23-05-2023
Течеискатель — прибор предназначенный для выявления, локализации и количественной оценки величины течи. Работа течеискателей может базироваться на различных физических принципах, ориентированных как на прямые, так и на косвенные измерения параметров.
Терминология:
Содержание |
С момента создания человечеством ёмкостей для воды и пищи, а затем и первых трубопроводов для воды люди столкнулись с проблемами течей. В тот период выявление течи было легко произвести визуальным осмотром и главной проблемой было обеспечение герметичности ёмкости, но не течеискания.
Химические и алхимические эксперименты древних и средневековых учёных также не требовали тщательного обеспечения герметичности, и соответственно проблемы поиска и локализации течей, тем более сверхмалых тогда не были актуальными.
Начало развития паровой техники сделало актуальными вопросы по разработке стандартных массовых методик поиска и локализации течей. В первую очередь это было обусловлено необходимостью обеспечения безопасности сосудов, работающих под давлением, поскольку негерметичности паяных и сварных швов, дефектные участки в самом металле являются слабыми местами, по которым может произойти аварийное разрушение сосуда с непредсказуемыми (подчас катастрофическими) последствиями.
Дальнейшее развитие техники течеискания связано с широким распространением использования природного газа и сжатого воздуха в быту и промышленности. Для изделий, имеющих в нормальном состоянии повышенное давление во внутренних полостях (например, камеры и бескамерные шины), выявление с одновременной локализацией течей производится путём погружения тестируемого объекта, содержащего сжатый газ, в воду и наблюдения потока выходящих пузырьков. Для крупных объектов и протяжённых трубопроводов применяется обмыливание — в местах негерметичности мыльная плёнка образует мыльные пузыри, указывая на место течи. Метод крайне нагляден и прост в использовании, однако, отличается невысокой чувствительностью, которой, впрочем, вполне достаточно на газовых трубопроводах, промышленных и бытовых пневматических устройствах. Другим простым путём выявления течей стало добавление одорантов (пахучих соединений) во взрыво-пожароопасные углеводородные газы. Так в России характерный "запах газа" на самом деле чаще всего является запахом этил-меркаптана. Также для одорирования газов могут использоваться другие серосодержащие соединения, такие как тиолы (меркаптаны), метан- и этантиолы, пенталарм (смесь этан- и пентантиолов); сульфиды - каптан (N-трихлорметил-тио-1,2,3,6-тетрагидрофталимид), диметил- и диэтилсульфи-ды, диметилдисульфид, тетрагидротиофен и другие соединения.
Появление сложного вакуумного и холодильного оборудования привело к появлению точных приборных методов выявления течей с использованием тестового вещества. К настоящему времени оформилось 2 основных типа приборов:
В современной России по состоянию на 2011 год испытания на герметичность регламентируются «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Ими же устанавливаются правила и периодичность испытания сосудов и трубопроводов тестовым давлением газа в 1,5 раза превышающим рабочее и жидкостные испытания, заключающиеся в выдержке сосуда с водой при давлении превышающем рабочее в течение установленного времени. Результаты испытаний оцениваются по падению давления в сосуде и визуальным осмотром по наличию выступивших капель жидкости на поверхности сосуда. Строго говоря описанные способы выявления и локализации течей следует отнести скорее к дефектоскопии, но не к течеисканию, поскольку поиск течей в данном случае является лишь промежуточным вспомогательным инструментом неразрушающего контроля объекта повышенной опасности перед допуском его к эксплуатации. Дальнейшее развитие способов дефектоскопии сварных швов на сосудах и трубопроводах сначала привело в появлению ультразвуковых дефектоскопов, а к началу XXI века и к появлению ультразвуковых течеискателей, не получивших, однако, большого распространения из-за чрезмерных требований к квалификации оператора, рабочей среде и неоднозначности результатов тестирования.
Количественную оценку течей производят, как правило, при использовании тестового газа. Для количественной оценки течей используется произведение величины тестируемого объёма на перепад давления в нём, отнесённое к единице времени.
, где Q — величина течи (в англоязычной литературе употребляется термин «leak rate» — скорость, степень течи) V — замкнутый тестируемый объём; — конечное и начальное давление; t — промежуток времени за который производится наблюдение.
[куб.м][Па]/[с] = [H][м]/[c] = [Дж]/[с] = [Вт]
Как видно из формулы по размерности величина течи эквивалента мощности или приросту энергии газа в заданном неизменном объёме за единицу времени.
Переводная таблица часто используемых единиц измерения величины течи. | |||||
---|---|---|---|---|---|
Обозначения | [Вт] | [mbar][l]/[s] | [Torr][l]/[s] | [sccm] | ↑ |
[Вт] [куб.м][Па]/[с] |
1 | 10 | 7.5 | 586 | |
[mbar][l]/[s] [atm][cc]/[sec] |
0.1 | 1 | 0.75 | 58.6 | |
[Torr][l]/[s] | 0.133 | 1.33 | 1 | 78.0 | |
[sccm] | 0,00182 | 0,018 | 0,013 | 1 | |
→ → → → → → → → → → → → → → → → → | |||||
[sccm] — от англ «standard cubic centimeter per second» стандартных кубических сантиметров в минуту (в пересчёте на атмосферное давление?) |
Любая преграда в той или иной степени может быть негерметичной: так водород может диффундировать даже сквозь металл. Паропроницаемость полиэтилена не равна нулю. Многие технологические материалы с той или иной скоростью сублимируют в вакууме либо при повышении температуры. Всегда и все открытые поверхности бывают покрыты слоем адсорбированных молекул, которые обеспечивают длительное относительно высокое натекание при их постепенной десорбции. Таким образом следует признать аксиомой, что абсолютная герметичность в принципе невозможна. Из-за этого все течи в первую очередь классифицируют по степени влияния на технологический процесс, проводимый на тестируемом оборудовании:
Все выявленные при тестировании течи при наличии такой возможности обязательно устраняются, поскольку постепенное увеличение выявленных течей либо кумулятивный итог нескольких старых и новых течей могут легко превысить критический порог.
Классификация течей на вакуумном оборудовании в первую очередь связана с конструктивными элементами установок, которые определяют поведение тестирующего прибора при течеискании, применительно к тестированию с использованием тестового газа
Диагностика течей может быть направлена на:
В зависимости от целей течеискания применяется различное аппаратурное оформление, различные схемы подачи тестового вещества и подключения детектирующей аппаратуры.
Самый простой приём выполняется перед переходом к другим методам тестирования: все входы и выходы объекта с повышенным или пониженным давлением перекрываются и после заданной выдержки оценивается изменение давления в тестируемом объекте, после чего рассчитывается степень натекания. Если степень натекания критична, то переходят к другим приёмам локализации течей.
Достаточно прост и не требует аппаратурного оформления метод отсечки, когда при наличии на тестируемом объекте технически изолированных объёмов после проверки натекания на всём объекте в целом, отсекаются отдельные участки и тем самым локализуется негерметичный фрагмент объекта тестирования.
При тестировании под давлением очень удобен метод обмыливания: готовится жидкий мыльный раствор, как для изготовления мыльных пузырей, после чего губкой смоченной в растворе протираются все подозрительные участки тестируемого объекта. Раствор должен наноситься тонкой сплошной плёнкой. Места течей проявятся в виде надувающихся в месте течи мыльных пузырей. Приём позволяет надёжно обнаруживать течи с интенсивностью выше 10−3Вт.
При тестировании под давлением применяются также гидростатические испытания. При гидростатических испытаниях в полостях тестируемого объекта создаётся давление воды, после чего объект выдерживают заданное время. Порог чувствительности этого приёма сопоставим с чувствительностью обмыливания. Главной проблемой является заметность выступивших капель. Для повышения чувствительности и заметности капель в воду может быть добавлен флуоресцентный маркер, но это позволяет поднять чувствительность не более чем до 10−5Вт. Иногда в рубашке охлаждения объекта создаётся проток воды под давлением, а внутри объекта ставится нагреватель. Определение места течи может быть выполнено по отложениям солей жёсткости в месте выхода капли, либо по разводам реагирующих с водой веществ на стенках объекта, но чувствительность метода в таком исполнении уступает даже методу обмыливания, хотя в случае трещин раскрывающихся только при нагреве дефектного участка он также применим.
Многие типы течеискателей являются приборами-газоанализаторами. В принципе каждый газоанализатор может служить течеискателем, но не каждый течеискатель будет газоанализатором. Так для поиска течей в подземных водоводопроводах газоанализаторы применять бесполезно, поскольку концентрация водяных паров в атмосфере достаточно велика и не позволит достоверно установить даже сам факт течи.
По интенсивности потока тестового газа приёмы можно разделить на:
По направлению движения по установке приёмы можно разделить на движение по ходу рассеивания тестового газа и против него. Так, например, при использовании гелия, поднимающегося вверх, при детектировании на сильном потоке и при движении снизу вверх могут появляться блуждающие отклики, которые легко определяются по своему неустойчивому характеру, облегчают детектирование, но несколько затрудняют локализацию течей. С другой стороны движение сверху вниз из-за отсутствия тех же блуждающих откликов затрудняет первичное детектирование, что может приводить к пропускам течей операторами.
В зависимости от оборудования, в котором выявляются течи, поиск течей может производиться визуальным осмотром; обмыливанием; приборами, реагирующими на рабочее вещество тестируемого оборудования; приборами, реагирующими на тестовое вещество
Необходимым условием для использования гелиевых масспектрометрических течеискателей является наличие вакуума в детекторе прибора — в масспектрометре. Соответственно течеискатели делят на 2 вида — течеискатели для работы с вакуумируемым оборудованием и течеискатели-шнифферы (от англ. sniffer и нем. Schnüffer — нюхач[2]) с помощью которых фиксируют течи тестового газа из тестируемого объёма в атмосферу. Шнифферы являются более дешёвыми[3] моделями течеискателей и обладают на 4-6 порядков более низкой чувствительностью, чем течеискатели на вакууме. Тем не менее большинство течеискателей первого типа комплектуется насадками для защиты входа, которые позволяют им работать в решиме шниффера.
Фреоновые течеискатели используются для поиска течей на любом оборудовании, но проигрывают 3-4 порядка в чувствительности гелиевым масспектрометрическим течеискателям. Принцип действия фреоновых течеискателей основан на адсорбции тестового газа на поверхности датчика. В связи с этим при детектировании больших течей фреоновые течеискатели могут сорбировать слишком много фреона и потребуются специальные процедуры для релаксации датчика. С другой стороны работа на атмосферном давлении и простота датчика позволябют создавать ручные портативные течеискатели с чувствительностью до 10−7Вт.
Чаще всего детектирование ультрафиолетовых тестовых маркеров осуществляется путём визуального осмотра в мягком ультрафиолетовом свете. Чувствительность метода сопоставима с чувствительностью гидравлических испытаний и обмыливанием, однако светящиеся в ультрафиолете точки более заметны, чем мелкие выходящие пузырьки и тем более мелкие капли воды или точечные отложения солей жёсткости.
Аэродвери — специализированные манометрические течеискатели, предназначенные для проведения натурных испытаний воздухопроницаемости ограждающих конструкций здания.
Течеискатель.