Szivárgásérzékelő

A szivárgásérzékelő  egy olyan eszköz , amelyet a szivárgás észlelésére, lokalizálására és méretének meghatározására terveztek . A szivárgásérzékelők munkája különféle fizikai elveken alapulhat, mind a közvetlen, mind a közvetett paramétermérésekre fókuszálva.

Terminológia:

• A szivárgás  egy szivárgás, egy (leggyakrabban zárt térfogatot korlátozó) akadály azon képessége, hogy (az üreg belsejében megnövekedett nyomás esetén) vagy belül (csökkentett nyomás vagy vákuum esetén) nemkívánatos gáznemű vagy folyékony anyagokat tudjon átengedni. .

• Szivárgásérzékelés  - technikák, módszerek a szivárgások észlelésére, lokalizálására és számszerűsítésére.

• Vizsgálati anyag szivárgás keresésekor  – olyan anyag , amelyet olyan falban történő szivárgás keresésekor használnak, amely korlátoz egy bizonyos működőképes izolált térfogatot. Ahol lehetséges, vizet használjunk vizsgálati anyagként. A hűtőberendezésekben magának a sétálógépnek a munkafolyadéka , a freon használható vizsgálati anyagként . Számos éghető gázhoz (földgáz, gázpalackokhoz propán-bután keverék) speciálisan olyan vizsgálandó anyagot adnak, amely jellegzetes „gázszagú”. A fagyállókban egyes modern freonok kifejezetten olyan komponenseket is hozzáadnak, amelyek észrevehető lumineszcenciát biztosítanak ultraibolya fényben. A freonszivárgás-érzékelők különböző illékony fluor- és klór-szénvegyületek gőzeit, alkoholt is használhatják vizsgálati anyagként . Természeti ritkasága, könnyűsége, illékonysága, nagy permeabilitása, tömegspektrométerrel való viszonylagos könnyű detektálása, valamint a koncentráció-meghatározás pontossága miatt a héliumgáz univerzális tesztgáz .

• A szivárgásérzékelő válasza  - a tesztgáz betáplálása és a szivárgásriasztás megjelenése közötti idő az eszközön;

• A szivárgás relaxáció vagy a szivárgásérzékelő relaxáció  az az idő, amely szükséges ahhoz, hogy a vizsgált tárgy vákuum-gáz rendszere és a szivárgásérzékelő eltávolítsa a tesztgázt és a jelet a háttérszintre csökkentse.

Történelem

Amióta az emberiség létrehozta a víz- és élelmiszertartályokat, majd az első vízvezetékeket, az emberek szivárgási problémákkal szembesültek. Abban az időben a szivárgásfelderítést szemrevételezéssel könnyű volt elvégezni, és a fő probléma a tartály tömítettségének biztosítása volt, de nem a szivárgás észlelése.

Az ókori és középkori tudósok kémiai és alkímiai kísérletei szintén nem követelték meg a tömítettség gondos fenntartását, és ennek megfelelően a szivárgások, különösen az ultrakis méretű szivárgások megtalálásának és lokalizálásának problémái akkoriban nem voltak relevánsak.

A gőztechnika fejlődésének kezdete fontossá tette a szivárgások felkutatására és lokalizálására szolgáló szabványos tömegmódszerek kidolgozását. Ez mindenekelőtt a nyomástartó edények biztonságának biztosításának szükségességéből fakadt, mivel a forrasztott és hegesztett varratok szivárgása, magában a fémben lévő hibás területek olyan gyenge pontok, amelyeken keresztül az edény véletlenszerű megsemmisülése előre nem látható (néha katasztrofális) ) következményei.

A szivárgásészlelési technológia továbbfejlesztése a földgáz és a sűrített levegő mindennapi életben és az iparban való széles körű elterjedésével függ össze. Azoknál a termékeknél, amelyeknél általában megnövekedett nyomás van a belső üregekben (például kamrák és tömlő nélküli gumiabroncsok), a szivárgások egyidejű lokalizálásával történő észlelés úgy történik, hogy a sűrített gázt tartalmazó vizsgálati tárgyat vízbe merítik, és megfigyelik a megjelenő buborékok áramlását. Nagy tárgyak és hosszú csővezetékek esetén szappanozást használnak - a szivárgás helyén a szappanfilm szappanbuborékokat képez, jelezve a szivárgás helyét. A módszer rendkívül áttekinthető és könnyen használható, azonban alacsony érzékenység jellemzi, ami azonban teljesen elegendő gázvezetékekhez, ipari és háztartási pneumatikus eszközökhöz. A szivárgások kimutatásának másik egyszerű módja az volt, hogy a robbanásveszélyes és gyúlékony szénhidrogéngázokhoz szagokat (szagú vegyületeket) adtak. Tehát Oroszországban a jellegzetes "gázszag" valójában leggyakrabban az etil-merkaptán szaga . Más kéntartalmú vegyületek is használhatók gázok szagosítására, például tiolok ( merkaptánok ), metán- és etántiolok , pentalarm (etán- és pentán-tiolok keveréke ) ; szulfidok  - kaptán (N-triklórmetil-tio-1,2,3,6-tetrahidroftálimid), dimetil- és dietil-szulfidok, dimetil-diszulfid , tetrahidrotiofén és egyéb vegyületek.

A kifinomult vákuum- és hűtőberendezések megjelenése pontos műszeres módszerek megjelenéséhez vezetett a szivárgások vizsgálati anyag felhasználásával történő kimutatására. A mai napig 2 fő eszköztípus alakult ki:

• Freon szivárgásérzékelők működő freontartalmú (gyakran hűtési) berendezések vagy edények és csővezetékek ellenőrzésére, amelyekben freon, szén-tetraklorid vagy más hasonló marker anyag van nyomás alatt.
• Hélium szivárgásérzékelők leállított vákuumberendezések tesztelésére, héliumot tesztgázként használva.

A modern Oroszországban 2011-től a szivárgásvizsgálatokat a nyomástartó edények tervezésére és biztonságos üzemeltetésére vonatkozó szabályok szabályozzák. Megállapítják az edények és csővezetékek vizsgálatának szabályait és gyakoriságát is, ha a gázpróba nyomása másfélszer nagyobb, mint a munka- és folyadékvizsgálat, amely abból áll, hogy az edényt vízzel az üzemi nyomást meghaladó nyomáson tartják meghatározott ideig. A vizsgálati eredményeket az edényben bekövetkezett nyomásesés és az edény felületén lévő folyadékcseppek szemrevételezéses ellenőrzése alapján értékelik. Szigorúan véve a szivárgások észlelésére és lokalizálására szolgáló leírt módszereket inkább a hibaészlelésnek kell tulajdonítani , de nem a szivárgásészlelésnek, mivel a szivárgáskeresés ebben az esetben csak egy közbülső segédeszköz egy fokozottan veszélyes objektum roncsolásmentes vizsgálatához. üzembe helyezése előtt. Az edényeken és csővezetékeken lévő hegesztési varratok hibáinak felderítésére szolgáló módszerek továbbfejlesztése először az ultrahangos hibaérzékelők megjelenéséhez, majd a 21. század elejére az ultrahangos szivárgásérzékelők megjelenéséhez vezetett, amelyeket azonban nem használtak széles körben túlzott követelmények a kezelő képesítésével, a munkakörülményekkel és a vizsgálati eredmények kétértelműségével szemben.

Mértékegységek

A szivárgás mértékét általában tesztgázzal határozzák meg. A szivárgások számszerűsítéséhez a vizsgált térfogat értékének és a benne lévő nyomásesésnek időegységre vonatkoztatott szorzatát használjuk.

ahol Q  a szivárgás nagysága (intenzitása).

Jegyzet. A képlet szerinti Q szivárgási sebesség nyomás alatti rendszerek esetén negatív, vákuumrendszereknél pozitív értékkel rendelkezik.

A szivárgás intenzitása [m 3 ]·[Pa]/[s] = [H]·[m]/[s] = [J]/[s] = [W].

A képletből látható, hogy a szivárgás nagysága dimenziót tekintve megegyezik a gáz energiájának teljesítményével vagy változási sebességével egy adott állandó térfogatban, egységnyi idő alatt.

A szivárgások osztályozása

Bármilyen fokú akadály szivároghat: így a hidrogén még a fémen is átdiffundálhat. A polietilén páraáteresztő képessége nem nulla. Számos technológiai anyag változó sebességgel szublimál vákuumban vagy a hőmérséklet emelkedésével. Mindig és minden nyitott felületet adszorbeált molekulák rétege borít, amelyek fokozatos deszorpciójukkal hosszú távon viszonylag nagy szivárgást biztosítanak. Ezért axiómaként kell felismerni, hogy az abszolút szorosság elvben lehetetlen. Emiatt minden szivárgást elsősorban a vizsgált berendezésen végrehajtott technológiai folyamatra gyakorolt ​​hatás mértéke szerint osztályoznak:

• a meglévő berendezések által nem észlelt szivárgások;
• olyan szivárgások, amelyek nem kritikusak a technológiai folyamat szempontjából - leggyakrabban ugyanazok a szivárgások nem észlelhetők, mivel gazdaságilag nem kivitelezhető sokkal drágább és érzékenyebb eszközök alkalmazása a nem kritikus tartományokban történő észlelésre;
• a technológiai folyamat szempontjából mérsékelten kritikus szivárgások olyan szivárgások, amelyek bizonyos technológiai módszerekkel megszüntethetők, vagy hatásuk nem kritikusra csökkenthető;
• kritikus szivárgások, amelyek lehetetlenné teszik a technológiai folyamat befejezését házasságkötés vagy baleset nélkül;

A tesztelés során feltárt összes szivárgást lehetőség szerint ki kell küszöbölni, mivel a feltárt szivárgások fokozatos növekedése, vagy több régi és új szivárgás halmozódása könnyen átlépheti a kritikus küszöböt.

A vákuumberendezések szivárgásának osztályozása

A vákuumberendezések szivárgásának besorolása elsősorban a berendezések azon szerkezeti elemeire vonatkozik, amelyek meghatározzák a vizsgáló berendezés szivárgásérzékelés során, a próbagázzal végzett vizsgálattal kapcsolatos viselkedését:

• szivárgások a karimás tömítéseknél – a szivárgások könnyen észlelhetők és lokalizálhatók, mivel a hozzáférés nyitott, a készülék gyorsan reagál a tesztgáz áramlására, és az ellazulás is gyorsan megtörténik.
• szivárgások az ajaktömítéseken - a szivárgást alig észlelik, de elég jól lokalizálják, mivel legtöbbször csak a tengely bizonyos pozícióiban jelennek meg, amelyeket a gallér összenyom, hosszú reakcióidővel és a felgyülemlett gáz miatt hosszú relaxációs idejük a gallér üregeiben;
• szivárgások hegesztési varratoknál - a szivárgások viszonylag könnyen észlelhetők, de nagyon rosszul lokalizálhatók a hibás területek hossza miatt.
• üreges szivárgások — zárt házban elhelyezett műszerelemek szivárgása — szivárgásra csak akkor lép fel válasz, ha a házat kellően megtöltjük tesztgázzal, vagy eloszlik a házon — a szivárgásokat rosszul észlelik és lokalizálják az ultra hosszú válaszadás miatt és szuper-hosszú relaxáció;
• szivárgások a csővezetékekben - a szivárgásokat viszonylag jól észlelik, de rosszul lokalizálják a válaszadás erős késleltetése miatt, különösen kis átmérőjű csővezetékeken;
• szivárgás a vákuumszivattyúkban - a szivárgásokat nagyon jól észlelik és lokalizálják, feltéve, hogy a szivárgásérzékelő vákuumszivattyúinak rendszere mélyebb vákuumot biztosít, mint a vizsgált szivattyúk; a vizsgált szivattyúk nyitott kipufogógáza esetén mindig szivárgási jelzés jelenik meg a visszatérő gázáramon keresztül.
• a vándorló szivárgások a fent leírt típusú szivárgások észlelésének és lokalizálásának legnehezebb megnyilvánulási típusai; a tesztgáz különböző eredetű légáramok általi átvitele miatt keletkeznek; vándorjel jelenhet meg, amiatt, hogy a tesztgáz magának a szivárgásérzékelő elülső szivattyújának kipufogójába kerül.

A szivárgások diagnosztizálásának technikái

A szivárgásérzékelés a következőkre irányulhat:

1. szivárgás észlelés;
2. szivárgás lokalizálása;
3. a szivárgás mértékének becslése;

A szivárgásészlelés céljától függően eltérő hardverkialakítást, különböző sémákat alkalmaznak a vizsgált anyag adagolására és a detektáló berendezés csatlakoztatására.

Szivárgásérzékelés

A legegyszerűbb technikát más vizsgálati módszerekre való váltás előtt hajtják végre: a megnövelt vagy csökkentett nyomású tárgy összes be- és kimenetét blokkolják, és adott expozíció után megbecsülik a vizsgált tárgy nyomásváltozását, amely után a szivárgás mértékét kiszámításra kerül. Ha a szivárgás mértéke kritikus, akkor a szivárgásmeghatározás más módszerére váltanak.

A levágási módszer meglehetősen egyszerű, és nem igényel hardvertervezést, amikor is, ha a vizsgált objektumon műszakilag elkülönített térfogatok vannak, a szivárgás ellenőrzése után a teljes objektum egészén külön szakaszokat vágnak le, és ezáltal egy a tesztobjektum szivárgó töredéke lokalizálódik.

Szappanozás

Az edények, csővezetékek és egyéb tárgyak vizsgálatához, amelyekben a nyomás meghaladja a légköri nyomást, szappanozás használható.

A szappanozáshoz folyékony szappanoldatot vagy más , szappanhab vagy szappanbuborékok képzésére képes felületaktív anyag oldatát kell használni . A tesztelés során a vizsgált tárgy minden gyanús területét szappanos vízbe mártott szivaccsal letöröljük. Az oldatot vékony, folyamatos filmben kell felvinni. A szivárgások vizuálisan jelennek meg a szivárgás helyén felfúvódó szappanbuborékok formájában.

A vétel lehetővé teszi a 10–3 W feletti intenzitású szivárgások megbízható észlelését .

Bár a szappanozási módszer lehetővé tesz némi mennyiségi kalibrálást a szivárgás mértéke szerint, leggyakrabban pusztán minőségi technikaként alkalmazzák olyan területeken, amelyek nem igényelnek mennyiségi értékelést: felfújható termékek tömítettségének ellenőrzése, gázszerelvények beépítésének elsődleges minőségellenőrzése. .

Hidrosztatikus tesztelés

A nyomástartó edények vizsgálatára a hidrosztatikus vizsgálati szabályok törvényileg megállapítottak.

A hidrosztatikai vizsgálatok során a vizsgált tárgy üregeiben víznyomás jön létre, amely egy beállított értékkel meghaladja az üzemi nyomást. Ezen nyomás alatt a tárgyat meghatározott ideig kell tartani. A hidrosztatikai vizsgálat sikerét elsősorban a tárgy megsemmisülési nyomainak hiánya alapján értékelik. És csak a második helyen, a hidrosztatikus tesztek során a szivárgásokat vizuális ellenőrzéssel észlelik és lokalizálják.

Ennek a módszernek az érzékenységi küszöbe összemérhető a szappanozási módszer érzékenységével. A módszer fő problémája a kis szivárgási sebesség mellett felbukkanó cseppek láthatósága. A cseppek érzékenységének és láthatóságának növelésére fluoreszcens markert adhatunk a vízhez, de ez lehetővé teszi, hogy az érzékenységet legfeljebb 10-5 W -ra emeljük .

A módszer egyik változataként a következő módszer tekinthető: nyomás alatti vízáramlás jön létre a tárgy hűtőköpenyében; az objektum belsejében van egy fűtőtest. A szivárgás helye meghatározható kemény sók lerakódásai nyomaival a csepp kilépési helyén, vagy vízzel reagáló anyagok foltjai alapján a tárgy falán, de a módszer érzékenysége ebben a kialakításban, mint pl. szabály, rosszabb, mint a szappanozási módszer, bár olyan repedések lokalizálására, amelyek csak a hibás terület melegítésekor nyílnak meg, ez is alkalmazható.

Diagnosztikai technikák tesztgáz használatával

A szivárgásérzékelők sok típusa gázelemző . Elvileg minden gázanalizátor szolgálhat szivárgásérzékelőként , de nem minden szivárgásérzékelő gázelemző . Tehát a gázelemzőket nem használják a föld alatti vízcsövek szivárgásának keresésére, mivel a vízgőz nem halad át a talajon elegendő mennyiségben ahhoz, hogy észlelje azokat a légkörben lévő természetes vízgőz-koncentráció hátterében, ami még csak nem is teszi lehetővé. a szivárgás tényének megbízható megállapítására.

A tesztgáz áramlásának intenzitása szerint a technikák a következőkre oszthatók:

• A nagy áramlású észlelést általában kiindulási eljárásként hajtják végre, ez a gázáram növelésével lehetővé teszi a vizsgálati idő csökkentését, a kisebb teljesítményű szivárgások észlelését; ebben az esetben lehetőség van vándorló szivárgások megnyilvánulására, amelyek többnyire részben ugyanabban a szakaszban lokalizálódnak; nagy áramlású észleléskor a gázt széles kúpba irányítják akár 10 centiméteres távolságból is, hogy megragadják a vizsgált tárgy legnagyobb területét. a kb. 0,6 mm -es fúvóka keresztmetszetű gázellátó tű gyorsan, 2-3 cm -ről másodpercenként mozog, felgyorsítva a tesztelési folyamatot, a gázellátó fúvóka nem ér hozzá semmilyen tárgyhoz, ami megakadályozza a fúvóka eltömődését; erős áramlást éreznek a kéz bőrének legérzékenyebb területeitől 3-5 centiméter távolságban; erős áramlás hatására az olaj- vagy víztükörnek ugyanabból a távolságból 2-3 mm -rel meg kell hajolnia .
• Az alacsony áramlású érzékelés lehetővé teszi a szivárgás pontosabb lokalizálását és teljesítményének becslését; általában a szivárgások elsődleges észlelése után használják erős áramlásban; a szivárgások kis áramlásnál történő lokalizálásakor a gázellátó fúvókát a lehető legközelebb kell tartani a tárgyhoz, és nagyon lassan, másodpercenként legfeljebb 5 mm -ig; az elsődleges észlelés alacsony áramlásnál nagyságrenddel több időt vesz igénybe, mint a nagy áramlású észlelés, és néhány kisebb szivárgás kimaradhat; a kis áramlást nem tapintható érzékelés érzékeli, hanem a vízbe vagy olajba merített fúvókából kilépő buborékok határozzák meg.

A technikák a beépítés mentén haladó mozgásirány szerint a vizsgálógáz diszperziós irányába és ellene történő mozgásra oszthatók. Így például felfelé emelkedő hélium alkalmazásakor, erős áramlásnál történő érzékeléskor és alulról felfelé haladva vándorreakciók jelenhetnek meg, amelyek instabil természetüknél fogva könnyen meghatározhatók, megkönnyítik az észlelést, de némileg megnehezítik a szivárgások lokalizálását. Másrészt az azonos vándorlási válaszok hiánya miatti lefelé irányuló mozgás megnehezíti az elsődleges észlelést, ami a kezelők által elmulasztott szivárgáshoz vezethet.

A szivárgásérzékelők típusai

Attól függően, hogy milyen berendezésben szivárgást észleltek, a szivárgások keresése szemrevételezéssel is elvégezhető; szappanozás; olyan eszközök, amelyek reagálnak a vizsgált berendezés munkaanyagára; olyan eszközök, amelyek reagálnak a vizsgált anyagra

Hélium tömegspektrometriás szivárgásdetektorok