氦质谱检漏仪介绍及在压力容器检漏上的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)岛津公司 作者:岛津公司
  当压力容器储存气体时,漏气对整个容器的气体储存来说是个很大的损失。为解决此问题对制造生产压力容器的厂家来说,历来是个既麻烦又要花费大量时间、人力、精力、财力的事情,但又不一定能够很好的解决泄漏这个关键性的问题。一般压力容器检漏先进行总漏率检测,当总漏率超出允许值后,再进行各个泄漏孔的检测,对超过允许值的漏孔进行修补。用加压水中气泡法检压力容器,能寻找出较大的漏孔位置,但很难检出微漏和渗漏,特别是压力容器随着时间的渗漏(包括材料本身的渗漏)问题。一般国内的企业在压力容器检漏时经常采用以下几种方法:

  加压放置法:充入一个~三个以上大气压的空气,放置24小时或更长,看压力表上压力读数是否下降,用这种方法可检到10-1Pa·m3/S左右的最小漏率。

  着色法:充入氨气,在外面着色,可检到10-1Pa·m3/S左右的最小漏率。

  超声波法:充入一个~三个以上大气压的空气,用超声波检测器检漏,可检到10-2Pa·m3/S左右的最小漏率。

  加压水中发泡法:充入一个~三个以上大气压的空气后,放入水中,看水中有否气泡出现(可检到10-3~10-4 Pa·m3/S),24小时积累后可检到10-5Pa·m3/S左右的最小漏率。

  涂抹肥皂水法:充入一个~三个以上大气压的空气,在怀疑处涂上肥皂水,看是否有肥皂泡出现,可检到10-2~10-3Pa·m3/S。

  放射性气体法:可检到10-11Pa·m3/S。有放射污染危险

  卤素检漏法:可检到10-5~10-6Pa·m3/S

  氦质谱检漏仪:吸枪法可检到10-3~10-7 Pa·m3/S,真空法可检到100~10-13Pa·m3/S。

  从上述检漏手段来看,可以得出氦质谱检漏仪的检漏范围最宽,精度高,安全等优点。在国外和外国在国内的独资、合资企业中广泛得到应用,现在国内的企业也在随着用户要求的提高,和产品的升级换代、走出国门、与外资配套等情形,逐渐增加了氦检漏仪的应用机会。

  氦质谱检漏仪检漏也是无损检测(X射线、涡流、超声等)的多种方法中的一种,是压力容器无损检测的最佳形式。广泛应用于航天、航空、核电、电子零部件、真空设备、电真空、电力、石化、半导体前道、空调制冷等新技术的领域。

一.概述

  泄漏的检查,存在着各种各样的方式,其中之一便是使用氦质谱检漏仪的检查方式。利用氦气作为示踪气体,来对各种容器的泄漏、微漏和渗漏(包括材料本身的)进行检测。使用氦气进行检漏是考虑到氦气具有以下一些优点:(不用氢气,因为氢气有可燃可爆的危险性)

  氦气在空气中含量非常少,只有5ppm(空气中占约1/200,000);

  在被测试的物体内部所残留的空气中的氦气含量也非常少;

  由于氦分子量小、分子直径小(在元素周期表中在仅排在氢的后面),即便是极其微小的渗漏孔也能方便地通过;

  由于具有化学上的不活跃性,不会污染排气系统及被测试物体;

  由于具有对人体无害性和不可燃爆性,因此使用安全方便;

  对分析管的分辨率要求并不高,容易实现高灵敏度;

  不存在环境污染问题。

二.氦质谱检漏仪的基本原理及主要组成部分

  氦质谱检漏仪的性能、特性好坏取决于质谱分析室。质谱分析室的工作原理是对离子源气体进行电离,电离出来的正离子经过电场加速聚焦通过缝隙进入均匀磁场,离子束在磁场力的作用下,旋转180o或90o按一定轨迹到达收集极,此种形式称之为磁性偏转分析形式。然后,经小电流放大器、微处理器,控制器等线路处理直至液晶屏显示出读数的大小。

三.氦质谱检漏仪在压力容器中的常用方法

  在压力容器中,使用氦质谱检漏仪检漏常用的方法大体可分为三种,即喷氦法(负压法),吸枪法(正压法),氦罩法。就几种方法的灵敏度比较而言,喷氦法的灵敏度高些。但是当检漏仪安装在大型的、比较复杂的压力容器装置上时,也不敢确切地说喷氦法的灵敏度就是高。

(一)喷氦法

  喷氦法是最常用,最方便的检漏方法。检漏时,用连接在装有氦气的气瓶上的喷枪向怀疑有漏泄的部位喷氦气,如果有氦气从漏孔中流入压力容器装置,则装置内的氦分压就会上升,氦检漏仪上就会显示有泄漏率。是否合格要看标准漏率值是定在多少,超过标准漏率值的可视为不合格。

  喷氦法检漏中应该注意以下几个问题:

  1、实际的检漏灵敏度比理论计算值低,一是由于喷枪所喷出的氦气流是散开的,故掺有一定数量的空气,使氦气的浓度有所降低。二是喷枪喷出的气流的方向不可能完全对准漏孔的方向,此外、在凹缺处所存在的空气会使得进入漏孔的氦气浓度降低。

  2、检漏次序:从被检件物体的上方至下方,由*近检漏仪处向远离检漏仪处逐点进行喷氦检查。

  3、检出的大漏孔要经修补后再去找小漏孔。

  4、当存在两个相距很近的可疑的漏孔点时,应先把一个点盖住,在对另一点用最细的喷枪进行喷氦。

  5、当喷枪喷在某一点时,如果,检漏仪上的显示有变化,其上升速度很慢且显示值不稳定表示邻近其它地方有很大漏孔。

  6、检出漏孔后,还应再做几次复检。

  7、检漏场地要有良好的通风条件,但也不能太大,不应影响喷枪喷出的氦气气流的方向。

(二)吸枪法

  吸枪法是先向压力容器装置中充入一个以上的大气压的氦气或氦气与其他气体的混合气,从压力容器装置的外部检测从漏孔泄漏到外部的氦气,进而发现漏孔。用吸枪寻找氦气时,一旦氦气被吸入,氦检漏仪就会显示出漏率值。在这种情况下,因为压力容器装置外部是一个大气压,所以充入压力容器装置内的气体压至少需要一个大气压以上。但压力不宜过高,压力过高,插在装置上的压力表或其它插件就会弹出而发生伤人等危险事故。在喷氦法中,喷的氦气很有可能把漏孔完全覆盖上,这样,氦分子就以接近一个大气压的压力差通过孔进入内部,与此相反,吸枪法从大体来说,首先用氦气使内部压力达到一个大气压以上,如果压力差达不到一个大气压以上,氦气就不会以相同的量流到外部,接着漏出的氦气马上在大气中扩散,即使是吸枪口(一般都是非常小的)也不可能把漏泄的氦气全部吸进去。

  吸枪法(正压法)检漏,用纯氦检时,可使用氦气回收装置,重复使用,以降低使用成本。或使用浓度不低于5~10%的氦气混合气体,使用完后,可直接向大气中排放,要注意周围环境中的氦气的浓度,注意周围环境中空气的流动情况,因为这会影响到吸枪法的检测精度。吸枪法(正压法)检漏与卤素检漏极为相似,但应注意的是容器内所充的示踪气体是不同的,即使有相同的漏率值,其意义也是不同的,能够区分这一点很重要。除实验测试比较法以外另有计算式Q1η1= Q2η2(Q为气体的泄漏流量,η为气体的粘度系数),Q1M11/2= Q2M21/2(M为气体的分子量)。吸枪法检漏中应注意以下几个问题:

  1、灵敏度受连接管道的流导的限制。

  2、初次检漏时、被检件体内切勿充入过高压力的氦气。因为如果有漏孔,氦气会从被检件物中漏出,造成较大浪费,而且氦气到处扩散,给检漏仪带来非常大的干扰。因此,一般应先向被检件物内充以低压力、低浓度的氦气,再充入高压力,高浓度的氦气,对小漏孔进行检漏。如果存在较大漏孔时,可对检件体先进行加压水中发泡法检大漏,这样既可以减少氦气的浪费,因为氦气较贵(不同浓度的价格也不同),又可避免对氦检漏仪的氦中毒的损害。

(三)氦罩法

  这种方法使用一个检漏罩(塑料薄膜等)把被检容器包起来,先排除罩内空气,然后充入氦气或氦气的混合气体,检漏仪与被检容器内部连接,当检漏仪有漏率显示时,说明有泄漏。这个漏率称为总漏率。总漏率为各个分漏率之和;总漏率不超标准值,则各个分漏率也不超标准值;总漏率超过标准值,则检查各个点的分漏率是否超过标准值。然后再对超过标准值的漏孔进行修补,直至达到合格标准为止。

  大型压力容器在检漏时,经常使用辅助真空系统(辅助真空系统----有真空机械泵+增压泵,真空管道,三通,真空计真空阀门,放气阀门等组成)来进行预抽真空,真空度达到一定值时,关闭辅助真空系统,或使用真空切换阀,再开启检漏仪来进行检漏。

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