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用Ｕ形管检测板翅式换热器内漏的方法和评定标准点击：2070 日期：[ 2014-04-26 22:14:13 ] |
| 用Ｕ形管检测板翅式换热器内漏的方法和评定标准 阎振贵(杭州杭氧股份有限公司石化装备部,杭州市东新路388号 310004) 摘要:详细介绍了用Ｕ形管检测板翅式换热器内漏的具体操作方法,分析了漏率的计算和修正方法,最后阐述了板翅式换热器内部温度变化值及大气压力值的测量等相关问题。 关键词:板翅式换热器;内漏;通道;Ｕ形管;检测 中图分类号:ＴＢ657 5 文献标识码:Ａ 文章编号:1009 9425(2006)01 0011 03 前 言 在用户现场,如何对板翅式换热器的质量进行较为仔细的检测很重要,尤其是对通道之间的内漏的测量方法的选择,显得更为重要。如果选择不当,很难测到正确的结果。像用压力表读数的方法,一般来说很难测得产品的漏率。因此,很多用户采用挂Ｕ形管的方法来测量通道之间的漏率,这是一种较好的测量方法。但仅仅从Ｕ形管的读数的大小或正负来判定其漏率的大小,是远远不够的,有时甚至会得出相反的结论。因此有必要对此方法做进一步的阐述。 在制造厂内,一般在对产品进行密封性能(外漏)试验合格后,同样要对各个通道之间进行内漏检测。而检测的方法往往是在1个通道加压力的同时,其他通道放空,检查这些通道有无气泡冒出。检测有无气泡的最好方法是把整个产品放入水中,1个通道加压力,其它通道不冒泡,就证明该通道和其它通道之间不存在内漏。如此进行下去,直到所有通道检测完毕。 在产品内、外漏检测合格后,按合同书的规定或因介质的差异(用空气检漏不漏,但用工作介质检漏时不一定不漏)要对产品进行漏率的检测,以确定产品在使用时,能否满足要求。 目前使用较普遍的方法即氦质谱检漏。由于使用氦质谱检漏方法的效率很低,成本较高。当漏率要求不高时,可以使用挂Ｕ形管的方法检测产品的漏率。由于板翅式换热器内部温度的变化使读数较困难,加上大气压力表的读数误差会引起很大的测量误差,所以其测量的结果精度不够高,但完全可以为定性分析提供数据上的依据。 1 具体操作方法 (1)被测通道放空通大气,一端堵住,另一端挂上充水的Ｕ形管。Ｕ形管的内径一般不大于5ｍｍ,直径越小读数越精确,整个被测腔要密封,否则会严重影响测量结果的准确性。 (2)选择比被测通道压力高、且工作时与被测通道压差最大的通道先加压,检测压力等于设计压力(加压时要缓慢升压)。压力达到后,停歇20ｍｉｎ以上,再在被测通道上挂Ｕ形管(目的是使温度平衡一下)。 (3)挂Ｕ形管检漏时,最短持续时间不得少于8ｈ,测试数据经计算后,方可得到该两通道的内漏率。 (4)如有必要,再选择比被测通道压力次高的通道加压(压差次大的通道),再求出该两个通道的漏率。如此进行,可求得所有比被测通道压力高的通道和被测通道之间的漏率,该被测通道的漏率等于所有比它压力高的通道之间漏率之和。 (5)测量时必须记录的数据:挂好Ｕ形管的时间τ0;挂好Ｕ形管时的大气压力Ｐ0;被测通道内的温度ｔ0;结束观察的时间τ1;结束观察时的大气压力Ｐ1;结束观察时被测通道内的温度ｔ1;被测通道Ｕ形管内的水柱测试前后高低的变化值±Ｕ;被测通道的容积Ｖ。 2 计算方法 2 1 绝对不漏时Ｕ形管内水柱变化的理论差值 绝对不漏时由于大气压及换热器内部温度的变化引起的Ｕ形管内水柱变化的理论差值 : Δｈ=100[Ｐ0(ｔ1+273 15)/(ｔ0+273 15)-Ｐ1]。 2 2 测试漏率 ｃ=Ｖ(9 81Ｕ-Δｈ)/[3600(τ0-τ1)] 需强调的是Δｈ的值是由大气压和温度的变化引起的,所以它有正负值的区别,代入公式时必须连同正负号一起代入。同样,Ｕ值也有正负号,代入公式时也必须连同正负号一起代入。(τ0-τ1)为持续观察的时间,单位为秒(ｓ)。 2 3 漏率修正 (1)压差修正:由于测试时加压通道是按图纸的设计压力Ｐ设的值加压的,被测通道通大气,压力等于零,故测试时的压差值ΔＰｃ=Ｐ设。实际工作时的压差ΔΡｗ为测试通道的工作压力Ｐ测和加压通道的工作压力Ｐ加之差:ΔΡｗ=Ｐ加-Ｐ测,而图纸上允许的漏率是工作状态下的漏率,所以必须修正,即压=ｃ(ΔＰｗ/ΔΡｃ)0 5。 (2)纯度修正:测试得到的漏率为空气作漏入介质时的漏率。对不同的测试通道因其介质纯度的不同,所以要求的漏率也不同,因此,必须按被测通道的介质纯度进行修正。 例如:被测通道为氮气通道时的漏率修正,因一般氮气的纯度为99 999%Ｎ2,在实际工作时,假定漏入的为空气,则对氮气的污染仅仅为氧气组分。因此,测试出的漏率要折算成氧气的漏率:Φ纯=0.21Φ压(0 21为空气中氧气组分的体积分数)。如果加压通道的介质是氮气,漏到被测通道(氮气通道)对氮气没污染,则纯度修正为:Φ纯=Φ压。 修正后的漏率,与被测通道允许的漏率进行比较,看是否符合要求。 (3)组分修正:测试得到的漏率为空气漏到被测通道的漏率,如果漏到被测通道的介质不是空气(如碳氢化合物等),则要进行组分修正:Φ组=Φ纯(29/Ｍ)0 5式中:Ｍ为碳氢化合物的分子量;29为空气的分子量。如果被测通道的工作介质也是碳氢化合物,同样要进行纯度修正。一切修正完成后,和允许的漏率进行比较,看是否符合要求。 2 4 例题 有1台两股流的板翅式换热器,高压通道的流体参数为:Ｐ设=4 5ＭＰａ,Ｐｗ=3 8ＭＰａ,气体组分:40%Ｈ2、50%ＣＨ4、10%Ｃ2Ｈ6,分子量Ｍ=12 6。 低压通道的流体参数为:Ｐ设=2 2ＭＰａ,Ｐｗ=0 5ＭＰａ,气体组分:60%Ｈ2、30%ＣＨ4、10%Ｎ2,分子量Ｍ=10。 要求被测的低压通道的气体在出换热器时,其氢气纯度不得低于59 9%,其它组分不限,试求该换热器的允许漏率及用挂Ｕ形管时的压差值的要求。 (1)允许漏率的计算:氢气最大的纯度允许下降值为0 1%,为安全起见,取0 05%,则1ｍ3/ｈ的被测介质可允许漏入的非氢组分为0 0005ｍ3/ｈ,允许的漏率为:28146×0 0005=14 073Ｐａ·Ｌ ｓ 。 由于漏入的组分中非氢组分仅占0 6(1-0 40),因此漏率可以增加到(纯度修正): 14 073/(1-0 4)=23 455Ｐａ·Ｌ ｓ。压差修正:(ΔＰｗ/ΔＰｃ)0 5=[(3 8-0 5)/(4 5-0)]0 5=0 85635Ｐａ。用空气检漏时,其组分修正:(29/12 6)0 5=1 5171。 用空气检测时,其允许的漏率为:=23 455/0 85635/1 5171=18 054Ｐａ·Ｌ/ｓ。 用Ｕ形管测得的漏率小于此值,则为合格。 (2)同样是上面的换热器,如果要求氢气出换热器时的纯度不低于59 8%,而用Ｕ形管测得的漏率为160Ｐａ·Ｌ/ｓ,计算其漏率是否合格。 测试漏率的修正:压差修正压=160×0 85635=137 016Ｐａ·Ｌ ｓ,组分修正组=137 016×1 57171=207 87Ｐａ·Ｌ ｓ。最大允许的漏率为:=28146×0 002=56 292Ｐａ·Ｌ ｓ,组分修正=56 292/(1-0 4)=93 82Ｐａ·Ｌ ｓ。 测试漏率207 87Ｐａ·Ｌ/ｓ,大于要求允许的漏率93 82Ｐａ·Ｌ/ｓ,不合格;只有在空气检测的结果小于93 82/1 5171/0 85635=72 22Ｐａ·Ｌ/ｓ时,才合格。 3 相关问题的阐述 3 1 板翅式换热器内部温度变化的测量问题 由于大气温度一天24ｈ都在变化,因此,在要求测试的不小于8ｈ的时间内,板翅式换热器内部温度不变化是不可能的,但大气温度的变化不等于板翅式换热器内部温度的变化,其趋势虽然一样,但变化数值显然有别。而影响板翅式换热器内部压力变化的正是其内部温度的变化,而不是大气温度的变化。所以要测试板翅式换热器内部温度的变化,其方法可以是:在两股流的换热器中,可以在一个通道上挂Ｕ形管,而在另一个通道加压。当压力升到测试压力后,稳定20ｍｉｎ(尽量使因加压而升高的温度趋于和被测通道温度一致)。在被测通道的一端挂Ｕ形管,另一端用软密封的方法插入温度计(温度计至少要求为0 5℃刻度以上的)。在可以清楚地看到读数的前提下,温度计插入得越深越好,但必须密封好,不能漏气,否则要严重影响测试结果。 当换热器有两个以上通道时,可以在第三个通道中放置1只温度计,从而校对和验证换热器内部温度的一致性。当因密封有困难时,可以用第三个通道的温度替代被测通道的温度。 3 2 大气压力读数的问题 大气压力的变化和温度一样,在一天中变化明显。在计算公式中可以看出,大气压力读数的精确程度,对测试结果的计算值影响很大。由于环境对大气压力有明显的影响,所以要求在测试地点放置大气压力表,直接读数,否则测试误差也很大。 3 3 读数的精度问题 相对而言,温度计的读数精确度对计算结果的影响,没有大气压力计的读数精确度对计算结果的影响大。因为温度读数值差0 5℃仅仅影响0 18%(0 5/273 15)的精确度,而大气压力计的读数精确度为50Ｐａ时,其影响的精度为5 1ｍｍＨ2Ｏ。显然在大气压力读数时要非常仔细。 3 4 漏率修正中的要素 (1)压差的修正(ΔＰＷ/ΔＰＣ)0 5:泄漏的动力是压差,没压差则不存在泄漏的问题。假定在泄漏过程中,压差能量全部转化成动能,则:ΔＰ=1/2ｍυ2;流动速度和泄漏量成正比,而流动速度υ和ΔＰ是平方根的关系。所以压差修正为(ΔＰＷ/ΔＰＣ)0 5的关系。 (2)分子量的修正(Ｍ空气/Ｍ)0 5:泄漏量和漏孔的大小(即漏孔的截面大小)成正比,当漏孔的大小一定时,分子直径的大小决定了其泄漏量的大小,所以分子的大小和泄漏量的关系为平方的关系,近似地认为分子量和分子的大小成正比,因此分子量的修正为(Ｍ空气/Ｍ)0 5 的关系。 (3)纯度和组分的修正比较直观,没有必要再进一步说明。 参考文献: [1]日本真空技术株式会社编.真空手册[Ｍ].北京:原子能出版社,1986. [2]沈维道等编.工程热力学[Ｍ].北京:高等教育出版社,2001. |
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