摘要：漏率指標(biāo)是評價(jià)大型低溫容器產(chǎn)品質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)之一，準(zhǔn)確定量漏率值是產(chǎn)品絕熱性可靠性和安全性的重要保證。本文詳述了大型低溫容器檢漏系統(tǒng)的配置、檢漏系統(tǒng)最小可檢漏率的估算反應(yīng)時間確定，并給出了氦質(zhì)譜定量檢漏方法。

具有特殊用途的貯存液氫的大型低溫容器，其有效容積約650m2；采用高真空多層絕熱，總漏率指標(biāo)小于1×106Pa·m'/s。由于該產(chǎn)品貯存的低溫液體為液氫，液體汽化后的氣體為易燃易爆危險(xiǎn)氣體，對漏率指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求，以確保產(chǎn)品使用的安全性和可靠性。在大型低溫設(shè)備的檢漏過程中，普遍存在內(nèi)、外容器容積大及大面積的長焊縫，導(dǎo)致檢漏儀的抽氣系統(tǒng)不能滿足要求或無法正常工作及檢漏時間過長、檢漏效率低、檢漏靈敏度下降等諸多大容器檢漏問題，因此，有必要對產(chǎn)品的漏率測量制定檢測方案本文針對大型液氫容器的檢漏技術(shù)，詳述了檢漏系統(tǒng)的配置、檢漏系統(tǒng)最小可檢漏率的估算和反應(yīng)時間的確定等方面內(nèi)容，給出了液氫低溫容器在制造階段中的焊縫、管路閥門以及產(chǎn)品總漏率的檢漏方法。

1、氦質(zhì)譜檢漏系統(tǒng)

目前，氦質(zhì)譜檢漏儀最小可檢漏率已達(dá)到了102Pa·m2/s，反應(yīng)時間小于3s。但在實(shí)際檢漏大容器所需要的反應(yīng)時間要比儀器本身的反應(yīng)時間大得多。為了得到較小的最小可檢漏率和較短的反應(yīng)時間，一般大容器檢漏系統(tǒng)都配有真空輔助抽氣系統(tǒng)檢漏系統(tǒng)中，主要有被檢容器、真空輔助系統(tǒng)（次級泵+輔助泵）和檢漏儀三部分組成，如圖1所示。對大容器檢漏時，一般需先開啟真空輔助系統(tǒng)，當(dāng)被檢容器內(nèi)的氣載壓力滿足檢漏要求后，開啟檢漏儀，用標(biāo)準(zhǔn)漏孔測量檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率和檢漏反應(yīng)時間，當(dāng)參數(shù)滿足要求后，即可開展檢漏工作。

如上所述，真空輔助系統(tǒng)是用來抽除被檢容器中的大部分氣體，使檢漏儀能夠處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時減小整個檢漏系統(tǒng)的反應(yīng)時間和清除時間，因此，真空輔助系統(tǒng)的抽速應(yīng)能夠滿足被檢容器的氣載要求。則有Q+ΣQ≥S.P (1)式中Q為被檢容器的漏率；

ΣQ.被檢容器內(nèi)材料的總放氣量；s，為質(zhì)譜分析室對氣體的抽速；

(1)大容器檢漏時, 應(yīng)根據(jù)被檢容器的氣載情況和可能的漏氣量選擇輔助抽氣系統(tǒng)的次級泵和輔助泵

(2)使用輔助泵會使檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率增大了(S,+S/s倍。

(3)反應(yīng)時間決定于被檢容器容積的大小和抽氣泵對被檢容器的抽速。不用次級泵時,S=SitSi,用次級泵時, s等于次級泵的抽速

(4)使用次級泵不會降低檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率,只能減少抽空時間和反應(yīng)時間;

(5)反應(yīng)時間和漏氣量對檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率無關(guān)對大型液氫低溫容器檢漏,由于體積大, 漏放氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于檢漏儀的抽氣量, 需要借助真空輔助系統(tǒng)進(jìn)行抽氣, 因此,在檢漏系統(tǒng)的配置時,需要首先考慮抽氣系統(tǒng)的有效抽速是否滿足檢漏抽空要求,其次要考慮檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率、反應(yīng)時間是否滿足被檢容器允許漏率指標(biāo)。

在檢漏系統(tǒng)中真空輔助系統(tǒng)中的次級泵可大大縮短檢漏時間,但它不影響檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率值; 輔助泵會影響檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率,在檢漏時,應(yīng)保證檢漏儀處于最佳工作 壓強(qiáng)的情況下,盡量打開檢漏儀支路閥, 關(guān)小輔助泵閥,盡可能降低檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率值。

2、檢漏方法

由于大型液氫低溫容器的體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫長，如果用噴吹法一點(diǎn)一點(diǎn)去檢，可能需要幾天、幾十天，甚至更長的時間，這樣的檢漏周期在工藝中往往是不允許的若借助于總體檢漏一次解決問題，雖然可以大大節(jié)約零部件的檢漏時間，一旦總漏率超出指標(biāo)，還是要去對漏點(diǎn)進(jìn)行定位；如果漏點(diǎn)在容器不可修復(fù)的位置，如低溫容器的內(nèi)容器上，將可能造成整個產(chǎn)品報(bào)廢，給產(chǎn)品帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失因此，大容器檢漏的有效方法是：

在大容器加工過程中，先用檢漏盒法對每條焊縫進(jìn)行嚴(yán)格檢漏，確保焊縫質(zhì)量，對產(chǎn)品上的法蘭密封，管路、閥門等不可修補(bǔ)的零部件要進(jìn)行嚴(yán)格檢漏，確保各部分的漏率值滿足要求，然后再對大容器進(jìn)行總裝檢漏。因此，對于大容器的檢漏工作應(yīng)從產(chǎn)品的零部件開始，貫穿于設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用整個過程，以保證大型低溫容器的漏率指標(biāo)。

2.1加工階段的檢漏

2.1.1焊縫加工過程中的檢漏方法

因大型液氫容器的內(nèi)、外容器有若干環(huán)焊縫，要求焊縫總漏率小于6×110°Pa*m/s。因?yàn)槿萜黧w積較大，所以焊縫較長，檢漏的次數(shù)較多，，故漏率的分配和檢漏儀的選擇是非常重要的以長度為1000m的焊縫為例，假若每次檢漏時檢漏盒的長度為0.4m，那么檢漏次數(shù)為2500次，每盒單個環(huán)焊縫的漏率允許值為2.4×10"Pa·m'/s，則檢漏的最小可檢漏率應(yīng)達(dá)到10"Pa·m/s，需要選用真空盒法檢漏，檢漏方法如圖圖2所示，將焊縫罩住抽真空，當(dāng)檢漏儀處于最佳工作狀態(tài)時，在另一側(cè)的氦罩內(nèi)沖氦氣，對焊縫進(jìn)行檢漏。另外，對于低溫容器選用的材料而言，對每批次材料進(jìn)行檢驗(yàn)，材料內(nèi)部的瑕疵也可能造成漏氣的原因

2.1.2管路、閥們的檢漏方法

液氫容器的管路和閥門的容積較小，可參考焊縫加工過程中的檢漏方法，在檢漏前對所有管材均要進(jìn)行材質(zhì)分析，經(jīng)過檢驗(yàn)后的管材還需進(jìn)行冷熱沖擊處理，尤其對內(nèi)容器焊縫和容器引出管的焊縫，在檢漏前用液氮冷卻，復(fù)溫后再次冷卻，經(jīng)反復(fù)幾次使焊縫經(jīng)受冷熱沖擊。若某些焊縫焊接質(zhì)量差，則冷熱沖擊可使漏孔暴露的可能性增大。

閥門大多為真空絕熱型，需對它們的漏率指標(biāo)進(jìn)行復(fù)測驗(yàn)收

2.2總漏率檢漏方法

對于容積約650m2的大型液氫容器，結(jié)合圖1中對檢漏系統(tǒng)的分析，設(shè)計(jì)了一套分子泵輔助抽氣系統(tǒng)對內(nèi)容器、產(chǎn)品總漏率進(jìn)行漏率檢測。

分子泵機(jī)組是一種少油的較清潔的高真空泵，它對容器的污染主要發(fā)生在分子泵啟動和停止的過程中?？紤]到分子泵的運(yùn)行時間較短，并且需要有較大的有效抽速，所以在分子泵前只安裝閘板閥而不增加冷阱，以便使管道有較大的流導(dǎo)。分子泵啟動正常工作前不開閥門，停止時先關(guān)閥門，后充氮?dú)馇逑?、以防止啟動和停止過程中的返油污染選用了三臺抽速為1500L/s的型號為F250/1500分子泵做檢漏系統(tǒng)的主抽泵（次級泵)，F(xiàn)B-450分子泵做F250/1500分子泵的前級，2X.30機(jī)械泵做FB-450前級泵。分子泵檢漏真空系統(tǒng)的原理圖如圖3所示

F250／1500 分子泵入口直徑為 250mm，選取抽氣管道直徑 250mm，取其有效長度為 500mm。

分子泵主要工作在優(yōu)于 102Pa的真空度下，屬分子流狀態(tài)。按圓截面短管計(jì)算 Φ250mm管道的流導(dǎo)為2043 L／s。所以，每臺 F250／1500 分子泵對容器的有效抽速為 865 L／s，三臺 F250／1500 分子泵對容器的有效抽速為 2595 L／s。

分子泵出口直徑為Φ50mm，直接用Φ50 mm，500 mm的管道同F(xiàn)B-450分子泵系統(tǒng)連接，Φ50mm管導(dǎo)流導(dǎo)為26 L／s，F(xiàn)B-450分子泵的有效抽速為 26 L／s。

前級由1臺2X-30機(jī)械泵組成，由Φ40mm，400mm 長管路連接，則管路流導(dǎo)為 17 L／s，有效抽速為 11 L／s。

由以上計(jì)算可知，三臺 F250／1500 分子泵對容器的有效抽速為 2595 L／s，F(xiàn)B-450分子泵的有效抽速為26L／s，2X-30機(jī)械泵的有效抽速為 11L／s。

被檢容器制造材料一般是不銹鋼，不銹鋼1h的出氣率為 2.3x105Pa·L／（s·cm），內(nèi)容器的表面積按 5000㎡計(jì)算，得該容器的最大放氣量一般不會超過 1000 Pa·L／s，逆擴(kuò)散檢漏儀正常工作時的壓力按1Pa計(jì)算，S．＝2L／s，則按公式（2）計(jì)算出的輔助系統(tǒng)的抽速應(yīng)大于1000 L／s，本方案三臺分子泵并聯(lián)做為次級泵，其有效抽速為2595 L／s，大于系統(tǒng)要求的1000 L／s，可以滿足抽氣要求。

若檢漏儀入口處的抽速為2 L／s，并假設(shè)檢漏儀自身的最小可檢漏率為Qmn（Pa·m／s），那么檢漏系 統(tǒng)的最小可檢漏率按文中2的分析可能出現(xiàn)下面幾種情況：

（1）檢漏儀接在FB450分子泵入口處時，其檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率為14 Qmin。

（2）檢漏儀接在2X-30機(jī)械泵入口處時，其檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率為7 Qwin （3）檢漏儀接在 2X-30機(jī)械泵入口處，2X-30機(jī)械泵全關(guān)，其檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率為Qmino 若Q為1.0x10-＂Pa·㎡／s，接在FB450分子泵入口時，檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率變?yōu)?.4x1010 Pa·㎡／s（FB450 分子泵全開、2X-30全開）；接在2X-30機(jī)械泵入口處時（2X-30全開），檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率為7.0x10-"Pa·m/s;

接在2X-30 機(jī)械泵入口處時（2X-30全關(guān)），檢漏系統(tǒng)的最小可檢漏率為1.0x10-"Pa·m/s。

通過以上分析，在實(shí)際的檢漏過程中，可分別控制分子泵前或機(jī)械泵前的閥門流導(dǎo)，用安裝在容器且 遠(yuǎn)離抽氣系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)漏孔來實(shí)測檢漏系統(tǒng)的有 效最小可檢漏率和檢漏系統(tǒng)的反應(yīng)時間，當(dāng)滿足要求后，方可開展檢漏工作0反應(yīng)時間主要受被檢容器容積和次級泵有效抽速的影響，按公式（8）計(jì)算可得＝4.1 min。

3、結(jié)論

通過對大型液氫低溫容器檢漏系統(tǒng)的 分析與合理配置,檢測系統(tǒng)的有效最小可檢漏率在(1.4 x 10-10-7.0 x 101 Pa m)之間,反應(yīng)時間約為4 min左右,與產(chǎn)品的允許漏率指標(biāo)小于1.0 x 10" Pa-m/s相比,檢漏系統(tǒng)的有效最小可檢漏率、輔助抽氣系統(tǒng)的配置均滿足液氫低溫容器的漏率檢測要求, 說明檢漏方案的設(shè)計(jì)是可行和有效的。

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