第五章 泄漏检测技术.docx

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第五章泄漏检测技术

第五章

5泄漏检测技术……………………………………………………………………

5.1引言……………………………………………………………………………

5.2检漏方法的分类和特点………………………………………………………

5.2.1检漏方法的选择…………………………………………………………

5.2.2检漏方法的分类…………………………………………………………

5.2.2.1.压力检漏法………………………………………………………

5.2.2.2.真空检漏法………………………………………………………

5.3压力检漏法……………………………………………………………………

5.3.1水压法……………………………………………………………………

5.3.2压降法……………………………………………………………………

5.3.3听音法……………………………………………………………………

5.3.4超声波法…………………………………………………………………

5.3.5气泡检漏法………………………………………………………………

5.3.7皂泡法……………………………………………………………………

5.3.8集漏孔腔增压法…………………………………………………………

5.3.9氨气检漏法………………………………………………………………

5.3.10卤素检漏法………………………………………………………………

5.3.11放射性同位素法…………………………………………………………

5.3.12氦质谱检漏仪吸嘴法……………………………………………………

5.4真空检漏法……………………………………………………………………

5.4.1静态升压法………………………………………………………………

5.4.2液体涂敷法………………………………………………………………

5.4.3放电管法…………………………………………………………………

5.4.4高频火花检漏器法………………………………………………………

5.4.5真空计法…………………………………………………………………

5.4.6卤素检漏法………………………………………………………………

5.4.7氦质谱检漏法……………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………

5泄漏检测技术

5.1引言

过程装置在制造或运转的时候，不但需要知道有无泄漏，而且还要知道泄漏率有多大。

泄漏检测技术中所指的“漏”的概念，是与最大允许泄漏率的概念联系在一起的。

泄漏是绝对的，不漏则是相对的。

对于真空系统来说，只要系统内的压力在一定的时间间隔内能维持在所允许的真空度以下，这时即使存在漏孔，也可以认为系统是不漏的；对于压力系统来说，只要系统的压力降能维持在所允许的值以下，不会影响系统的正常操作，同样也可以认为系统是不漏的。

对于密封有毒的、易燃易爆的、对环境有污染的、贵重的介质，则要求系统的泄漏率必须小于环保、安全以及经济性决定的最大允许泄漏率指标。

检漏就是用一定的手段将示漏物质加到被检设备或密封装置器壁的一侧，用仪器或某一方法在另一侧怀疑有泄漏的地方检测通过漏孔漏出的示漏物质，从而达到检测的目的。

检漏的任务就是在制造、安装、调试过程中，判断漏与不漏、泄漏率的大小，找出漏孔的位置；在运转使用过程中监视系统可能发生的泄漏及其变化。

5.2检漏方法的分类和特点

5.2.1检漏方法的选择

泄漏检测方法很多，每种方法的特点不同，检漏前应首先根据检漏要求、检漏环境等选择合适的检漏方法。

选择泄漏检测方法要考虑如下几个方面因素：

（1）检漏原理不论采用哪种检漏方法，必须理解它的基本原理。

泄漏检测方法涉及的内容较广，集中反映了各种计量和测试技术。

对许多检测方法的原理都能详细理解是不容易的。

本书中将简单介绍常用检漏方法的基本原理。

（2）灵敏度检漏方法的灵敏度可以用该方法可检测到的最小泄漏率来表示。

选择检漏方法时应考虑各种方法的灵敏度，即采用哪种方法可以检测出哪一级的泄漏。

例如，要检测10-5cm3/s的泄漏率时，采用灵敏度为10-2cm3/s的方法就毫无意义。

反之，检测10-2cm3/s的泄漏时，采用灵敏度为10-5cm3/s的方法，原理上也许可行，但实际上可能是不经济的。

（3）响应时间不论采用什么方法，要检测出泄漏率，总要花费一定的时间。

响应时间的长短可能会影响检漏的精度和灵敏度。

通常，延长检测时间，会提高灵敏度，但是，检测时间过长，由于环境条件的改变，可能降低检测精度。

响应时间包括检测仪器本身的应答时间，气体流动的滞后时间和各种准备所需的时间。

选择检漏方法时，必须考虑到这一点。

（4）泄漏点的判断有些检漏方法仅仅可以判断出系统有无泄漏，但无法确定泄漏点在何处，有的检漏方法不仅可以确定泄漏点，而且还可以确定泄漏率的大小。

如仅仅是为了弄清装置是否合格时，可采用前一种方法。

在进行维修或要找出泄漏原因时，就必须采用后一种方法，采用后一种方法有时也会出现漏检的情况。

（5）一致性对有些检漏方法来说，不管检测人员是否熟练，所得到的检测结果都基本相同；有些方法则是内行和外行使用，其结果全然不同。

可能的情况下，应采用不需要熟练的专门技术就能正确检测的方法。

每种方法都有不同的技术关键，不同的检漏人员未必能得出一致的检漏结果

（6）稳定性泄漏检测是一种计量和测试的综合技术。

如果测试得到的数据不稳定，就毫无意义。

正确的泄漏检测不仅需要检测仪器具有稳定性，而且需要检测方法本身也具有较好的稳定性。

（7）可靠性未检测出泄漏并不等于就是没有泄漏，对此应进行判断。

采用某种方法进行检漏时，应该了解该方法是否可靠。

检漏结果的可靠性与上面介绍的方法的一致性、稳定性等多种因素有关。

（8）经济性经济性是选择检漏方法的关键之一。

单考虑检漏方法本身的经济性比较容易，但要从所需的检漏设备、对人员的技术要求、检漏结果的可靠性等方面综合评价检漏方法的经济性则较困难。

例如，涂肥皂液检漏是一种很经济的方法，但是，使用这种方法无法检查出较小的漏孔，因而，无法将其用于对泄漏要求较高的场合。

使用价格昂贵的氦质谱检漏仪时，很快就能检测出多处较小的泄漏。

很难笼统地说，上述两种方法中，哪种经济，哪种不经济。

可见，选择检漏方法时，除了要考虑其经济性外，还必须对灵敏度、响应时间、检测要求等作全面评价，使所选的检漏方法既满足检漏要求，又经济合理。

5.2.2检漏方法的分类

检漏方法和仪器很多，根据所使用的设备可分为氦质谱检漏法、卤素检漏法、真空计检漏法等；按照所采用的检漏方法所能检测出泄漏的大小又可分为定量检漏方法和定性检漏方法；根据被检设备所处的状态又可分为压力检漏法和真空检漏法。

下面根据后一种分类方法加于简单说明。

5.2.2.1压力检漏法

将被检设备或密封装置充入一定压力的示漏物质，如果设备或密封装置上有漏孔，示漏物质就会通过漏孔漏出，用一定的方法或仪器在设备外检测出从漏孔漏出的示漏物质，从而判定漏孔的存在、漏孔的具体位置以及泄漏率的大小。

属于压力检漏法的有水压法、压降法、听音法、超声波法、气泡法、集漏空腔增压法、氨气检漏法、卤素检漏法、放射性同位素法、氦质谱检漏仪吸嘴法等。

5.2.2.2真空检漏法

被检设备或密封装置和检漏仪器的敏感元件均处于真空中，示漏物质施加在被检设备外面，如果被检设备有漏孔，示漏物质就会通过漏孔进入被检设备内部和检漏仪器敏感元件所在的空间，由敏感元件检测出示漏物质来，从而可以判定漏孔的存在、漏孔的具体位置以及泄漏率的大小。

属于真空检漏法的有静态升压法、液体涂敷法、放电管法、高频火花检漏法、真空计检漏法、卤素检漏法、氦质谱检漏法等。

压力检漏法与真空检漏法的检漏特点、现象、检漏设备以及最小可检的泄漏率示于表5.1和表5.2中。

表5.1压力检漏法

检漏方法

工作条件

现象

设备

最小可检泄漏率

cm3/s

备注

水压法

充水

漏水

人眼

510-2~510-3

压降法

充0.3MPa的空气

压力下降

压力表或

压力传感器

110-2

听音法

同上

咝咝声

人耳

510-2

也可以用听诊器

超声波法

同上

超声波

超声波检测器

110-2

气泡法

充0.3MPa的空气

水中冒气泡

人眼

110-4~110-5

同上

涂肥皂液发生皂泡

人眼

110-3~110-4

集漏空腔增压法

1.1倍的工作压力

集漏孔腔内压力增加

微压力传感器、温度传感器、位移传感器

510-6

氨气检漏法

充0.3MPa的氨气

溴代麝香草酚蓝试带变色

人眼

810-7

观察时间20秒

同上

溴酚蓝试带纸变色

人眼

110-10

24小时累积

卤素检漏法

卤素检漏仪读数变化

卤素检漏仪

110-5~110-9

可与空气混合充入

放射性同位素法

闪烁计数器

110-6

氦质谱检漏仪吸嘴法

氦质谱检漏仪

110-7~110-9

可与空气混合充入

表5.2真空检漏法

检漏方法

工作压力

Pa

现象

设备

最小可检泄漏率

cm3/s

静态升压法

抽真空后，压力上升

真空计

510-6

液体涂敷法

涂敷液体后，压力变化

真空计

110-4~110-3

放电管法

放电颜色改变

放电管

110-2

高频火花检漏法

1000~0.5

亮点，放电颜色改变

高频火花检漏器

110-2

真空计检漏法

热传导真空计

1000~0.1

真空计读数变化

热电偶或电阻真空计

110-5

电离真空计

10-2~10-6

电离真空计

110-8

差动热传导真空计

1000~0.1

热传导真空计差动组合

110-6

差动电离真空计

10-2~10-6

电离真空计差动组合

110-9

卤素检漏法

10~0.1

输出仪表读数变化

卤素检漏仪

110-8

氦质谱检漏法

10-2

输出仪表读数及

声响频率变化

氦质谱检漏仪

110-11~110-12

5.3压力检漏法

本节主要介绍加压下的各种检漏方法的基本原理、设备、操作方法以及注意事项。

5.3.1水压法

对压力容器或密封装置进行试验时，先将容器或密封装置内部装满水，再用水泵向里注水，观察设备或密封装置周围有无水漏出。

检漏时必须耐心等待，直至水泄漏出来。

因此，只能抽象地表示灵敏度的高低。

根据被检物表面是否有水渗出，很容易判断出泄漏点。

但是，对于结构比较复杂的设备，肉眼可能无法直接观察到泄漏点。

只要水压不变，泄漏率大小就不会发生很大变化，因而可以获得较为一致的结果。

当然由于检漏人员的观测技巧不同，检测结果也不会完全相同。

除水泵外，水压法检漏无需大型、贵重设备，因而很经济。

例5.1用水压法检漏时，有经验的检漏人员认真进行试验，可观察出的漏水的最大限度为每分钟10滴，这时候水压法的灵敏度为多少？

解通常可以认为，1滴水的体积为0.06cm3。

以体积泄漏率表示的灵敏度为：

cm3/s

5.3.2压降法

（1）原理将压缩机与被检设备或密封装置相连接，然后打压。

压力升至某一值时，停止加压，同时关闭阀门，放置一段时间。

在放置时间里，如果压力急剧下降，就可判断泄漏率很大。

如果压力没有太大的变化，就可认为泄漏率很小，或者没有泄漏。

这种方法简便，使用普遍，是检测泄漏的一种最基本方法。

压降法也称为加压放置法。

（2）泄漏率的确定设容器的容积为V，停止加压时的压力为p1，放置t时间后的压力为p2，气体的温度为T，从容器中漏出的气体的量用

表示。

当示漏介质为气体，且压力不太高时

（5.1）

开始放置时容器中的气体质量为

放置结束时容器中的气体质量为

在测量时间间隔t内，容器内漏出的气体的质量为

（5.2）

通过漏孔的气体的体积泄漏率为

（5.3）

折算到标准状态下气体的体积泄漏率为

（5.4）

式中V—容器的容积，m3；

p1—停止加压时容器内的压力，Pa；

p2—放置t时间后容器内的压力，Pa；

pS—标准大气压力，Pa；

t—放置时间，s；

T—气体温度，K；

TS—标准状态下大气的绝对温度，K；

—从容器中漏出的气体的量，m3；

m—气体的质量，kg；

m1—开始放置时容器中的气体质量，kg；

m2—放置结束时容器中的气体质量，kg；

R—通用气体常数，J/（kmolK）；

—气体分子量，kg/kmol；

L—气体的体积泄漏率，m3/s；

LS——标准状态下的体积泄漏率，m3/s。

例5.2容积为10m3的贮罐。

用压缩机加压，下午2点时压力表的指针为0.5MPa，关闭阀门，停止加压，然后放置不动。

到第二天上午10点钟，压力表指针为0.4MPa，气体温度为20C，问该贮罐的泄漏率为多少？

解将大气压力近似取为0.1MPa，则

、

。

压力为0.5MPa、温度为20C时气体的泄漏率为

m3/s=27.8cm3/s

标准状态下：

K，

1.01325Pa，则折算到标准状态下气体的泄漏率为

cm3/s

（3）灵敏度由式5.4可见，压降法的灵敏度与被检容器的容积大小、放置时间的长短和压力检测元件（压力表、压力传感器）的灵敏度有关。

延长放置时间可以提高灵敏度，但大多数情况下，装置是在晚上停止运转，放置到第二天早上，然后再观察压力的变化。

因此，放置时间一般为几小时，最长约为20h左右。

因此，提高灵敏度，一般不延长放置时间，而是缩小容积。

把被检物体分成几个小部分。

此外，有时还要考虑到气体温度、压力的变化。

例如，傍晚开始放置时和早晨读取压力时，温差可达15C。

通过简单的计算可以发现，压力变化约有7%左右。

压力检测元件的灵敏度也会影响泄漏检测的灵敏度。

例如，采用分辨率为10kPa的压力表与采用分辨率为1kPa的压力传感器，泄漏检测的灵敏度是不同的。

显然，后者的灵敏度要比前者高得多。

压降法是一种最基本的检测方法，很容易得到被检设备或密封装置的总的泄漏率，其结果是最为可靠的，但不能具体判断出泄漏点。

5.3.3听音法

气体从小孔中喷出时，会发出声音。

声音的大小和频率取决于泄漏率的大小、两侧的压力、压差和气体的种类等。

根据气体漏出时发出的声音判断有无泄漏。

该方法的灵敏度很大程度上受环境的影响。

若工厂噪音较大，则小的声音就不易听清。

使用听诊器，某种程度上可以消除周围噪音的影响，听清泄漏声音，但有时与泄漏无关的声音（例如电机的声音）也会混杂进来，从而影响检漏灵敏度。

为了辨别较小的声音，可用话筒和放大器将声音放大。

但此时其它声音也同时放大，多数情况下较难收到好的效果。

在检测压力为0.3MPa，周围非常安静的条件下，可以听出5´10-2cm3/s的泄漏率的声音。

这种方法既简单、经济。

使用听诊器，在某种程度上可以判断出泄漏点。

如单凭耳朵听，往往因声波的反射或吸收，很难确定泄漏点，即发声地点。

由于检测环境条件不同，所得到的结果可能偏差很大。

因此，这种方法的稳定性和可靠性很差。

应与其它检测法并用。

5.3.4超声波法

该方法实际上是听音法的一种。

它是将泄漏声音中可听频率部分截掉，仅仅使超声波部分放大，以检测出泄漏。

检测时，可以直接使用超声波检测器，根据检测仪表指针是否摆动，确定有无泄漏。

也可以采用使超声波回到可听频率范围内鸣笛的方法。

采用后一种原理制造的超声波转换器不仅在被试验物加压时可以使用，在抽真空时，由于吸入的空气发出超声波，因而，采用真空法时也可以使用。

超声波转换器由于只检测超声波部分，在普通工厂的噪音条件下，不受明显干扰，因此检漏效果很好。

该法的灵敏度与被试验物体的加压、减压状况、泄漏的大小、泄漏点与检漏器（探头）间的距离等因素有关。

当泄漏点与探头距离很近时，超声波转换器的灵敏度可达110-2cm3/s。

检漏时将检漏器的灵敏度调到最大，一边移动探头，一边侦听，使能听到的超声波发出的声音达到最大。

然后，再寻找发出超声波的位置，以便确定泄漏点。

但在探头不易接近的地方出现泄漏时，就很准确地判断出泄漏点。

这种方法操作简便，人为因素较小，不同检测人员所得到的检测结果基本相同。

5.3.5气泡检漏法

（1）原理气泡检漏法适用于允许承受正压的容器、管道、密封装置等的气密性检验。

此种方法简单、方便、直观、经济。

在被检件内充入一定压力的示漏气体后放入液体中，气体通过漏孔进入周围的液体形成气泡，气泡形成的地方就是漏孔存在的位置，根据气泡形成的速率、气泡的大小以及所用气体和液体的物理性质，可以大致估算出漏孔的泄漏率。

（2）泄漏率计算假定气泡为球状，若某一漏孔处气泡形成的频率为n，测得气泡在液面上的直径为Db，此时，气泡内的压力pb为大气压力pa和液体表面张力

引起的压力

之和，即

（5.5）

对应于检测温度T和气泡内的压力pb的体积泄漏率为

（5.6）

式中，n为气泡形成的频率。

折算到标准状态下的体积泄漏率为

（5.7）

式中n—气泡形成的频率，1/s；

Db—液面上气泡的直径，m；

pb—气泡内的压力，Pa；

pa—大气压力，Pa；

—液体表面张力，N/m。

（3）灵敏度气泡检漏法的灵敏度与诸多因素有关。

液体表面张力越小，示漏气体压力越高，漏孔距离液面越近，可检测出来的漏孔就越小，则灵敏度也越高；示漏气体的粘度越小，分子量越小，灵敏度也越高。

实际检漏时，通常用空气作为示漏气体，用水作为显示液体。

此时，该方法的灵敏度可达110-5~110-4cm3/s。

（4）气泡产生的条件如图5.1所示，由于液体的表面张力作用，气泡内外有压差

。

气泡中心至液面的距离为h，液面上方的大气压力为pa，容器内压力为pt，则当

（5.8）

时，就会产生气泡。

式中pt—容器内的压力，Pa；

g—重力加速度，m/s2；

—液体密度，kg/m3；

h—气泡中心至液面的距离，m。

（5）泄漏点的判断如能观察到水中气泡产生的位置，则可直接判定泄漏点。

（6）检漏时的注意事项

a.首先要弄清楚被检件能否承受正压，能承受多大压力等问题，以便决定是否可以采用打气试漏法以及充入多大压力的气体。

b.检漏前要细致、认真地清洗焊缝，清除焊渣、油污和粉尘。

c.检漏场地的光线要充足，水槽内的背景要暗，水要清洁透明，水面上不要有汽雾。

d.被检件一定要先充气，然后放入水中，否则小孔可能被水堵塞，放人水中之前先用听音法检查有无大漏，排除大漏后再放人水中，否则将会影响小漏孔的检测。

e.被检件刚放入水中时，在其表面上可能出现气泡，如果把这些气泡抹去或者捅破后气泡不再出现，则可以判断原来产生气泡的地方并没有漏孔。

如果气泡是有规律地连续不断地出现，则产生气泡的地方就有漏孔存在。

f.被检件在水中要放稳定，等水面静下来后再行观察。

g.被检部位应尽可能地接近水面。

h.发现漏孔要及时做上标记。

有大漏孔时，要修补后再进行小漏孔的检查。

5.3.6皂泡法

对不太方便放到水槽内的管道、容器和密封连接进行检漏时，先在被检件内充入压力大于0.1MPa的气体，然后在怀疑有漏孔的地方涂抹肥皂液，形成肥皂泡的部位便是漏孔存在的部位。

在检漏时应注意肥皂液稀稠得当。

太稀了易于流动和滴落而造成误检，太稠了透明度差容易漏检，并且所混入的气体也可能形成泡沫而造成误检。

此方法的灵敏度为110-4cm3/s数量级。

5.3.7集漏空腔增压法

（1）原理将整个被检件或被检部位密封起来形成一个密闭的测漏空腔。

由漏孔漏出的示漏介质积聚在测漏空腔内，从而引起空腔内压力、温度的改变。

通过测出这些改变，即可计算出泄漏率，如图5.2所示为一垫片密封性能测试装置示意图。

（2）泄漏率计算压力为pt的示漏介质，通过漏孔漏入容积为V的密闭的测漏空腔内。

在测量时间间隔t内，测漏空腔中的压力和温度分别由p1、T1变为p2、T2。

当示漏介质为气体时，根据式5.1，测漏开始时测漏空腔中的气体质量为

测漏结束时测漏空腔中的气体质量为

在测量时间间隔t内，漏入测漏空腔的气体质量为

通过漏孔的气体的体积泄漏率为

（5.9）

折算到标准状态下气体的体积泄漏率为

（5.10）

如果测量时间间隔t较短，可不考虑气体温度的变化，即

，则式5.9和5.10简化为

（5.11）

（5.12）

当示漏介质为液体时，泄漏率的计算公式与5.9至5.12相同，该处不再赘述。

（3）灵敏度由式5.10可见，该方法的灵敏度与测漏空腔的容积大小、测量时间的长短和压力检测元件（微压传感器）和测温元件的灵敏度有关。

减小测漏空腔的容积、延长测量时间并采用分辨率高的微压传感器和温度传感器，有助于提高测漏的灵敏度。

研究表明，该方法的灵敏度可达510-6cm2/s。

（4）泄漏点的判断采用该方法不能具体判断出泄漏点，但很容易得到被检件的总的泄漏率，或者在已知泄漏点的前提下，确定通过漏孔的泄漏率。

该方法已广泛应用于密封元件的泄漏率检测。

5.3.8氨气检漏法

（1）原理把允许充压的被检容器或密封装置抽成真空（不抽真空也可以，其效果稍差），在器壁或密封元件外面怀疑有漏孔处贴上具有对氨敏感的pH指示剂的显影带，然后在容器内部充入高于0.1MPa的氨气，当有漏孔时，氨气通过漏孔逸出，使显影带改变颜色，由此可找出漏孔的位置，根据显影时间、变色区域大小可大致估计出漏孔的大小。

（2）设备与操作氨检漏的设备如图5.3所示，操作过程如下

a.被检件的清洁处理对被检件必须进行去渣、去锈、去油、清洗和干燥，使漏孔充分疏通，并减少反应时间。

b.贴显影带拿显影带时应戴干净的手套，不戴手套时必须保持手的清洁与干燥，切忌用肥皂洗过而未彻底冲洗干净的手接触显影带，否则会使显影带变色。

如果使用湿的显影带，则必须用蒸馏水润湿（自来水呈碱性，易使显影带变色）。

显影带要贴在可疑部位上，贴好后用透明的聚乙烯薄膜保护起来，并用胶布将薄膜边缘同金属部分密闭起来，使显影带与大气隔离，防止大气中的本底氨干扰，同时避免通过漏孔进入显影带上的氨气迅速消失，以提高检测灵敏度。

显影带贴好后，先观察一下是否存在有碱性物质而使显影带变色。

如有，应记下变色位置，以区别于漏气造成的显影。

最后向被检件内充入氨气。

c.充氨与排氨将被检件用耐压橡皮管接到氨检漏设备上，关好阀门S5及氨瓶总阀门，打开阀门S1、S3和S4，用机械泵抽真空。

当被检件的压强抽到几百帕斯卡后，关阀门S3和机械泵，然后关阀门S1，打开氨瓶总阀门，使氨气慢慢充入贮气罐，当氨压达到0.2～0.3MPa时，打开阀门S1，使被检件内获得所需的压力，然后关上总阀门。

充气过程中要慢慢升压并随时观察有无大漏孔存在。

一经发现大漏孔应立即停止升压，并及时采取措施排除大漏孔后再升压。

当氨压升到所需数值时，定时观察显影带的变色情况，如发现变色斑点，可更换显影带进行复核。

由于通过漏孔的氨气流已很稳定，所以显影会很快，因此复核工作能很快完成。

检漏完毕后关闭阀门S1，打开阀门S5，用橡胶管把氨气引入水槽或下水道中。

由于氨极易溶于水中，这个过程可进行得很快。

然后关闭阀门S5，打开阀门S3，用机械泵排氨，同时通过阀门S2放入干燥氮气或空气，对被检件及管