低温绝热压力容器检漏系统分析(2)

2.5、检漏仪的连接位置

　　检漏仪接在辅助系统的高真空侧如图B 点位置，则式（4）～式（6）中的S₁ 将相应的变为S₂，其检漏系统的有效最小可检漏率将增大（S₂+S_d）/S_d 倍，由于S₂≥S₁，故该方法检漏系统的有效最小可检漏率将增加很大，若关闭次级泵，使S₂=0，则检漏系统的有效最小可检漏率增大（S₁+S_d）/S_d 倍。检漏仪接在辅助系统的低真空侧如图A 点位置，根据式（4）～式（6）中可知，其检漏系统的有效最小可检漏率增大（S₁+S_d）/S_d 倍。

　　由分析可知，当检漏仪接在B 点位置时，由于分流较大，检漏灵敏度将大大降低，当检漏仪接在A 点位置时，分流较小，检漏灵敏度会提高。

2.6、示漏气体的反应时间

　　示漏气体的反应时间决定了检漏的工作效率，在满足有效最小可检漏率要求的情况下，反应时间越短则检漏效率越高。如图1 所示：在t→t+dt 时间内，进入容器夹层内的氦气量为Q₀d_t，其中的一部分p.S₂.d_t 被真空泵抽除，另一部分V.dp留在被检容器中，使被检容器内的氦分压p 增加，则下面的公式成立

　　以上方程解为

　　由式（8）可以看出，当t=0 时，p=0；当t=∝时，p=Q0/S2，此时，虽然p 最大，但是t 时间太长，所以在实际工作中，把氦分压达到p=0.63Q0/S2 时所需的时间定为示漏气体的反应时间，将p=0.63Q0/S2 代入式（9）中，则反应时间为

　　式（10）表明，反应时间取决于容器夹层容积的大小和真空泵对容器夹层容积的抽速。不用高真空泵（次级泵）时S2=S1+Sc（假设Sc=Sd），由于S1 和Sc 比较小，当V 比较大时，反应时间会很长。用高真空泵（次级泵）时，S2 等于高真空泵的抽速。由于选用的高真空泵抽速一般较大，因此可大大缩短反应时间。

3、检漏实例

　　某厂生产的85 m³ 低温绝热压力容器的真空夹层容积为20 m³，采用高真空多层绝热，选用的真空系统是名义抽速为15 000 L/s（扩散真空泵）+1 500 L/s（罗茨泵）+150 L/s（滑阀真空泵）机组对容器抽空，检漏仪的有效抽速为Sd=2 L/s，产品的允许漏率值为小于1×10^-9 Pa·m³/s。标准漏孔选用1.4×10^-9 Pa·m³/s，检漏仪器的最小可检漏率为1.0×10^-11 Pa·m³/s。

3.1、真空系统的设计

　　由于产品的真空夹层容积为20 m³，夹层的漏放气量无法满足氦质谱检漏仪的正常工作条件，因此，产品的检漏系统必须配备真空辅助系统才能满足检漏仪正常工作。在此借用产品自身的抽气机组后，扩散泵的有效抽速600 L/s；罗茨泵的有效抽速120 L/s；机械泵的有效抽速40 L/s。

3.2、检漏系统有效最小可检漏率及反应时间分析

　　（1）检漏仪直接接在被检容器上根据2.4 条分析，打开扩散泵真空泵阀，则检漏有效最小可检漏率增大了（S2+Sd）/Sd=（600+2）/2≈300 倍，即有效最小可检漏率为3.0×10-9 Pa·m³/s。

　　（2）检漏仪接在扩散泵与罗茨泵之间根据2.4 条分析，S2=600 L/s，S1=120 L/s，反应时间为t=V/S2=20 000/600=34 s，有效最小可检漏率增大（S1+Sd）/Sd=（120+2）/2≈60 倍，即有效最小可检漏率为6.0×10-10 Pa·m³/s，若不用扩散泵，反应时间为t=V/（S1+Sd）=20 000/（120+2）=163 s。

　　（3）检漏仪接在罗茨真空泵和机械泵之间根据2.4 条分析，有效最小可检漏率增大（S1+Sd） /Sd=（40+2） /2≈20 倍，即有效最小可检漏率为2.0×10-10 Pa·m3/s。反应时间为t=V/S2=20 000/600=34 s，若不用扩散泵，反应时间为t=V/（S1+Sd）=20 000/（120+2）=163 s。若不用扩散泵和罗茨真空泵，反应时间为t=V/（S1+Sd）=20 000/（40+2）=500 s。

3.3、检漏系统有效最小可检漏率的实验确定

　　经过有效最小可检漏率的理论分析后，最后要用标准漏孔来确定实际检漏系统的有效最小可检漏率，由于该产品的夹层容积20 m³，故允许漏率小于1.0×10^-9 Pa·m³/s。通过3.2条分析，第（2）、（3）种连接方案能满足产品检漏要求。以第（3）种方案即检漏仪接在罗茨真空泵和机械泵之间为例，将标准漏孔接在远离抽空系统的被检容器如图1 中1 的位置。则得检漏系统的有效最小可检漏率值为2.0×10^-11 Pa·m³/s，为产品的允许漏率1.0×10^-9 Pa·m³/s 的1/100，反应时间34 s。因此，该检漏系统满足检漏要求，可以实施检漏工作。由于辅助真空系统的分流作用及低温绝热压力容器上吸附材料的吸附作用，在测量检漏系统有效最小可检漏率时，一般应以标准漏孔在图1 中1 的位置为依据测量计算出检漏系统的有效最小可检漏率。

3.4、检漏

　　检漏系统的有效最小可检漏率、反应时间符合产品检漏要求后，采用氦罩法或局部施氦方法对产品进行施氦，施氦范围应覆盖被检容器的每个角落，施氦时间应大于3 倍的反应时间。检漏过程中记录检漏仪在施氦前、后输出指示的变化值。

3.5、漏率结果评定

　　漏率值可由式（11）得出

　　式中γ 为施氦浓度，（%）；Q′为标准漏孔标称值，Pa·m³/s；I0 为对低温绝热压力容器施氦前检漏仪的输出指示值，即本底值，Pa·m³/s；Iv 为对低温绝热压力容器施氦后检漏仪的输出指示值，Pa·m³/s；Is 为打开标准漏孔后检漏仪的输出指示值，Pa·m³/s。检漏结果：I0 为3.0×10^-10 Pa·m³/s；Is 为4.0×10^-10 Pa·m³/s；被检容器的施氦浓度γ 为50%；Iv 为3.4×10^-10 Pa·m³/s；标准漏孔漏率值Q′为8.0×10^-10 Pa·m³/s。该产品漏率值为8.0×10^-10 Pa·m³/s，满足产品合格指标。

4、结论

　　根据以上理论与实例分析，对低温绝热压力容器的检漏系统分析总结如下：

　　（1）低温绝热压力容器产品总漏率检测需要配备相应的真空辅助系统；

　　（2）真空辅助系统中次级泵的抽速不影响检漏系统的有效最小可检漏率，但影响示漏气体的反应时间和清除时间；

　　（3）检漏仪在真空辅助系统中的连接位置影响检漏系统的有效最小可检漏率。

　　因此，在开展对产品漏率检测时，首先应根据被检容器体积大小和低温绝热压力容器夹层放气速率的大小，设计检漏辅助真空系统及相关参数；其次根据被检容器存在大漏的可能性，确定检漏仪在辅助真空系统中的连接位置，检漏仪的连接位置可以根据情况做适当调整，以满足检出不同大小漏孔的漏率要求。近几年来，作为低温绝热压力容器产品型式实验单位之一，作者采用以上检测方法，分别对国内低温绝热压力容器生产厂家的几十台不同规格的低温绝热压力容器进行了漏率定量检测，均取得了满意的效果。