Läckagedetektor

En läckagedetektor  är en anordning utformad för att upptäcka, lokalisera och kvantifiera storleken på en läcka . Läckagedetektorernas arbete kan baseras på olika fysikaliska principer, inriktade på både direkta och indirekta mätningar av parametrar.

Terminologi:

• En läcka  är en läcka, förmågan hos ett hinder (oftast begränsar en stängd volym) att passera ut (vid ökat tryck inuti kaviteten) eller inuti (vid reducerat tryck eller vakuum) oönskade gasformiga eller flytande ämnen .

• Läckdetektering  - tekniker, metoder för att upptäcka, lokalisera och kvantifiera läckor.

• Testsubstans vid sökning efter läckage  - ett ämne som används vid sökning efter läckage i en vägg som begränsar en viss isolerad arbetsvolym. Om möjligt används vatten som testämne. I kylaggregat kan själva gångmaskinens arbetsvätska , freon , användas som testämne . I många brännbara gaser (naturgas, propan-butanblandning för gasflaskor) tillsätts speciellt ett testämne som har en karakteristisk "gaslukt". I frostskyddsmedel lägger vissa moderna freoner också specifikt till komponenter som ger märkbar luminescens i ultraviolett ljus. Freonläckagedetektorer kan också använda ångor av olika flyktiga fluor- och klorkolföreningar, alkohol som testämne . På grund av dess sällsynthet i naturen, lätthet, flyktighet, höga permeabilitet och relativa lätthet att detektera i en masspektrometer och noggrannheten vid koncentrationsbestämning, är heliumgas en universell testgas .

• Läckagedetektorsvar  - tiden mellan testgastillförseln och uppkomsten av ett läckalarm på enheten;

• Läckavslappning eller läckagedetektoravslappning  är den tid som krävs för att vakuumgassystemet för föremålet som testas och läckdetektorn ska eliminera testgasen och sänka signalen till bakgrundsnivån.

Historik

Sedan mänskligheten skapade vatten- och matbehållare, och sedan de första rörledningarna för vatten, har människor haft problem med läckor. På den tiden var läckagedetektering lätt att göra genom visuell inspektion och huvudproblemet var att säkerställa tätheten i tanken, men inte läckagedetektering.

Kemiska och alkemiska experiment från forntida och medeltida forskare krävde inte heller noggrant underhåll av täthet, och följaktligen var problemen med att hitta och lokalisera läckor, särskilt ultrasmå sådana, inte relevanta vid den tiden.

Början av utvecklingen av ångteknik gjorde utvecklingen av standardmassmetoder för sökning och lokalisering av läckor relevant. Först och främst berodde detta på behovet av att säkerställa säkerheten för tryckkärl, eftersom läckor i lödda och svetsade sömmar, defekta områden i själva metallen är svaga punkter genom vilka en oavsiktlig förstörelse av ett kärl kan inträffa med oförutsägbar (ibland katastrofal) ) konsekvenser.

Ytterligare utveckling av läckagedetekteringsteknik är förknippad med den utbredda användningen av naturgas och tryckluft i vardagen och industrin. För produkter som normalt har ökat tryck i de inre hålrummen (till exempel kammare och slanglösa däck) sker detektering med samtidig lokalisering av läckor genom att sänka ned testobjektet som innehåller komprimerad gas i vatten och observera flödet av uppkommande bubblor. För stora föremål och långa rörledningar används tvålning - på platser med läckor bildar tvålfilmen såpbubblor, vilket indikerar platsen för läckan. Metoden är extremt tydlig och lätt att använda, men den kännetecknas av låg känslighet, vilket dock räcker för gasledningar, industri- och hushållspneumatiska enheter. Ett annat enkelt sätt att upptäcka läckor var att tillsätta luktämnen (luktande föreningar) till explosiva och brandfarliga kolvätegaser. Så i Ryssland är den karakteristiska "lukten av gas" faktiskt oftast lukten av etylmerkaptan . Andra svavelhaltiga föreningar kan också användas för att lukta gaser, såsom tioler ( merkaptaner ), metan- och etantioler , pentalarm (en blandning av etan- och pentantioler ); sulfider  - kaptan (N-triklormetyl-tio-1,2,3,6-tetrahydroftalimid), dimetyl- och dietylsulfider, dimetyldisulfid , tetrahydrotiofen och andra föreningar.

Tillkomsten av sofistikerad vakuum- och kylutrustning har lett till uppkomsten av noggranna instrumentella metoder för att upptäcka läckor med hjälp av ett testämne. Hittills har två huvudtyper av enheter tagit form:

• Freonläckagedetektorer för kontroll av fungerande freoninnehållande (ofta kyl-) installationer eller kärl och rörledningar i vilka freon, koltetraklorid eller annat liknande markörämne är trycksatt.
• Heliumläckagedetektorer för testning av stoppad vakuumutrustning med helium som testgas.

I det moderna Ryssland, från och med 2011, regleras läckagetester av reglerna för design och säker drift av tryckkärl. De fastställer också reglerna och frekvensen för att testa kärl och rörledningar med ett gastesttryck som är 1,5 gånger högre än arbets- och vätsketesterna, som består i att hålla ett kärl med vatten vid ett tryck som överstiger arbetstrycket under en viss tid. Testresultaten utvärderas genom tryckfallet i kärlet och genom visuell inspektion med avseende på närvaron av vätskedroppar på kärlets yta. Strängt taget bör de beskrivna metoderna för att upptäcka och lokalisera läckor snarare hänföras till feldetektering , men inte till läckagedetektering, eftersom sökandet efter läckor i detta fall endast är ett mellanliggande hjälpverktyg för oförstörande testning av ett föremål med ökad fara innan det tas upp i drift. Ytterligare utveckling av metoder för feldetektering av svetsar på kärl och rörledningar ledde först till uppkomsten av ultraljudsfeldetektorer, och i början av 2000-talet, till uppkomsten av ultraljudsläckagedetektorer, som dock inte användes särskilt mycket p.g.a. alltför höga krav på operatörens kvalifikationer, arbetsmiljön och oklarheten i provningsresultaten.

Måttenheter

Läckor kvantifieras vanligtvis med en testgas. För att kvantifiera läckor används produkten av testvolymens värde och tryckfallet i den, refererat till en tidsenhet.

där Q  är storleken (intensiteten) på läckan

Notera. Läckhastigheten Q enligt denna formel har ett negativt värde för trycksatta system och ett positivt värde för vakuumsystem.

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

Som framgår av formeln, i termer av dimension, är storleken på läckan ekvivalent med kraften eller förändringshastigheten i gasens energi i en given konstant volym per tidsenhet.

Klassificering av läckor

Varje barriär i en eller annan grad kan vara läckande: så väte kan diffundera även genom metall. Ångpermeabiliteten för polyeten är inte noll. Många tekniska material sublimeras i varierande hastighet i vakuum eller med en ökning av temperaturen. Alltid och alla öppna ytor är täckta med ett lager av adsorberade molekyler, som ger ett långsiktigt relativt högt läckage med sin gradvisa desorption. Det bör således erkännas som ett axiom att absolut täthet i princip är omöjlig. På grund av detta klassificeras alla läckor i första hand efter graden av påverkan på den tekniska processen som utförs på utrustningen som testas:

• läckor som inte upptäcks av befintlig utrustning;
• läckor som inte är kritiska för den tekniska processen - oftast är samma läckor oupptäckbara, eftersom det inte är ekonomiskt möjligt att använda mycket dyrare och känsligare enheter för detektering i icke-kritiska områden;
• läckor som är måttligt kritiska för den tekniska processen är läckor som med hjälp av vissa tekniska metoder kan elimineras eller deras inflytande kan reduceras till icke-kritiska;
• kritiska läckor som gör det omöjligt att slutföra den tekniska processen utan att få ett äktenskap eller utveckla en olycka;

Alla läckor som identifieras under testning, om möjligt, måste elimineras, eftersom en gradvis ökning av upptäckta läckor eller den ackumulerade summan av flera gamla och nya läckor lätt kan överskrida den kritiska tröskeln.

Klassificering av läckor i vakuumutrustning

Klassificeringen av läckor på vakuumutrustning är främst relaterad till de strukturella delarna av installationerna, som bestämmer testanordningens beteende under läckagedetektering, i förhållande till testning med testgas:

• läckor vid flänstätningar — läckor kan lätt upptäckas och lokaliseras, eftersom åtkomsten till dem är öppen, enhetens svar på flödet av testgas är snabbt och avkoppling sker också snabbt.
• läckor på läpptätningar - läckor upptäcks knappt, men de är lokaliserade ganska bra, eftersom de oftast bara uppträder vid vissa positioner av axeln komprimerade av kragen, de har en lång svarstid och en lång avslappningstid på grund av den gas som ackumuleras i kragens håligheter;
• läckor vid svetsar - läckor är relativt lätta att upptäcka, men mycket dåligt lokaliserade på grund av längden på defekta områden.
• kavitetsläckor — läckor av instrumentelement som är placerade i ett stängt hölje — ett svar på en läcka inträffar först efter det att höljet är tillräckligt fyllt med testgas eller det är fördelat över huset — läckor upptäcks dåligt och lokaliseras på grund av en ultralång reaktion och superlång avslappning;
• läckor i rörledningar - läckor upptäcks relativt väl, men är dåligt lokaliserade på grund av en stark fördröjning av svar, särskilt på rörledningar med liten diameter;
• läckor i vakuumpumpar - läckor upptäcks och lokaliseras mycket väl, förutsatt att systemet med vakuumpumpar i läckagedetektorn ger ett djupare vakuum än de testade pumparna; i närvaro av ett öppet utlopp från de testade pumparna uppträder alltid en läcksignal genom returgasflödet.
• vandrande läckor är de svåraste typerna av manifestationer av läckor av de typer som beskrivs ovan för upptäckt och lokalisering; uppstår på grund av överföring av testgas genom luftströmmar av olika ursprung; en vandrande signal kan uppstå på grund av att testgasen kommer in i avgaserna från själva läckagedetektorns förlinjepump.

Tekniker för att diagnostisera läckor

Läcksökning kan riktas till:

1. läckagedetektering;
2. läckagelokalisering;
3. uppskattning av mängden läckage;

Beroende på syftet med läckagedetektering används olika hårdvarudesign, olika scheman för tillförsel av testämnet och anslutning av detekteringsutrustningen.

Läckagedetektering

Den enklaste tekniken utförs innan man byter till andra testmetoder: alla in- och utlopp på ett föremål med ökat eller reducerat tryck blockeras och efter en given exponering uppskattas tryckförändringen i föremålet som testas, varefter graden av läckage beräknas. Om graden av läckage är kritisk, byter de till andra metoder för läckagelokalisering.

Avskärningsmetoden är ganska enkel och kräver ingen hårdvarudesign, när, om det finns tekniskt isolerade volymer på testobjektet, efter kontroll av läckaget på hela objektet som helhet, separata sektioner skärs av och därmed en läckande fragment av testobjektet är lokaliserat.

Tvålning

För att testa kärl, rörledningar och andra föremål, där trycket överstiger atmosfärstrycket, kan tvålning användas.

För tvålning används en flytande tvållösning eller en lösning av ett annat ytaktivt ämne som kan bilda tvållödder eller såpbubblor . Under testningen torkas alla misstänkta områden av det testade föremålet med en svamp doppad i tvålvatten. Lösningen ska appliceras i en tunn kontinuerlig film. Läckor uppträder visuellt i form av såpbubblor som blåser upp vid läckan.

Mottagningen gör att du på ett tillförlitligt sätt kan upptäcka läckor med en intensitet över 10 −3 W.

Även om tvålmetoden tillåter viss kvantitativ kalibrering i enlighet med graden av läckage, används den oftast som en rent kvalitativ teknik i områden som inte kräver kvantitativ bedömning: kontroll av tätheten hos uppblåsbara produkter, primär kvalitetskontroll av installationen av gasarmatur .

Hydrostatisk testning

För provning av tryckkärl är hydrostatiska testregler lagstadgade.

Under hydrostatiska tester skapas vattentryck i hålrummen i det testade objektet, vilket överstiger arbetstrycket med ett inställt värde. Under detta tryck måste föremålet hållas under en viss tid. Framgången för det hydrostatiska testet bedöms i första hand av frånvaron av spår av förstörelse av föremålet. Och bara i andra hand, under hydrostatiska tester, upptäcks och lokaliseras läckor genom visuell inspektion.

Känslighetströskeln för denna metod är jämförbar med känsligheten för tvålmetoden. Metodens huvudproblem är synligheten för de uppkommande dropparna vid låga läckage. För att öka dropparnas känslighet och synlighet kan en fluorescerande markör läggas till vattnet, men detta gör det möjligt att höja känsligheten till högst 10 −5 W.

Som en av varianterna av metoden kan följande metod betraktas: ett vattenflöde under tryck skapas i objektets kylmantel; inuti objektet finns en medföljande värmare. Placeringen av läckan kan bestämmas av spår av avlagringar av hårda salter vid den punkt där droppen kommer ut, eller av fläckar av ämnen som reagerar med vatten på föremålets väggar, men metodens känslighet i denna design, som en regel, är sämre än tvålmetoden, även om den är tillämplig för lokalisering av sprickor som endast öppnas vid uppvärmning av det defekta området.

Diagnostiska tekniker med testgas

Många typer av läckagedetektorer är gasanalysatorer . I princip kan varje gasanalysator fungera som läckagedetektor men inte varje läckagedetektor är en gasanalysator . Så, gasanalysatorer används inte för att söka efter läckor i underjordiska vattenledningar, eftersom vattenånga inte passerar genom jorden i tillräckliga mängder för att upptäcka dem mot bakgrund av den naturliga koncentrationen av vattenånga i atmosfären, vilket inte ens tillåter för att på ett tillförlitligt sätt fastställa ett läckage.

Beroende på intensiteten på testgasflödet kan teknikerna delas in i:

• Detektering vid högt flöde utförs vanligtvis som en startprocedur, den gör det möjligt att, genom att öka gasflödet, minska tiden för testprocessen, att upptäcka läckor med lägre effekt; i detta fall finns det en möjlighet till manifestation av vandrande läckor, som för det mesta är delvis lokaliserade i samma skede; vid detektering vid högt flöde riktas gasen i en bred kon från ett avstånd på upp till 10 centimeter för att fånga det största området av testobjektet. gastillförselnålen med ett munstycketvärsnitt på cirka 0,6 mm rör sig snabbt från 2-3 cm per sekund, vilket påskyndar testprocessen, gastillförselmunstycket vidrör inga föremål, vilket förhindrar igensättning av munstycket; ett starkt flöde anses kännas på ett avstånd av 3-5 centimeter från de känsligaste områdena i handens hud; under påverkan av ett starkt flöde bör en spegel av olja eller vatten från samma avstånd böjas med 2-3 mm .
• Lågflödesdetektering möjliggör mer exakt lokalisering av läckan och uppskattning av dess effekt; det används vanligtvis efter den primära upptäckten av läckor i ett starkt flöde; vid lokalisering av läckor vid ett lågt flöde hålls gastillförselmunstycket så nära föremålet som möjligt och mycket långsamt, upp till 5 mm per sekund; vid primär detektering vid lågt flöde tar det en storleksordning längre tid än vid detektering vid högt flöde, och vissa små läckor kan missas; ett litet flöde upptäcks inte av taktila förnimmelser, utan kan bestämmas av bubblor som kommer ut från ett munstycke nedsänkt i vatten eller olja.

Beroende på rörelseriktningen längs installationen kan teknikerna delas in i rörelse i testgasens spridningsriktning och mot den. Så, till exempel, när man använder helium som stiger uppåt, vid detektering vid ett starkt flöde och vid förflyttning från botten till toppen, kan vandrande reaktioner uppstå, som lätt bestäms av deras instabila karaktär, underlättar upptäckten, men något komplicerar lokaliseringen av läckor. Å andra sidan gör nedåtgående rörelse på grund av frånvaron av samma vandrande svar den primära upptäckten svår, vilket kan leda till att operatörer missar läckor.

Typer av läckagedetektorer

Beroende på utrustningen i vilken läckor upptäcks kan läckagesökningen utföras genom visuell inspektion; tvålning; enheter som reagerar på arbetssubstansen i utrustningen som testas; produkter som reagerar på testämnet

Heliummasspektrometriska läckdetektorer