RU2670222C1 - Method for detecting leakage in a coupling tube heat exchanger - Google Patents

Abstract

FIELD: defectoscopy.SUBSTANCE: method refers to the field of nondestructive testing and technical diagnostics of shell-and-tube heat exchangers using acoustic emission, operated in contact with chemically hazardous or combustible substances, and can be used to detect leaks in the heat exchanger during the diagnosis process, as well as to optimize the process of locating leaks in the tube bundle. Essence of the method consists in removing the contents of the channels for the working fluid and the channels for the heat exchange product, introducing a detection product – a gas (for example, an inert gas or nitrogen) into the working fluid passages, introducing a neutralizing liquid, for example 1–2 % acetic acid solution, into the shell space, to control the height of its ascent by means of a calibration table until the entire intertube space is filled, maintenance of pressure in one of the channels is higher than in the other, the identification of leakage of the product of detection from one channel to another, if any, in the process of constant monitoring from the beginning of introduction of the neutralizing liquid by the detection means, for example, an acoustic emission system, by changing the acoustic emission signals accompanying the cavitation leakage of the detection product from the defective tube of the corresponding series, determined from the calibration table, into the neutralizing fluid of the annular space.EFFECT: creating a method that reduces the time of diagnosis, including detection of leakage, and optimizes the search for a series containing at least one defective tube of a shell-and-tube heat exchanger made with a plurality of tubes, without disassembling it, and at the same time ensure the safety of monitoring the technical condition of heat exchangers in working conditions in contact with chemically hazardous substances.3 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области неразрушающего контроля и технической диагностики теплообменных аппаратов (ТА) с использованием акустической эмиссии (АЭ), преимущественно кожухотрубных ТА, предпочтительно эксплуатирующихся в контакте с аварийно химически опасными веществами (АХОВ) или горючими веществами, проведение ремонтных работ которых предусматривает обязательное выполнение подготовительных мероприятий по специальной обработке (нейтрализация, дегазация и пр.) внутренней полости, и может быть использовано для определения утечек в ТА в процессе диагностирования, а также оптимизации процесса поиска мест негерметичности в трубном пучке.The present invention relates to the field of non-destructive testing and technical diagnostics of heat exchangers (TA) using acoustic emission (AE), mainly shell-and-tube TA, preferably operated in contact with emergency chemically hazardous substances (AHOV) or combustible substances, the repair work of which requires preparatory measures for special treatment (neutralization, degassing, etc.) of the internal cavity, and can be used to determine eniya leaks in the TA in the diagnostic process, and optimize the process of finding places of leaks in the tube bundle.

В основе способа лежит явление АЭ, вызванное истечением рабочей среды (газа, жидкости) через сквозной дефект.The method is based on the AE phenomenon caused by the outflow of a working medium (gas, liquid) through a through defect.

Анализ существующего уровня техники в указанной области показал, что известен способ акустико-эмиссионного контроля и диагностики сосудов, работающих под давлением, для хранения сжиженного газа, используемый для обнаружения протечек газа через сквозные дефекты, в котором решение о наличии утечки принимается на основе наличия шумов, регистрируемых АЭ системой, а для оценки зоны расположения дефектов и степени их опасности устанавливают сеть датчиков в виде множества первичных преобразователей (RU №2139511, 1999 г.).An analysis of the existing state of the art in this area showed that there is a known method of acoustic emission monitoring and diagnostics of pressure vessels for storing liquefied gas, used to detect gas leaks through end-to-end defects, in which the decision on the presence of a leak is made based on the presence of noise, registered by the AE system, and to assess the zone of location of defects and the degree of their danger, a network of sensors is installed in the form of a set of primary converters (RU No. 2139511, 1999).

Недостатком указанного способа является высокая стоимость его реализации из-за необходимости использования большого количества датчиков, а также невозможность использования для АХОВ.The disadvantage of this method is the high cost of its implementation due to the need to use a large number of sensors, as well as the inability to use for AHOV.

Известен способ обнаружения утечки в ТА, предусматривающий введение продукта обнаружения в виде поискового газа, в качестве которого используют гелий, в один из каналов ТА и использование устройства обнаружения утечки (гелиевую детекторную головку) в другом канале, чтобы обнаружить гелий, который поступил в другой канал за счет утечки, причем создают поток воздуха через канал, содержащий гелиевую детекторную головку, при этом давление в содержащем гелий канале посредством компрессорного средства поддерживают выше, чем в канале, содержащем гелиевую детекторную головку. Этот способ позволяет получать результаты испытаний после короткого периода работы и может быть использован в присутствии воды или другой жидкости (WO 2001032756 А1, 2001 г.).There is a known method for detecting a leak in a TA, which involves introducing a detection product in the form of a search gas, which is used as helium, into one of the channels of the TA and using a leak detection device (helium detector head) in another channel to detect helium that has entered another channel due to leakage, and create an air flow through the channel containing the helium detector head, while the pressure in the channel containing helium by means of compressor means is maintained higher than in the channel, containing I eat helium detector head. This method allows to obtain test results after a short period of work and can be used in the presence of water or another liquid (WO 2001032756 A1, 2001).

Недостатком указанного способа является то, что в ТА могут образовываться воздушные карманы в зависимости от геометрии каналов и при некоторых обстоятельствах в зависимости от наличия в них жидкости. Это может привести к неправильному толкованию результата и его низкой достоверности. Кроме того, указанный способ невозможно использовать для АХОВ.The disadvantage of this method is that air pockets can form in the TA depending on the geometry of the channels and, in some circumstances, depending on the presence of liquid in them. This can lead to misinterpretation of the result and its low reliability. In addition, this method cannot be used for AHOV.

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому способу является способ обнаружения утечек в ТА, имеющем отдельные каналы для рабочей жидкости и теплообменного флюида, предусматривающий введение жидкости обнаружения в один из указанных каналов, пропускание жидкости в различных направлениях в указанном одном из каналом и обнаружение любой жидкости обнаружения, которая просочилась из одного канала в другой из каналов (RU №2344395, 2004 г.).The closest in essence and the technical result achieved to the proposed method is a method for detecting leaks in a TA having separate channels for the working fluid and heat transfer fluid, comprising introducing a detection fluid into one of these channels, passing the fluid in different directions in the specified one of the channels and detection of any detection fluid that has leaked from one channel to another of the channels (RU No. 2344395, 2004).

Недостатком указанного изобретения является низкая достоверность контроля трубчатого ТА, т.к. в изобретении рассмотрен простейший ТА, но на практике в состав трубного пространства входят от десятка до сотен трубок. Кроме этого, в кожухотрубном ТА межтрубное пространство покрыто кожухом и нет физической возможности визуального обнаружения окрашивания или следов от флуоресцентного красителя на дефектах по всей длине трубок без проведения полной разборки ТА. Возможно только выявление следов от красителя на торцах трубной решетки, но тоже после проведения частичной разборки ТА (снятия крышек). Кроме того, в случае использования в качестве продукта обнаружения красителя в прототипе предусматривается его прогон в противотоках для равномерности осаждения красителя, что занимает длительное время, а также требуется периодическая разборка ТА для удаления красителя, что также занимает время. При этом прототип не может использоваться в условиях с опасными или ядовитыми техническими жидкостями, АХОВ, так как требуется обязательное выполнение подготовительных мероприятий по специальной обработке внутренней полости, таких как нейтрализация, дегазация и прочее. В примере использования трубчатого ТА указанный способ не предусматривает использование ТА с пучками труб.The disadvantage of this invention is the low reliability of the control of tubular TA, because the simplest TA is considered in the invention, but in practice, a dozen to hundreds of tubes are included in the tube space. In addition, in the shell-and-tube TA, the annular space is covered with a casing and there is no physical possibility of visual detection of staining or traces of a fluorescent dye on defects along the entire length of the tubes without complete disassembly of the TA. It is only possible to identify traces of dye at the ends of the tube sheet, but also after a partial disassembly of the TA (removal of the covers). In addition, if a dye is used as a detection product in the prototype, it is run in countercurrents for uniform deposition of the dye, which takes a long time, and it also requires periodic disassembly of the TA to remove the dye, which also takes time. At the same time, the prototype cannot be used in conditions with hazardous or poisonous process fluids, AHOV, since it is necessary to carry out preparatory measures for the special treatment of the internal cavity, such as neutralization, degassing, etc. In an example of using tubular TA, this method does not involve the use of TA with bundles of pipes.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, позволяющего сократить время диагностики, в том числе и выявления утечки, и оптимизировать процесс поиска ряда, содержащего, по меньшей мере, одну дефектную трубку кожухотрубного ТА, выполненного со множеством трубок, без его разборки и одновременно обеспечить безопасность контроля технического состояния ТА в условиях работы в контакте с АХОВ.The objective of the present invention is to provide a method that allows to reduce the time of diagnosis, including leak detection, and to optimize the search process for a row containing at least one defective tube shell-and-tube TA, made with many tubes, without disassembling it and at the same time ensure the safety of control technical condition of TA in working conditions in contact with AHOV.

При решении указанной задачи был достигнут технический результат, заключающийся в разработке способа обнаружения утечек в кожухотрубном ТА, в том числе с АХОВ, имеющем отдельные каналы для рабочей жидкости и теплообменного продукта, который предусматривает введение в канал с рабочей жидкостью (трубное пространство) продукта обнаружения в виде газа без прогонки его во встречных направлениях, как это происходит в прототипе, а в канал с теплообменным продуктом (межтрубное пространство) постепенное введение нейтрализующей жидкости с одновременным контролем высоты ее подъема. В качестве продукта обнаружения в виде газа для создания давления подходит любой инертный газ, а также, в некоторых случаях, азот. В качестве нейтрализующей жидкости, подаваемой в межтрубное пространство, можно использовать любую жидкость, способствующую нейтрализации, в том числе воду или уксусную кислоту (1%-2% раствор), а в качестве средства обнаружения использовать акустико-эмиссионный комплекс. Это позволяет исключить контакт обслуживающего персонала с элементами, что обеспечивает безопасность эксплуатации, ускоряет процесс диагностирования, так как исключает возвратное передвижение продукта обнаружения и совмещает процесс определения дефекта с нейтрализацией рабочего пространства. Возможность избирательного выбора ряда из множества каналов с рабочей жидкостью позволяет оптимизировать процесс обнаружения утечки. Заявляемый способ одновременно позволяет увеличить число видов обслуживаемых кожухотрубных ТА с различным количеством горизонтально расположенных пучков трубок.In solving this problem, a technical result was achieved, consisting in the development of a method for detecting leaks in a shell-and-tube TA, including with AHOV, which has separate channels for the working fluid and heat transfer product, which provides for the introduction of the detection product into the channel with the working fluid (tube space) in the form of gas without running it in opposite directions, as occurs in the prototype, and in the channel with the heat-exchange product (annulus) the gradual introduction of a neutralizing liquid from the same belt control of the height of its rise. Any inert gas, as well as, in some cases, nitrogen, is suitable as a detection product in the form of a gas to create pressure. As a neutralizing liquid supplied to the annulus, any liquid that helps to neutralize, including water or acetic acid (1% -2% solution), can be used, and an acoustic emission complex can be used as a means of detection. This makes it possible to exclude contact of maintenance personnel with the elements, which ensures safe operation, speeds up the diagnosis process, as it eliminates the return movement of the detection product and combines the process of defect determination with neutralization of the workspace. The ability to selectively select a number of multiple channels with a working fluid optimizes the leak detection process. The inventive method simultaneously allows you to increase the number of types of serviced shell-and-tube TA with a different number of horizontally arranged bundles of tubes.

Сущность способа заключается в том, что он включает использование отдельных каналов для рабочей жидкости и каналов для теплообменного продукта, выполненных с возможностью контакта между собой, введение продукта обнаружения в, по меньшей мере, один канал для рабочей жидкости, поддержание давления в одном из каналов выше, чем в другом, идентификацию утечек продукта обнаружения из одного канала в другой, в случае их наличия, посредством применения средства обнаружения.The essence of the method lies in the fact that it includes the use of separate channels for the working fluid and channels for the heat exchange product, made with the possibility of contact with each other, introducing the detection product into at least one channel for the working fluid, maintaining the pressure in one of the channels above than in another, the identification of leakages of the detection product from one channel to another, if any, by the use of detection means.

Новым в заявляемом способе является то, что применяют все каналы для рабочей жидкости в виде горизонтальных рядов из трубок с возможностью установки их друг над другом с образованием каналами для теплообменного продукта межтрубного пространства ТА, удаляют из трубок рабочую жидкость, а из межтрубного пространства теплообменный продукт, после чего перекрывают соответствующей заглушкой доступы рабочей жидкости в трубки и теплообменного продукта в межтрубное пространство, вводят во все трубки продукт обнаружения, незамедлительно вводят последовательно по высоте в межтрубное пространство нейтрализующую жидкость, одновременно осуществляют постоянный контроль уровня высоты подъема нейтрализующей жидкости по тарировочной таблице до заполнения ею всего межтрубного пространства ТА, одновременно с вводом нейтрализующей жидкости в межтрубное пространство ТА осуществляют контроль средством обнаружения, в качестве которого используют акустико-эмиссионный комплекс, идентификацию утечки продукта обнаружения определяют по изменению сигналов акустической эмиссии при кавитационном истечении продукта обнаружения из соответствующего ряда трубок в соответствующие каналы для теплообменного продукта с нейтрализующей жидкостью и по зафиксированному ряду трубок, определяемому использованием тарировочной таблицы при нейтрализации межтрубного пространства ТА, после чего удаляют из межтрубного пространства ТА нейтрализующую жидкость, а из трубок продукт обнаружения и осуществляют выявление, по меньшей мере, одной дефектной трубки с имеющейся утечкой из обнаруженного ряда трубок.New in the claimed method is that apply all the channels for the working fluid in the form of horizontal rows of tubes with the possibility of installing them on top of each other with the formation of channels for the heat exchange product of the annulus TA, remove the working fluid from the tubes, and the heat exchange product from the annulus after which they block the access of the working fluid into the tubes and the heat exchange product into the annular space with a suitable plug, the detection product is introduced into all the tubes, immediately introducing sequentially in height in the annulus of neutralizing fluid, at the same time they constantly monitor the level of the lift height of the neutralizing fluid according to the calibration table until it fills the entire annulus of the TA, simultaneously with the introduction of the neutralizing fluid in the annulus of the TA, they are monitored by means of acoustic emission complex, leakage identification of the detection product is determined by the change in acoustic emission signals during cav at a gradual expiration of the detection product from the corresponding row of tubes to the corresponding channels for the heat exchange product with a neutralizing liquid and along the fixed row of tubes determined by the use of the calibration table when neutralizing the annular space of the TA, then the neutralizing liquid is removed from the annular space of the TA, and the detection product is removed from the tubes and detection of at least one defective tube with a leak from the detected row of tubes.

Кроме того, новым в заявляемом способе является то, что в качестве продукта обнаружения может быть использован газ (например, инертный газ или азот), а в качестве нейтрализующей жидкости может быть использован 1%-2% раствор уксусной кислоты.In addition, new in the claimed method is that as a detection product can be used gas (for example, inert gas or nitrogen), and as a neutralizing liquid can be used 1% -2% solution of acetic acid.

Проведенные патентные исследования не выявили технических решений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета изобретения и характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что указанное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The patent studies did not reveal technical solutions that became generally available in the world before the priority date of the invention and are characterized by the claimed combination of features, therefore, it can be assumed that the technical solution meets the patentability condition of “novelty”.

Для специалистов в указанной области заявляемое техническое решение явным образом не следует из уровня техники, следовательно, можно предположить, что указанное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».For specialists in this field, the claimed technical solution clearly does not follow from the prior art, therefore, it can be assumed that the specified technical solution meets the condition of patentability "inventive step".

Кроме того, предлагаемый способ может быть применим на практике при проведении технического диагностирования трубок ТА с целью обеспечения безопасности дальнейшей эксплуатации посредством своевременного выявления сквозных дефектов, что соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».In addition, the proposed method can be applied in practice when conducting technical diagnostics of TA tubes in order to ensure the safety of further operation by timely detection of through defects, which corresponds to the patentability condition “industrial applicability”.

Пооперационное выполнение способа на реализующем его устройстве и результаты испытаний представлены на чертежах, где изображены на:Operational implementation of the method on the device that implements it and the test results are presented in the drawings, which depict:

фиг. 1 - продольный разрез ТА;FIG. 1 - longitudinal section of the TA;

фиг. 2 - поперечный разрез А-А ТА на фиг. 1;FIG. 2 is a transverse section AA AA in FIG. one;

фиг. 3 - графики результатов лабораторных испытаний, отраженных в базе данных компьютера;FIG. 3 - graphs of the results of laboratory tests reflected in the computer database;

фиг. 4 - фрагмент тарировочной таблицы.FIG. 4 - a fragment of the calibration table.

Исследуемый ТА (фиг. 1), реализующий заявляемый способ, содержит горизонтально установленный корпус 1, выполненный в виде кожуха или обечайки, ограниченный с двух сторон трубной решеткой 2 с установленными в нем, по меньшей мере, одним каналом 3 для рабочей жидкости в виде трубки, предпочтительно, нескольких трубок, установленных в виде горизонтальных рядов, расположенных каждый на своем уровне друг над другом, и, по меньшей мере, двумя межтрубными каналами 4 для теплообменного продукта, предпочтительно, нескольких, расположенных каждый на своем уровне, образованных внутренней полостью корпуса, исключая объем занятый трубками, представляющих собою межтрубные пространства между трубными каналами 3 как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, в которых находятся АХОВ, например, компоненты ракетного топлива, подлежащие нейтрализации, то есть удалению АХОВ с поверхности объекта - с внутренней поверхности обечайки ТА и внешней поверхности трубных каналов 3.The investigated TA (Fig. 1), which implements the inventive method, comprises a horizontally mounted housing 1 made in the form of a casing or shell, bounded on both sides by a tube sheet 2 with at least one working fluid channel 3 in the form of a tube , preferably, several tubes installed in the form of horizontal rows, each located at their own level one above the other, and at least two annular channels 4 for the heat exchange product, preferably several, each located on the level formed by the internal cavity of the housing, excluding the volume occupied by the tubes, representing the annular spaces between the pipe channels 3 both in the vertical and horizontal directions in which the AHOV are located, for example, rocket fuel components to be neutralized, that is, to remove AHOV from the surface of the object - from the inner surface of the shell TA and the outer surface of the pipe channels 3.

Корпус 1 снабжен входным 5 и выходным 6 патрубками, а также распределительными камерами 7, 8, образованными каждая прикрепленными с обеих сторон крышками 9 и 10 соответственно. Крышка 10 имеет входной 11 и выходной 12 патрубки, соединенные с пространствами трубок 3. Перед началом осуществления заявляемого способа рабочая жидкость из трубок 3 и теплообменный продукт из межтрубных каналов 4 ТА удаляются. Продукт из межтрубных каналов 4 удаляется самотеком через патрубок 6 в резервную емкость, расположенную ниже уровня установки ТА (на чертеже не показана). Рабочая жидкость из трубного пространства 3 сначала самотеком через патрубок 12, а на конечном этапе под воздействием подаваемого продукта обнаружения выдавливается из трубного пространства. Далее для осуществления способа выходы из пространств трубок 3 через распределительную камеру 8 и выходной патрубок 12 закрывают посредством заглушки 13, а из межтрубных каналов 4 посредством заглушки 14, устанавливаемой на выходном патрубке 6.The housing 1 is equipped with an inlet 5 and an outlet 6 nozzles, as well as distribution chambers 7, 8, each formed by covers 9 and 10 attached on both sides, respectively. The cover 10 has an inlet 11 and an outlet 12 nozzles connected to the spaces of the tubes 3. Before starting the implementation of the proposed method, the working fluid from the tubes 3 and the heat transfer product from the annular channels 4 TA are removed. The product from the annular channels 4 is removed by gravity through the pipe 6 into a reserve tank located below the level of the TA installation (not shown in the drawing). The working fluid from the pipe space 3 is first by gravity through the pipe 12, and at the final stage, under the influence of the supplied detection product, it is squeezed out of the pipe space. Further, for the implementation of the method, the exits from the spaces of the tubes 3 through the distribution chamber 8 and the outlet 12 are closed by means of a plug 13, and from the annular channels 4 by means of a plug 14 mounted on the outlet 6.

Способ реализуется тем, что в трубное пространство каналов 3 сразу после закрытия заглушками 13 и 14 вместо используемой рабочей жидкости (хладоносителя), через входной патрубок 11, посредством подключенного к нему компрессора или ресивера (на чертеже не показан), подается продукт обнаружения - газ, а для легковоспламеняющихся и АХОВ - инертный газ, или азот, который заполняет трубное пространство каждой трубки 3, создавая избыточное давление. Возможно использование любого газа, не вступающего в реакцию с продуктом и применимого для легко воспламеняющихся жидкостей. Для этого подходят как инертные газы, так и азот. Как показывает практика, самым дешевым и наиболее часто применимым для этих целей является азот. С целью расширения ассортимента используемых газов и учитывая способ определения утечки с использованием гелия, описываемый в прототипе, в заявляемом способе предпочтительно используют инертные газы.The method is implemented by the fact that in the pipe space of channels 3 immediately after closing with plugs 13 and 14 instead of the used working fluid (coolant), through the inlet pipe 11, through the connected compressor or receiver (not shown), the detection product is supplied, gas, and for flammable and AHOV - inert gas, or nitrogen, which fills the tube space of each tube 3, creating excess pressure. It is possible to use any gas that does not react with the product and is applicable to flammable liquids. Both inert gases and nitrogen are suitable for this. As practice shows, the cheapest and most often applicable for these purposes is nitrogen. In order to expand the range of gases used and considering the method for determining leakage using helium described in the prototype, inert gases are preferably used in the inventive method.

Процесс ввода газа производится в течение нескольких минут в зависимости от количества трубок, например, от 5 до 10 минут, пока газ не распределится по всему объему соответствующих каналов. При этом осуществляется контроль сигналов АЭ средством обнаружения, выполненным в виде акустико-эмиссионного комплекса, содержащим два датчика 15, выполненными каждый, например, в виде преобразователя АЭ (ПАЭ), подключенных к блоку приема и обработки информации 16, выполненному, например, в виде блока аналого-цифрового преобразователя, соединенному с персональным компьютером 17 с установленным набором программного обеспечения (пакетом установленных программ).The gas injection process takes several minutes, depending on the number of tubes, for example, from 5 to 10 minutes, until the gas is distributed throughout the entire volume of the respective channels. In this case, the AE signals are monitored by a detection tool made in the form of an acoustic emission complex, containing two sensors 15, each made, for example, in the form of an AE converter (PAE) connected to an information reception and processing unit 16, made, for example, in the form unit analog-to-digital Converter connected to a personal computer 17 with an installed set of software (package installed programs).

ПАЭ 15, установленными на фланцах корпуса 1 и контактирующими с трубными решетками 2 ТА, регистрируются колебания и контролируются сигналы АЭ, вызванные истечением газа из трубного пространства каналов 3 в межтрубное 4 через имеющийся сквозной дефект 18. Сразу после введения продукта обнаружения незамедлительно приступают ко вводу в межтрубное пространство 4 нейтрализующей жидкости (фиг. 1, 2), например, воды либо иной жидкости в зависимости от используемого вида АХОВ, например, нейтрализация несимметричного диметилгидразина осуществляется 1%-2% раствором уксусной кислоты через входной патрубок 5. Процесс сопровождается дальнейшей последовательной подачей жидкости самотеком до заполнения объема кожуха, при этом по мере заполнения каналов 4 межтрубного пространства уровень жидкости поднимается до соответствующих горизонтальных рядов уровней расположения трубок 3. Одновременно при контроле сигналов АЭ в блоке приема и обработки информации 16 необходимо следить за существенным изменением параметров сигналов АЭ, которое появляется при газовой кавитации, сопровождающейся появлением пузырьков выходящего через дефект 18 из трубок 3 газа в нейтрализующую жидкость под действием перепада давлений. Это будет свидетельствовать о заполнении и постепенным затоплении трубного пространства 3 нейтрализующей жидкостью и при наличии сквозного дефекта началу истечения газа из трубного пространства каналов 3 в межтрубное пространство каналов 4 в жидкость. При этом давление продукта обнаружения в каждом трубном канале 3 поддерживают незначительно большим, чем давление столба жидкости в контактирующих с ним межтрубных каналах 4.PAE 15 mounted on the flanges of the housing 1 and in contact with the tube sheets 2 of the TA, vibrations are recorded and AE signals are monitored, caused by the outflow of gas from the tube space of the channels 3 into the annulus 4 through an existing through defect 18. Immediately after the introduction of the detection product, they immediately enter annulus 4 of neutralizing liquid (Fig. 1, 2), for example, water or another liquid, depending on the type of AHOV used, for example, neutralization of asymmetric dimethylhydrazine is carried out 1 % -2% solution of acetic acid through the inlet 5. The process is accompanied by a further sequential flow of fluid by gravity until the casing volume is filled, while as the channels 4 of the annular space are filled, the liquid level rises to the corresponding horizontal rows of tube arrangement levels 3. At the same time, when AE signals are monitored in the unit for receiving and processing information 16, it is necessary to monitor a significant change in the parameters of AE signals, which appears during gas cavitation, accompanied by a belt leniem bubbles discharged through the defect 18 of the gas tubes 3 in the neutralizing liquid under the action of differential pressure. This will indicate the filling and gradual flooding of the tube space 3 with a neutralizing liquid and, if there is a through defect, the beginning of gas outflow from the tube space of the channels 3 into the annular space of the channels 4 into the liquid. In this case, the pressure of the detection product in each pipe channel 3 is maintained slightly higher than the pressure of the liquid column in the annular channels 4 in contact with it.

Появление кавитационного режима истечения газа в канале характеризуется измененными значениями контролируемых параметров сигналов АЭ. При этом размер найденного дефекта не определяется, а фиксируется только месторасположение ряда трубок, в котором найдена утечка хотя бы в одной трубке.The appearance of the cavitation regime of gas outflow in the channel is characterized by altered values of the controlled parameters of the AE signals. In this case, the size of the defect found is not determined, and only the location of a number of tubes in which a leak is found in at least one tube is recorded.

Для реализации предложенного способа предварительно подготавливают тарировочную таблицу по заполнению объема внутреннего межтрубного пространства кожуха. В нормативно-технической документации на каждый ТА есть данные, позволяющие ее построить (фиг. 4). При построении тарировочной таблицы учитывается плотность применяемой нейтрализующей жидкости и габариты ТА. Итоговая тарировочная таблица должна содержать зависимость количественных характеристик уровня высоты подъема столба нейтрализующей жидкости от объема заправленной в межтрубное пространство нейтрализующей жидкости с указанием номера рядов трубок, соответствующих указанным параметрам.To implement the proposed method, a calibration table is preliminarily prepared for filling the volume of the inner annular space of the casing. In the regulatory and technical documentation for each TA there is data that allows it to be built (Fig. 4). When constructing the calibration table, the density of the used neutralizing liquid and the dimensions of the TA are taken into account. The final calibration table should contain the dependence of the quantitative characteristics of the level of the column height of the neutralizing liquid on the volume of the neutralizing liquid charged into the annulus with the number of rows of tubes corresponding to the specified parameters.

При появлении изменения параметров сигнала АЭ оператор отмечает на тарировочной таблице, какой высоте подъема уровня нейтрализующей жидкости соответствует это изменение, тем самым определяя и горизонтальный ряд трубок 3, соответствующий этой высоте. Операция продолжается до полного заполнения межтрубного пространства нейтрализующей жидкостью. В случае обнаружения повторного изменения параметров сигнала АЭ оператор снова отмечает, какой высоте уровня жидкости соответствует это изменение. Способ позволяет после проведения испытания по уровню, при достижении которого происходило изменение параметров сигнала АЭ, определить соответствующий горизонтальный ряд трубок, в одной или нескольких из которых имеется сквозной дефект, способствующий течи. В дальнейшем производится удаление из пространства ТА нейтрализующей жидкости посредством снятия с выходного патрубка 6 заглушки 14 и слива нейтрализующей жидкости в емкость для последующей утилизации, затем осуществляют выявление, по меньшей мере, одной дефектной трубки из обнаруженного ряда трубок с имеющейся утечкой, для чего в выявленном ряду проводятся дополнительные обследования по определению конкретного места утечки различными общепринятыми средствами неразрушающего контроля, например, ультразвуковым дефектоскопом, и их изоляция, например, пробками. В случае превышения количества выявленных дефектных трубок более 15% от их общего числа в ТА производится выемка трубного пучка и его ремонт.When there is a change in the parameters of the AE signal, the operator notes on the calibration table what elevation of the level of the neutralizing liquid this change corresponds, thereby determining the horizontal row of tubes 3 corresponding to this height. The operation continues until the annulus is completely filled with a neutralizing fluid. In case of detection of a repeated change in the parameters of the AE signal, the operator again notes what height of the liquid level corresponds to this change. The method allows after testing at the level at which the AE signal was changed, to determine the corresponding horizontal row of tubes, in one or more of which there is a through defect that contributes to leakage. Subsequently, neutralizing liquid is removed from the space TA by removing the plug 14 from the outlet pipe 6 and draining the neutralizing liquid into a container for subsequent disposal, then at least one defective tube is detected from the detected row of tubes with a leak, for which purpose a number of additional examinations are carried out to determine the specific leak location by various generally accepted non-destructive testing means, for example, an ultrasonic flaw detector, and their yatsiya, e.g., plugs. If the number of detected defective tubes exceeds 15% of their total number in the TA, the tube bundle is removed and repaired.

Эксперименты проводились с использованием акустико-эмиссионной системы «А-Line 32D» модификации «Ethernet-Вох», состоящей из сетевого промышленного компьютера, комплекта соединительных кабелей, предусилителей или модулей и ПАЭ. Управление платами в корпусе сетевого промышленного компьютера осуществляется при помощи другого персонального компьютера с набором программного обеспечения.The experiments were carried out using the A-Line 32D acoustic emission system of the Ethernet-Voh modification, consisting of an industrial industrial computer, a set of connecting cables, preamplifiers or modules, and a PAE. Boards in the case of a networked industrial computer are controlled by another personal computer with a set of software.

Применение заявленного способа приводит к оптимизации процесса поиска места негерметичности при наличии множества трубок в ТА, что позволяет исключить необходимость дополнительного обследования другими методами контроля до 96%. Такое ограничение области поиска дефектных труб приводит к ускорению поиска дефектной трубки из общего множества трубок ТА. Например, ТА ТЛ-160 состоит из 476 трубок, использование предложенного способа позволяет определить ряд трубок, одна или несколько из которых содержит дефект, приводящий к утечке. В зависимости от уровня подъема жидкости можно выявить ряд, содержащий от 11 до 23 трубок. При выявлении ряда из 15 трубок оптимизация поиска течи заключается в исключении необходимости обследования 96,9% трубок, из 22 трубок - 95,4% из их общего числа.The application of the claimed method leads to the optimization of the process of finding a leak point in the presence of multiple tubes in a TA, which eliminates the need for additional examination by other control methods up to 96%. Such a limitation of the search area for defective pipes leads to an acceleration of the search for the defective tube from the total set of TA tubes. For example, TA TL-160 consists of 476 tubes, the use of the proposed method allows to determine a number of tubes, one or more of which contains a defect leading to leakage. Depending on the level of fluid rise, a row containing 11 to 23 tubes can be identified. If a series of 15 tubes is identified, optimization of leak detection consists in eliminating the need for inspection of 96.9% of tubes, out of 22 tubes - 95.4% of the total number.

На фиг. 3 представлены графики, характеризующие различные параметры сигналов АЭ, генерируемых при истечении рабочей среды через сквозной дефект диаметром 0,5 мм, предварительно нанесенный в трубке ТА, при следующих параметрах рабочего режима: в трубном пространстве - азот под давлением 0,2 МПа. Числовые значения показателей, представленных на этих графиках, меняются в случае изменения режима истечения (создание кавитационного режима). По оси абсцисс указывается время проведения испытаний, а по оси ординат - значения параметров сигналов АЭ.In FIG. Figure 3 presents graphs characterizing various parameters of AE signals generated during the expiration of the working medium through a through defect with a diameter of 0.5 mm, previously deposited in the TA tube, with the following operating parameters: in the tube space — nitrogen under a pressure of 0.2 MPa. The numerical values of the indicators presented in these graphs change if the expiration mode changes (creation of a cavitation mode). The abscissa indicates the time of the test, and the ordinate indicates the values of the parameters of the AE signals.

Возможность осуществления заявляемого способа обнаружения утечек в кожухотрубных ТА подтверждается использованием для его реализации средств, известных до даты приоритета, в том числе на уровне их функционального обобщения, а также материалов, применяющихся в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности. Заявляемый способ позволяет решить задачу, заключающуюся в обеспечении безопасности эксплуатации ТА в условиях работы в контакте с АХОВ, из-за отсутствия необходимости доступа к элементам диагностируемого ТА, сократить время обнаружения утечки, оптимизировав процесс поиска соответствующего ряда, содержащего дефектную трубу кожухотрубного ТА без его разборки, а также совместить процесс определения дефекта с проведением обязательной операции по нейтрализации межтрубного пространства.The possibility of implementing the proposed method for detecting leaks in shell-and-tube TA is confirmed by the use for its implementation of means known up to the priority date, including at the level of their functional generalization, as well as materials used in the chemical, petrochemical, and oil refining industries. The inventive method allows to solve the problem of ensuring the safety of the operation of the SLT in working conditions in contact with the AHOV, due to the lack of access to the elements of the diagnosed SLT, to reduce the leak detection time by optimizing the search process for the corresponding row containing the defective tube of the shell-and-tube SLT without dismantling , as well as combine the process of determining the defect with the mandatory operation to neutralize the annular space.

Claims (3)

1. Способ обнаружения утечек в кожухотрубном теплообменном аппарате, заключающийся в том, что используют отдельные каналы для рабочей жидкости и каналы для теплообменного продукта, выполненные с возможностью контакта между собой, вводят продукт обнаружения в по меньшей мере один канал для рабочей жидкости, поддерживают давление в одном из каналов выше, чем в другом, идентифицируют утечки продукта обнаружения из одного канала в другой, в случае их наличия, средством обнаружения, отличающийся тем, что применяют все каналы для рабочей жидкости в виде горизонтальных рядов из трубок с возможностью установки их друг над другом с образованием каналами для теплообменного продукта межтрубного пространства теплообменного аппарата, удаляют из трубок рабочую жидкость, а из межтрубного пространства теплообменный продукт, после чего перекрывают соответствующей заглушкой доступы рабочей жидкости в трубки и теплообменного продукта в межтрубное пространство, вводят во все трубки продукт обнаружения, незамедлительно вводят последовательно по высоте в межтрубное пространство нейтрализующую жидкость, одновременно осуществляют постоянный контроль уровня высоты подъема нейтрализующей жидкости по тарировочной таблице до заполнения ею всего межтрубного пространства теплообменного аппарата, одновременно с вводом нейтрализующей жидкости в межтрубное пространство теплообменного аппарата осуществляют контроль средством обнаружения, в качестве которого используют акустико-эмиссионный комплекс, идентификацию утечек продукта обнаружения определяют по изменению сигналов акустической эмиссии при кавитационном истечении продукта обнаружения из соответствующего ряда трубок в соответствующие каналы для теплообменного продукта с нейтрализующей жидкостью и по зафиксированному ряду трубок, определяемому использованием тарировочной таблицы при нейтрализации межтрубного пространства теплообменного аппарата, после чего удаляют из межтрубного пространства теплообменного аппарата нейтрализующую жидкость, а из трубок продукт обнаружения и осуществляют выявление по меньшей мере одной дефектной трубки с имеющейся утечкой из обнаруженного ряда трубок.1. A method for detecting leaks in a shell-and-tube heat exchanger, which consists in using separate channels for the working fluid and channels for the heat-exchanging product, made with the possibility of contact with each other, introducing the detection product into at least one channel for the working fluid, maintain pressure one of the channels higher than in the other identifies leakages of the detection product from one channel to another, if any, with a detection means, characterized in that all channels are used for the working fluid In the form of horizontal rows of tubes with the possibility of installing them one above the other with the formation of channels for the heat exchange product of the annular space of the heat exchanger, the working fluid is removed from the tubes, and the heat exchange product is removed from the annular space, after which the access of the working fluid into the tubes and the heat exchange is blocked with a suitable plug product into the annulus, the detection product is introduced into all the tubes, the neutral is immediately introduced sequentially in height into the annulus lysing fluid, at the same time, they constantly monitor the level of elevation of the neutralizing liquid according to the calibration table until it fills the entire annular space of the heat exchanger, simultaneously with the introduction of the neutralizing liquid into the annular space of the heat exchanger, they are monitored by an acoustic emission complex, leak identification the detection product is determined by the change in acoustic emission signals during cavitation the detection product from the corresponding row of tubes into the corresponding channels for the heat exchange product with a neutralizing liquid and the fixed row of tubes determined by the use of the calibration table when neutralizing the annular space of the heat exchanger, then the neutralizing liquid is removed from the annular space of the heat exchanger and the detection product is removed from the tubes and identify at least one defective tube with a leak from the detected row of tubes . 2. Способ обнаружения утечек по п. 1, отличающийся тем, что в качестве продукта обнаружения используют газ (например, инертный газ или азот).2. A method for detecting leaks according to claim 1, characterized in that a gas (for example, inert gas or nitrogen) is used as the detection product. 3. Способ обнаружения утечек по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве нейтрализующей жидкости используют 1-2% раствор уксусной кислоты.3. A method for detecting leaks according to claim 1 or 2, characterized in that a 1-2% solution of acetic acid is used as a neutralizing liquid.

Images