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制造与安装钛制压力容器的氦泄漏试验陈孝国(宝鸡有色金属加工厂,陕西宝鸡721014摘要:氦泄漏试验作为一种致密性试验,它的检漏灵敏度远远超过了气密性试验和氨渗漏等试验方法。随着国产化钛制压力容器的不断增多,一些高温高压和密封性要求高的压力容器,制造完成后除了进行常规的致密性试验外,还需要进行氦泄漏试验。钛制压力容器与其它相比,在结构上有较大的区别。选择合理的氦泄漏试验方案,可做到既能检漏又能及时发现漏点,有效地保证钛制容器安全性和可靠性。关键词:钛制压力容器;氦泄漏试验;检漏中图分类号:TQ05113文献标识码:B文章编号:1001-4837(200511-0035-04HeliumLeakTestofTitaniumPressureVesselCHENXiao-guo(BaojiNonferrousMetalsWorks,Baoji721014,ChinaAbstract:Asasealtest,sensitivityofheliumleaktestishigherthanothertestmethodsasgassealandNH3leaktest.Withhome-manufacturetitaniumpressurevesselincreasing,sealrequirementtothesehightemper2atureandhighpressurevesselisfurther.Afterfinishingthevesselandordinarysealtests,thenheliumleaktestisgenerallyrequiredforthesevessel.Comparedwithpressurevesselconstructedofsteel,titaniumpres2surevesselisobviouslydifferentonstructure.Ifappropriateheliumleaktestplanisselected,itwillbeofbenefittoimprovingdetectabilityandeffectivelysecuretitaniumvesselsafetyandreliability.Keywords:titaniumpressurevessel;heliumleaktest;detection1前言钛作为一种优良的耐腐蚀材料,在石化、化工、制盐等行业得到了大量的推广和应用。用钛制作压力容器,大多用于腐蚀、易燃、有毒的工况场合。近年来,从国外成套引进的一些高温、高压、密封性要求较高的钛制容器逐渐到了使用寿命,其更新改造大多采用了国产设备。另外,国内新上项目对钛制容器也有大量的需求。为保障这些钛制容器的安全性和可靠性,原成套引进的和国内新设计的容器,要求进行氦泄漏试验。钛制容器特别是钛复合钢(不锈钢制容器在结构上和其它材料的容器还是有很大的区别,对钛制容器的氦泄漏试验也较其它容器复杂。如何正确地选择氦泄漏试验方案,准确找出漏点,是制造高质量的钛制容器必须解决的一个关键问题。2氦泄漏试验211氦泄漏试验常用设备、仪器氦质谱检漏仪、嗅吸探头、喷枪、阀门、氦气、真空泵、空压泵、压力表、真空表。212氦泄漏试验原理氦泄漏试验时,将氦质谱检漏仪与嗅吸探头连接形成泄漏探测器,来检测被检测容器泄漏出的微・53・量氦气,嗅吸探头将氦气吸入,送到泄漏探测器系统中,并将其转变为电信号,泄漏探测器再将电信号以光或声显示[3]。氦质谱检漏仪可根据要求调整检测灵敏度,按照氦气的泄漏量决定是否报警。氦泄漏试验、水压试验、气密性试验、煤油渗漏、液体渗透(PT、卤素检漏、氨泄漏等检测灵敏度见表1。表1常用检测方法灵敏度[2]方法示漏介质灵敏度(Pa・L/S水压试验水或油4×10-1气密性试验空气10-2煤油渗漏煤油10-1液体渗透着色剂10-4卤素检漏氟里昂10-4氨泄漏氨气10-3~10-5氦泄漏试验氦气10-6~10-12213氦泄漏试验常用方法21311真空法将被检容器与氦质谱仪连接,将容器内抽真空,用氦气喷枪对被检容器的焊接接头和其它可疑部位喷吹氦气。如果泄漏,氦气会被吸入被抽真空的容器内,并被吸到氦质谱仪内,超过规定的泄漏量,氦质谱仪报警[3],如图1所示。图1真空法检漏示意图21312吸枪法检漏(过压法检漏被检容器抽真空后充入一定氦气再充氮气或压缩空气(或直接充入氦气到规定压力,氦气通过漏点漏出,被嗅吸探头(吸枪吸入,超过设定的泄漏率时,氦质谱检漏仪报警,确定漏点的位置[3],见图2所示。214氦泄漏试验主要控制参数[1]试验压力(真空度、加压方式、试验温度、表面条件、探头与被检工件之间的距离、探头扫描速度、检测顺序、灵敏度。3钛制容器的氦泄漏试验钛制容器按常见结构分为三类:钛列管式换热器;单层钛的罐式容器、塔器、换热器管箱;钛复合钢图2吸枪法检漏示意图(不锈钢板制的罐式容器、塔器、换热器管箱。钛复合板容器充分利用了钛的耐腐蚀性能来做复层,而不参与强度设计,利用价格较低的钢(不锈钢来承受强度和刚度。所以,钛制容器的氦泄漏试验关键是对钛焊接接头进行氦泄漏试验。311钛列管式换热器和单层钛的罐式容器、塔器、换热器管箱的氦泄漏试验钛列管式换热器一般设计要求对管板和换热管焊接接头进行氦泄漏试验,钛列管式换热器和全钛的罐式容器、塔器、换热器管箱结构都较简单,按照本文213所列两种方法均可很容易进行氦泄漏试验,并且能及时找出漏点。312钛复合钢(不锈钢板制的罐式容器、塔器、换热器管箱的氦泄漏试验31211钛复合钢(不锈钢板制的容器主要结构及泄漏点分析(1对接接头图3~5为钛复合钢(不锈钢板钛部分常见的三种对接接头形式,显然,起密封作用的是钛复层和钛垫板的焊接接头,也就是说应对此接头进行氦泄漏试验。通常用银钎焊将纵向、环向等接头分成若干区域,以利于较准确检漏。也就是说容器上不同的检漏孔(信号孔对应不同的焊接接头区域。图3・63・CPVT钛制压力容器的氦泄漏试验Vol22.No112005图4图5(2法兰与筒体(接管的连接结构图6~8是法兰与筒体(接管的连接结构常见的三种形式。当然钛焊环的密封面可以有多种形式,钢法兰与筒体也有多种焊接形式,这里主要介绍的是钛部分的结构。图6、7的主要差别是图6钛焊环与钢法兰采用了银钎焊,图8钛焊环与钢法兰外径相同,目的是避免密封面的泄漏造成对钢法兰的腐蚀。显然影响容器泄漏的关键部位是钛焊环与钛衬筒、筒体复层之间的焊接接头。但有了银钎焊可以使检漏区域形成封闭的区域,利于找出漏点。图631212钛复合钢(不锈钢板制的容器氦泄漏试验方案分析(1壳体内充氦过压法检漏这种方法是向壳体内充氦加压到规定的压力,将氦质谱仪与图3~5所示的检漏孔(信号孔相连,氦质谱仪有泄漏报警时,表明与该检漏孔(信号孔连通的区域内的钛焊接接头有泄漏点。这种方法主图7图8要优点是操作简单,可以说明容器是否泄漏。主要缺点是:1不能确定具体的漏点;2壳体内必须是封闭的空间,对于换热器的敞口管箱和壳体与法兰的连接的结构必须成对把合或用法兰盖密封;3壳体内先抽真空再充氦可以提高检漏的灵敏度,但壳体内抽真空易引起复合板剥离,也会引起图3~5钛盖板与复层焊接接头出现裂纹类缺陷。目前,该方法使用很少。(2对钛盖板与壳体间的空间进行过压法检漏这种方法是对图3~5所示的钛盖板与壳体之间的空间充入氦气加压到规定的压力,然后用嗅吸探头(吸枪对钛盖板与钛复层焊接接头进行检漏。对图6结构和无筒体法兰的全封闭结构此法应用较多。过压法的优点:1钛盖板与壳体之间的空间小,成本低,效率高;2可以直接找出泄漏点。过压法的缺点:1灵敏度不如真空法;2钛盖板与壳体之间的空间小,压力上升快,控制不好,易引起钛盖板、钛复层剥离;3钛盖板与壳体之间的空间必须清洁,否则污物会堵塞泄漏点,造成误判;4对于图7、8结构不能形成封闭空间,难以实施过压法检漏。(3对钛盖板与壳体间的空间进行真空法检漏这种方法是将氦质谱仪与图3~5所示的检漏孔(信号孔相连,对钛盖板与壳体之间的空间抽真空到氦质谱仪要求的真空度,对钛盖板与钛复层焊接接头用喷枪喷吹氦气,有泄漏点时,氦气被吸入钛盖板与壳体之间的空间进入氦质谱仪,超过设定的・73・第22卷第11期压力容器总第156期泄漏率时,氦质谱仪报警。该方法使用范围较广,是目前最常用的方法。真空法检漏的优点:1钛盖板与壳体之间的空间小,易于抽真空,成本低;2可以直接找出泄漏点;3适用于图6~8所有结构。图7、8可对钛焊环和钢法兰连接处用真空泥密封;4检漏灵敏度高;5钛盖板与壳体之间的空间为真空状态,不会引起钛盖板、钛复层剥离。真空法检漏的缺点:1钛盖板与壳体之间的空间以及钛盖板与钛复层焊接接头必须清洁;2检漏速度较慢。4氦泄漏试验的参数和试验程序411试验参数[3](1试验压力、加压方式采用过压法时,对于单层容器焊缝和换热器管板与换热管连接接头的泄漏试验,试验压力取0135MPa或25%设计压力两者之较小值。对于钛复合板和钛衬里的钛焊缝泄漏试验,试验压力取0107MPa或015倍设计压力两者之较小值。试验前被试部件加压达到试验压力后至少保持30min。试验部件将按以下方式加压:1压力从0到XMPa,充氦气;压力从XMPa到试验压力,充空气(或氮气;(X———氦气压力为10%的试验压力。2直接充氦到试验压力。3先用机械真空泵抽到其能抽到的真空度或要求的真空度,再按1或2加压。采用真空法应抽到氦质谱仪说明书的要求真空度。(2试验温度最小为5℃(3探头与被检工件之间的距离应≤3mm(4表面条件试验部件表面必须除去油脂、油漆以及其他可能妨碍试验的污物并充分干燥。(5探头扫描速度探测器的探头的最大扫描速度应不大于仪器的响应时间,为了缩短响应时间和净化时间,探测器与探头之间的连接软管长度应≤5m。(6检测顺序探测器的探头从试验部件的下部开始,然后逐次向上扫描要检测的焊缝。(7灵敏度一般情况,对于换热器管扳与换热管的焊接接头的,探测到大于1×10-6Pa・m3/sec1的泄漏为不合格;对于单层壳体焊接接头探测到大于1×10-5Pa・m3/sec1的泄漏为不合格;对于钛钢复合板和钛盖板的钛焊接接头,探测到1×10-6Pa・m3/sec1的泄漏为不合格。有特殊要求时,按设计要求。412试验程序1所有低于氦泄漏试验灵敏度的检验均完成且合格;2表面清洁、干燥;3仪器、仪表校准,调节灵敏度;4加压或抽真空;5检测;6标记漏点;7降压、释放氦气;8对漏点进行返修;9重新进行氦泄漏试验直至合格。5结语氦泄漏试验是国内近几年钛制容器制造过程中的一项新课题,宝鸡有色金属加工厂经过试验研究建立了企业的氦泄漏试验工艺规程,成功实施了对国内首套45万吨/年本地化PTA装置、首套40万吨/年本地化PTA装置的钛制容器和其他一些有要求的钛制容器的氦泄漏试验。实践证明,通过氦泄漏试验大大提高了钛制容器的密封性、可靠性和安全性,使钛制容器的制造提高到了一个新水平,为更多的钛制容器实现本地化开辟了广阔的前景。参考文献:[1]GB/T15823-1995,氦泄漏检验[S]1[2]全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考试委员会1锅炉压力容器检测基础知识[M]1北京:中国劳动出版社1992,119-1201[3]钟其英1压力容器氦试验技术条件[M].北京:中国纺织工业设计院,2004,2-4.收稿日期:2005-10-21作者简介:陈孝国(1964-,男,高级工程师,从事压力容器制造工艺技术和质量管理工作,通讯地址:陕西宝鸡71信箱,装备设计制造公司。(上接第4页相比具有指导意义和实际应用价值,在国内外近20多年的换热器生产中得到成功应用,这对我国换热器管与管板的焊接和检验以及换热器标准制订提供借鉴。收稿日期:2005-07-12作者简介:董家祥(1949-,毕业于沈阳机电学院焊接专业,毕业后一直从事焊接试验研究、工艺评定、容器制造、海洋石油开采、炼化、石油化工等国际大型项目的施工建设。・83・CPVT钛制压力容器的氦泄漏试验Vol22.No112005