Контроль герметичности вакуумного оборудования и вакуумное течеискание.
Герметичность вакуумных и компрессионных установок.
При выпуске из производства вакуумных и компрессионных установок, а также при плановых и внеплановых проверках рабочих агрегатов для обеспечения соответствия требованиям технологических процессов, нормативных документов, административных актов и т.д. возникает необходимость проводить контроль герметичности (поиск течей, натекания). Невозможно добиться абсолютной герметичности установок (например водород проходит сквозь поры металлов), техническая герметичность – величина натекания допустимая для проведения технологического процесса. Испытания контроля герметичности необходимо проводить в соответствии с условиями использования оборудования – вакуумное оборудование исследуется вакуумными методами, а компрессионное – компрессионными.
Основными методами неразрушающего контроля на территории РФ являются вакуумный и компрессионный методы течеискания. Суть этих методов заключается в изменении давления испытуемого объекта в меньшую сторону от атмосферного давления при вакуумном методе и в большую при компрессионном. После процедуры изменения давления объекта до нужной величины, ее фиксируют и наблюдают изменение давления с течением времени. Степень герметичности испытуемого объекта характеризуется объемом воздуха, натекающего в/из контролируемый/ого сосуд/а за единицу времени при нормальных условиях (атмосферное давление – 760 мм рт. ст., температура окружающей среды - 0°С). Данные методы могут показать только общее натекание, локализовать течи не представляется возможным.
Наиболее распространенными методами выявления локальных течей на наших предприятиях являются обмыливание и испытание керосином. При обмыливании, давление в испытуемом объекте увеличивают, после чего сомнительные места корпуса проходят губкой, смоченной раствором поверхностно активных веществ (ПАВ). В месте течи образуются пузыри, что и является индикатором данного метода. Керосиновый способ пришел из гидравлической промышленности, суть метода заключается в высокой проникающей способности керосина – с одной стороны корпуса испытуемого изделия наносят меловую обмазку, противоположную сторону несколько раз обрабатывают керосином, по пятнам на меловой обвязке делают заключение о наличии течей. Данные методы являются качественными и низкочуствительными, они не могут гарантировать обнаружение течей сквозь нарушения целостности оболочки менее 10 мкм.
Только использование современного течеискателя может гарантировать определение мест натекания и точную количественную оценку натекания. Индикаторным веществом для течеискателей, используемых в детектировании течей в вакуумных и компрессионных установках, является гелий. Гелий обладает всеми свойствами, отвечающими как технологии процесса, так и требованиям экологических и санитарных норм. Малый атомарный размер позволяет гелию проникать через микроскопические поры других веществ, газ является инертным, нетоксичным, его присутствие в окружающей атмосфере не велико.
Гелиевые течеискатели по принципу работы разделяют на два типа – стационарные вакуумируемые течеискатели и течеискатели снифферы (анг. Sniffer – ищейка, нюхач). Первый тип подключается в вакуумную систему установки, после чего происходит откачка и обработка (обдув) внешней поверхности корпуса установки, фланцевых уплотнений, сварных швов, вакуумных насосов и пр. тонким потоком гелия из баллона. Путем преобразования ионов гелия, попавших на матрицу детектора течеискателя, в электрический сигнал, прибор извещает о наличии и величине течи. Время отклика (время между обдувом и детектированием) современных течеискателей составляет не более 1/100 с. Снифферы чаще используют для работы с компрессионным оборудованием. Для корректной работы этого типа течеискателей требуется создать в установке избыточное давление путем закачки гелия. Затем все сомнительные места конструкции установки необходимо исследовать при помощи щупа течеискателя. На конце щупа прибором создается разряжение, создающее поток к детектору сниффера. Снифферы имеют на несколько порядков более низкую чувствительность по сравнению с вакуумируемыми течеискателями, но все же они гораздо чувствительнее и точнее ручных методов. Вакуумируемые течеискатели зачастую комплектуются щупами, позволяющими им работать как снифферы.
Конструктивно гелиевые течеискатели представляют из себя газоанализаторы с масс-спектрометрическим методом детектирования индикаторного вещества. Течеискатели комплектуются турбомолекулярным насосом для создания достаточной глубины вакуума в масс-спектрометрической камере прибора. Для предотвращения прорыва атмосферы или избыточного тока гелия на входе в камеру устанавливается дросселирующий клапан, понижающий давление до рабочего значения. Из-за высокой скорости атомов, гелий движется в масс-спектрометрическую камеру даже против направления откачки турбомолекулярного насоса. Два иридиевых катода с иттриевым покрытием эмитируют электроны в камеру ионизации, гелий также попадает в камеру ионизации, где ускоряется. Ускоряющее напряжение и магнитную индукцию необходимо настроить таким образом, чтобы ионы гелия попадали на матрицу детектора, а остаточные газы разряжались на стенках анализатора. В основе метода лежит измерение массы иона к его заряду. Масс-спектрометр гелиевого течеискателя может детектировать только одно, заранее градуированное, вещество, в отличии от лабораторных масс-спектрометров.
Перед использованием, течеискатель требует тщательной юстировки и градуировки, необходимо оценить дрейф нуля и провести холостое измерение для оценки фонового значения шума, настроить индуктивность и напряженность масс-спектрометрической камеры. Так же течеискатели необходимо поверять с использованием эталонной течи или калибровать при помощи поверенной меры потока (течи). Все эти действия требую обученный квалифицированный персонал, фирменные расходные материалы и запасные части.
Главный недостаток современных гелиевых течеискателей это их дороговизна, сложность обслуживания и необходимость в обученном операторе. Для периодических работ по течеисканию эффективнее заказывать услуги по анализу вакуумных и компрессионных установок на наличие течей и потоку натекания у сторонних организаций, специализирующихся на контроле герметичности промышленных систем.