氦质谱检漏与卤素检漏

一、氦质谱检漏

      TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》规定，对于介质毒性程度为极度、高度危害或者设计上不允许有微量泄漏的压力容器，应当进行泄漏试验。因此，泄漏检测已经成为该类压力容器普遍使用的无损检测方法之一。氦质谱泄漏检测技术具有检漏灵敏度高、可靠性好、对漏孔既能定位又能定量等优点，从而在压力容器泄漏检测中得到了广泛的应用。氦质谱检漏按照检测过程中氦气的流向，可分为正压检漏（氦气流出被检容器）和真空检漏（氦气流进被检容器）两种情况。

１.　正压检漏

      氦质谱正压检漏通过在被检容器中充入一定压力的空气和氦气的混合气体，然后在容器压力较低的外侧采用一定的方式检测泄漏的氦气，从而达到对容器局部或整体、定位或定量的检漏目的。常见的氦质谱正压检漏方法主要有吸枪直测法和氦罩积累法。（1）吸枪直测法

      吸枪直测法是指用吸枪在大气中从压力容器被检部位直接获得示漏氦气，从而对压力容器进行检漏的一种氦泄漏检测方法。吸枪直测法检漏示意图见下图。

      该法为一种定性、定位检测技术，用以探测泄漏并确定其位置，检测灵敏度可达10－7Pa·m３/s。扫查距离、速度以及不同操作人员对吸枪直测法的检测灵敏度均有一定程度的影响。吸枪直测法一般用于容器焊缝、密封面等部位的泄漏检测，也可用于整体检漏后漏孔的定位。

（2） 氦罩积累法

      如果被检容器的泄漏率很小，用吸枪直测法难以检测到泄漏时，则需采用氦罩积累法进行检漏。相对于吸枪直测法的定性检测而言，氦罩积累法通过一定的积累时间，可以实现被检容器的定量微漏检测。氦罩积累法可以对被检容器的局部或整体进行泄漏检测。如果容器较小，用氦罩将其整个罩住，就可以对容器整体泄漏情况进行检测。但对于焊缝、密封面较多的容器，则无法同时实现漏孔的定位。若容器较大而且结构复杂，则需用多个小氦罩将被检部位罩住，这样既可以实现容器整体泄漏情况的检测，还可以对具体的泄漏位置以及泄漏率进行判定。如果将氦罩抽成真空，其检测灵敏度可以提高2～3个数量级。氦罩积累法检测示意图见下图。在实际检漏过程中，根据不同的情况，氦罩可采用金属容器、塑料简单包封等形式。

      对于正压检漏法，如何确定容器内氦气的体积分数和压力是一个较大的难题。检测压力和氦气的体积分数过高，不仅会造成氦气大量浪费，更为重要的是会给检测操作带来较大的危险。因此有关标准规定，检测压力不能超过设计压力的25%。但在实际检测过程中，容器内混合气体的压力应与产品技术条件上规定的检漏压力一致，如无明确的检漏压力时，一般取0.1MPa即可。容器内氦气的体积分数则一般以10%～20%为宜

2.真空检漏

      真空检漏是通过将被检容器内部抽成真空，并将氦质谱检漏仪探头与容器相连，能够检出从一些微小开口的较高压力一侧流经抽空容器的氦气流，从而实现容器的检漏。实际检测过程中通常采用真空喷氦法和真空护罩法。

（1）真空喷氦法

      真空喷氦法是目前使用最多，也较为方便的一种检漏方法，其检漏示意图见下图。采用真喷氦法检漏时，先将被检容器抽真空，并与氦质谱检漏仪相连，然后用喷枪在需检测的区域喷氦气，从而确定泄漏位置，其检测灵敏度也可达到10－7·ｍ３/s。但是真空喷氦法是一种定性检测技术，不能做定量检测用。

      真空喷氦法可以准确地确定漏孔的位置，而且喷吹时间越长，检测有效灵敏度越高。但是在实际检测过程中，由于喷出的氦气是散开的，使得漏孔处的氦的体积分数降低，从而导致检测有效灵敏度有所下降

（2）真空护罩法

      真空护罩法的检测示意图见下图。根据检测的目的及容器的实际情况，采用护罩法可以实现局部或整体的泄漏检测。

      真空护罩法的检测灵敏度可以达到10-10Pa·m3，并且具有能直接测定出被检件的整体漏率，不易出现误检、漏检等优点。但由于只能测出所罩部位的总漏率，无法对泄漏位置进行判定，从而不能达到对不合格产品进行指导返修的目的。对于焊缝、密封面较多的大型真空容器而言，可先用真空护罩法确定漏气的大致范围，然后再用喷吹法对漏孔进行定位。

二、卤素检漏

     卤素检漏仪是利用卤素气体在高温时分解产生正离子的性质而制成的检测仪器。金属铂在800 ～900 ℃温度下会发生正离子发射, 如送入清洁的被检气体(卤素含量极低), 只有少量离子流通过铂电极, 假如有卤素气体存在时, 正离子发射将加剧, 因此电极间电阻降低, 离子流增高, 经检漏仪电流放大, 用电表与声响来指示卤素气体的泄漏。卤素检漏仪灵敏度可达10-9Pa·m3/s。卤素检漏仪由传感器(铂电极间热式二极管)、测量线路(稳压器、直流放大器、音频发生器和整流器等)和气路三大部分组成。卤素检漏仪操作简单、费用低, 能确定漏孔的大小和位置, 适用于各种能密封的承压设备。

      灵敏度、反应时间及恢复时间是卤素检漏仪的主要性能参数。其测试方法与氦质谱检漏仪的相同。但是，卤素检漏仪的指示与卤素气体的浓度有关：一般，低浓度的指示是线性的，中等浓度的是非线性的，而当浓度很高时仪器出现饱和或中毒现象。所以在进行性能测试或检漏时，进入传感器的卤素气体的浓度不宜高于百万分之一。便携式卤素检漏仪的传感器基本上是在大气压下工作的，靠吸气装置吸入气体，使卤素气体流经传感器。