Lækagedetektor

En lækagedetektor  er en enhed designet til at detektere, lokalisere og kvantificere størrelsen af ​​en lækage . Lækagedetektorernes arbejde kan baseres på forskellige fysiske principper, fokuseret på både direkte og indirekte målinger af parametre.

Terminologi:

• En lækage  er en lækage, en forhindrings evne (oftest begrænser et lukket volumen) til at passere ud (i tilfælde af øget tryk inde i hulrummet) eller inde (i tilfælde af reduceret tryk eller vakuum) uønskede gasformige eller flydende stoffer .

• Lækagedetektion  - teknikker, metoder til detektering, lokalisering og kvantificering af lækager.

• Teststof ved søgning efter en lækage  - et stof, der anvendes ved søgning efter en lækage i en væg, der begrænser et bestemt arbejdsvolumen. Hvor det er muligt, anvendes vand som teststof. I køleanlæg kan selve gangmaskinens arbejdsvæske , freon , bruges som teststof . I mange brændbare gasser (naturgas, propan-butan-blanding til gasflasker) tilsættes specielt et teststof, som har en karakteristisk "lugt af gas". I frostvæsker tilføjer nogle moderne freoner også specifikt komponenter, der giver mærkbar luminescens i ultraviolet lys. Freonlækagedetektorer kan også bruge dampe af forskellige flygtige fluor- og chlorcarbonforbindelser, alkohol som teststof . På grund af sin sjældenhed i naturen, lethed, flygtighed, høj permeabilitet og relativ lethed ved detektion i et massespektrometer og nøjagtigheden af ​​koncentrationsbestemmelse, er heliumgas en universel testgas .

• Lækagedetektorrespons  - tiden mellem testgasforsyningen og udseendet af en lækalarm på enheden;

• Lækafspænding eller Lækagedetektorafslapning  er den tid, det tager for vakuum-gassystemet for objektet under test og lækagedetektoren at eliminere testgassen og slippe signalet til baggrundsniveauet.

Historie

Siden menneskehedens skabelse af vand- og fødevarebeholdere og derefter de første rørledninger til vand, har folk stået over for problemer med lækager. På det tidspunkt var lækagedetektion let at udføre ved visuel inspektion, og hovedproblemet var at sikre tætheden af ​​tanken, men ikke lækagedetektion.

Kemiske og alkymistiske eksperimenter fra antikke og middelalderlige videnskabsmænd krævede heller ikke omhyggelig vedligeholdelse af tæthed, og derfor var problemerne med at finde og lokalisere lækager, især ultra-små, ikke relevante på det tidspunkt.

Begyndelsen af ​​udviklingen af ​​dampteknologi gjorde udviklingen af ​​standardmassemetoder til søgning og lokalisering af lækager relevant. Først og fremmest skyldtes dette behovet for at sikre sikkerheden af ​​trykbeholdere, da utætheder i loddede og svejsede sømme, defekte områder i selve metallet er svage punkter, hvorigennem en utilsigtet ødelæggelse af et kar kan forekomme med uforudsigelige (nogle gange katastrofale ) konsekvenser.

Videreudvikling af lækagedetektionsteknologi er forbundet med den udbredte brug af naturgas og trykluft i hverdagen og industrien. For produkter, der normalt har forhøjet tryk i de indre hulrum (f.eks. kamre og slangeløse dæk), udføres detektion med samtidig lokalisering af lækager ved at nedsænke testobjektet indeholdende komprimeret gas i vand og observere strømmen af ​​nye bobler. Til store genstande og lange rørledninger anvendes sæbe - på steder med lækager danner sæbefilmen sæbebobler, der angiver lækagestedet. Metoden er ekstremt overskuelig og nem at bruge, dog er den kendetegnet ved lav følsomhed, som dog er ganske nok til gasrørledninger, industrielle og husholdnings pneumatiske enheder. En anden simpel måde at opdage lækager på var at tilføje lugtstoffer (lugtende forbindelser) til eksplosive og brandfarlige kulbrintegasser. Så i Rusland er den karakteristiske "lugt af gas" faktisk oftest lugten af ​​ethylmercaptan . Andre svovlholdige forbindelser kan også anvendes til lugtende gasser, såsom thioler ( mercaptaner ), methan- og ethanthioler , pentalarm (en blanding af ethan- og pentanethioler ); sulfider  - captan (N-trichlormethyl-thio-1,2,3,6-tetrahydrophthalimid), dimethyl- og diethylsulfider, dimethyldisulfid , tetrahydrothiophen og andre forbindelser.

Fremkomsten af ​​sofistikeret vakuum- og køleudstyr har ført til fremkomsten af ​​nøjagtige instrumentelle metoder til påvisning af lækager ved hjælp af et teststof. Til dato har 2 hovedtyper af enheder taget form:

• Freonlækagedetektorer til kontrol af fungerende freonholdige (ofte køle-) installationer eller beholdere og rørledninger, hvori freon, kultetrachlorid eller andet lignende markørstof er sat under tryk.
• Helium lækagedetektorer til test af stoppet vakuumudstyr med helium som testgas.

I det moderne Rusland er lækagetest fra 2011 reguleret af reglerne for design og sikker drift af trykbeholdere. De fastlægger også reglerne og hyppigheden af ​​testbeholdere og rørledninger med et gasprøvetryk, der er 1,5 gange højere end arbejds- og væsketestene, som består i at holde en beholder med vand ved et tryk, der overstiger arbejdstrykket i et bestemt tidsrum. Testresultaterne vurderes ved trykfaldet i beholderen og ved visuel inspektion for tilstedeværelsen af ​​væskedråber på overfladen af ​​beholderen. Strengt taget bør de beskrevne metoder til detektering og lokalisering af lækager snarere tilskrives fejldetektion , men ikke lækagedetektion, da eftersøgningen efter lækager i dette tilfælde kun er et mellemliggende hjælpeværktøj til ikke-destruktiv test af et objekt med øget fare før det tages i drift. Yderligere udvikling af metoder til fejldetektion af svejsninger på fartøjer og rørledninger førte først til fremkomsten af ​​ultralydsfejldetektorer, og i begyndelsen af ​​det 21. århundrede, til fremkomsten af ​​ultralydslækagedetektorer, som dog ikke var meget brugt pga. overdrevne krav til operatørens kvalifikationer, arbejdsmiljøet og tvetydigheden af ​​prøvningsresultaterne.

Måleenheder

Lækager kvantificeres normalt ved hjælp af en testgas. For at kvantificere utætheder anvendes produktet af værdien af ​​testvolumenet og trykfaldet i det, refereret til en tidsenhed.

hvor Q  er størrelsen (intensiteten) af lækagen

Bemærk. Lækagehastigheden Q ifølge denne formel har en negativ værdi for tryksatte systemer og en positiv værdi for vakuumsystemer.

Lækagens intensitet har dimensionen [m 3 ]·[Pa]/[s] = [H]·[m]/[s] = [J]/[s] = [W].

Som det kan ses af formlen, er størrelsen af ​​lækagen dimensionsmæssigt ækvivalent med kraften eller ændringshastigheden i gassens energi i et givet konstant volumen pr. tidsenhed.

Klassificering af lækager

Enhver barriere i en eller anden grad kan være utæt: så brint kan diffundere selv gennem metal. Dampgennemtrængeligheden af ​​polyethylen er ikke nul. Mange teknologiske materialer sublimerer med varierende hastighed i et vakuum eller med en temperaturstigning. Altid og alle åbne overflader er dækket af et lag af adsorberede molekyler, som giver en langvarig relativt høj lækage med deres gradvise desorption. Det bør således anerkendes som et aksiom, at absolut tæthed i princippet er umulig. På grund af dette klassificeres alle utætheder primært efter graden af ​​indflydelse på den teknologiske proces, der udføres på udstyret, der testes:

• lækager ikke opdaget af eksisterende udstyr;
• lækager, der ikke er kritiske for den teknologiske proces - oftest er de samme lækager uopdagelige, da det ikke er økonomisk muligt at bruge meget dyrere og følsomme enheder til detektion i ikke-kritiske områder;
• lækager, der er moderat kritiske for den teknologiske proces, er lækager, der ved hjælp af visse teknologiske metoder kan elimineres eller deres indflydelse kan reduceres til ikke-kritiske;
• kritiske lækager, der gør det umuligt at fuldføre den teknologiske proces uden at blive gift eller udvikle en ulykke;

Alle utætheder, der identificeres under test, skal om muligt elimineres, da en gradvis stigning i detekterede utætheder eller den kumulative sum af flere gamle og nye utætheder nemt kan overskride den kritiske tærskel.

Klassificering af utætheder i vakuumudstyr

Klassificeringen af ​​utætheder på vakuumudstyr er primært relateret til de strukturelle elementer i installationerne, som bestemmer testanordningens opførsel under lækagedetektion, i forhold til test med testgas:

• lækager ved flangetætninger — lækager opdages let og lokaliseres, da adgangen til dem er åben, enhedens reaktion på strømmen af ​​testgas er hurtig, og afslapning sker også hurtigt.
• lækager på læbetætninger - lækager opdages næsten ikke, men de er lokaliseret ret godt, da de oftest kun optræder på bestemte positioner af akslen komprimeret af kraven, de har en lang responstid og en lang afslapningstid på grund af den ophobede gas i hulrummene i kraven;
• utætheder ved svejsninger - utætheder er relativt nemme at opdage, men meget dårligt lokaliserede på grund af længden af ​​defekte områder.
• hulrumslækager — lækager af instrumentelementer placeret i et lukket hus — en reaktion på en lækage opstår først, efter at huset er tilstrækkeligt fyldt med testgas, eller det er fordelt over huset — lækager er dårligt detekteret og lokaliseret på grund af en ultralang reaktion og superlang afslapning;
• lækager i rørledninger - lækager er relativt godt opdaget, men dårligt lokaliseret på grund af en stærk forsinkelse i reaktionen, især på rørledninger med lille diameter;
• lækager i vakuumpumper - lækager er meget godt detekteret og lokaliseret, forudsat at systemet med vakuumpumper i lækagedetektoren giver et dybere vakuum end de testede pumper; ved tilstedeværelse af en åben udstødning fra de testede pumper, fremkommer der altid et læksignal gennem returgasstrømmen.
• omvandrende lækager er de sværeste typer af manifestationer af lækager af de ovenfor beskrevne typer til påvisning og lokalisering; opstår på grund af overførsel af testgas ved luftstrømme af forskellig oprindelse; et vandrende signal kan forekomme på grund af, at testgassen trænger ind i udstødningen fra selve lækagedetektorens forlinjepumpe.

Teknikker til diagnosticering af lækager

Lækagedetektion kan rettes til:

1. lækagedetektion;
2. lækage lokalisering;
3. estimering af mængden af ​​lækage;

Afhængigt af formålet med lækagedetektion anvendes forskelligt hardwaredesign, forskellige skemaer til levering af teststoffet og tilslutning af detektionsudstyret.

Lækagedetektion

Den enkleste teknik udføres før skift til andre testmetoder: alle ind- og udløb på en genstand med øget eller reduceret tryk er blokeret, og efter en given eksponering estimeres trykændringen i den genstand, der testes, hvorefter graden af ​​lækage er beregnet. Hvis graden af ​​lækage er kritisk, så skifter de til andre metoder til lækagelokalisering.

Afskæringsmetoden er ret enkel og kræver ikke hardwaredesign, når der, hvis der er teknisk isolerede volumener på testobjektet, efter at have kontrolleret lækagen på hele objektet som helhed, afskæres separate sektioner og derved en utætte fragment af testobjektet er lokaliseret.

Sæbening

For at teste beholdere, rørledninger og andre genstande, hvor trykket overstiger atmosfæretrykket, kan sæbe anvendes.

Til sæbe anvendes en flydende sæbeopløsning eller en opløsning af et andet overfladeaktivt stof , der er i stand til at danne sæbeskum eller sæbebobler . Under testning tørres alle mistænkelige områder af den testede genstand af med en svamp dyppet i sæbevand. Opløsningen skal påføres i en tynd kontinuerlig film. Utætheder opstår visuelt i form af sæbebobler, der puster sig op ved lækagen.

Modtagelsen giver dig mulighed for pålideligt at detektere lækager med en intensitet over 10 −3 W.

Selvom sæbemetoden tillader en vis kvantitativ kalibrering i henhold til graden af ​​lækage, bruges den oftest som en rent kvalitativ teknik på områder, der ikke kræver kvantitativ vurdering: kontrol af tætheden af ​​oppustelige produkter, primær kvalitetskontrol af installationen af ​​gasarmaturer .

Hydrostatisk test

For at teste trykbeholdere er hydrostatiske testregler lovligt fastsat.

Under hydrostatiske test skabes der vandtryk i hulrummene på det testede objekt, som overstiger arbejdstrykket med en indstillet værdi. Under dette pres skal genstanden holdes i et bestemt tidsrum. Succesen med den hydrostatiske test vurderes primært ved fraværet af spor af ødelæggelse af objektet. Og kun for det andet, under hydrostatiske test, opdages og lokaliseres lækager ved visuel inspektion.

Følsomhedstærsklen for denne metode er sammenlignelig med følsomheden af ​​sæbemetoden. Metodens hovedproblem er synligheden af ​​de fremkommende dråber ved lave lækagehastigheder. For at øge dråbernes følsomhed og synlighed kan der tilføjes en fluorescerende markør til vandet, men dette gør det muligt at hæve følsomheden til højst 10 −5 W.

Som en af ​​variationerne af metoden kan følgende metode betragtes: en vandstrøm under tryk skabes i objektets kølekappe; inde i objektet er der medfølgende varmelegeme. Placeringen af ​​lækagen kan bestemmes af spor af aflejringer af hårde salte på det sted, hvor dråben kommer ud, eller ved pletter af stoffer, der reagerer med vand på genstandens vægge, men følsomheden af ​​metoden i dette design, som en regel, er ringere end sæbemetoden, men i tilfælde af lokalisering af revner, der kun åbner ved opvarmning af det defekte område, er den også anvendelig.

Diagnostiske teknikker ved hjælp af testgas

Mange typer lækagedetektorer er gasanalysatorer . I princippet kan hver gasanalysator fungere som lækagedetektor men ikke alle lækagedetektorer er en gasanalysator . Så gasanalysatorer bruges ikke til at søge efter lækager i underjordiske vandrør, da vanddamp ikke passerer gennem jorden i tilstrækkelige mængder til at detektere dem på baggrund af den naturlige koncentration af vanddamp i atmosfæren, hvilket ikke engang tillader for pålideligt at fastslå en lækage.

I henhold til intensiteten af ​​testgasstrømmen kan teknikkerne opdeles i:

• Detektion ved høj flow udføres sædvanligvis som en startprocedure, den gør det muligt, ved at øge gasflowet, at reducere tiden for testprocessen, at detektere lækager med lavere effekt; i dette tilfælde er der mulighed for manifestation af vandrende lækager, som for det meste er delvist lokaliseret på samme stadium; ved detektering ved høj flow ledes gassen i en bred kegle fra en afstand på op til 10 centimeter for at fange det største område af testobjektet. gasforsyningsnålen med et dysetværsnit på omkring 0,6 mm bevæger sig hurtigt fra 2-3 cm pr. sekund, hvilket fremskynder testprocessen, gasforsyningsdysen rører ikke nogen genstande, hvilket forhindrer tilstopning af dysen; en stærk strømning anses for at kunne mærkes i en afstand på 3-5 centimeter fra de mest følsomme områder af håndens hud; under påvirkning af en stærk strømning skal et spejl af olie eller vand fra samme afstand bøje med 2-3 mm .
• Lavstrømsdetektering muliggør mere nøjagtig lokalisering af lækagen og estimering af dens effekt; det bruges normalt efter den primære detektering af lækager i et stærkt flow; ved lokalisering af lækager ved et lavt flow, holdes gasforsyningsdysen så tæt som muligt på objektet og meget langsomt, op til 5 mm pr. under primær detektering ved lavt flow tager det en størrelsesorden længere tid end under detektering ved højt flow, og nogle små lækager kan overses; et lille flow detekteres ikke af taktile fornemmelser, men kan bestemmes af bobler, der kommer ud af en dyse nedsænket i vand eller olie.

I henhold til bevægelsesretningen langs installationen kan teknikkerne opdeles i bevægelse i testgassens spredningsretning og imod den. Så for eksempel, når man bruger helium, der stiger opad, ved detektering ved et stærkt flow og når man bevæger sig fra bund til top, kan der opstå vandrende reaktioner, som let bestemmes af deres ustabile natur, letter detektionen, men komplicerer en del lokaliseringen af ​​lækager. På den anden side gør nedadgående bevægelse på grund af fraværet af de samme vandrende reaktioner primær detektion vanskelig, hvilket kan føre til lækager, som operatørerne savner.

Typer af lækagedetektorer

Afhængigt af det udstyr, hvori der opdages utætheder, kan eftersøgningen efter utætheder udføres ved visuel inspektion; sæbe; enheder, der reagerer på arbejdsstoffet i det udstyr, der testes; udstyr, der reagerer på teststoffet

Helium massespektrometriske lækagedetektorer