5.1. Термины и определения течеискания, количественная оценка течей

Методы течеискания [2, 3, 4], как и методы капиллярного кон­троля, относятся к виду неразрушающего контроля проникающими веществами (см. табл. 1.3).

Течеисканием называют вид неразрушающего контроля, обеспе­чивающий выявление сквозных дефектов в изделиях и конструкци­ях, основанный на проникновении через такие дефекты проникаю­щих веществ. Течами называют канал или пористый участок перего­родки, нарушающий ее герметичность, т. е. течи бывают сквозные и пористые. Часто термин «течеискание» заменяют термином «кон­троль герметичности». Все сосуды, аппараты и трубопроводы нефте-газохимической промышленности, предназначенные для хранения, переработки и транспортировки жидких и газообразных веществ, подлежат испытанию на прочность и герметичность.

Герметичностью называют свойство конструкций препятствовать проникновению через их стенки жидкости, газа или пара. Абсолютно герметичных конструкций не бывает, так как даже при отсутствии течи проникновение пробных веществ через перегородки конструкции может быть обусловлено и чисто диффузными процессами. Поэтому конструкцию называют герметичной, если проникновение газа или жидкости через нее настолько мало, что им можно пренебречь. В усло­виях эксплуатации вводят понятие нормы герметичности, которое ха­рактеризуется суммарным расходом вещества через течи конструкции, при которой сохраняется ее работоспособное состояние.

Герметичность конструкции может быть нарушена вследствие ряда причин:

• химического взаимодействия материала с технологической средой;

• механических повреждений, износа трущихся элементов и уп­лотнений;

• коррозии металла и сварных соединений;

• раскрытия разъемных соединений или течей, закрытых в нор­ мальном состоянии, из-за температурных деформаций или превыше­ ния внутреннего давления;

• деградации свойств конструкционных материалов (основного металла, уплотнений).

В процессе испытаний изделий на герметичность используют пробные, индикаторные и балластные вещества. Пробным называют вещество, проникновение которого через течь обнаруживается при течеискании. Балластные вещества используют для создания боль­шого перепада давления и, соответственно, повышения чувствительности испытаний при малых концентрациях пробных веществ. Ин­дикаторными называют вещества, применяемые для индикации (об­наружения) выхода пробных веществ через течь на другую сторону конструкции (проявитель, люминофоры).

В качестве пробных веществ применяют жидкости, газы, пары легколетучих жидкостей. В зависимости от пробного вещества мето­ды разделяют на жидкостные или газовые. Шире используют газы, обеспечивающие более высокую чувствительность. В качестве проб­ных применяют, как правило, инертные газы (гелий, аргон), имею­щие низкое содержание в атмосфере и не взаимодействующие с материалом объекта контроля или веществом внутри него. Роль пробного вещества может также выполнять газ, заполняющий кон­тролируемый объект при эксплуатации или хранении (фреон, хлор, аммиак).

В некоторых случаях в качестве пробных веществ применяют легколетучие жидкости: спирт, ацетон, бензин, эфир. Обычно инди­каторы улавливают пары этих жидкостей, тогда способы контроля такими жидкостями относят к газовым.

К жидким пробным веществам относят воду, применяемую при гидроиспытаниях (гидроопрессовке), воду с люминесцирующими добавками, облегчающими индикацию течей, а также смачивающие жидкости — пенетранты.

Для количественной оценки течи при применении жидкости в качестве пробного вещества используют объем жидкости, проникаю­щей через течь в единицу времени. При использовании газовых пробных веществ количественную оценку производят в единицах мощности.

При контроле герметичности конструкции обычно (за исключе­нием случаев использования пенетрантов) создают по ее сторонам разность давлений. Количество газа q, Н-м, определяют по формуле

q=pV,

где p – давление газа, Па или Н/м²; V – объем газа, м³.

Поток газа Q, Вт, через течь равен количеству газа за единицу времени t:

.

Физический смысл того, что поток измеряется в единицах мощности, состоит в том, что произведение давления на объем – энергия, запасенная в газе, а изменение энергии во времени – мощность.

В смеси газов концентрацию каждого компонента q_k к количеству q газа в целом:

.

Объем, занимаемый смесью и всеми ее компонентами, имеет по­стоянное значение, поэтому

.

Отсюда

, где р_к — парциальное давление компонента в смеси газов, т. е. такое давление, при котором только этот компонент смеси газов занимает весь объем.