刘庆超

(上海龙澄专用车辆有限公司,上海 201707)

压力容器两种检漏方法等效计算的研究

刘庆超

(上海龙澄专用车辆有限公司,上海 201707)

为保证产品质量,压力容器在出厂或入厂时一般都要做密封泄漏检查,检漏的目的是确定被检件漏孔的位置和漏率。这里说的压力容器,可以是铸造和焊接壳体类零部件,也可以是有压力盛装要求的组装成品,对于盛装毒性较强的介质尤为重要。压力容器泄漏可以分为大漏和微漏两种情况,大漏很容易检查发现,这里主要谈谈微漏检查的问题。通过对真空箱氦检漏和包扎吸枪法检漏转换关系和公式的推导,确定了两种检漏方法的等效关系,为压力容器的质量控制和验收标准提供了参考依据。

压力容器 检漏 质量 标准

1　前言

在微漏检查方法中，利用真空箱氦气检漏(简称真空氦检漏)和包扎吸枪法检漏(简称包扎检漏)是近几年广泛使用的两种方法。真空氦检漏法的检测介质是氦气(He)，包扎检漏介质比较成熟的是SF6气体，两者检漏的精度大体相当。两检漏方法对比列表如表1:

在企业里，真空氦检漏和包扎检漏往往同时使用，这就存在两种检漏方法是否等效的问题，而对于两种检漏方法的等效研究国内文章并不多见。

基于此，本文深入研究真空氦检漏法测得的泄漏率与包扎检漏法测得的ppm体积浓度之间的关系，探讨两种压力容器气密性检测方法的等效情况，并判断两种检测方法在验收时取值标准的合理性。

2　计算原理

2.1计算模型

图1　模型1

模型1——真空箱氦检漏方法;模型2——为SF6包扎检漏方法（如图1，2）。

2.2分子类型泄漏率转换因子公式

(1)当压力容器缺陷导致极微小的泄漏(微漏)属于分子型泄漏，其使用不同气体进行试验时的转换关系为

其中

m实际——实际使用气体摩尔质量，

m检测——检测用气体摩尔质量

对于SF6和He，其转换关系为

图2　模型2

表1　

(2)当壳体缺陷导致较明显的泄漏属于粘性流泄漏，其使用不同气体进行试验时的转换关系为

其中

μ实际——实际使用气体粘性系数，

μ检测——检测用气体粘性系数

对于SF6和He，其转换关系为

真空氦检测时，可设定当发生大漏时其系统将在第一阶段报警;未发生大漏报警时再进入微漏检测阶段。依据前述，本文泄漏计算是针对分子型泄漏，此时，K2在本计算公式中不使用(K2是针对层流式泄漏而设置的参数)。

2.3压力折算公式

用氦气检漏和用SF6检漏如果采用不同的测量压力，应当根据气体粘滞流动原理进行折算，其折算关系为

其中

PSF6——SF6气体绝对压力，

PHe——He气体绝对压力

2.4绝对泄漏量计算

其中

MSF6——包扎腔内泄漏的SF6气体质量;

MHe——真空箱内泄漏的He气体质量;

热力学方程

其中

P——气压，Pa;

V——体积，m3;

n——摩尔数，mol

R——热力学常数

T——温度，K

由于泄漏引起的压力压力差ΔP为:

对于同一种气体，

其中

M——气体质量;

mmol——气体摩尔质量;

则:

于是，对于He，

对于SF6气体

2.5体积浓度定义(ppm)

SF6气体检漏仪检测ppm的单位为μL/L。包扎容积内的体积浓度和SF6泄漏量的关系为

其中

VSF6——SF6气体体积，m3;

Vair——包扎腔内空气体积，m3;

V壳——压力容器内容积，m3

2.6氦检漏与SF6检漏的等效关系

其中:

因此，

已知

R=8.314

ρSF6=6kg/m3(标准大气压下)

T=273+27=300K

mHemol=0.004kg/mol

2.7单位容积壳体泄漏率的定义

根据[G]的定义，此泄漏率实际考虑了设备的总容积，因此[G]与壳体内容积V壳有关系。当使用此设备对不同容积的壳体进行检测时，应当扣除容积的影响才能判断不同容积的壳体是否达到规定的泄漏率。

作为通用计算公式，宜采用压力降(Pa/s)作为单位体积容器的泄漏检测标准，即[G]/V。

根据以往本人在企业实际工作中获得的氦检漏的统计试验数据，检漏数据在15min后趋于稳定，因此取15min后的检测泄漏率值[ΔPHe/ Δt]，并认为与24h后无明显差别。因此，

代入(15)，

经估算，包扎腔的容积近似为壳体内容积的5%左右，即有

则

公式(20)即为真空氦检漏法检测泄漏率与包扎检漏法检测体积浓度等效换算关系的最终公式。也就是说，虽然真空氦检漏法与包扎检漏法检测原理不同，检测介质和单位也不同，但是两者之间仍可以进行对比、换算，解决了同一压力容器采用不同检漏方法而带来的判断标准是否有差异的疑惑。

表1　真空氦检漏检漏结果采用2ppm和5ppm判断标准的比较

2.8公式换算和应用举例

在公式(20)中，体积浓度ppm的取值比较直观且很关键，它体现了企业对压力容器检漏控制质量严格的程度，因此考虑检验成本和质量风险，需要合理确定ppm的取值。根据企业实践，取体积浓度2ppm和5ppm两个值来比较哪一个更适合做为检漏标准，于是

当ppm=2时，[G]/V=7×10-7

当ppm=5时，[G]/V=1.75×10-6

企业工作人员选择了14件压力容器进行了检测验证，14件压力容器有容积相同但零件不同的情况，比较情况见表1。

从表1可看出:

(1)当选择2ppm作为合格泄漏浓度时，其判定为不合格产品比例较高，且与探伤结果不一致;

(2)当选择5ppm作为合格泄漏浓度时，其判定为不合格产品比例较合理，且与探伤结果比较一致。

3　结语

(1)真空氦检漏法检测泄漏率与包扎检漏法检测体积浓度具有等效换算关系，两者之间可以进行对比、换算;

(2)真空氦检漏单位[G]/V(Pa/s)作为检漏新标准排除了壳体的影响，具有较好的通用性;

(3)真空氦检漏法与包扎检漏法如果在同一企业同时应用，那么可以采用公式(20)的换算方法确定泄漏质量的验收标准。例如，可以尝试对体积浓度取不同值进行验证。

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[2]梁国伟,蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京:化学工业出版社, 2002.

[3]孔智文,钱婷婷.压力容器氦检漏试验方法[J].化工装备技术, 2006,第27卷,第5期.

[4]GB11023-89中华人民共和国行业标准高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法[S].中国标准出版社,1998.1.

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刘庆超(1975—),男,中级质量工程师,曾经从事高压开关产品质量控制工作,现从事专用汽车质量管理工作。