Диагностирования сосудов, работающих под давлением. Методы течеискания.

Методы течеискания, как и методы капиллярного контроля, относятся к виду неразрушающего контроля проникающими веществами.

Течеисканием называют вид неразрушающего контроля, обеспечивающий выявление сквозных дефектов в изделиях и конструкциях, основанный на проникновении через такие дефекты проникающих веществ. Течами называют канал или пористый участок перегородки, нарушающий ее герметичность, т. е. течи бывают сквозные и пористые. Часто термин «течеискание» заменяют термином «контроль герметичности». Все сосуды, аппараты и трубопроводы нефте-газохимической промышленности, предназначенные для хранения, переработки и транспортировки жидких и газообразных веществ, подлежат испытанию на прочность и герметичность.

Герметичностью называют свойство конструкций препятствовать проникновению через их стенки жидкости, газа или пара. Абсолютно герметичных конструкций не бывает, так как даже при отсутствии течи проникновение пробных веществ через перегородки конструкции может быть обусловлено и чисто диффузными процессами. Поэтому конструкцию называют герметичной, если проникновение газа или жидкости через нее настолько мало, что им можно пренебречь. В условиях эксплуатации вводят понятие нормы герметичности, которое характеризуется суммарным расходом вещества через течи конструкции, при которой сохраняется ее работоспособное состояние.

Герметичность конструкции может быть нарушена вследствие ряда причин:

- химического взаимодействия материала с технологической средой;

- механических повреждений, износа трущихся элементов и уплотнений;

- коррозии металла и сварных соединений;

- раскрытия разъемных соединений или течей, закрытых в нормальном состоянии, из-за температурных деформаций или превышения внутреннего давления;

- деградации свойств конструкционных материалов (основного металла, уплотнений).

В процессе испытаний изделий на герметичность используют пробные, индикаторные и балластные вещества. Пробным называют вещество, проникновение которого через течь обнаруживается при течеискании. Балластные вещества используют для создания большого перепада давления и, соответственно, повышения чувствительности испытаний при малых концентрациях пробных веществ. Индикаторными называют вещества, применяемые для индикации (обнаружения) выхода пробных веществ через течь на другую сторону конструкции (проявитель, люминофоры).

В качестве пробных веществ применяют жидкости, газы, пары легколетучих жидкостей. В зависимости от пробного вещества методы разделяют на жидкостные или газовые. Шире используют газы, обеспечивающие более высокую чувствительность. В качестве пробных применяют, как правило, инертные газы (гелий, аргон), имеющие низкое содержание в атмосфере и не взаимодействующие с материалом объекта контроля или веществом внутри него. Роль пробного вещества может также выполнять газ, заполняющий контролируемый объект при эксплуатации или хранении (фреон, хлор, аммиак).

В некоторых случаях в качестве пробных веществ применяют легколетучие жидкости: спирт, ацетон, бензин, эфир. Обычно индикаторы улавливают пары этих жидкостей, тогда способы контроля такими жидкостями относят к газовым.

К жидким пробным веществам относят воду, применяемую при гидроиспытаниях (гидроопрессовке), воду с люминесцирующими добавками, облегчающими индикацию течей, а также смачивающие жидкости - пенетранты.

Для количественной оценки течи при применении жидкости в качестве пробного вещества используют объем жидкости, проникающей через течь в единицу времени. При использовании газовых пробных веществ количественную оценку производят в единицах мощности.

При контроле герметичности конструкции обычно (за исключением случаев использования пенетрантов) создают по ее сторонам разность давлений. Количество газа q, Н·м, определяют по формуле

,

где р - давление газа, Па или Н/м²; V - объем газа, м³.

Поток газа Q, Вт, через течь равен количеству газа за единицу времени t

.

Физический смысл того, что поток измеряется в единицах мощности, состоит в том, что произведение давления на объем - энергия, запасенная в газе, а изменение энергии во времени - мощность.

Для контроля герметичности различных конструкций с помощью пробных веществ (за исключением пенетрантов) необходимо создание разности давлений по разные стороны их стенок. При этом помимо пробных веществ требуются устройства для создания и измерения разности давлений (компрессоры, насосы, манометры и др.), а также средства обнаружения выхода пробного вещества через течи. Для обнаружения течей применяют как специальные приборы - течеискатели, так и неприборные средства, например используют люминесцирующие вещества или методы капиллярного контроля.

Объекты нефтегазовой промышленности, контролируемые методами течеискания, являются незамкнутыми и позволяют воздействовать как на их внешнюю, так и внутреннюю поверхности. Соответственно по способу создания разности давлений различают схему с внутренним и внешним избыточным давлением. При этом не обязательно создавать по разные стороны конструкции разности абсолютных давлений газовой смеси. Достаточно разности парциального давления пробного газа.

Способ, при котором для создания разности давлений объект контроля откачивают, называют вакуумным. Способ, предусматривающий создание внутреннего избыточного давления выше атмосферного, называют опрессовкой. При опрессовке газом внутреннее давление принимается всегда значительно ниже расчетного по условию прочности, что обусловлено возможными катастрофическими последствиями от разрыва объекта контроля. При гидроопрессовке разлет осколков не происходит и ее проводят с давлением на 25...50 % выше номинального рабочего. Обязательным условием при этом является отсутствие воздушных скоплений («подушек», «пробок»). Поэтому перед гидроопрессовкой воздух из невентилируемых полостей откачивают, а из вентилируемых выпускают через вентиль, установленный в верхней части полости (воздушник).

И для опрессовки, и для вакуумного способа возможны две схемы контроля: интегральная и локальная. При интегральной схеме анализируют состав и количество газа, проникающего в объект контроля извне или, наоборот, изнутри. При локальной схеме поиска каждую течь обнаруживают отдельно с помощью щупа, улавливающего появление пробного газа, вакуумной камеры-присоски или визуально.

Для обнаружения течей могут одновременно или последовательно использоваться несколько методов течеискания. При контроле герметичности в обязательном порядке используют прежде всего методы, реализующие интегральную схему контроля. На практике наибольшее применение нашел манометрический метод, отличающийся максимальной простотой, доступностью и позволяющий установить наличие или отсутствие течи во всем объеме контролируемой конструкции, а также ее величину. Установление местоположения течей производят с использованием методов, реализующих локальную схему контроля. Ниже коротко рассматривается сущность некоторых из них.