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      用U形管檢測板翅式換熱器內漏的方法和評定標準

      點擊:1807 日期:[ 2014-04-26 22:14:13 ]
                       用U形管檢測板翅式換熱器內漏的方法和評定標準   閻振貴(杭州杭氧股份有限公司石化裝備部,杭州市東新路388號 310004)       摘要:詳細介紹了用U形管檢測板翅式換熱器內漏的具體操作方法,分析了漏率的計算和修正方法,最后闡述了板翅式換熱器內部溫度變化值及大氣壓力值的測量等相關問題。     關鍵詞:板翅式換熱器;內漏;通道;U形管;檢測     中圖分類號:TB657 5   文獻標識碼:A   文章編號:1009 9425(2006)01 0011 03     前 言     在用戶現場,如何對板翅式換熱器的質量進行較為仔細的檢測很重要,尤其是對通道之間的內漏的測量方法的選擇,顯得更為重要。如果選擇不當,很難測到正確的結果。像用壓力表讀數的方法,一般來說很難測得產品的漏率。因此,很多用戶采用掛U形管的方法來測量通道之間的漏率,這是一種較好的測量方法。但僅僅從U形管的讀數的大小或正負來判定其漏率的大小,是遠遠不夠的,有時甚至會得出相反的結論。因此有必要對此方法做進一步的闡述。     在制造廠內,一般在對產品進行密封性能(外漏)試驗合格后,同樣要對各個通道之間進行內漏檢測。而檢測的方法往往是在1個通道加壓力的同時,其他通道放空,檢查這些通道有無氣泡冒出。檢測有無氣泡的最好方法是把整個產品放入水中,1個通道加壓力,其它通道不冒泡,就證明該通道和其它通道之間不存在內漏。如此進行下去,直到所有通道檢測完畢。     在產品內、外漏檢測合格后,按合同書的規定或因介質的差異(用空氣檢漏不漏,但用工作介質檢漏時不一定不漏)要對產品進行漏率的檢測,以確定產品在使用時,能否滿足要求。     目前使用較普遍的方法即氦質譜檢漏。由于使用氦質譜檢漏方法的效率很低,成本較高。當漏率要求不高時,可以使用掛U形管的方法檢測產品的漏率。由于板翅式換熱器內部溫度的變化使讀數較困難,加上大氣壓力表的讀數誤差會引起很大的測量誤差,所以其測量的結果精度不夠高,但完全可以為定性分析提供數據上的依據。     1 具體操作方法     (1)被測通道放空通大氣,一端堵住,另一端掛上充水的U形管。U形管的內徑一般不大于5mm,直徑越小讀數越精確,整個被測腔要密封,否則會嚴重影響測量結果的準確性。     (2)選擇比被測通道壓力高、且工作時與被測通道壓差最大的通道先加壓,檢測壓力等于設計壓力(加壓時要緩慢升壓)。壓力達到后,停歇20min以上,再在被測通道上掛U形管(目的是使溫度平衡一下)。     (3)掛U形管檢漏時,最短持續時間不得少于8h,測試數據經計算后,方可得到該兩通道的內漏率。     (4)如有必要,再選擇比被測通道壓力次高的通道加壓(壓差次大的通道),再求出該兩個通道的漏率。如此進行,可求得所有比被測通道壓力高的通道和被測通道之間的漏率,該被測通道的漏率等于所有比它壓力高的通道之間漏率之和。     (5)測量時必須記錄的數據:掛好U形管的時間τ0;掛好U形管時的大氣壓力P0;被測通道內的溫度t0;結束觀察的時間τ1;結束觀察時的大氣壓力P1;結束觀察時被測通道內的溫度t1;被測通道U形管內的水柱測試前后高低的變化值±U;被測通道的容積V。     2 計算方法     2 1 絕對不漏時U形管內水柱變化的理論差值     絕對不漏時由于大氣壓及換熱器內部溫度的變化引起的U形管內水柱變化的理論差值 :     Δh=100[P0(t1+273 15)/(t0+273 15)-P1]。     2 2 測試漏率     c=V(9 81U-Δh)/[3600(τ0-τ1)]     需強調的是Δh的值是由大氣壓和溫度的變化引起的,所以它有正負值的區別,代入公式時必須連同正負號一起代入。同樣,U值也有正負號,代入公式時也必須連同正負號一起代入。(τ0-τ1)為持續觀察的時間,單位為秒(s)。     2 3 漏率修正     (1)壓差修正:由于測試時加壓通道是按圖紙的設計壓力P設的值加壓的,被測通道通大氣,壓力等于零,故測試時的壓差值ΔPc=P設。實際工作時的壓差ΔΡw為測試通道的工作壓力P測和加壓通道的工作壓力P加之差:ΔΡw=P加-P測,而圖紙上允許的漏率是工作狀態下的漏率,所以必須修正,即壓=c(ΔPw/ΔΡc)0 5。     (2)純度修正:測試得到的漏率為空氣作漏入介質時的漏率。對不同的測試通道因其介質純度的不同,所以要求的漏率也不同,因此,必須按被測通道的介質純度進行修正。     例如:被測通道為氮氣通道時的漏率修正,因一般氮氣的純度為99 999%N2,在實際工作時,假定漏入的為空氣,則對氮氣的污染僅僅為氧氣組分。因此,測試出的漏率要折算成氧氣的漏率:Φ純=0.21Φ壓(0 21為空氣中氧氣組分的體積分數)。如果加壓通道的介質是氮氣,漏到被測通道(氮氣通道)對氮氣沒污染,則純度修正為:Φ純=Φ壓。      修正后的漏率,與被測通道允許的漏率進行比較,看是否符合要求。     (3)組分修正:測試得到的漏率為空氣漏到被測通道的漏率,如果漏到被測通道的介質不是空氣(如碳氫化合物等),則要進行組分修正:Φ組=Φ純(29/M)0 5式中:M為碳氫化合物的分子量;29為空氣的分子量。如果被測通道的工作介質也是碳氫化合物,同樣要進行純度修正。一切修正完成后,和允許的漏率進行比較,看是否符合要求。     2 4 例題     有1臺兩股流的板翅式換熱器,高壓通道的流體參數為:P設=4 5MPa,Pw=3 8MPa,氣體組分:40%H2、50%CH4、10%C2H6,分子量M=12 6。     低壓通道的流體參數為:P設=2 2MPa,Pw=0 5MPa,氣體組分:60%H2、30%CH4、10%N2,分子量M=10。     要求被測的低壓通道的氣體在出換熱器時,其氫氣純度不得低于59 9%,其它組分不限,試求該換熱器的允許漏率及用掛U形管時的壓差值的要求。     (1)允許漏率的計算:氫氣最大的純度允許下降值為0 1%,為安全起見,取0 05%,則1m3/h的被測介質可允許漏入的非氫組分為0 0005m3/h,允許的漏率為:28146×0 0005=14 073Pa·L s  。     由于漏入的組分中非氫組分僅占0 6(1-0 40),因此漏率可以增加到(純度修正):     14 073/(1-0 4)=23 455Pa·L s。壓差修正:(ΔPw/ΔPc)0 5=[(3 8-0 5)/(4 5-0)]0 5=0 85635Pa。用空氣檢漏時,其組分修正:(29/12 6)0 5=1 5171。     用空氣檢測時,其允許的漏率為:=23 455/0 85635/1 5171=18 054Pa·L/s。     用U形管測得的漏率小于此值,則為合格。     (2)同樣是上面的換熱器,如果要求氫氣出換熱器時的純度不低于59 8%,而用U形管測得的漏率為160Pa·L/s,計算其漏率是否合格。     測試漏率的修正:壓差修正壓=160×0 85635=137 016Pa·L s,組分修正組=137 016×1 57171=207 87Pa·L s。最大允許的漏率為:=28146×0 002=56 292Pa·L s,組分修正=56 292/(1-0 4)=93 82Pa·L s。     測試漏率207 87Pa·L/s,大于要求允許的漏率93 82Pa·L/s,不合格;只有在空氣檢測的結果小于93 82/1 5171/0 85635=72 22Pa·L/s時,才合格。     3 相關問題的闡述     3 1 板翅式換熱器內部溫度變化的測量問題     由于大氣溫度一天24h都在變化,因此,在要求測試的不小于8h的時間內,板翅式換熱器內部溫度不變化是不可能的,但大氣溫度的變化不等于板翅式換熱器內部溫度的變化,其趨勢雖然一樣,但變化數值顯然有別。而影響板翅式換熱器內部壓力變化的正是其內部溫度的變化,而不是大氣溫度的變化。所以要測試板翅式換熱器內部溫度的變化,其方法可以是:在兩股流的換熱器中,可以在一個通道上掛U形管,而在另一個通道加壓。當壓力升到測試壓力后,穩定20min(盡量使因加壓而升高的溫度趨于和被測通道溫度一致)。在被測通道的一端掛U形管,另一端用軟密封的方法插入溫度計(溫度計至少要求為0 5℃刻度以上的)。在可以清楚地看到讀數的前提下,溫度計插入得越深越好,但必須密封好,不能漏氣,否則要嚴重影響測試結果。     當換熱器有兩個以上通道時,可以在第三個通道中放置1只溫度計,從而校對和驗證換熱器內部溫度的一致性。當因密封有困難時,可以用第三個通道的溫度替代被測通道的溫度。    3 2 大氣壓力讀數的問題     大氣壓力的變化和溫度一樣,在一天中變化明顯。在計算公式中可以看出,大氣壓力讀數的精確程度,對測試結果的計算值影響很大。由于環境對大氣壓力有明顯的影響,所以要求在測試地點放置大氣壓力表,直接讀數,否則測試誤差也很大。     3 3 讀數的精度問題     相對而言,溫度計的讀數精確度對計算結果的影響,沒有大氣壓力計的讀數精確度對計算結果的影響大。因為溫度讀數值差0 5℃僅僅影響0 18%(0 5/273 15)的精確度,而大氣壓力計的讀數精確度為50Pa時,其影響的精度為5 1mmH2O。顯然在大氣壓力讀數時要非常仔細。     3 4 漏率修正中的要素     (1)壓差的修正(ΔPW/ΔPC)0 5:泄漏的動力是壓差,沒壓差則不存在泄漏的問題。假定在泄漏過程中,壓差能量全部轉化成動能,則:ΔP=1/2mυ2;流動速度和泄漏量成正比,而流動速度υ和ΔP是平方根的關系。所以壓差修正為(ΔPW/ΔPC)0 5的關系。     (2)分子量的修正(M空氣/M)0 5:泄漏量和漏孔的大小(即漏孔的截面大小)成正比,當漏孔的大小一定時,分子直徑的大小決定了其泄漏量的大小,所以分子的大小和泄漏量的關系為平方的關系,近似地認為分子量和分子的大小成正比,因此分子量的修正為(M空氣/M)0 5 的關系。     (3)純度和組分的修正比較直觀,沒有必要再進一步說明。     參考文獻:     [1]日本真空技術株式會社編.真空手冊[M].北京:原子能出版社,1986.     [2]沈維道等編.工程熱力學[M].北京:高等教育出版社,2001.
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