待测设备内部的反向压差；在合格的无渗漏稳态阶段确定内外腔反向压差的下阈值和上阈值，当反向压差达到所述上阈值并在连续预设时长内保持满足稳态条件时，关闭设置于所述供气管路上的隔离阀，使所述刚性密闭监测腔与供气源隔离。

5、s3、在所述刚性密闭监测腔与供气源隔离后，同步采集所述刚性密闭监测腔内的实测压力和温度，对所述实测压力进行温度补偿，得到补偿压力。

6、s4、在无渗漏稳态阶段，根据某一时刻刚性密闭监测腔气体压力与待测设备内部介质压力的差值，以及刚性密闭监测腔与设备内部之间压力边界的厚度，计算反向压力梯度。

7、s5、在满足反向压力梯度计算条件的前提下，确定刚性密闭监测腔在多个连续时间窗内的压力变化率；当多个连续时间窗内的压力变化率不等于0时，判定所述待测焊缝中存在贯穿焊缝厚度的微渗漏通道，并输出报警信号。

8、进一步地，所述金属腔体为半管式腔体、槽盒式腔体或环形罩体；当所述待测焊缝为直线焊缝时，所述金属腔体的两端分别设置金属封板，所述金属封板与所述金属腔体及所述待测设备外壁连续焊接密封；当所述待测焊缝为环向焊缝时，所述金属腔体首尾闭合形成环形结构；所述刚性密闭监测腔的密封边界由所述金属腔体、所述待测设备外壁和所述连续密封焊缝构成，且所述密封边界不设置非金属密封件。

9、进一步地，所述惰性气体为氩气或氦气；关闭所述隔离阀时，所述腔体压力与所述介质压力之间的初始反向压差为0.05mpa～2mpa，所述待测设备的稳态工作温度为150℃～550℃。

10、进一步地，所述补偿压力按照下式计算：

11、式中，pc(t)为t时刻的补偿压力；pm(t)为t时刻所述刚性密闭监测腔（2101）内的实测压力；tm(t)为t时刻的温度；t0为参考温度；所述补偿压力通过将所述实测压力按照实测温度与参考温度之间的比例关系换算至参考温度状态获得。

12、进一步地，所述反向压力梯度采用下式计算：

13、，式中，g(t)为所述反向压力梯度，p外(t)和p内(t)分别为设定时间窗内密闭监测区压力p外(t)和待测焊缝的设备的内部介质压力p内(t)，δ(t)为刚性密闭监测腔与设备内部压力边界的厚度。

14、在无渗漏稳态阶段，获取n个设定时间窗对应的反向压力梯度gi，采用3σ准则迭代剔除异常数据后，按照计算反向压力梯度的基线梯度μg；gi为无渗漏稳态阶段第i个设定时间窗对应的反向压力梯度，n为用于确定基线梯度的设定时间窗数量，且n≥30。

15、所述反向压差下阈值pmin根据所述基线梯度μg和所述压力边界厚度δ确定，使得所述反向压差达到pmin时所对应的反向压力梯度达到所述基线梯度μg所确定的基准条件；

16、当所述反向压差低于pmin时，打开所述隔离阀（3101），通过所述供气管路向所述刚性密闭监测腔（2101）补充惰性气体（2201）；当所述反向压差达到pmax并在连续预设时长内保持稳定后，关闭所述隔离阀（3101），使所述刚性密闭监测腔（2101）重新与供气源隔离；

17、在所述反向压差未处于pmin≤δp≤pmax的区间内时，暂停微渗漏判定。

18、在内外腔反向压差满足区间阈值时，确定所述刚性密闭监测腔压力变化率为多个连续时间窗内的压力变化与时间比的比值。

19、本发明的另一方面提供一种铅铋设备焊缝反向压力梯度在线检测系统，包括至少一个金属腔体、调压组件、隔离阀、压力采集组件、温度采集组件、处理组件以及报警组件。

20、所述金属腔体用于沿待测焊缝的整个延伸长度连续包覆所述待测焊缝，并通过沿所述金属腔体周缘设置的连续密封焊缝与待测设备外壁连接，以形成刚性密闭监测腔。

21、惰性气体输送至所述调压组件中，所述调压组件通过供气管路与所述刚性密闭监测腔连通，用于向所述刚性密闭监测腔内充入惰性气体，并使所述刚性密闭监测腔的腔体压力高于所述待测设备内部液态铅铋合金的介质压力。

22、所述隔离阀设置于所述供气管路上，用于在所述刚性密闭监测腔达到预设稳压条件后，使所述刚性密闭监测腔与所述调压组件隔离。

23、所述压力采集组件和所述温度采集组件分别用于获取所述刚性密闭监测腔内的实测绝对压力和温度。

24、所述处理组件与所述压力采集组件和所述温度采集组件连接，被配置为对所述实测压力进行温度补偿，确定无渗漏状态下的反向压力梯度及其基线梯度，并确定刚性密闭监测腔在连续时间窗内的压力变化率。所述压力变化率按计算，其中δp为相应时间窗内刚性密闭监测腔的压力变化量，δt为对应时间间隔；当k≠0时，生成有渗漏的判定结果。对于方法层面的连续判定，进一步结合多个连续时间窗内压力变化率均大于或等于0的条件进行判断。

25、所述报警组件用于根据所述渗漏判定结果输出报警信号。

26、进一步地，所述金属腔体包括半管式腔体、槽盒式腔体或环形罩体，以及金属进气管和检定接口；所述刚性密闭监测腔的密封边界不设置非金属密封件。

27、所述压力采集组件包括通过金属引压管与所述刚性密闭监测腔连通的压力传感器，所述压力传感器设置于所述待测设备保温层外侧或者环境温度不高于所述压力传感器额定工作温度的位置；所述温度采集组件包括设置于所述金属腔体外壁和/或所述刚性密闭监测腔内的温度传感器。

28、进一步地，检测系统可以包括与多个待测焊缝一一对应设置的多个金属腔体以及多通道压力采集组件，各刚性密闭监测腔通过对应压力采集通道与处理组件连接，处理组件分别生成各待测焊缝对应的渗漏判定结果，并根据各通道的渗漏判定结果确定发生渗漏的待测焊缝，报警组件输出对应报警信息。

29、本发明提供的一种铅铋设备焊缝反向压力梯度在线检测方法及系统，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：

30、通过在待测焊缝外侧建立高于待测设备内部介质压力的惰性气体反向压差，使贯穿微渗漏通道形成后惰性气体由外向内迁移，可在液态铅铋明显外泄前获得压力变化信号；刚性密闭监测腔采用全金属密封边界，适于高温环境和长周期运行；通过温度补偿减小温度波动对压力信号的影响；通过反向压力梯度及内外腔反向压差阈值区间约束检测工况，并对不少于30个无渗漏稳态时间窗的数据采用3σ准则迭代剔除异常值后确定基线梯度，可提高基准条件的稳定性；进一步结合多个连续时间窗的压力变化率进行渗漏判定，并通过多焊缝多通道独立监测确定发生渗漏的待测焊缝并输出对应报警信息。