Как обнаружить утечку в трубке с помощью простого и недорогого ультразвукового детектора утечек?

Крохотное просачивающееся отверстие в трубке из ПТФЭ, расположенное глубоко внутри узла теплообменника, является тихим вором продукта и производительности. Тест на воду или краску для обнаружения утечки неприятен, занимает много времени и обычно не дает результатов при очень небольших утечках. Новое поколение дешевых портативных ультразвуковых течеискателей способно «слышать» невидимое. Турбулентность газа под высоким давлением, выбрасывающего даже самое маленькое отверстие, создает отчетливое высокочастотное ультразвуковое шипение, выходящее далеко за пределы человеческого слуха. Чувствительный микрофон и схема детектора преобразуют ультразвуковой крик в слышимый тон и видимые показания счетчика. Техник просто сканирует воздух вокруг подозрительного участка и может определить точный источник утечки.

Проблема: небольшая утечка трубки в теплообменнике из ПТФЭ
Кожухо-и-трубчатые теплообменники из ПТФЭ обычно используются в агрессивных средах, включая линии кислотного травления, химическую обработку и производство полупроводников. Одна негерметичная трубка может привести к перекрестному-загрязнению жидкостей на стороне корпуса-и на стороне трубки-, что приведет к ухудшению качества продукта, коррозии оборудования, расположенного ниже по потоку, или к проблемам с окружающей средой. Это классическая задача выездного обслуживания — найти конкретную протекающую трубку из сотен.

Основными недостатками традиционных подходов являются:

Гидростатическое испытание (заполнение водой): Сторона корпуса заполнена водой и находится под давлением. Капли воды означают утечку. Однако ПТФЭ слегка пористый и может впитывать воду, что приводит к ложным показаниям. Затем сверток необходимо высушить, и этот процесс занимает несколько часов.

Пенетрантный тест: наносится флуоресцентный краситель и просматривается в УФ-свете. Он грязный, требует тщательной очистки, а ПТФЭ может впитать краску.

Тест на мыльный пузырь: опрыскайте трубную решетку мыльным раствором. Пузырьки указывают на утечку. Это работает, но при больших нагрузках работает медленно и оставляет остатки мыла.

Существует чистая, быстрая и не-инвазивная альтернатива: ультразвуковой течеискатель.

Как работает ультразвуковой детектор утечек
Метод ультразвукового обнаружения утечек в теплообменнике из ПТФЭ основан на базовом принципе гидродинамики, а именно на турбулентном потоке газа под давлением через очень маленькое отверстие (точечное отверстие или трещину). Эта турбулентность производит широкий диапазон звуков, в том числе большую часть ультразвукового диапазона частот, обычно 20–100 кГц, что превышает максимальный предел человеческого слуха (около 20 кГц).

Ультразвуковой течеискатель включает в себя:

Ультразвуковой частотно-чувствительный направленный микрофон (часто параболический отражатель или сфокусированный волновод).

Сигнальный процессор удаляет низкочастотный фоновый шум (двигатели, насосы, разговоры и т. д.) и преобразует ультразвуковой сигнал в слышимый тон (гетеродинирование).

Наушники для прослушивания преобразованного звука.

Визуальное отображение (светодиодная гистограмма или ЖК-дисплей) уровня сигнала.

Направьте микрофон на утечку газа, и детектор издаст шипящий или шелестящий звук в наушниках, а счетчик поднимется. Звук прекращается, когда на него направляют в сторону. Микрофон является направленным, что позволяет пользователю «нацелиться» на конкретный источник.

Детектор представляет собой электронное ухо,-похожее на летучую мышь, способное услышать тихий сверхзвуковой крик крошечной утечки-под высоким давлением.

Процедура обнаружения утечек шаг за шагом
Следующий метод выполняется на кожухотрубном теплообменнике из ПТФЭ, который был выведен из эксплуатации, слит и отделен.

Шаг 1: Настройте обменник
Полностью слейте воду со стороны скорлупы. Любая жидкость, оставшаяся внутри корпуса, ослабит ультразвуковой сигнал и может помешать обнаружению.

Изолируйте сторону трубы от присоединенного трубопровода. Сторона трубки открыта в атмосферу (давление равно атмосферному).

Если есть возможность, высушите гроздь. Для важных применений короткая струя теплого сухого воздуха через сторону корпуса удалит влагу.

Шаг 2: Давление газа на стороне корпуса
Сторона корпуса связана с чистым сухим инертным газом (сжатым воздухом, азотом или аргоном). Давление газа увеличивают до значения, при котором струя будет заметной через любое точечное отверстие, но не выше безопасного рабочего давления теплообменника. Типичное испытательное давление составляет 10–30 фунтов на квадратный дюйм (0,7–2 бар). Более высокое давление дает более сильный ультразвуковой сигнал, но может привести к повреждению трубок или уплотнений из ПТФЭ.

Давление должно быть стабильным и поддерживаться во время испытания. Если утечка находится на стороне корпуса, давление упадет. Если утечка небольшая, возможно, потребуется постоянная подача, чтобы поддерживать давление.

Шаг 3. Настройка ультразвукового детектора утечек
Установите новые батареи и проверьте детектор, используя известную утечку, например небольшое отверстие в куске трубки, чтобы определить, работает ли он.

Вставьте наушники и отрегулируйте громкость до комфортного уровня.

Если возможно, адаптируйте частотный фильтр к обычному диапазону утечек газа (часто 35-45 кГц). Некоторые детекторы оснащены фиксированным фильтром.

Обнулите счетчик или установите чувствительность так, чтобы фоновый ультразвуковой шум (например, от флуоресцентных ламп или утечек сжатого воздуха в другом месте) давал низкие, непрерывные показания.

Шаг 4. Осмотрите сторону трубной решетки
Техник стоит у лицевой стороны трубной решетки, на том конце пучка, где видны трубы. Микрофонная палочка детектора осторожно перемещается по лицу, проходя через каждое отверстие трубки. Сканирование проводят на расстоянии 5–15 мм от концов трубки. Палочка помещается прямо в каждую пробирку.

Для плотной, не-протекающей трубки: звук наушников или показания счетчика на детекторе не изменяются. Газовая струя отсутствует, поэтому и ультразвуковой сигнал отсутствует.

Если трубка протекает: в наушниках слышно заметное шипение или шум. Прибор регистрирует более высокие показания». Звук длится до тех пор, пока выходит газ. Перемещайте зонд до тех пор, пока звук не станет самым громким, и вы найдете идеальную трубку. Неисправную трубку можно пометить маркировкой (например, «Ряд 4, Трубка 17»).

Шаг 5: Подтвердите и запишите
Повторно-сканируйте подозрительную трубку под немного другим углом, чтобы подтвердить сигнал.

Сравните с соседними трубками, чтобы избежать ложного срабатывания из-за близлежащей утечки.

Запишите местоположение и показания счетчика (как относительную меру размера утечки). Большая утечка подает мощный громкий сигнал. Очень маленькое точечное отверстие создает более слабый прерывистый сигнал.

4. Перед выполнением каких-либо ремонтных работ сбросьте давление со стороны корпуса.

Этот метод является чистым, очень быстрым, не-инвазивным и не использует никаких химикатов. Сканирование полной пачки из 500 пробирок занимает 10-15 минут.

Техническая корректность: параметры и ограничения
Дифференциальное давление имеет решающее значение
Ультразвуковое обнаружение наиболее эффективно при наличии большого перепада давления на месте утечки. В случае утечки в трубке сторона корпуса находится под давлением (скажем, 2 бар), а сторона трубки — под давлением воздуха (0 бар). Дифференциал в 2 бара образует звуковую или дозвуковую струю, производящую ультразвук. Если перепад слишком мал (например, . 0.1 бар), скорость газа может быть недостаточно высокой, чтобы дать заметный сигнал. Мы предлагаем минимальный перепад в 0,5 бар (7 фунтов на квадратный дюйм), лучше всего 1–2 бара.

Случай газовой среды
Способ предполагает утечку газа. Жидкости (вода, масло), протекающие через небольшое отверстие, не производят существенного ультразвука (но могут издавать некоторый шум из-за мигания, если давление достаточно высокое). Следовательно, необходимо осушить стенку оболочки и подать под давлением газ, обычно сухой воздух или азот. Никогда не проводите этот тест со стороной корпуса, заполненной жидкостью.

Фильтрация и фоновый шум
Промышленные предприятия – шумные места. Однако фоновый шум, т.е. двигатели, насосы, вентиляторы, вибрационное оборудование, сконцентрирован в слышимом диапазоне частот (ниже 20 кГц). Электронный фильтр ультразвукового течеискателя отфильтровывает эти низкие частоты и пропускает только сигналы, превышающие заданный порог (например, . 35 кГц). Это обеспечивает извещателю высокую устойчивость к шумам растений. Однако могут помешать следующие источники:

Другие утечки газа под давлением поблизости (например, линии сжатого воздуха, пневматические клапаны). Их следует временно отключить или включить детектор при низкой активности.

Ультразвуковые сварщики или очистители (в том же здании). Они генерируют громкий ультразвук, и их можно заметить издалека. Испытание следует планировать, пока такое оборудование не используется.

Балласты люминесцентных ламп (ранее магнитные) с ультразвуковым шумом. Сканирование можно проводить при выключенном свете или защищенном детекторе, детектор может быть к ним чувствителен.

Размер утечки и чувствительность
Большинство портативных ультразвуковых детекторов утечек могут обнаруживать утечки газа всего лишь 0,1 стандартного кубического фута в час (приблизительно 0,0028 м3/ч) при оптимальных условиях. Речь идет о скорости утечки из тефлоновой обменной трубки с отверстием 0,1 мм под давлением 2 бар. Небольшие утечки (например, микро-трещины) могут не дать достаточного ультразвукового изображения для их обнаружения. В таких случаях может потребоваться более чувствительное оборудование (например, датчик акустической эмиссии) или другой подход (например, снижение давления). Однако в большинстве случаев эксплуатации на местах ультразвуковой метод позволяет обнаружить большую часть утечек в трубках, которые влияют на производительность процесса.

Советы по безопасности
Защита слуха. Детектор снабжен наушниками, которые позволяют отключить громкий шум растений. Однако, если детектор используется без наушников, звуковой сигнал может быть достаточно громким, чтобы вызвать повреждение слуха, если он используется с высокой интенсивностью в течение длительного периода времени. Следуйте инструкциям по безопасности производителя.

Газ под давлением: Сторона корпуса под давлением. Убедитесь, что все соединения затянуты и давление не превышает номинала теплообменника. Купите регулятор давления. Не стойте непосредственно перед трубкой, если давление может привести к выбросу мусора.

Выбор газа: Если вы используете азот или другой инертный газ, убедитесь, что у вас хорошая вентиляция, чтобы избежать вытеснения кислорода. Не используйте легковоспламеняющиеся газы.

Преимущества перед другими методами обнаружения утечек
Метод Clenliness Скорость Стоимость оборудования-Ошибочные срабатывания очистки теста
Ультразвуковое устройство обнаружения утечекОчень чисто (без химикатов).Очень быстро (минуты/пачка)Низкая-умеренная (300-300-1500)Низкая (при достаточной фильтрации)Никто
Гидростатическое наполнение водойВлажный, требует высыханияМедленно (часы плюс время высыхания)Насос, шланг, низкийТребуется сушка Умеренная (проницаемость)
Краситель-пенетрант Грязный Медленный Низкий (краситель, УФ-лампа) Интенсивная очистка Низкий
Мыльный пузырь Чистый, но оставляет остатки Медленно для больших пачекОчень низкий (мыльный раствор)Низкий Удаление мыла
Манометр падения давления Чистый Непрямой (только определяет местонахождение, не определяет точное место) Умеренный (манометр) Н/Д (без определения местоположения) Нет
Ультразвуковой детектор идеально подходит для обслуживания в полевых условиях, когда время ограничено и чистота имеет решающее значение (фармацевтические, полупроводниковые или пищевые теплообменники).

Практический пример: обнаружение точечного отверстия в теплообменнике линии травления
Тефлоновый кожух-и-трубчатый теплообменник, подозрение на утечку в линии травления стали. Сторона корпуса содержит 15% HCl при температуре 80 градусов; со стороны трубки находится охлаждающая вода. В оттоке воды наблюдается небольшое падение pH, что свидетельствует о прорыве кислоты. Пучок снимают, осушают и надевают на опоры. Сторона корпуса находится под давлением сжатого воздуха до 15 фунтов на квадратный дюйм (1 бар). Включен ультразвуковой течеискатель стоимостью 600 долларов. Техник сканирует трубную решетку и слышит отчетливое шипение из трубки №83. Счетчик показывает 80% шкалы. Тюбик имеет маркировку. Последующее удаление позволяет проверить отверстие диаметром 0,2 мм на предмет механического истирания. Трубка затыкается и теплообменник возвращается в эксплуатацию. Диагностика завершается за 20 минут.

Вывод: слушайте невидимое для быстрого и надежного обнаружения утечек
Простой ультразвуковой течеискатель — это мощный, современный и высокоэффективный инструмент для обнаружения утечки в трубке из ПТФЭ. Он превращает трудоемкий-химический анализ в быстрое электронное сканирование. За счет подачи газа на стенку корпуса и сканирования поверхности трубной решетки портативным детектором высокочастотное шипение даже очень маленького отверстия быстро преобразуется в слышимый тон и визуальное считывание. Этот подход является чистым, не-инвазивным, не требует химикатов или времени на сушку и работает в шумных условиях предприятия благодаря электронной фильтрации. В полевых условиях ультразвуковой течеискатель является устройством, которое выбирают сервисные специалисты для быстрого и надежного обнаружения утечек в трубках теплообменников из ПТФЭ.

Лучшие диагностические инструменты — это те, которые могут слышать невидимое. Вы не можете увидеть крошечную шипящую утечку в плотной связке листов ПТФЭ, но вы можете услышать ее -с помощью летучей мыши-электронного уха, которое превращает тихую проблему в ясный, неоспоримый сигнал.