鈦制壓力容器氦檢漏

1、制造與安裝鈦制壓力容器的氦泄漏試驗陳孝國(寶雞有色金屬加工廠,陜西寶雞721014摘要:氦泄漏試驗作為一種致密性試驗,它的檢漏靈敏度遠遠超過了氣密性試驗和氨滲漏等試驗方法。隨著國產化鈦制壓力容器的不斷增多,一些高溫高壓和密封性要求高的壓力容器,制造完成后除了進行常規(guī)的致密性試驗外,還需要進行氦泄漏試驗。鈦制壓力容器與其它相比,在結構上有較大的區(qū)別。選擇合理的氦泄漏試驗方案,可做到既能檢漏又能及時發(fā)現漏點,有效地保證鈦制容器安全性和可靠性。關鍵詞:鈦制壓力容器;氦泄漏試驗;檢漏中圖分類號:T Q05113文獻標識碼:B文章編號:1001-4837(200511-0035-04H elium Le

2、ak Test of Titanium Pressure V esselCHEN Xiao-guo(Baoji Non ferrous Metals W orks,Baoji721014,ChinaAbstract:As a seal test,sensitivity of helium leak test is higher than other test methods as gas seal and NH3 leak test.With home-manu facture titanium pressure vessel increasing,seal requirement to th

3、ese high tem per2 ature and high pressure vessel is further.A fter finishing the vessel and ordinary seal tests,then helium leak test is generally required for these vessel.C om pared with pressure vessel constructed of steel,titanium pres2 sure vessel is obviously different on structure.I f appropr

4、iate helium leak test plan is selected,it will be of benefit to im proving detectability and effectively secure titanium vessel safety and reliability.K ey w ords:titanium pressure vessel;helium leak test;detection1前言鈦作為一種優(yōu)良的耐腐蝕材料,在石化、化工、制鹽等行業(yè)得到了大量的推廣和應用。用鈦制作壓力容器,大多用于腐蝕、易燃、有毒的工況場合。近年來,從國外成套引進的一些高溫、高

5、壓、密封性要求較高的鈦制容器逐漸到了使用壽命,其更新改造大多采用了國產設備。另外,國內新上項目對鈦制容器也有大量的需求。為保障這些鈦制容器的安全性和可靠性,原成套引進的和國內新設計的容器,要求進行氦泄漏試驗。鈦制容器特別是鈦復合鋼(不銹鋼制容器在結構上和其它材料的容器還是有很大的區(qū)別,對鈦制容器的氦泄漏試驗也較其它容器復雜。如何正確地選擇氦泄漏試驗方案,準確找出漏點,是制造高質量的鈦制容器必須解決的一個關鍵問題。2氦泄漏試驗211氦泄漏試驗常用設備、儀器氦質譜檢漏儀、嗅吸探頭、噴槍、閥門、氦氣、真空泵、空壓泵、壓力表、真空表。212氦泄漏試驗原理氦泄漏試驗時,將氦質譜檢漏儀與嗅吸探頭連接形成泄

6、漏探測器,來檢測被檢測容器泄漏出的微53量氦氣,嗅吸探頭將氦氣吸入,送到泄漏探測器系統(tǒng)中,并將其轉變?yōu)殡娦盘?泄漏探測器再將電信號以光或聲顯示3。氦質譜檢漏儀可根據要求調整檢測靈敏度,按照氦氣的泄漏量決定是否報警。氦泄漏試驗、水壓試驗、氣密性試驗、煤油滲漏、液體滲透(PT 、鹵素檢漏、氨泄漏等檢測靈敏度見表1。表1常用檢測方法靈敏度2方法示漏介質靈敏度(Pa L/S 水壓試驗水或油4×10-1氣密性試驗空氣10-2煤油滲漏煤油10-1液體滲透著色劑10- 4鹵素檢漏氟里昂10-4氨泄漏氨氣10-310-5氦泄漏試驗氦氣10-610-12213氦泄漏試驗常用方法21311真空法將被檢容

7、器與氦質譜儀連接,將容器內抽真空,用氦氣噴槍對被檢容器的焊接接頭和其它可疑部位噴吹氦氣。如果泄漏,氦氣會被吸入被抽真空的容器內,并被吸到氦質譜儀內,超過規(guī)定的泄漏量,氦質譜儀報警3,如圖1所示。圖1真空法檢漏示意圖21312吸槍法檢漏(過壓法檢漏被檢容器抽真空后充入一定氦氣再充氮氣或壓縮空氣(或直接充入氦氣到規(guī)定壓力,氦氣通過漏點漏出,被嗅吸探頭(吸槍吸入,超過設定的泄漏率時,氦質譜檢漏儀報警,確定漏點的位置3,見圖2所示。2 14氦泄漏試驗主要控制參數1試驗壓力(真空度、加壓方式、試驗溫度、表面條件、探頭與被檢工件之間的距離、探頭掃描速度、檢測順序、靈敏度。3鈦制容器的氦泄漏試驗鈦制容器按常

8、見結構分為三類:鈦列管式換熱器;單層鈦的罐式容器、塔器、換熱器管箱;鈦復合鋼圖2吸槍法檢漏示意圖(不銹鋼板制的罐式容器、塔器、換熱器管箱。鈦復合板容器充分利用了鈦的耐腐蝕性能來做復層,而不參與強度設計,利用價格較低的鋼(不銹鋼來承受強度和剛度。所以,鈦制容器的氦泄漏試驗關鍵是對鈦焊接接頭進行氦泄漏試驗。311鈦列管式換熱器和單層鈦的罐式容器、塔器、換熱器管箱的氦泄漏試驗鈦列管式換熱器一般設計要求對管板和換熱管焊接接頭進行氦泄漏試驗,鈦列管式換熱器和全鈦的罐式容器、塔器、換熱器管箱結構都較簡單,按照本文213所列兩種方法均可很容易進行氦泄漏試驗,并且能及時找出漏點。312鈦復合鋼(不銹鋼板制的罐

9、式容器、塔器、換熱器管箱的氦泄漏試驗31211鈦復合鋼(不銹鋼板制的容器主要結構及泄漏點分析(1對接接頭圖35為鈦復合鋼(不銹鋼板鈦部分常見的三種對接接頭形式,顯然,起密封作用的是鈦復層和鈦墊板的焊接接頭,也就是說應對此接頭進行氦泄漏試驗。通常用銀釬焊將縱向、環(huán)向等接頭分成若干區(qū)域,以利于較準確檢漏。也就是說容器上不同的檢漏孔(信號孔對應不同的焊接接頭區(qū)域。圖363CPVT 鈦制壓力容器的氦泄漏試驗V ol22.N o112005 圖 4圖5(2法蘭與筒體(接管的連接結構圖68是法蘭與筒體(接管的連接結構常見的三種形式。當然鈦焊環(huán)的密封面可以有多種形式,鋼法蘭與筒體也有多種焊接形式,這里主要介

10、紹的是鈦部分的結構。圖6、7的主要差別是圖6鈦焊環(huán)與鋼法蘭采用了銀釬焊,圖8鈦焊環(huán)與鋼法蘭外徑相同,目的是避免密封面的泄漏造成對鋼法蘭的腐蝕。顯然影響容器泄漏的關鍵部位是鈦焊環(huán)與鈦襯筒、筒體復層之間的焊接接頭。但有了銀釬焊可以使檢漏區(qū)域形成封閉的區(qū)域,利于找出漏點 。圖631212鈦復合鋼(不銹鋼板制的容器氦泄漏試驗方案分析(1殼體內充氦過壓法檢漏這種方法是向殼體內充氦加壓到規(guī)定的壓力,將氦質譜儀與圖35所示的檢漏孔(信號孔相連,氦質譜儀有泄漏報警時,表明與該檢漏孔(信號孔連通的區(qū)域內的鈦焊接接頭有泄漏點。 這種方法主圖 7圖8要優(yōu)點是操作簡單,可以說明容器是否泄漏。主要缺點是:1不能確定具體

11、的漏點;2殼體內必須是封閉的空間,對于換熱器的敞口管箱和殼體與法蘭的連接的結構必須成對把合或用法蘭蓋密封;3殼體內先抽真空再充氦可以提高檢漏的靈敏度,但殼體內抽真空易引起復合板剝離,也會引起圖35鈦蓋板與復層焊接接頭出現裂紋類缺陷。目前,該方法使用很少。(2對鈦蓋板與殼體間的空間進行過壓法檢漏這種方法是對圖35所示的鈦蓋板與殼體之間的空間充入氦氣加壓到規(guī)定的壓力,然后用嗅吸探頭(吸槍對鈦蓋板與鈦復層焊接接頭進行檢漏。對圖6結構和無筒體法蘭的全封閉結構此法應用較多。過壓法的優(yōu)點:1鈦蓋板與殼體之間的空間小,成本低,效率高;2可以直接找出泄漏點。過壓法的缺點:1靈敏度不如真空法;2鈦蓋板與殼體之間

12、的空間小,壓力上升快,控制不好,易引起鈦蓋板、鈦復層剝離;3鈦蓋板與殼體之間的空間必須清潔,否則污物會堵塞泄漏點,造成誤判;4對于圖7、8結構不能形成封閉空間,難以實施過壓法檢漏。(3對鈦蓋板與殼體間的空間進行真空法檢漏這種方法是將氦質譜儀與圖35所示的檢漏孔(信號孔相連,對鈦蓋板與殼體之間的空間抽真空到氦質譜儀要求的真空度,對鈦蓋板與鈦復層焊接接頭用噴槍噴吹氦氣,有泄漏點時,氦氣被吸入鈦蓋板與殼體之間的空間進入氦質譜儀,超過設定的73第22卷第11期壓力容器總第156期泄漏率時,氦質譜儀報警。該方法使用范圍較廣,是目前最常用的方法。真空法檢漏的優(yōu)點:1鈦蓋板與殼體之間的空間小,易于抽真空,成

13、本低;2可以直接找出泄漏點;3適用于圖68所有結構。圖7、8可對鈦焊環(huán)和鋼法蘭連接處用真空泥密封;4檢漏靈敏度高;5鈦蓋板與殼體之間的空間為真空狀態(tài),不會引起鈦蓋板、鈦復層剝離。真空法檢漏的缺點:1鈦蓋板與殼體之間的空間以及鈦蓋板與鈦復層焊接接頭必須清潔;2檢漏速度較慢。4氦泄漏試驗的參數和試驗程序411試驗參數3(1試驗壓力、加壓方式采用過壓法時,對于單層容器焊縫和換熱器管板與換熱管連接接頭的泄漏試驗,試驗壓力取0135MPa 或25%設計壓力兩者之較小值。對于鈦復合板和鈦襯里的鈦焊縫泄漏試驗,試驗壓力取0107MPa 或015倍設計壓力兩者之較小值。試驗前被試部件加壓達到試驗壓力后至少保持

14、30min 。試驗部件將按以下方式加壓:1壓力從0到X MPa ,充氦氣;壓力從X MPa 到試驗壓力,充空氣(或氮氣;(X 氦氣壓力為10%的試驗壓力。2直接充氦到試驗壓力。3先用機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加壓。采用真空法應抽到氦質譜儀說明書的要求真空度。(2試驗溫度最小為5(3探頭與被檢工件之間的距離應3mm (4表面條件試驗部件表面必須除去油脂、油漆以及其他可能妨礙試驗的污物并充分干燥。(5探頭掃描速度探測器的探頭的最大掃描速度應不大于儀器的響應時間,為了縮短響應時間和凈化時間,探測器與探頭之間的連接軟管長度應5m 。(6檢測順序探測器的探頭從試驗部件的下部

15、開始,然后逐次向上掃描要檢測的焊縫。(7靈敏度一般情況,對于換熱器管扳與換熱管的焊接接頭的,探測到大于1×10-6Pa m 3/sec 1的泄漏為不合格;對于單層殼體焊接接頭探測到大于1×10-5Pa m 3/sec 1的泄漏為不合格;對于鈦鋼復合板和鈦蓋板的鈦焊接接頭,探測到1×10-6Pa m 3/sec 1的泄漏為不合格。有特殊要求時,按設計要求。412試驗程序1所有低于氦泄漏試驗靈敏度的檢驗均完成且合格;2表面清潔、干燥;3儀器、儀表校準,調節(jié)靈敏度;4加壓或抽真空;5檢測;6標記漏點;7降壓、釋放氦氣;8對漏點進行返修;9重新進行氦泄漏試驗直至合格。5結

16、語氦泄漏試驗是國內近幾年鈦制容器制造過程中的一項新課題,寶雞有色金屬加工廠經過試驗研究建立了企業(yè)的氦泄漏試驗工藝規(guī)程,成功實施了對國內首套45萬噸/年本地化PT A 裝置、首套40萬噸/年本地化PT A 裝置的鈦制容器和其他一些有要求的鈦制容器的氦泄漏試驗。實踐證明,通過氦泄漏試驗大大提高了鈦制容器的密封性、可靠性和安全性,使鈦制容器的制造提高到了一個新水平,為更多的鈦制容器實現本地化開辟了廣闊的前景。參考文獻:1G B/T 15823-1995,氦泄漏檢驗S12全國鍋爐壓力容器無損檢測人員資格鑒定考試委員會1鍋爐壓力容器檢測基礎知識M1北京:中國勞動出版社1992,119-12013鐘其英1壓力容器氦試驗技術條件M.北京:中國紡織工業(yè)設計院,2004,2-4.收稿日期:2005-10-21作者簡介:陳孝國(1964-,男