鈦制壓力容器氦檢漏

1、制造與安裝鈦制壓力容器的氦泄漏試驗(yàn)陳孝國(guó)(寶雞有色金屬加工廠,陜西寶雞721014摘要:氦泄漏試驗(yàn)作為一種致密性試驗(yàn),它的檢漏靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了氣密性試驗(yàn)和氨滲漏等試驗(yàn)方法。隨著國(guó)產(chǎn)化鈦制壓力容器的不斷增多,一些高溫高壓和密封性要求高的壓力容器,制造完成后除了進(jìn)行常規(guī)的致密性試驗(yàn)外,還需要進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn)。鈦制壓力容器與其它相比,在結(jié)構(gòu)上有較大的區(qū)別。選擇合理的氦泄漏試驗(yàn)方案,可做到既能檢漏又能及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn),有效地保證鈦制容器安全性和可靠性。關(guān)鍵詞:鈦制壓力容器;氦泄漏試驗(yàn);檢漏中圖分類號(hào):T Q05113文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1001-4837(200511-0035-04H elium Le

2、ak Test of Titanium Pressure V esselCHEN Xiao-guo(Baoji Non ferrous Metals W orks,Baoji721014,ChinaAbstract:As a seal test,sensitivity of helium leak test is higher than other test methods as gas seal and NH3 leak test.With home-manu facture titanium pressure vessel increasing,seal requirement to th

3、ese high tem per2 ature and high pressure vessel is further.A fter finishing the vessel and ordinary seal tests,then helium leak test is generally required for these vessel.C om pared with pressure vessel constructed of steel,titanium pres2 sure vessel is obviously different on structure.I f appropr

4、iate helium leak test plan is selected,it will be of benefit to im proving detectability and effectively secure titanium vessel safety and reliability.K ey w ords:titanium pressure vessel;helium leak test;detection1前言鈦?zhàn)鳛橐环N優(yōu)良的耐腐蝕材料,在石化、化工、制鹽等行業(yè)得到了大量的推廣和應(yīng)用。用鈦制作壓力容器,大多用于腐蝕、易燃、有毒的工況場(chǎng)合。近年來(lái),從國(guó)外成套引進(jìn)的一些高溫、高

5、壓、密封性要求較高的鈦制容器逐漸到了使用壽命,其更新改造大多采用了國(guó)產(chǎn)設(shè)備。另外,國(guó)內(nèi)新上項(xiàng)目對(duì)鈦制容器也有大量的需求。為保障這些鈦制容器的安全性和可靠性,原成套引進(jìn)的和國(guó)內(nèi)新設(shè)計(jì)的容器,要求進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn)。鈦制容器特別是鈦復(fù)合鋼(不銹鋼制容器在結(jié)構(gòu)上和其它材料的容器還是有很大的區(qū)別,對(duì)鈦制容器的氦泄漏試驗(yàn)也較其它容器復(fù)雜。如何正確地選擇氦泄漏試驗(yàn)方案,準(zhǔn)確找出漏點(diǎn),是制造高質(zhì)量的鈦制容器必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。2氦泄漏試驗(yàn)211氦泄漏試驗(yàn)常用設(shè)備、儀器氦質(zhì)譜檢漏儀、嗅吸探頭、噴槍、閥門、氦氣、真空泵、空壓泵、壓力表、真空表。212氦泄漏試驗(yàn)原理氦泄漏試驗(yàn)時(shí),將氦質(zhì)譜檢漏儀與嗅吸探頭連接形成泄

6、漏探測(cè)器,來(lái)檢測(cè)被檢測(cè)容器泄漏出的微53量氦氣,嗅吸探頭將氦氣吸入,送到泄漏探測(cè)器系統(tǒng)中,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),泄漏探測(cè)器再將電信號(hào)以光或聲顯示3。氦質(zhì)譜檢漏儀可根據(jù)要求調(diào)整檢測(cè)靈敏度,按照氦氣的泄漏量決定是否報(bào)警。氦泄漏試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、煤油滲漏、液體滲透(PT 、鹵素檢漏、氨泄漏等檢測(cè)靈敏度見(jiàn)表1。表1常用檢測(cè)方法靈敏度2方法示漏介質(zhì)靈敏度(Pa L/S 水壓試驗(yàn)水或油4×10-1氣密性試驗(yàn)空氣10-2煤油滲漏煤油10-1液體滲透著色劑10- 4鹵素檢漏氟里昂10-4氨泄漏氨氣10-310-5氦泄漏試驗(yàn)氦氣10-610-12213氦泄漏試驗(yàn)常用方法21311真空法將被檢容

7、器與氦質(zhì)譜儀連接,將容器內(nèi)抽真空,用氦氣噴槍對(duì)被檢容器的焊接接頭和其它可疑部位噴吹氦氣。如果泄漏,氦氣會(huì)被吸入被抽真空的容器內(nèi),并被吸到氦質(zhì)譜儀內(nèi),超過(guò)規(guī)定的泄漏量,氦質(zhì)譜儀報(bào)警3,如圖1所示。圖1真空法檢漏示意圖21312吸槍法檢漏(過(guò)壓法檢漏被檢容器抽真空后充入一定氦氣再充氮?dú)饣驂嚎s空氣(或直接充入氦氣到規(guī)定壓力,氦氣通過(guò)漏點(diǎn)漏出,被嗅吸探頭(吸槍吸入,超過(guò)設(shè)定的泄漏率時(shí),氦質(zhì)譜檢漏儀報(bào)警,確定漏點(diǎn)的位置3,見(jiàn)圖2所示。2 14氦泄漏試驗(yàn)主要控制參數(shù)1試驗(yàn)壓力(真空度、加壓方式、試驗(yàn)溫度、表面條件、探頭與被檢工件之間的距離、探頭掃描速度、檢測(cè)順序、靈敏度。3鈦制容器的氦泄漏試驗(yàn)鈦制容器按常

8、見(jiàn)結(jié)構(gòu)分為三類:鈦列管式換熱器;單層鈦的罐式容器、塔器、換熱器管箱;鈦復(fù)合鋼圖2吸槍法檢漏示意圖(不銹鋼板制的罐式容器、塔器、換熱器管箱。鈦復(fù)合板容器充分利用了鈦的耐腐蝕性能來(lái)做復(fù)層,而不參與強(qiáng)度設(shè)計(jì),利用價(jià)格較低的鋼(不銹鋼來(lái)承受強(qiáng)度和剛度。所以,鈦制容器的氦泄漏試驗(yàn)關(guān)鍵是對(duì)鈦焊接接頭進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn)。311鈦列管式換熱器和單層鈦的罐式容器、塔器、換熱器管箱的氦泄漏試驗(yàn)鈦列管式換熱器一般設(shè)計(jì)要求對(duì)管板和換熱管焊接接頭進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn),鈦列管式換熱器和全鈦的罐式容器、塔器、換熱器管箱結(jié)構(gòu)都較簡(jiǎn)單,按照本文213所列兩種方法均可很容易進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn),并且能及時(shí)找出漏點(diǎn)。312鈦復(fù)合鋼(不銹鋼板制的罐

9、式容器、塔器、換熱器管箱的氦泄漏試驗(yàn)31211鈦復(fù)合鋼(不銹鋼板制的容器主要結(jié)構(gòu)及泄漏點(diǎn)分析(1對(duì)接接頭圖35為鈦復(fù)合鋼(不銹鋼板鈦部分常見(jiàn)的三種對(duì)接接頭形式,顯然,起密封作用的是鈦復(fù)層和鈦墊板的焊接接頭,也就是說(shuō)應(yīng)對(duì)此接頭進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn)。通常用銀釬焊將縱向、環(huán)向等接頭分成若干區(qū)域,以利于較準(zhǔn)確檢漏。也就是說(shuō)容器上不同的檢漏孔(信號(hào)孔對(duì)應(yīng)不同的焊接接頭區(qū)域。圖363CPVT 鈦制壓力容器的氦泄漏試驗(yàn)V ol22.N o112005 圖 4圖5(2法蘭與筒體(接管的連接結(jié)構(gòu)圖68是法蘭與筒體(接管的連接結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的三種形式。當(dāng)然鈦焊環(huán)的密封面可以有多種形式,鋼法蘭與筒體也有多種焊接形式,這里主要介

10、紹的是鈦部分的結(jié)構(gòu)。圖6、7的主要差別是圖6鈦焊環(huán)與鋼法蘭采用了銀釬焊,圖8鈦焊環(huán)與鋼法蘭外徑相同,目的是避免密封面的泄漏造成對(duì)鋼法蘭的腐蝕。顯然影響容器泄漏的關(guān)鍵部位是鈦焊環(huán)與鈦襯筒、筒體復(fù)層之間的焊接接頭。但有了銀釬焊可以使檢漏區(qū)域形成封閉的區(qū)域,利于找出漏點(diǎn) 。圖631212鈦復(fù)合鋼(不銹鋼板制的容器氦泄漏試驗(yàn)方案分析(1殼體內(nèi)充氦過(guò)壓法檢漏這種方法是向殼體內(nèi)充氦加壓到規(guī)定的壓力,將氦質(zhì)譜儀與圖35所示的檢漏孔(信號(hào)孔相連,氦質(zhì)譜儀有泄漏報(bào)警時(shí),表明與該檢漏孔(信號(hào)孔連通的區(qū)域內(nèi)的鈦焊接接頭有泄漏點(diǎn)。 這種方法主圖 7圖8要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單,可以說(shuō)明容器是否泄漏。主要缺點(diǎn)是:1不能確定具體

11、的漏點(diǎn);2殼體內(nèi)必須是封閉的空間,對(duì)于換熱器的敞口管箱和殼體與法蘭的連接的結(jié)構(gòu)必須成對(duì)把合或用法蘭蓋密封;3殼體內(nèi)先抽真空再充氦可以提高檢漏的靈敏度,但殼體內(nèi)抽真空易引起復(fù)合板剝離,也會(huì)引起圖35鈦蓋板與復(fù)層焊接接頭出現(xiàn)裂紋類缺陷。目前,該方法使用很少。(2對(duì)鈦蓋板與殼體間的空間進(jìn)行過(guò)壓法檢漏這種方法是對(duì)圖35所示的鈦蓋板與殼體之間的空間充入氦氣加壓到規(guī)定的壓力,然后用嗅吸探頭(吸槍對(duì)鈦蓋板與鈦復(fù)層焊接接頭進(jìn)行檢漏。對(duì)圖6結(jié)構(gòu)和無(wú)筒體法蘭的全封閉結(jié)構(gòu)此法應(yīng)用較多。過(guò)壓法的優(yōu)點(diǎn):1鈦蓋板與殼體之間的空間小,成本低,效率高;2可以直接找出泄漏點(diǎn)。過(guò)壓法的缺點(diǎn):1靈敏度不如真空法;2鈦蓋板與殼體之間

12、的空間小,壓力上升快,控制不好,易引起鈦蓋板、鈦復(fù)層剝離;3鈦蓋板與殼體之間的空間必須清潔,否則污物會(huì)堵塞泄漏點(diǎn),造成誤判;4對(duì)于圖7、8結(jié)構(gòu)不能形成封閉空間,難以實(shí)施過(guò)壓法檢漏。(3對(duì)鈦蓋板與殼體間的空間進(jìn)行真空法檢漏這種方法是將氦質(zhì)譜儀與圖35所示的檢漏孔(信號(hào)孔相連,對(duì)鈦蓋板與殼體之間的空間抽真空到氦質(zhì)譜儀要求的真空度,對(duì)鈦蓋板與鈦復(fù)層焊接接頭用噴槍噴吹氦氣,有泄漏點(diǎn)時(shí),氦氣被吸入鈦蓋板與殼體之間的空間進(jìn)入氦質(zhì)譜儀,超過(guò)設(shè)定的73第22卷第11期壓力容器總第156期泄漏率時(shí),氦質(zhì)譜儀報(bào)警。該方法使用范圍較廣,是目前最常用的方法。真空法檢漏的優(yōu)點(diǎn):1鈦蓋板與殼體之間的空間小,易于抽真空,成

13、本低;2可以直接找出泄漏點(diǎn);3適用于圖68所有結(jié)構(gòu)。圖7、8可對(duì)鈦焊環(huán)和鋼法蘭連接處用真空泥密封;4檢漏靈敏度高;5鈦蓋板與殼體之間的空間為真空狀態(tài),不會(huì)引起鈦蓋板、鈦復(fù)層剝離。真空法檢漏的缺點(diǎn):1鈦蓋板與殼體之間的空間以及鈦蓋板與鈦復(fù)層焊接接頭必須清潔;2檢漏速度較慢。4氦泄漏試驗(yàn)的參數(shù)和試驗(yàn)程序411試驗(yàn)參數(shù)3(1試驗(yàn)壓力、加壓方式采用過(guò)壓法時(shí),對(duì)于單層容器焊縫和換熱器管板與換熱管連接接頭的泄漏試驗(yàn),試驗(yàn)壓力取0135MPa 或25%設(shè)計(jì)壓力兩者之較小值。對(duì)于鈦復(fù)合板和鈦襯里的鈦焊縫泄漏試驗(yàn),試驗(yàn)壓力取0107MPa 或015倍設(shè)計(jì)壓力兩者之較小值。試驗(yàn)前被試部件加壓達(dá)到試驗(yàn)壓力后至少保持

14、30min 。試驗(yàn)部件將按以下方式加壓:1壓力從0到X MPa ,充氦氣;壓力從X MPa 到試驗(yàn)壓力,充空氣(或氮?dú)?(X 氦氣壓力為10%的試驗(yàn)壓力。2直接充氦到試驗(yàn)壓力。3先用機(jī)械真空泵抽到其能抽到的真空度或要求的真空度,再按1或2加壓。采用真空法應(yīng)抽到氦質(zhì)譜儀說(shuō)明書(shū)的要求真空度。(2試驗(yàn)溫度最小為5(3探頭與被檢工件之間的距離應(yīng)3mm (4表面條件試驗(yàn)部件表面必須除去油脂、油漆以及其他可能妨礙試驗(yàn)的污物并充分干燥。(5探頭掃描速度探測(cè)器的探頭的最大掃描速度應(yīng)不大于儀器的響應(yīng)時(shí)間,為了縮短響應(yīng)時(shí)間和凈化時(shí)間,探測(cè)器與探頭之間的連接軟管長(zhǎng)度應(yīng)5m 。(6檢測(cè)順序探測(cè)器的探頭從試驗(yàn)部件的下部

15、開(kāi)始,然后逐次向上掃描要檢測(cè)的焊縫。(7靈敏度一般情況,對(duì)于換熱器管扳與換熱管的焊接接頭的,探測(cè)到大于1×10-6Pa m 3/sec 1的泄漏為不合格;對(duì)于單層殼體焊接接頭探測(cè)到大于1×10-5Pa m 3/sec 1的泄漏為不合格;對(duì)于鈦鋼復(fù)合板和鈦蓋板的鈦焊接接頭,探測(cè)到1×10-6Pa m 3/sec 1的泄漏為不合格。有特殊要求時(shí),按設(shè)計(jì)要求。412試驗(yàn)程序1所有低于氦泄漏試驗(yàn)靈敏度的檢驗(yàn)均完成且合格;2表面清潔、干燥;3儀器、儀表校準(zhǔn),調(diào)節(jié)靈敏度;4加壓或抽真空;5檢測(cè);6標(biāo)記漏點(diǎn);7降壓、釋放氦氣;8對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行返修;9重新進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn)直至合格。5結(jié)

16、語(yǔ)氦泄漏試驗(yàn)是國(guó)內(nèi)近幾年鈦制容器制造過(guò)程中的一項(xiàng)新課題,寶雞有色金屬加工廠經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究建立了企業(yè)的氦泄漏試驗(yàn)工藝規(guī)程,成功實(shí)施了對(duì)國(guó)內(nèi)首套45萬(wàn)噸/年本地化PT A 裝置、首套40萬(wàn)噸/年本地化PT A 裝置的鈦制容器和其他一些有要求的鈦制容器的氦泄漏試驗(yàn)。實(shí)踐證明,通過(guò)氦泄漏試驗(yàn)大大提高了鈦制容器的密封性、可靠性和安全性,使鈦制容器的制造提高到了一個(gè)新水平,為更多的鈦制容器實(shí)現(xiàn)本地化開(kāi)辟了廣闊的前景。參考文獻(xiàn):1G B/T 15823-1995,氦泄漏檢驗(yàn)S12全國(guó)鍋爐壓力容器無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定考試委員會(huì)1鍋爐壓力容器檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)M1北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社1992,119-12013鐘其英1壓力容器氦試驗(yàn)技術(shù)條件M.北京:中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院,2004,2-4.收稿日期:2005-10-21作者簡(jiǎn)介:陳孝國(guó)(1964-,男