氦質(zhì)譜檢漏儀介紹及在壓力容器檢漏上的應(yīng)用

2009-10-28 島津公司 島津公司

  當(dāng)壓力容器儲(chǔ)存氣體時(shí),漏氣對整個(gè)容器的氣體儲(chǔ)存來說是個(gè)很大的損失。為解決此問題對制造生產(chǎn)壓力容器的廠家來說,歷來是個(gè)既麻煩又要花費(fèi)大量時(shí)間、人力、精力、財(cái)力的事情,但又不一定能夠很好的解決泄漏這個(gè)關(guān)鍵性的問題。一般壓力容器檢漏先進(jìn)行總漏率檢測,當(dāng)總漏率超出允許值后,再進(jìn)行各個(gè)泄漏孔的檢測,對超過允許值的漏孔進(jìn)行修補(bǔ)。用加壓水中氣泡法檢壓力容器,能尋找出較大的漏孔位置,但很難檢出微漏和滲漏,特別是壓力容器隨著時(shí)間的滲漏(包括材料本身的滲漏)問題。一般國內(nèi)的企業(yè)在壓力容器檢漏時(shí)經(jīng)常采用以下幾種方法:

  加壓放置法:充入一個(gè)~三個(gè)以上大氣壓的空氣,放置24小時(shí)或更長,看壓力表上壓力讀數(shù)是否下降,用這種方法可檢到10-1Pa·m3/S左右的最小漏率。

  著色法:充入氨氣,在外面著色,可檢到10-1Pa·m3/S左右的最小漏率。

  超聲波法:充入一個(gè)~三個(gè)以上大氣壓的空氣,用超聲波檢測器檢漏,可檢到10-2Pa·m3/S左右的最小漏率。

  加壓水中發(fā)泡法:充入一個(gè)~三個(gè)以上大氣壓的空氣后,放入水中,看水中有否氣泡出現(xiàn)(可檢到10-3~10-4 Pa·m3/S),24小時(shí)積累后可檢到10-5Pa·m3/S左右的最小漏率。

  涂抹肥皂水法:充入一個(gè)~三個(gè)以上大氣壓的空氣,在懷疑處涂上肥皂水,看是否有肥皂泡出現(xiàn),可檢到10-2~10-3Pa·m3/S。

  放射性氣體法:可檢到10-11Pa·m3/S。有放射污染危險(xiǎn)

  鹵素檢漏法:可檢到10-5~10-6Pa·m3/S

  氦質(zhì)譜檢漏儀:吸槍法可檢到10-3~10-7 Pa·m3/S,真空法可檢到100~10-13Pa·m3/S。

  從上述檢漏手段來看,可以得出氦質(zhì)譜檢漏儀的檢漏范圍最寬,精度高,安全等優(yōu)點(diǎn)。在國外和外國在國內(nèi)的獨(dú)資、合資企業(yè)中廣泛得到應(yīng)用,現(xiàn)在國內(nèi)的企業(yè)也在隨著用戶要求的提高,和產(chǎn)品的升級換代、走出國門、與外資配套等情形,逐漸增加了氦檢漏儀的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

  氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏也是無損檢測(X射線、渦流、超聲等)的多種方法中的一種,是壓力容器無損檢測的最佳形式。廣泛應(yīng)用于航天、航空、核電、電子零部件、真空設(shè)備、電真空、電力、石化、半導(dǎo)體前道、空調(diào)制冷等新技術(shù)的領(lǐng)域。

一.概述

  泄漏的檢查,存在著各種各樣的方式,其中之一便是使用氦質(zhì)譜檢漏儀的檢查方式。利用氦氣作為示蹤氣體,來對各種容器的泄漏、微漏和滲漏(包括材料本身的)進(jìn)行檢測。使用氦氣進(jìn)行檢漏是考慮到氦氣具有以下一些優(yōu)點(diǎn):(不用氫氣,因?yàn)闅錃庥锌扇伎杀奈kU(xiǎn)性)

  氦氣在空氣中含量非常少,只有5ppm(空氣中占約1/200,000);

  在被測試的物體內(nèi)部所殘留的空氣中的氦氣含量也非常少;

  由于氦分子量小、分子直徑。ㄔ谠刂芷诒碇性趦H排在氫的后面),即便是極其微小的滲漏孔也能方便地通過;

  由于具有化學(xué)上的不活躍性,不會(huì)污染排氣系統(tǒng)及被測試物體;

  由于具有對人體無害性和不可燃爆性,因此使用安全方便;

  對分析管的分辨率要求并不高,容易實(shí)現(xiàn)高靈敏度;

  不存在環(huán)境污染問題。

二.氦質(zhì)譜檢漏儀的基本原理及主要組成部分

  氦質(zhì)譜檢漏儀的性能、特性好壞取決于質(zhì)譜分析室。質(zhì)譜分析室的工作原理是對離子源氣體進(jìn)行電離,電離出來的正離子經(jīng)過電場加速聚焦通過縫隙進(jìn)入均勻磁場,離子束在磁場力的作用下,旋轉(zhuǎn)180o或90o按一定軌跡到達(dá)收集極,此種形式稱之為磁性偏轉(zhuǎn)分析形式。然后,經(jīng)小電流放大器、微處理器,控制器等線路處理直至液晶屏顯示出讀數(shù)的大小。

三.氦質(zhì)譜檢漏儀在壓力容器中的常用方法

  在壓力容器中,使用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏常用的方法大體可分為三種,即噴氦法(負(fù)壓法),吸槍法(正壓法),氦罩法。就幾種方法的靈敏度比較而言,噴氦法的靈敏度高些。但是當(dāng)檢漏儀安裝在大型的、比較復(fù)雜的壓力容器裝置上時(shí),也不敢確切地說噴氦法的靈敏度就是高。

(一)噴氦法

  噴氦法是最常用,最方便的檢漏方法。檢漏時(shí),用連接在裝有氦氣的氣瓶上的噴槍向懷疑有漏泄的部位噴氦氣,如果有氦氣從漏孔中流入壓力容器裝置,則裝置內(nèi)的氦分壓就會(huì)上升,氦檢漏儀上就會(huì)顯示有泄漏率。是否合格要看標(biāo)準(zhǔn)漏率值是定在多少,超過標(biāo)準(zhǔn)漏率值的可視為不合格。

  噴氦法檢漏中應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題:

  1、實(shí)際的檢漏靈敏度比理論計(jì)算值低,一是由于噴槍所噴出的氦氣流是散開的,故摻有一定數(shù)量的空氣,使氦氣的濃度有所降低。二是噴槍噴出的氣流的方向不可能完全對準(zhǔn)漏孔的方向,此外、在凹缺處所存在的空氣會(huì)使得進(jìn)入漏孔的氦氣濃度降低。

  2、檢漏次序:從被檢件物體的上方至下方,由*近檢漏儀處向遠(yuǎn)離檢漏儀處逐點(diǎn)進(jìn)行噴氦檢查。

  3、檢出的大漏孔要經(jīng)修補(bǔ)后再去找小漏孔。

  4、當(dāng)存在兩個(gè)相距很近的可疑的漏孔點(diǎn)時(shí),應(yīng)先把一個(gè)點(diǎn)蓋住,在對另一點(diǎn)用最細(xì)的噴槍進(jìn)行噴氦。

  5、當(dāng)噴槍噴在某一點(diǎn)時(shí),如果,檢漏儀上的顯示有變化,其上升速度很慢且顯示值不穩(wěn)定表示鄰近其它地方有很大漏孔。

  6、檢出漏孔后,還應(yīng)再做幾次復(fù)檢。

  7、檢漏場地要有良好的通風(fēng)條件,但也不能太大,不應(yīng)影響噴槍噴出的氦氣氣流的方向。

(二)吸槍法

  吸槍法是先向壓力容器裝置中充入一個(gè)以上的大氣壓的氦氣或氦氣與其他氣體的混合氣,從壓力容器裝置的外部檢測從漏孔泄漏到外部的氦氣,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)漏孔。用吸槍尋找氦氣時(shí),一旦氦氣被吸入,氦檢漏儀就會(huì)顯示出漏率值。在這種情況下,因?yàn)閴毫θ萜餮b置外部是一個(gè)大氣壓,所以充入壓力容器裝置內(nèi)的氣體壓至少需要一個(gè)大氣壓以上。但壓力不宜過高,壓力過高,插在裝置上的壓力表或其它插件就會(huì)彈出而發(fā)生傷人等危險(xiǎn)事故。在噴氦法中,噴的氦氣很有可能把漏孔完全覆蓋上,這樣,氦分子就以接近一個(gè)大氣壓的壓力差通過孔進(jìn)入內(nèi)部,與此相反,吸槍法從大體來說,首先用氦氣使內(nèi)部壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓以上,如果壓力差達(dá)不到一個(gè)大氣壓以上,氦氣就不會(huì)以相同的量流到外部,接著漏出的氦氣馬上在大氣中擴(kuò)散,即使是吸槍口(一般都是非常小的)也不可能把漏泄的氦氣全部吸進(jìn)去。

  吸槍法(正壓法)檢漏,用純氦檢時(shí),可使用氦氣回收裝置,重復(fù)使用,以降低使用成本。或使用濃度不低于5~10%的氦氣混合氣體,使用完后,可直接向大氣中排放,要注意周圍環(huán)境中的氦氣的濃度,注意周圍環(huán)境中空氣的流動(dòng)情況,因?yàn)檫@會(huì)影響到吸槍法的檢測精度。吸槍法(正壓法)檢漏與鹵素檢漏極為相似,但應(yīng)注意的是容器內(nèi)所充的示蹤氣體是不同的,即使有相同的漏率值,其意義也是不同的,能夠區(qū)分這一點(diǎn)很重要。除實(shí)驗(yàn)測試比較法以外另有計(jì)算式Q1η1= Q2η2(Q為氣體的泄漏流量,η為氣體的粘度系數(shù)),Q1M11/2= Q2M21/2(M為氣體的分子量)。吸槍法檢漏中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

  1、靈敏度受連接管道的流導(dǎo)的限制。

  2、初次檢漏時(shí)、被檢件體內(nèi)切勿充入過高壓力的氦氣。因?yàn)槿绻新┛,氦氣?huì)從被檢件物中漏出,造成較大浪費(fèi),而且氦氣到處擴(kuò)散,給檢漏儀帶來非常大的干擾。因此,一般應(yīng)先向被檢件物內(nèi)充以低壓力、低濃度的氦氣,再充入高壓力,高濃度的氦氣,對小漏孔進(jìn)行檢漏。如果存在較大漏孔時(shí),可對檢件體先進(jìn)行加壓水中發(fā)泡法檢大漏,這樣既可以減少氦氣的浪費(fèi),因?yàn)楹廨^貴(不同濃度的價(jià)格也不同),又可避免對氦檢漏儀的氦中毒的損害。

(三)氦罩法

  這種方法使用一個(gè)檢漏罩(塑料薄膜等)把被檢容器包起來,先排除罩內(nèi)空氣,然后充入氦氣或氦氣的混合氣體,檢漏儀與被檢容器內(nèi)部連接,當(dāng)檢漏儀有漏率顯示時(shí),說明有泄漏。這個(gè)漏率稱為總漏率?偮┞蕿楦鱾(gè)分漏率之和;總漏率不超標(biāo)準(zhǔn)值,則各個(gè)分漏率也不超標(biāo)準(zhǔn)值;總漏率超過標(biāo)準(zhǔn)值,則檢查各個(gè)點(diǎn)的分漏率是否超過標(biāo)準(zhǔn)值。然后再對超過標(biāo)準(zhǔn)值的漏孔進(jìn)行修補(bǔ),直至達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)為止。

  大型壓力容器在檢漏時(shí),經(jīng)常使用輔助真空系統(tǒng)(輔助真空系統(tǒng)----有真空機(jī)械泵+增壓泵,真空管道,三通,真空計(jì),真空閥門,放氣閥門等組成)來進(jìn)行預(yù)抽真空,真空度達(dá)到一定值時(shí),關(guān)閉輔助真空系統(tǒng),或使用真空切換閥,再開啟檢漏儀來進(jìn)行檢漏。