CN112903203A - 一种大型容器正压氦质谱检测***及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大型容器正压氦质谱检测***及检测方法，本方案采用气囊在大型储罐、压力容器等待测容器内部进行预占位，然后再充氦检测的方式，应用本发明进行大型容器正压氦质谱检测，实际氦气耗用量较低，能够得以有效控制检测成本。基于氦气耗用量较低的特点，可采用高纯度氦气进行检漏，可确保较高的检漏精度，具有检测用时较少、检漏效率较高的特点。另外，在降低检测成本的同时，能够更真实的反应出大型储罐、压力容器等待测容器的泄漏量，且实施所需的专用工装、夹具较少，有利于提高生产效率，可以广泛应用于大型储罐、压力容器正压氦质谱检测中。
Description
技术领域
本发明涉及正压氦气检漏技术领域，具体涉及一种大型容器正压氦质谱检测***及检测方法。
背景技术
氦气检漏技术是利用氦气分子量小、易渗透的特点进行泄漏检测，该技术具有检出率高、无毒无害、成本较高的特点，主要包括吸枪法、护罩法、示踪法三种方法。其中，护罩法和示踪法为负压检测方法，吸枪法为正压检测方法。
对于大型储罐、压力容器、塔器、核反应堆压力容器等内部空间较大设备而言，由于设备体积和结构原因难以实现负压氦气检漏技术。同时，在大型容器上实现传统的吸枪正压氦气检漏技术成本巨大。现有技术中，对于大型储罐、压力容器、塔器、核反应堆压力容器等内部空间较大设备，尚无一种较好的氦质谱检测方法。
有鉴于此，亟待针对现有大型容器提供正压氦质谱检测方案，在有效控制检测成本的基础上，确保检漏精度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种大型容器正压氦质谱检测***及检测方法，通过检测设计构思的整机优化，能够有效兼顾检测成本及检漏精度要求。
本发明提供的大型容器正压氦质谱检测***，包括人孔法兰盲板替换盖、第一空压机、氦气源、第一压力检测装置、氦气源、第一压力检测装置、第二压力检测装置和吸枪检漏装置；其中，所述人孔法兰盲板替换盖具有与待测容器的人孔法兰盲板相同的接口，且其上设置有贯通盖本体的过口；所述气囊可置于待测容器内腔中，且充气完成后所述气囊的外廓尺寸小于待测容器的内腔尺寸；所述第一空压机用于通过所述过口与所述气囊的进气口连通，以充入空气；所述氦气源用于与连通待测容器内腔的管口连通，以充入高纯度氦气；所述第一压力检测装置和所述第二压力检测装置，分别用于检测所述气囊和待测容器的压力；所述吸枪检漏装置用于待测容器的氦质谱检漏。
优选地，还包括：第二空压机，用于与连通待测容器内腔的管口连通，以充入空气。
优选地，所述第一压力检测装置通过所述过口与所述气囊的压力检测口连接。
优选地，所述人孔法兰盲板替换盖包括盖体和插装在所述盖体上的管嘴，以形成所述过口。
优选地，所述盖体具有与待测容器的端部止口适配的连接止口，两者间形成环形密封部；所述气囊的进气口侧本体可置于所述环形密封部的径向内侧，且所述环形密封部的径向外侧设置有密封件。
优选地，所述气囊采用三元乙丙橡胶制成。
本发明还包括一种采用如前所述大型容器正压氦质谱检测***的检测方法，包括下述步骤：
气囊组装：将气囊置入待测容器内腔；
气囊设备内充气保压：利用第一空压机充入空气至气囊，气囊压力达到检漏压力后，保压第一时间长度内所述气囊的压力保持不变；
待测容器与气囊整体保压：保压第二时间长度内所述待测容器和所述气囊的压力均保持不变；
待测容器充氦气并保压：利用氦气源充入高纯度氦气至待测容器，待测容器内腔的压力和氦气体积分数均达到预设阈值后，保压第三时间长度；
氦质谱检漏：利用吸枪检漏装置对待测容器进行氦质谱检漏。
优选地，所述气囊设备内充气保压步骤中，利用第一空压机充入空气至气囊之前，打开所述待测容器的管口；所述待测容器与气囊整体保压步骤中，保压第二时间长度之前，封闭所述待测容器的管口。
优选地，所述封闭所述待测容器的管口之前，检查充气后的所述气囊对所述待测容器的本体接缝的覆盖面积，所述覆盖面积小于所述待测容器的本体接缝面积的80％。
优选地，所述气囊组装步骤之前，还包括下述步骤：
气囊设备外充气预检：充入空气至气囊，保压并进行表面检查。
优选地，所述气囊设备外充气预检步骤包括：
所述气囊压力升至所述检漏压力的5％-10％时，保压第四时间长度并进行预检；所述气囊压力继续升至所述检漏压力时，保压第五时间长度并进行预检；
其中，所述预检包括确认无异常变形、无异响以及所述气囊的压力保持不变。
优选地，所述第二时间长度与所述第一时间长度相等，所述第三时间长度大于第一时间长度，所述第四时间长度小于所述第一时间长度，所述第五时间长度等于第三时间长度。
优选地，所述气囊组装步骤中，将气囊置入待测容器内腔之前进行表面清洁处理。
优选地，所述检漏压力取预设安全阈值和待测容器设计压力的25％中的较小值。
针对大型容器的检测技术，本发明另辟蹊径提出了一种正压氦质谱检测方案，以适应大型容器体积过大的结构特点。具体地，本方案采用气囊在大型储罐、压力容器等待测容器内部进行预占位，然后再充氦检测的方式，应用本发明，具有下述有益技术效果：
首先，应用本发明进行大型容器正压氦质谱检测，实际氦气耗用量较低，能够得以有效控制检测成本。
其次，基于氦气耗用量较低的特点，可采用高纯度氦气进行检漏，可确保较高的检漏精度，具有检测用时较少、检漏效率较高的特点。由此，在降低检测成本的同时，能够更真实的反应出大型储罐、压力容器等待测容器的泄漏量。
第三，本方案的实施所需的专用工装、夹具较少，有利于提高生产效率，可以广泛应用于大型储罐、压力容器正压氦质谱检测中。
第四，在本发明的优选方案中，执行气囊设备内充气保压步骤之前，打开待测容器的管口，以为保持待测容器内部的氦气体积分数；执行待测容器与气囊整体保压步骤之前，封闭待测容器的管口，以进一步确认气囊为完好状态，确保待测容器的检漏精度。
第五，在本发明的另一优选方案中，封闭待测容器的管口之前，检查充气后的气囊对待测容器的本体接缝的覆盖面积，该覆盖面积小于待测容器的本体接缝面积的80％。如此设置，可有效规避气囊大面积遮挡本体接缝可能导致局部接缝接触不到足够的氦气，影响检测效率的问题，为进一步精确反应出大型待测容器泄漏量提供了良好的技术保障。
第六，在本发明的又一优选方案中，检漏压力取预设安全阈值和待测容器设计压力的25％中的较小值。如此设置，具备一定压力的氦气得以在检漏过程中具有更好的渗透性表现；同时，该检漏压力取预设安全阈值和待测容器设计压力的25％中的较小值，还能够避免高压设备的基础设计压力过高，可能产生的不安全隐患，并可避免压力过高而导致氦气浪费。
附图说明
图1为具体实施方式所述大型容器正压氦质谱检测***的原理图；
图2为具体实施方式中所述人孔法兰盲板替换盖与气囊的组装关系示意图；
图3a、图3b、图3c分别示出三种不同待测容器的气囊放置方式示意图；
图4为具体实施方式所述大型容器正压氦质谱检测方法的流程框图。
图中：
待测容器1、气囊2、人孔法兰盲板替换盖3、盖体31、连接法兰311、连接止口312、管嘴32、过口321、密封件33、第一空压机4、氦气源5、第一压力检测装置6、第二压力检测装置7、吸枪检漏装置8、吸枪81、真空泵82、氦质谱检漏仪83、标准漏孔84、第二空压机9；
V1～V4为截止阀；V5为真空管道阀。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本方案核心设计在于大型容器正压氦质谱检测***及检测方法，应当理解，作为检漏对象的大型容器可以为不同应用领域待测产品，包括但不限于大型储罐、压力容器等产品类型。另外，这里的“大型容器”非限制为具体形状、尺寸的容器产品，可以理解的是，该“大型容器”是指体积相对过大，且基于检测成本太高而无法适用传统吸枪正压氦气检漏技术的产品类型。
不失一般性，本实施方式以图1中所示***原理图作为基础描述主体，详细说明本申请提出的大型容器正压氦质谱检测***。
该正压氦质谱检测***包括可预占位待测容器1内腔的气囊2。使用时，该气囊2置于待测容器1中后充入空气，且充气完成后气囊2的外廓尺寸小于待测容器1的内腔尺寸，由此形成待测容器1内腔体积的预占位，减少正压氦质谱检测的氦气用量。这里，气囊2具有一定的弹性，优选采用耐老化性能优异的三元乙丙橡胶(EPDM)制成。
如图1所示，气囊2置于待测容器1中后，利用人孔法兰盲板替换盖3与待测容器1密封连接。作为工艺辅具，该人孔法兰盲板替换盖3具有与待测容器1的人孔法兰盲板相同的接口，具体接口包括连接法兰311和连接止口312等，从而最大限度地降低检测用工艺装备的成本。请一并参见图2，该图示出了人孔法兰盲板替换盖3的结构，以及其与待测容器1和气囊2的组装关系。
该人孔法兰盲板替换盖3上设置有贯通盖本体的过口321，以此满足气囊2充气路径的功能。另外，第一压力检测装置6通过该过口321与气囊2的压力检测口连接，与充气路径共用同一过口321，可最大限度地控制工艺成本。当然，该人孔法兰盲板替换盖3可以采用不同的结构形式实现，只要具备与人孔法兰盲板相同的接口并满足过口功能均可。
例如但不限于，由盖体31和插装在盖体31上的管嘴32组成，并由管嘴32的内孔形成过口321。其中，与待测容器1的端部止口11适配的连接止口312设置在盖体31，同样地，该连接止口312的外周设置有连接法兰311，组装后采用螺纹紧固件进行固定。如图2所示，在端部止口11和连接止口312之间形成环形密封部，从而建立待测容器1的内部密封状态。
具体地，气囊2的进气口侧本体可置于环形密封部的径向内侧，且该环形密封部的径向外侧设置有密封件33，采用螺纹紧固件进行固定后，压紧固定气囊2进气口的同时，通过密封件33形成良好的密封。
如图1所示，本方案还包括第一空压机4、氦气源5、第一压力检测装置6、第二压力检测装置7和吸枪检漏装置8。
其中，第一空压机4用于通过人孔法兰盲板替换盖3的过口321与气囊2的进气口连通，以根据检测需要充入空气。氦气源5可以采用氦气瓶，用于与连通待测容器1内腔的管口连通，以充入高纯度氦气；基于氦气纯度与检漏精度正相关的特性，本方案在气囊预占位后大大降低了氦气使用量，选择高纯度氦气亦在成本可控范围内。第一压力检测装置6用于检测气囊2的压力，第二压力检测装置7用于检测待测容器1的压力，从而在检测过程中充压、保压进行气囊2及待测容器1的压力确认。
其中，吸枪检漏装置8用于执行待测容器1的氦质谱检漏。该吸枪检漏装置8包括吸枪81、真空泵82和氦质谱检漏仪83，充压、保压检查结束并检查合格后，利用吸枪检漏装置8进行正压氦质谱检查。检查前，先通过标准漏孔84校准氦质谱检漏仪83，然后关断截止阀V4，开启真空泵82通过吸枪81进行测量。
进一步地，该***还可配置第二空压机9，该第二空压机9用于与连通待测容器1内腔的管口连通，以根据需要充入空气，满足不同的检漏压力要求。这样，当待测容器1的检漏压力为常压时，则不需要启用第二空压机9。
下面详细说明应用该大型容器正压氦质谱检测***的检测方法。请参见图3，该图示出了本实施方式所述大型容器正压氦质谱检测方法的流程框图。
S1.气囊组装。
气囊2进气口与人孔法兰盲板替换盖3相连，将气囊2置入待测容器1内腔，通过人孔法兰盲板替换盖3与待测容器1的连接止口312固定、密封。例如但不限于，图3a、图3b、图3c分别示出三种不同待测容器的气囊放置方式示意图。
这里，将气囊2置入待测容器1内腔之前进行表面清洁处理。具体地，将气囊2表面擦拭干净，进行无油、无水处理，作为优选，并将其内部空气放尽。
S2.气囊设备内充气保压。
利用第一空压机4充入空气至气囊2，气囊2压力达到检漏压力后，在保压第一时间长度t1内，气囊2的压力保持不变；例如但不限于，保压10min，第一压力检测装置6的示数不变。
作为优选，利用第一空压机4充入空气至气囊2之前，打开待测容器1的管口，以为保持待测容器内部的氦气体积分数。
S3.待测容器与气囊整体保压。
在保压第二时间长度t2内，待测容器1和气囊2的压力均保持不变；例如但不限于，保压10min，同时检查第一压力检测装置6和第二压力检测装置7的示数，以第二压力检测装置7的示数无增加、第一压力检测装置6的示数无减少为合格。由此进一步确认气囊2为完好状态，确保检漏结果的精确度。
作为优选，保压第二时间长度之前，封闭待测容器1的管口，此时待测容器1与气囊2整体保压，可确保待测容器1的检漏精度。
这里，在封闭待测容器1的管口之前，检查充气后的气囊2对待测容器1的本体接缝的覆盖面积，覆盖面积小于待测容器1的本体接缝面积的80％(图中未示出)。如此设置，可有效规避气囊大面积遮挡本体接缝可能导致局部接缝接触不到足够的氦气，而影响检测效率的问题。
S4.待测容器充氦气并保压。
利用氦气源5充入高纯度氦气至待测容器1，待测容器1内腔的压力和氦气体积分数均达到预设阈值后，保压第三时间长度t3；这里的相关“预设阈值”，可根据不同待测容器的设计压力等性能参数进行预设。其中，待测容器1内压力不得超过设计压力的25％，氦气体积分数不得低于10％。充氦完成后，使用以100％纯度氦气标定过的氦质谱仪对待测容器1内部实际氦气浓度进行取样检测，即可获得待测容器1内部实际氦气浓度百分比。
例如但不限于，对待测容器1进行至少30min的压力保持。当然，在使用氦气进行首次加压前，已经对储罐、压力容器内部进行过抽真空操作，则可以适当减短该保压时间。这里，抽真空操作有利于提升冲入的氦气浓度，进一步缩短保压时间。
S5.氦质谱检漏。
利用吸枪检漏装置8对待测容器1进行氦质谱检漏。如前所述，在检漏前采用渗透型标准漏孔84进行校准，渗透型标准漏孔漏率可以为1×10-11Pa.m3/s～1×10-7Pa.m3/s，标准漏孔漏率Q＝Qs×C，其中，Qs为所要求的被检***灵敏度(Pa.m3/s)；C为检测设备或腔室内的实际氦气浓度(％)。
作为优选，采用高纯度氦气进行检漏时，使用本方法检漏的灵敏度可达10-8Pa.m3/s。同时，可适用于不能承受压力和真空的大型设备或腔室检漏中。
另外，进行吸枪81扫查时，吸枪嘴应在待测容器1被检查表面上方通过；扫查过程中，吸枪嘴与被检查表面的距离优选保持在3mm以内。当然，若***校准时采用了更小距离，则检测扫查时不应大于该距离。
此外，进行吸枪81扫查时，扫查应从被检查待测容器1的腔室最下部开始，然后渐次向上。
需要说明的是，本方案中的检漏压力取预设安全阈值和待测容器设计压力的25％中的较小值，例如但不限于，该预设安全阈值可以为0.4MPa～0.5MPa。如此设置，具备一定压力的氦气得以在检漏过程中具有更好的渗透性表现；同时，该检漏压力取预设安全阈值和待测容器设计压力的25％中的较小值，还能够避免高压设备的基础设计压力过高，可能产生的不安全隐患，并可避免压力过高而导致氦气浪费。
为了获得更好的检漏精度，在气囊组装步骤S1前，可设置气囊设备外充气预检步骤S0，请一并参见图1。
所述气囊组装步骤S1之前，还包括下述步骤：
S0.气囊设备外充气预检。充入空气至气囊2，保压并进行表面检查。
具体地，耐压试验时，采用两个量程相同、经检验合格的压力表，以互为校核。压力表量程应为1.5～3倍试验压力，优选为试验压力的2倍，压力表精度不低于1.6级，表盘直径不小于100mm，以避免操作人员误读压力。
进行充气时，气囊2尾部可配有牵引固定端，以保障设备外进行气囊保压检测时气囊本体保持稳定状态。首先，气囊压力升至检漏压力的5％-10％时，保压第四时间长度并进行预检，例如但不限于，先缓慢升压至规定试验压力的10％，保压5min，并且对气囊表面今天外观检查和肥皂水涂抹检查，确认无异常变形、无肥皂泡产生、无泄漏。接下来，气囊压力继续升至检漏压力时，保压第五时间长度并进行预检，例如但不限于，保压30min，确认无异常变形、无持续的肥皂泡产生、无泄漏、无异响，检查期间压力应保持不变。
其中，所述第二时间长度与所述第一时间长度相等，所述第三时间长度大于第一时间长度，所述第四时间长度小于所述第一时间长度，所述第五时间长度等于第三时间长度。
需要说明的是，本实施方式提供的上述实施例中的两个空压机输入干燥空气至相应内腔，可最大限度地避免杂质对压力变化的非常态影响。应当理解，除气囊和人孔法兰盲板替换盖外，该***其他功能的具体实现方式非本申请的核心发明点所在，本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。
综上所述的大型容器正压氦质谱检测方案，采用在大型储罐、压力容器内部预占位再充氦检测法，其优点是氦气耗用量低、检测成本低，同时，可采用高纯度氦气就行检漏、检漏精度高，所需保压时间减少、检漏效率高等特点，该方法在降低检测成本的同时能够更真实的反应出大型储罐、压力容器等大容积设备的泄漏量。且该方法的实施所需的专用工装、夹具较少，有利于提高生产效率，可以广泛应用于大型储罐、压力容器正压氦质谱检测中。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.大型容器正压氦质谱检测***，其特征在于，包括：
人孔法兰盲板替换盖，具有与待测容器的人孔法兰盲板相同的接口，且所述人孔法兰盲板替换盖上设置有贯通盖本体的过口；
气囊，可置于待测容器内腔中，且充气完成后所述气囊的外廓尺寸小于待测容器的内腔尺寸；
第一空压机，用于通过所述过口与所述气囊的进气口连通，以充入空气；
氦气源，用于与连通待测容器内腔的管口连通，以充入高纯度氦气；
第一压力检测装置，用于检测所述气囊的压力；
第二压力检测装置，用于检测待测容器的压力；
吸枪检漏装置，用于待测容器的氦质谱检漏。
2.根据权利要求1所述的大型容器正压氦质谱检测***，其特征在于，还包括：
第二空压机，用于与连通待测容器内腔的管口连通，以充入空气。
3.根据权利要求1或2所述的大型容器正压氦质谱检测***，其特征在于，所述第一压力检测装置通过所述过口与所述气囊的压力检测口连接。
4.根据权利要求3所述的大型容器正压氦质谱检测***，其特征在于，所述人孔法兰盲板替换盖包括盖体和插装在所述盖体上的管嘴，以形成所述过口。
5.根据权利要求4所述的大型容器正压氦质谱检测***，其特征在于，所述盖体具有与待测容器的端部止口适配的连接止口，两者间形成环形密封部；所述气囊的进气口侧本体可置于所述环形密封部的径向内侧，且所述环形密封部的径向外侧设置有密封件。
6.根据权利要求1所述的大型容器正压氦质谱检测***，其特征在于，所述气囊采用三元乙丙橡胶制成。
7.采用权利要求1至6中任一项所述大型容器正压氦质谱检测***的检测方法，其特征在于，包括下述步骤：
气囊组装：将气囊置入待测容器内腔；
气囊设备内充气保压：利用第一空压机充入空气至气囊，气囊压力达到检漏压力后，保压第一时间长度内所述气囊的压力保持不变；
待测容器与气囊整体保压：保压第二时间长度内所述待测容器和所述气囊的压力均保持不变；
待测容器充氦气并保压：利用氦气源充入高纯度氦气至待测容器，待测容器内腔的压力和氦气体积分数均达到预设阈值后，保压第三时间长度；
氦质谱检漏：利用吸枪检漏装置对待测容器进行氦质谱检漏。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述气囊设备内充气保压步骤中，利用第一空压机充入空气至气囊之前，打开所述待测容器的管口；所述待测容器与气囊整体保压步骤中，保压第二时间长度之前，封闭所述待测容器的管口。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述封闭所述待测容器的管口之前，检查充气后的所述气囊对所述待测容器的本体接缝的覆盖面积，所述覆盖面积小于所述待测容器的本体接缝面积的80％。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述气囊组装步骤之前，还包括下述步骤：
气囊设备外充气预检：充入空气至气囊，保压并进行表面检查。
11.根据权利要求10所述的检测方法，其特征在于，所述气囊设备外充气预检步骤包括：
所述气囊压力升至所述检漏压力的5％-10％时，保压第四时间长度并进行预检；所述气囊压力继续升至所述检漏压力时，保压第五时间长度并进行预检；
其中，所述预检包括确认无异常变形、无异响以及所述气囊的压力保持不变。
12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述第二时间长度与所述第一时间长度相等，所述第三时间长度大于第一时间长度，所述第四时间长度小于所述第一时间长度，所述第五时间长度等于第三时间长度。
13.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述气囊组装步骤中，将气囊置入待测容器内腔之前进行表面清洁处理。
14.根据权利要求7至13中任一项的检测方法，其特征在于，所述检漏压力取预设安全阈值和待测容器设计压力的25％中的较小值。
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