Методы контрооя. В мире неразрушающего контроля 2 (44) июнь 2009 Mobile Methods of Leakage Testing
 Скачать 2.2 Mb.
|
|
11 Течеискание В мире неразрушающего контроля 2 (44) июнь 2009 Mobile Methods of Leakage Testing N. Riess A. F. Ivankov, T. V. Singajewskaja Review of high-usage and good proved methods of mobile leakage testing not requiring complex costly equipment and being applied even under field conditions – like bubble method, acoustic method, luminescent-color penetrant method, hydrogen and helium leak detectors. С егодня уже ни у кого не вызывает сомнения, что развитие промышлен- ности должно происходить не только за счет увеличения объемов выпускаемой продукции и расширения ее ассорти- мента. Залогом нормального функцио- В зависимости от направления дви- жения потока различают понятия «нате- кание» и «утечка», которые соответствен- но означают проникновение вещества внутрь либо изнутри герметизирован- ного изделия через течи под действием перепада полного или парциального давления либо под действием капилляр- ных сил при использовании жидкостных методов контроля герметичности. Наглядное представление о пример- ном соотношении скорости натекания, размера (диаметра) течи и фактического проявления течи дает табл. 1. В данной статье на примере продукции, выпускаемой компанией Helling GmbH (Германия), рассматриваются часто ис- пользуемые на практике и хорошо заре- комендовавшие себя простые мобиль- ные методы течеискания, не требующие использования дорогостоящего обору- дования и применимые также в полевых условиях. Пузырьковый метод Сущность пузырькового метода кон- троля герметичности заключается в ре- гистрации локальных утечек в объекте по появлению пузырьков контрольного газа в индикаторной жидкости или на индикаторном покрытии. Метод при- меняется для контроля герметичности емкостей, гидравлических и газовых систем, находящихся под избыточным давлением. Для проведения контроля способом пенопленочного индикатора на контро- лируемую поверхность находящегося под избыточным давлением объекта наносится специальное пенообразую- щее вещество. Контрольный газ, прони- Технологии НК Мобильные методы контроля герметичности Об авторах Натанаэль Рисс Президент Иванков Андрей Федорович Технический директор Сотрудники компании Helling GmbH (Германия): Сингаевская Татьяна Владимировна Начальник лаборатории нирования промышленных предприятий в условиях рыночной экономики являет- ся обеспечение высокого качества про- дукции на уровне мировых стандартов. В свою очередь, условием обеспечения стабильно высокого качества является соответственно высокий уровень кон- троля. Контроль герметичности (течеиска- ние) занимает важное место в системе НК [1]. Параметр герметичности является одним из основных, когда речь идет о надежной и безопасной эксплуатации таких объектов, как хранилища и трубо- проводы нефтепродуктов и газа, ядер- ные установки, резервуары с химиче- скими реактивами, системы самолетов, ракет, кораблей. Кроме того, герметизи- руются и малогабаритные изделия мас- сового производства, выпускаемые хи- мической, электронной, автомобильной и другими отраслями промышленности [2]. Большое разнообразие герметизи- руемых объектов требует развития раз- личных методов и аппаратуры контроля герметичности. Для их правильного вы- бора разработчики и потребители гер- метизированных изделий должны иметь четкое представление о существующем наборе методов и возможностях каждо- го из них. Течеискание относится к виду НК, основанному на обнаружении пробно- го вещества, проникающего через течь. Методы течеискания предназначены для оценки степени негерметичности объ- екта контроля, а также для локализации течей как в основном материале, так и в соединениях различного типа – сварных, паяных, разъемных и т. п. 12 Leak Testing NDT World Review 2 (44) June 2009 кая через микродефекты поверхности, оказывает механическое воздействие на пенопленочный индикатор и дефор- мирует его, образуя пузырьки и пенные вздутия. Градиент давления может созда- ваться также с помощью вакуумного насоса. Для этого на испытываемый объект, например сварной шов, нано- сится пенопленочный индикатор и уста- навливается вакуумная рамка , которая затем вакуумируется с помощью меха- нического насоса. Рамка представляет собой жесткий каркас с уплотнителем из мягкой резины и прозрачной верх- ней крышкой. После создания перепада давления на контролируемом участке воздух, проникающий через течи в ка- меру рамки, образует пузырьки в пено- пленочном индикаторе. Для этих целей компания Helling пред- лагает вакуумный насос EV 20 в ком- плекте с вакуумными рамками различ- ной конфигурации (рис. 1). Аэрозольный пенопленочный инди- катор Proof Check представляет собой эмульсию, содержащую поверхностно- активные вещества, пленкообразующие и влагоудерживающие компоненты и отличается низким поверхностным натя- жением, высокой пенообразующей спо- собностью и устойчивостью к сползанию (рис. 2). Для обеспечения работы при низких температурах (до –15 °C) разра- ботан пенопленочный индикатор Proof Check Plus. Индикатор наносят на контролируе- мую поверхность тонким ровным слоем, образовавшиеся ложные пузырьки уда- ляют салфеткой и вновь наносят эмуль- сию. Время выявления течей величиной больше 1∙10 –4 м 3 Па/с составляет 2 – 3 с, для течей порядка 10 –7 м 3 Па/с необходи- мо в среднем 15 мин. Чувствительность способа составляет 1,3∙10 –7 м 3 Па/с. Данный способ применяется для ло- кального контроля герметичности как сплошного материала, так и сварных швов и соединений. Акустический метод Благодаря своей простоте и надежно- сти, а также возможности осуществлять диагностику бесконтактным способом акустические методы являются очень востребованными. Принцип акустического течеискания основывается на эффекте формирова- ния звуковых и ультразвуковых колеба- ний при выходе струи жидкости или газа из отверстия (трещины, щели). Другими словами, при утечке жидкостей или га- зов возникают акустические колебания от трения струи о кромку дефекта или соударения с внешней средой, которые могут быть зафиксированы с помощью ультразвуковых или виброакустических микрофонов, преобразующих акустиче- ские колебания в электрический сигнал. Течеискатель Hellophone (рис. 3) ре- гистрирует колебания в ультразвуковом диапазоне. Преобразованный сигнал за- тем прослушивается с помощью наушни- ков и выводится на дисплей прибора. Течеискатель предназначен для обнару- жения утечек сжатого газа и жидкостей, в том числе вязких. При использовании ультразвукового генератора возможно осуществлять контроль герметичности уплотнений и сварных швов без созда- ния избыточного давления в системе. Hellophone позволяет также обнаружи- вать незначительные электрические разряды в дефектных контактах электро- установок. Течеискатель Hellophone поставляет- ся в комплекте с водонепроницаемым зондом для твердых тел, зондом корпус- ного звука и воздушно-ультразвуковым зондом. Чувствительность данного метода со- ставляет около 7∙10 –3 м 3 Па/с. Акустические методы течеискания ши- роко применяются при контроле герме- тичности трубопроводов, резервуаров, систем сжатого воздуха и вакуумных систем, запорной арматуры, сварных швов, разъемных соединений. Жидкостные методы контроля герметичности Жидкостные методы контроля заклю- чаются в регистрации контраста следов контрольной жидкости, образуемых в местах течи, на фоне поверхности кон- тролируемого объекта. Для этого объ- ект испытаний заполняется контрольной жидкостью, либо она наносится с обрат- ной стороны стенки (шва, соединения) проверяемого объекта. Капиллярный способ является одним из способов яркостного (ахроматическо- го) метода. Он основан на способности контрольной жидкости ( пенетранта ) про- никать в мелкие сквозные дефекты за счет капиллярного эффекта. При испыта- ниях на герметичность пенетрант наносят с одной стороны проверяемого объекта, а затем с другой стороны обрабатывают поверхность с помощью специального проявителя. При наличии сквозных де- фектов на контролируемой поверхности Табл. 1. Соотношения скорости натекания, диаметра и фактического проявления течи Скорость натекания, м 3 Па/с Размер (диаметр) течи Фактическое проявление течи при р = 1 бар 10 +1 1,0 мм Истечение воды струей 10 –1 0,1 мм Вытекание воды по капле 10 –3 0,03 мм Водонепроницаемая / газопроницаемая течь 10 –5 3 мкм 1 воздушный пузырек ( 1 мм 3 ) за 10 с 10 –7 0,1 мкм Утечка газа объемом 1 см 3 за 12 дней 10 –9 Утечка газа объемом 3 см 3 за 1 год 10 –11 Утечка газа объемом 1 см 3 за 300 лет Рис. 1. Вакуумный насос с рамкой Рис. 2. Аэрозольный пенопленочный индикатор Proof Check, пример регистрации утечки Рис. 3. Акустический течеискатель Hellophone Рис. 4. Индикация утечки с помощью капиллярно- го контроля Технологии НК 13 Течеискание В мире неразрушающего контроля 2 (44) июнь 2009 на фоне белого проявителя образуются контрастные красные либо флуоресци- рующие следы пенетранта (рис. 4). Компания Helling GmbH выпускает вы- сококачественные цветные и флуорес- центные диагностирующие системы (пе- нетрант, проявитель, очиститель), приме- няемые для капиллярного способа кон- троля герметичности (рис. 5). Пенетранты обладают высокой чувствительностью. Их высокая проникающая способность обусловлена низкой вязкостью и малым коэффициентом поверхностного натя- жения. Проявители, представляющие собой мелкозернистый (около 2 мкм) бе- лый порошок на спиртовой основе, об- разуют на контролируемой поверхности тонкий гомогенный слой и обеспечивают хорошую индикацию мельчайших течей. Для индикации следов утечек с исполь- зованием флуоресцентных пенетрантов используются ультрафиолетовые источ- ники излучения. Чувствительность данного способа за- висит от времени выдержки и типа кон- трольной жидкости и при условии приме- нения диагностирующих систем Helling может составлять 1,6∙10 –7 м 3 Па/с. Другим способом обнаружения течей в объектах контроля является способ опрессовки с использованием флуо- ресцентных водорастворимых или жи- рорастворимых концентратов (рис. 6). При данном способе испытываемый объ- ект заполняют технологической жидко- стью с добавлением в нее флуоресцент- ного концентрата, представляющего со- бой смесь люминофоров, поверхностно- активных веществ и ингибитора корро- зии. Затем происходит опрессовка объ- екта, выдержка под давлением в течение определенного времени и контроль со- стояния поверхности объекта под ультра- фиолетовым излучением. Этот способ широко используется для контроля гидравлических систем, двига- телей, а также при производстве котлов и резервуаров. Чувствительность способа составляет примерно 10 –5 м 3 Па/с. Щуповые течеискатели Водородные течеискатели В настоящее время для решения задач контроля герметичности водородные те- чеискатели приняты в качестве промыш- ленного стандарта. В качестве индика- торного газа используется смесь азота (95 %) и водорода (5 %). Эта смесь не яв- ляется воспламеняющейся (ISO 10156), она не ядовита, не вызывает коррозии и существенно дешевле гелия. В основу данного типа течеискателей положен принцип каталитически селек- тивного определения водорода специаль- ным полупроводниковым детектором. Водородные течеискатели могут ис- пользоваться как для определения течей в малых объектах, как, например затво- ры, уплотнения и вентили, так и для кон- троля герметичности больших объектов – топливных резервуаров, теплообмен- ников и двигателей. Чувствительность способа составляет около 5 10 –6 м 3 Па/с. Приборы очень удобны и просты в об- ращении. С помощью щупа оператор мо- жет быстро и надежно определить место течи (рис. 7). Гелиевые течеискатели Щуповые гелиевые течеискатели предназначены для локализации течей в объектах, находящихся под избыточным давлением и содержащих в наполнении гелий. Щуп представляет собой вса- сывающее устройство с определенной пропускающей способностью, обеспечи- вающее прохождение оптимального для испытаний потока газа. В основу течеискателя PDH-4 (рис. 8) по- ложен так называемый детектор на осно- ве ион-селективного насоса («Selective Ion Pump Detector» – SIPD). Его принцип рабо- ты основан на проницаемости для гелия нагретой до определенной температуры специальной кварцевой мембраны, ко- торая проницаема только для молекул ге- лия и не проницаема для остальных газов. Гелий, проходящий через мембрану, ио- низируется в электронно-ионизационном преобразователе. Величина ионного тока, образованного ионизацией гелия, пропорциональна содержанию гелия. Течеискатели этого типа обладают высо- кой чувствительностью (5 10 –7 м 3 Па/с) и селективностью, при этом они удобны и просты в обращении. Итак, сегодня в распоряжении де- фектоскопистов имеется широкий на- бор средств контроля герметичности. Задачей дефектоскописта в каждом конкретном случае является выбор опти- мальных методов и средств контроля в соответствии с нормой герметичности с учетом чувствительности, надежности, производительности. Литература 1. Евлампиев А. И., Попов Е. Д., Сажин С. Г. и др. Контроль герметичности. В кн.: Нераз- рушающий контроль / Справочник // Под ред. В. В. Клюева. Т. 2. Кн. 1. – М.: Машиностроение, 2003, с. 1–339. 2. McMaster R. C. Nondestructive testing hand- book. V. 1: Leak testing / 2nd ed. – Metals Parks: American Society for Metals, 1982. – 856 p. Статья получена 4 июня 2009 г. Рис. 5. Комплект капиллярного контроля герме- тичности Nord-Test Рис. 6. Регистрация утечки в системе охлаждения с помощью флуоресцентного водорастворимого концентрата Рис. 7. Проверка на герметичность с помощью водородного течеискателя Рис. 8. Гелиевый течеискатель PDH-4 Н. Рисс и др. МОБИльНыЕ МЕТОДы КОНТРОля ГЕРМЕТИЧНОСТИ Подписка на журнал «В мире нераз- рушающего контроля» на 2010 год: – через редакцию журнала (с любого номера в любые сроки); – по каталогу Агентства «Роспечать» («ПОДПИСКА-2010, первое полугодие», индекс 29976); – по Объединенному каталогу «Пресса России» («ПОДПИСКА-2010, первое по- лугодие», индекс 42304) По всем вопросам обращайтесь, по- жалуйста, в редакцию. Тел. (812) 534 0543, факс (812) 534 0194, e-mail: lh@ndtworld.com |