低溫絕熱壓力容器檢漏系統(tǒng)分析
漏率是低溫絕熱壓力容器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。準(zhǔn)確測量漏率值是產(chǎn)品絕熱性、可靠性和安全性評估的重要手段。從輔助真空系統(tǒng)設(shè)計、檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率的分析、檢漏儀連接位置和示漏氣體的反應(yīng)時間等幾個方面對低溫絕熱壓力容器檢漏系統(tǒng)進(jìn)行了論述與分析。
1、引言
低溫絕熱壓力容器是指用于貯存或運輸液氫、液氧、液氦、液氬、液氮及液化天然氣等低溫介質(zhì)的容器。產(chǎn)品的漏率指標(biāo)是確保產(chǎn)品安全運行的主要技術(shù)指標(biāo)之一，準(zhǔn)確測量漏率值是對該產(chǎn)品絕熱性、可靠性和安全性評估的重要手段�？v觀國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品檢漏的方法，存在檢測方法不統(tǒng)一、漏率定量不準(zhǔn)確、檢漏效率低等問題。部分生產(chǎn)廠家僅對零部件、管路和部分焊縫進(jìn)行檢漏，并未對產(chǎn)品出廠前的總漏率進(jìn)行定量檢測，造成了產(chǎn)品在運行過程中的安全隱患。
作者從產(chǎn)品檢漏總體方案設(shè)計、輔助真空系統(tǒng)設(shè)計、有效最小可檢漏率分析、檢漏儀連接位置和示漏氣體反應(yīng)時間等幾個方面對低溫絕熱壓力容器產(chǎn)品的檢漏原理與方法進(jìn)行了論述，意在規(guī)范與統(tǒng)一產(chǎn)品的檢漏方法，準(zhǔn)確測量產(chǎn)品的漏率值，確保產(chǎn)品運行的安全與可靠性。
2、低溫絕熱壓力容器檢漏方案
2.1、檢漏要求
對低溫絕熱壓力容器的檢漏有以下要求。
（1）漏率指標(biāo)
參考真空技術(shù)網(wǎng)另文規(guī)定，貯存用低溫絕熱壓力容器要求產(chǎn)品總漏率應(yīng)小于1×10-7Pa·m3/s；運輸用低溫絕熱壓力容器的產(chǎn)品漏率指標(biāo)應(yīng)小于1×10-9Pa·m3/s。同時，要求對漏孔能定量和定位。
（2）反應(yīng)時間
對于貯存用、運輸用容器等大型低溫絕熱壓力容器，如果檢漏系統(tǒng)反應(yīng)時間過長，大面積的長焊縫檢漏勢必導(dǎo)致檢漏時間過長。為了縮短時間、提高效率，要求盡量縮短檢漏響應(yīng)時間與清除時間。
（3）有效最小可檢漏率
根據(jù)各部分漏率指標(biāo)要求，確定檢漏方法及檢測系統(tǒng)的有效最小可檢漏率。通常要求有效最小可檢漏率應(yīng)為產(chǎn)品漏率指標(biāo)的1/10。
2.2、檢漏系統(tǒng)總體方案
低溫絕熱壓力容器的幾何容積通常在5m3到100m3之間，產(chǎn)品的漏率允許值在1×10-7～1×10-9Pa·m3/s之間，并要求對存在的漏孔能定量和定位，檢漏時間短。根據(jù)產(chǎn)品的漏率指標(biāo)及檢漏要求，通常選用最小可檢漏率低、能準(zhǔn)確定位和定量的氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)。由于產(chǎn)品容積較大，為縮短反應(yīng)時間，提高檢漏效率，需要采用輔助真空系統(tǒng)。產(chǎn)品檢漏系統(tǒng)如圖1 所示。檢漏系統(tǒng)由真空輔助系統(tǒng)、檢漏儀、標(biāo)準(zhǔn)漏孔和被檢容器組成。
1，6.標(biāo)準(zhǔn)漏孔;2，5，9，10，11.真空閥門;3.低溫絕熱壓力容器;4.真空規(guī);7.氦質(zhì)譜檢漏儀;8.前級泵;12.次級泵。
圖1 低溫絕熱壓力容器檢漏系統(tǒng)圖
2.3、輔助真空系統(tǒng)
2.3.1、組成
輔助真空系統(tǒng)具有預(yù)抽容器真空夾層、分流氣體、減小示漏氣體反應(yīng)時間和清除時間等功能。根據(jù)低溫絕熱壓力容器的結(jié)構(gòu)、尺寸、要求和具備的檢漏條件配置相應(yīng)的輔助真空系統(tǒng)。一般的輔助真空系統(tǒng)由前級泵、次級泵、真空閥門、真空規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)漏孔等組成，對于低溫絕熱壓力容器前級泵最好為氣鎮(zhèn)式機械泵，次級泵可采用擴散泵或羅茨泵。
2.3.2、參數(shù)選擇
檢漏時，容器除了可能漏氣外，不可避免地還會有材料出氣，如果不加輔助真空系統(tǒng)，被檢件的漏氣與材料出氣的總漏放氣速率就要全部通過檢漏儀系統(tǒng)。為了保證檢漏儀能正常工作，應(yīng)滿足如下條件，即
式中p為檢漏儀的工作壓力，Pa；Sd 為檢漏儀支路的抽速，L/s；Q0 為低溫絕熱壓力容器真空夾層漏氣速率，Pa·m3/s；ΣQi為低溫絕熱壓力容器真空夾層材料的出氣速率，Pa·m3/s。對于低溫絕熱壓力容器而言，其漏氣或出氣可能很大，因此，要求輔助真空系統(tǒng)的抽速S為（對空氣）
2.4、檢漏系統(tǒng)有效最小可檢漏率分析
檢漏系統(tǒng)的有效最小可檢漏率決定了檢漏系統(tǒng)可以檢出的最小漏孔值，是設(shè)計檢漏系統(tǒng)的主要參數(shù)之一。在如圖1 所示的檢漏系統(tǒng)中，假設(shè)進(jìn)入低溫絕熱壓力容器真空夾層的氦氣量為Q0，其中一部分Q1 通過檢漏儀的分析室，而另一部分Q2 被前級泵抽除。以圖中A 點為參考點，可得到
如不考慮分析室支路的通導(dǎo)能力，則分析室支路的氦壓力為
式中Q1 為通過檢漏儀分析室的氦氣量，Pa·m3/s；Q2 為前級泵抽走的氦氣量，Pa·m3/s；S1為前級泵抽速，L/s；Sd 為分析室支路對A 點的抽速，L/s； Sc 為分析室的抽速，L/s；pc 為檢漏儀分析室的氦壓力，Pa。對以上公式分析如下：
（1）由式（3）~式（6）可知，若不用前級泵時，S1=0，Q2=0，全部氦氣量都通過檢漏儀的分析室，即Q0=Q1，則根據(jù)式（6）有
pc= Q0/Sc
�。�2）由式（7）可知，Sc 越小，pc 值越大，則檢漏時有效最小可檢漏率越低。當(dāng)Sc→0，而且S1=0 時（前級泵關(guān)閉）， pc→∝，這相當(dāng)于停止抽氦以后，氦分壓會逐漸提高，經(jīng)相當(dāng)長時間后，即使很微小漏孔也會檢出。
�。�3）pc 與S2 無關(guān)，使用次級泵不能降低檢漏系統(tǒng)的有效最小可檢漏率，只能減少抽空時間和反應(yīng)時間。
�。�4）由式（6）和式（7）比較可知，使用前級泵可使pc 下降Sd /（S2+Sd）倍。為了降低檢漏時的最小可檢漏率，即提高pc，可減小S1。為此，可關(guān)小前級泵閥，或選擇對氦氣抽速小的泵。
