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鈦制壓力容器氦泄露試驗

文檔作者：陳孝國文檔來源：寶雞有色金屬加工廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月17日
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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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(xiàn)漏點,有效地保證鈦制容
器安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞:鈦制壓力容器;氦泄漏試驗;檢漏
中圖分類號:TQ05113 　　文獻標識碼:B 　　文章編號:1001 - 4837(2005) 11 - 0035 - 04
Helium Leak Test of Titanium Pressure Vessel
CHEN Xiao - guo
(Baoji Nonferrous Metals Works ,Baoji 721014 ,China)
Abstract :As a seal test , sensitivity of helium leak test is higher than other test methods as gas seal and NH3
leak test . With home - manufacture titanium pressure vessel increasing , seal requirement to these high temper2
ature and high pressure vessel is further. After finishing the vessel and ordinary seal tests , then helium leak
test is generally required for these vessel . Compared with pressure vessel constructed of steel , titanium pres2
sure vessel is obviously different on structure. If appropriate helium leak test plan is selected , it will be of
benefit to improving detectability and effectively secure titanium vessel safety and reliability.
Key words :titanium pressure vessel ;helium leak test ;detection
1 　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(yīng)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(chǎn)設(shè)備。另外,國內(nèi)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(nèi)新設(shè)計的容器,要
求進行氦泄漏試驗。鈦制容器特別是鈦復(fù)合鋼(不
銹鋼) 制容器在結(jié)構(gòu)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(fù)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(zhì)量的鈦制容器必須解決的一個關(guān)
鍵問題。
2 　氦泄漏試驗
211 　氦泄漏試驗常用設(shè)備、儀器
氦質(zhì)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(zhì)譜檢漏儀與嗅吸探頭連
接形成泄漏探測器,來檢測被檢測容器泄漏出的微
·35 ·
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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?泄漏探測器再將電信號以
光或聲顯示[3 ] 。氦質(zhì)譜檢漏儀可根據(jù)要求調(diào)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(zhì)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 - 3～10 - 5
氦泄漏試驗氦氣10 - 6～10 - 12
213 　氦泄漏試驗常用方法
21311 　真空法
將被檢容器與氦質(zhì)譜儀連接,將容器內(nèi)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(nèi),并被吸到氦質(zhì)譜儀內(nèi),超過規(guī)定的泄漏量,氦
質(zhì)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(shè)定的泄漏率
時,氦質(zhì)譜檢漏儀報警,確定漏點的位置[3 ] ,見圖2
所示。
214 　氦泄漏試驗主要控制參數(shù)[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
鈦制容器按常見結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)
合板容器充分利用了鈦的耐腐蝕性能來做復(fù)層,而
不參與強度設(shè)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(guān)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(shè)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(jié)構(gòu)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(fù)合鋼(不銹鋼) 板制的罐式容器、塔器、換
熱器管箱的氦泄漏試驗
31211 　鈦復(fù)合鋼(不銹鋼) 板制的容器主要結(jié)構(gòu)及
泄漏點分析
(1) 對接接頭
圖3～5 為鈦復(fù)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(fù)層和
鈦墊板的焊接接頭,也就是說應(yīng)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(yīng)不同的焊接接頭區(qū)域。
圖3
·36 ·
CPVT　　　　　　　　　　　　　　　　　鈦制壓力容器的氦泄漏試驗　　　　　　　　　　　　　　　　Vol22. No11 2005
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圖4
圖5
(2) 法蘭與筒體(接管) 的連接結(jié)構(gòu)
圖6～8 是法蘭與筒體(接管) 的連接結(jié)構(gòu)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,這里主要介紹
的是鈦部分的結(jié)構(gòu)。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(guān)鍵部位是鈦焊環(huán)與鈦
襯筒、筒體復(fù)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6 　
31212 　鈦復(fù)合鋼(不銹鋼) 板制的容器氦泄漏試驗
方案分析
(1) 殼體內(nèi)充氦過壓法檢漏
這種方法是向殼體內(nèi)充氦加壓到規(guī)定的壓力,
將氦質(zhì)譜儀與圖3～5 所示的檢漏孔(信號孔) 相連,
氦質(zhì)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(nèi)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) 不能確定具體的漏點;2) 殼體內(nèi)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(jié)構(gòu)必須成對把合或用法蘭蓋密封;3) 殼體
內(nèi)先抽真空再充氦可以提高檢漏的靈敏度,但殼體
內(nèi)抽真空易引起復(fù)合板剝離,也會引起圖3～5 鈦蓋
板與復(fù)層焊接接頭出現(xiàn)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3～5 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(fù)層焊接接頭進行檢漏。
對圖6 結(jié)構(gòu)和無筒體法蘭的全封閉結(jié)構(gòu)此法應(yīng)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) 鈦蓋板與殼體之間的
空間小,壓力上升快,控制不好,易引起鈦蓋板、鈦復(fù)
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(jié)構(gòu)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(zhì)譜儀與圖3～5 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(zhì)譜儀要求的真空度,對鈦蓋板與鈦復(fù)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(zhì)譜儀,超過設(shè)定的
·37 ·
第22 卷第11 期　　　　　　　　　　　　　　　　壓　　力　　容　　器　　　　　　　　　　　　　　　　總第156 期
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泄漏率時,氦質(zhì)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,成本低;2) 可以
直接找出泄漏點;3) 適用于圖6～8 所有結(jié)構(gòu)。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(fù)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(fù)
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(shù)和試驗程序
411 　試驗參數(shù)[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0135
MPa 或25 %設(shè)計壓力兩者之較小值。對于鈦復(fù)合
板和鈦襯里的鈦焊縫泄漏試驗,試驗壓力取0107
MPa 或015 倍設(shè)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30 min。
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(yīng)抽到氦質(zhì)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(yīng)≤3 mm
(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(yīng)不大于儀器的
響應(yīng)時間,為了縮短響應(yīng)時間和凈化時間,探測器與
探頭之間的連接軟管長度應(yīng)≤5 m。
(6) 檢測順序
探測器的探頭從試驗部件的下部開始,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 - 6 Pa·m3/ sec1 的泄漏為不
合格;對于單層殼體焊接接頭探測到大于1 ×10 - 5
Pa·m3/ sec1 的泄漏為不合格;對于鈦鋼復(fù)合板和鈦
蓋板的鈦焊接接頭,探測到1 ×10 - 6 Pa·m3/ sec1 的
泄漏為不合格。有特殊要求時,按設(shè)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(diào)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(jié)語
氦泄漏試驗是國內(nèi)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(jīng)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(nèi)首套45 萬噸/ 年本地化PTA 裝置、首套40 萬噸
/ 年本地化PTA 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(xiàn)本地化開辟了廣闊的前景。
參考文獻:
[1 ] 　GB/ T15823 - 1995 ,氦泄漏檢驗[ S]1
[2 ] 　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(chǔ)知識[M]1 北京:中國勞動
出版社1992 ,119 - 1201
[3 ] 　鐘其英1 壓力容器氦試驗技術(shù)條件[M] . 北京:中國紡
織工業(yè)設(shè)計院,2004 ,2 - 4.
收稿日期:2005 - 10 - 21
作者簡介:陳孝國(1964 - ) ,男,高級工程師,從事壓力容器
制造工藝技術(shù)和質(zhì)量管理工作,通訊地址:陜西寶雞71 信
箱,裝備設(shè)計制造公司。
(上接第4 頁)
相比具有指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值,在國內(nèi)外近20
多年的換熱器生產(chǎn)中得到成功應(yīng)用,這對我國換熱
器管與管板的焊接和檢驗以及換熱器標準制訂提供
借鑒。
收稿日期:2005 - 07 - 12
作者簡介:董家祥(1949 - ) ,畢業(yè)于沈陽機電學院焊接專業(yè),
畢業(yè)后一直從事焊接試驗研究、工藝評定、容器制造、海洋石
油開采、煉化、石油化工等國際大型項目的施工建設(shè)。
·38 ·
CPVT　　　　　　　　　　　　　　　　　鈦制壓力容器的氦泄漏試驗　　　　　　　　　　　　　　　　Vol22. No11 2005

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