CN115371902A - 一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，包括用于将低温制冷机产生的低温液体传输至分配阀箱的真空绝热管线，所述真空绝热管线与至少一个氦质谱检漏仪连接；其中，所述真空绝热管线由若干预制段通过对应的过渡段焊接而成，各预制段均包括内部管道、外部管道以及内部管道与外部管道之间的真空夹层，各预制段的外部管道上均设有真空安全塞，且至少一个预制段与一辅助抽空系统连接。本发明还涉及一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法。本发明实现了对真空绝热管线的内管逐根、分段的检测，能够精准快速地确定存在漏孔的内管，并快速准确地定位漏孔范围，提高了检测效率和检测准确度。

Description

一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统及方法
技术领域
本发明涉及低温绝热真空管线检测技术，更具体地涉及一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统及方法，用于内管焊缝漏点的快速定位。
背景技术
在超导测试平台与低温系统之间设置有低温分配传输系统，低温分配传输系统包括低温阀箱和传输管线，其主要作用是将低温制冷机产生的低温液体通过真空绝热管线分配给各终端设备，以满足各终端设备对低温液体的流量、压力、温度及液位等不同参数的控制需要。为了顺利输送及使用低温流体，并为超导高频测试平台提供稳定的2K实验环境，需要保证真空绝热管线在常温下的总漏率＜1.0E-9Pa·m3/s。
真空绝热管线由数个预制段现场组装而成，内管包含了数百条对接焊缝，安装完成时可能漏率值合格，但经过一段时间的低温超流氦输送之后，由于内管经过数次冷热交替变化，会引起材料疲劳造成焊缝的拉裂，导致内管出现泄漏现象，使得低温装置无法循环利用冷却工质。
传统的真空氦质谱检漏，如果有漏孔，则需要重新抽负压再继续保压。这种方法耗时长，且无法实现内管漏孔的具体位置定位。氦质谱检漏正压法适用于对真空绝热管线外管检测漏孔，内管最多时需要拆除所有过渡段方可进行检漏，工作量较大且操作时间较长。因漏孔问题无法解决，往往会使价值数千万的管线作报废处置。因此，有必要开发一种快速有效的检漏方案，确定内管漏孔的位置，以在设备停机时及时进行补救，使得真空绝热管线达到正常使用水平，避免对低温系统造成巨大损失。
发明内容
为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统及方法，能够实现对真空绝热管线内管漏孔的快速准确定位。
本发明提供的一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，包括用于将低温制冷机产生的低温液体传输至分配阀箱的真空绝热管线，所述真空绝热管线与至少一个氦质谱检漏仪连接；其中，所述真空绝热管线由若干预制段通过对应的过渡段焊接而成，各预制段均包括内部管道、外部管道以及内部管道与外部管道之间的真空夹层，各预制段的外部管道上均设有真空安全塞，且至少一个预制段与一辅助抽空系统连接。
进一步地，所述真空安全塞具有匹配的安全塞工装，所述氦质谱检漏仪通过波纹管与所述安全塞工装密封连接。
进一步地，所述波纹管的直径与所述氦质谱检漏仪的排气口的直径相同。
进一步地，所述波纹管采用不锈钢波纹管KF接口形式。
进一步地，所述辅助抽空系统包括作用于所述真空夹层的第一真空单元和作用于所述内部管道的第二真空单元。
进一步地，所述第一真空单元包括通过第一抽气支路与所述真空夹层依次连接的真空阀门、第一真空泵组，在所述真空夹层与所述真空阀门之间的一段第一抽气支路上连接有真空规，在所述真空阀门与所述第一真空泵组之间的一段第一抽气支路上连接有氮气储罐。
进一步地，所述真空规通过角阀连接至所述第一抽气支路，所述第一氮气储罐通过氮气供给支路连接至所述第一抽气支路，且所述氮气供给支路上设有压力表以及隔断阀。
进一步地，所述第二真空单元包括若干与各内部管道分别连接的内管支路，所述内管支路通过第二抽气支路与第二真空泵组连接、通过氦气回收支路与回收气袋连接、并通过氦气供给支路与氦气储罐连接。
进一步地，所述第二抽气支路上设有泵切换阀，所述氦气回收支路上设有气袋通断阀，所述氦气供给支路上设有储罐通断阀，且所述内管支路上设有内管工艺阀。
本发明还提供一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法，包括：
步骤S1，提供上述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统；
步骤S2，启动第二真空单元的第二真空泵组，对真空绝热管线的内部管道抽空至5Pa以下；
步骤S3，关闭所述第二真空泵组，开启第一真空单元的第一真空泵组和氮气储罐，对所述真空绝热管线的真空夹层进行若干次氮气置换，每次抽空至5Pa以下，并将真空夹层中残存的氦气杂质洗净；
步骤S4，关闭所述第一真空泵组和所述氮气储罐，连通所述真空绝热管线和氦质谱检漏仪，对所述真空绝热管线的内部管道进行真空负压检漏，确定存在漏孔的内部管道；
步骤S5，对存在漏孔的内部管道对应的各过渡段进行真空负压检漏，确定存在漏孔的内部管道过渡段；
步骤S6，开启所述氮气储罐，向所述真空绝热管线的真空夹层充入氮气，并拆除漏孔所在过渡段的外壳；
步骤S7，开启氦气储罐，向真空绝热管线存在漏孔的内部管道充入氦气，并采用氦气罩包围漏孔所在内部管道过渡段的全部或部分，利用所述氦质谱检漏仪的吸枪模式确定真实泄漏点。
本发明提供的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统及方法，实现了对真空绝热管线的内管逐根、分段的检测，能够精准快速地确定存在漏孔的内管，并快速准确地定位漏孔范围，提高了检测效率和检测准确度。
附图说明
图1是按照本发明的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统的结构示意图。
图2是图1中真空绝热管线的内部管道的结构示意图。
图3是按照本发明的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法进行检漏的示例图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，包括用于将低温制冷机1产生的低温液体传输至分配阀箱2的真空绝热管线3，真空绝热管线3与至少一个氦质谱检漏仪4连接。其中，真空绝热管线3由若干预制段31通过对应的过渡段32焊接而成(即长距离的真空绝热管线3由多个短距离的预制段31现场焊接而成，各过渡段32用作各预制段31现场焊接时的连接段)，各预制段31均包括多个内部管道、一个外部管道以及内部管道与外部管道之间的真空夹层，各预制段31的外部管道上均设有规格相同的真空安全塞5，且至少一个预制段31与一辅助抽空系统连接。应当理解，相邻的预制段31的内外管道均连通，以形成完整的真空绝热管线3。
各预制段31的真空安全塞5均具有匹配的安全塞工装，以控制真空绝热管线3与外部设备和/或系统的管路通断，氦质谱检漏仪4通过波纹管与安全塞工装密封连接。波纹管的直径与氦质谱检漏仪4的排气口的直径相同，且在本实施例中，波纹管采用不锈钢波纹管KF接口形式。需要说明的是，若对某个预制段进行检漏，真空绝热管线3仅需连接一个氦质谱检漏仪；若对某个过渡段进行检漏，则真空绝热管线3需连接两个氦质谱检漏仪；当连接两个氦质谱检漏仪时，所采用的波纹管规格相同。
辅助抽空系统具有预抽真空、分流气体、减小示漏气体反应时间和清除时间等功能，以及加快检漏节奏的作用，其包括作用于真空夹层的第一真空单元61和作用于内部管道的第二真空单元62(参见图2)。
第一真空单元61包括通过第一抽气支路611与真空夹层依次连接的真空阀门612、第一真空泵组613，在真空夹层与真空阀门612之间的一段第一抽气支路611上连接有真空规614，用于监测真空夹层内的真空压力；而在真空阀门612与第一真空泵组613之间的一段第一抽气支路611上连接有氮气储罐615，用于向真空夹层充入氮气。其中，真空规614通过角阀616连接至第一抽气支路611，氮气储罐615通过氮气供给支路617连接至第一抽气支路611，且第一氮气供给支路617上设有用于监测实时供给压力的压力表618以及用于控制管路通断的隔断阀619。
如图2所示(图示的A～E表示真空绝热管线中的5个内部管道)，第二真空单元62包括若干与各内部管道分别连接的内管支路33，内管支路33通过第二抽气支路621与第二真空泵组622连接、通过氦气回收支路623与回收气袋624连接、并通过氦气供给支路625与氦气储罐626连接。其中，回收气袋624通过氦气回收支路623回收内部管道中的氦气，氦气储罐626通过氦气供给支路625向内部管道充入氦气。并且，第二抽气支路621上设有泵切换阀627，用于控制第二真空泵组622与所有内部管道的通断。氦气回收支路623上设有气袋通断阀628，用于控制回收气袋624与所有内部管道的通断。氦气供给支路625上设有储罐通断阀629，用于控制氦气储罐626与所有内部管道的通断。另外，各内管支路33上均设有内管工艺阀34，用于控制各内管支路33的单独通断。
需要说明的是，上述氦质谱检漏仪4以及辅助抽空系统的全部管路和连接部位的漏率均小于1.0E-9Pa·m3/s。
基于上述的检测系统，本发明还提供一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，提供上述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统。
步骤S2，启动第二真空单元62的第二真空泵组622，对真空绝热管线3的内部管道抽空至5Pa以下。
步骤S3，关闭第二真空泵组622，开启第一真空单元61的第一真空泵组613和氮气储罐615，对真空绝热管线3的真空夹层进行若干次氮气置换，每次抽空至5Pa以下，并将真空夹层中残余的氦气杂质洗净。
步骤S4，关闭第一真空泵组613和氮气储罐615，连通真空绝热管线3和氦质谱检漏仪4，对真空绝热管线3的内部管道进行真空负压检漏，确定存在漏孔的内部管道。
步骤S4具体包括：
步骤S41，将一个氦质谱检漏仪4连接至外部管道上的一个真空安全塞，运行氦质谱检漏仪4，并等待氦质谱检漏仪4的背景漏率稳定；
步骤S42，使用氦气储罐626向各内部管道依次充入氦气，观察充入氦气后氦质谱检漏仪4的漏率值，若漏率值超过1.0E-9Pa·m3/s，则表明对应的内部管道存在漏孔。需要说明的是，充入氦气时，需保持内部管道的压力低于一个表压，内部管道内氦气的浓度为10％～30％。
步骤S5，对存在漏孔的内部管道对应的各过渡段进行真空负压检漏，确定存在漏孔的过渡段。具体地，将另一个相同规格的氦质谱检漏仪4依次连接至外部管道上的其他真空安全塞，每次连接后，待氦质谱检漏仪4的背景漏率稳定时，使用氦气储罐626向存在漏孔的内部管道充入氦气，根据两个氦质谱检漏仪4的漏率值大小确定漏孔所在的过渡段。
需要说明的是，对内部管道和过渡段进行真空负压检漏之前，需对氦质谱检漏仪进行校准。
步骤S6，开启氮气储罐615，向真空绝热管线3的真空夹层充入氮气，并拆除漏孔所在过渡段的外壳。
步骤S7，采用氦气罩包围漏孔所在内部管道过渡段的全部或部分，利用氦质谱检漏仪4的吸枪模式确定真实泄漏点。具体地，将吸枪插入氦气罩内，并向内部管道充入氦气，等待一定时间后观察氦质谱检漏仪4的稳定漏率数值，初步判断该过渡段的整体漏率范围；取下氦气罩，用吸枪对该过渡段的可疑部位依次检漏，当某个位置的漏率与该过渡段的整体漏率范围大致相同时，该位置即为真实泄漏点。需要说明的是，吸枪检漏时通常采用从上至下、由远至近、移动速度缓慢的原则，吸枪移动到真实泄漏点时，氦质谱检漏仪4的信号会明显增强。为缩短检漏时间，吸枪选用较短的吸枪软管，例如金属软管或者塑料管。
找到真实泄漏点后，可对漏孔进行修补。修补完成后，向内部管道充入高浓度、高压力的氦气(氦气浓度≥50％，压力≥2bar)进行检漏。先采用吸枪检漏法进行检查，当吸枪检漏法无法检查到可疑漏点时，结合上述真空负压检漏法单独对该过渡段进行检漏。检漏完毕后，将所有内部管道充入的氦气回收至回收气袋624，并将真空绝热管线3的真空夹层抽真空。
通过上述步骤，本发明提供的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法首先将所需的各设备连接，然后使用辅助抽空系统进行抽空，使被测绝热真空管线的真空夹层达到所需的真空环境，连接氦质谱检漏仪之后对绝热多层管线的内管依次充入氦气，通过氦质谱检漏仪的输出确定漏孔所在的内部管道。本发明清晰明确、方便实用，所需设备简单，检漏效率高。
以下结合图2和图3，通过一具体示例对本发明的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法进一步解释。其中，图3中的a～h表示真空安全塞的编号，A’～I’表示各过渡段的编号。
步骤S1，在上述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统中，真空绝热管线经过长期使用，常温温区下A、B、C、D、E五个内部管道充氦后，连接氦质谱检漏仪进行负压检漏，所检测出的漏率值为7.9E-6Pa·m3/s，真空值为1.01Pa。
步骤S2，启动第二真空单元62的第二真空泵组622，对真空绝热管线3的内部管道抽空A、B、C、D、E至1.01Pa。
步骤S3，关闭第二真空泵组622，开启第一真空单元61的第一真空泵组613和氮气储罐615，对真空绝热管线3的真空夹层进行3～4次氮气置换，每次抽空至5Pa以下，并将夹层中残余的氦气杂质洗净，最后一次置换前将真空夹层抽空至1.01Pa。
步骤S4，关闭第一真空泵组613和氮气储罐615，在真空绝热管线3的真空安全塞a处连接并运行氦质谱检漏仪4，待氦质谱检漏仪4的背景漏率稳定且显示本地≤1.0E-13Pa·m3/s，使用氦气储罐626向内部管道A、B、C、D、F依次充入混合氦气。充气时，内部管道内氦气的浓度为10％～30％，压力为1000Pa。全开真空安全塞工装，根据氦质谱检漏仪4的输出响应，发现B管通入混合氦气时，漏率变化较快，且显示最大漏率上升至2.9E-5Pa·m3/s@1.01Pa，由此确定漏孔在B管上。
步骤S5，确定B管出现漏孔后，在其余的安全塞处依次且通过500mm长度的DN25波纹管路连接相同规格的氦质谱检漏仪4。氦质谱检漏仪4的背景漏率稳定时，使用氦气储罐626向B管加压，且压力低于一个表压。根据氦质谱检漏仪4的输出响应确定哪个过渡段存在漏孔。具体的检漏顺序如下：
1)在真空塞a点和真空塞h点布置氦质谱检漏仪，发现h点先于a点检测到氦气泄漏；
2)将氦质谱检漏仪由a点转移至b点，发现h点先于b点检测到氦气泄漏；
3)将氦质谱检漏仪由b点转移至c点，发现h点先于c点检测到氦气泄漏；
4)将氦质谱检漏仪由c点转移至d点，发现h点先于d点检测到氦气泄漏；
5)将氦质谱检漏仪由d点转移至g点，发现g点和d点基本同时检测到氦气泄漏，且漏率值h≈g＞d＞c＞b＞a，则确定漏孔在过渡段I’。
步骤S6，开启氮气储罐615，向真空绝热管线3的真空夹层充入氮气，并拆除过渡段I’的外壳。
步骤S7，将氦质谱检漏仪调至吸枪模式，采用氦气罩将内管管道过渡段的可疑部位或者过渡段部件整个包起来，将与氦质谱检漏仪相连接的吸枪插入氦气罩内。向B管充入2bar氦气，等待一定的反应时间，观察氦质谱检漏仪读出的稳定漏率数值；然后取下氦气罩，用吸枪对过渡段I的可疑部位依次检漏。当氦质谱检漏仪的信号明显增强时，发现吸枪漏率最大为5.0×10-6Pa·m3/s，准确找到长度为1～2mm的真实漏孔点。
找到真实泄漏点后，对漏孔进行修补或更换。修补完成后，向B管充入高浓度、高压力的氦气(氦气浓度≥50％，压力≥2bar)进行检漏。先采用吸枪检漏法进行检查，当吸枪检漏法无法检查到可疑漏点时，结合真空负压检漏法单独对该过渡段进行检漏。检漏完毕后，将所有内部管道充入的氦气回收至回收气袋624，并将真空绝热管线3的真空夹层抽真空。
本发明实现了对真空绝热管线的内管逐根且分段进行检测，能够精准快速地确定存在漏孔的内管，并快速准确地定位漏孔范围，提高了检测效率和检测准确度。负压氦质谱检漏法可以大概确定漏孔所处过渡段的位置，且具有高灵敏度、低成本的优点，结合正压吸枪检漏法，可以很好地检测到漏孔具体位置，操作简单方便且快速。检漏过程中，同时控制检漏仪及附属氮气、氦气源，及时观察漏率变化、数据分析以及反馈操作等，多个操作人员分工协作。通过测试站真空绝热管线实际应用，本发明能够准确、有效地定性漏点位置范围及漏率。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，包括用于将低温制冷机产生的低温液体传输至分配阀箱的真空绝热管线，所述真空绝热管线与至少一个氦质谱检漏仪连接；其中，所述真空绝热管线由若干预制段通过对应的过渡段焊接而成，各预制段均包括内部管道、外部管道以及内部管道与外部管道之间的真空夹层，各预制段的外部管道上均设有真空安全塞，且至少一个预制段与一辅助抽空系统连接。
2.根据权利要求1所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述真空安全塞具有匹配的安全塞工装，所述氦质谱检漏仪通过波纹管与所述安全塞工装密封连接。
3.根据权利要求1所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述波纹管的直径与所述氦质谱检漏仪的排气口的直径相同。
4.根据权利要求1所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述波纹管采用不锈钢波纹管KF接口形式。
5.根据权利要求1所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述辅助抽空系统包括作用于所述真空夹层的第一真空单元和作用于所述内部管道的第二真空单元。
6.根据权利要求5所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述第一真空单元包括通过第一抽气支路与所述真空夹层依次连接的真空阀门、第一真空泵组，在所述真空夹层与所述真空阀门之间的一段第一抽气支路上连接有真空规，在所述真空阀门与所述第一真空泵组之间的一段第一抽气支路上连接有氮气储罐。
7.根据权利要求6所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述真空规通过角阀连接至所述第一抽气支路，所述氮气储罐通过氮气供给支路连接至所述第一抽气支路，且所述氮气供给支路上设有压力表以及隔断阀。
8.根据权利要求5所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述第二真空单元包括若干与各内部管道分别连接的内管支路，所述内管支路通过第二抽气支路与第二真空泵组连接、通过氦气回收支路与回收气袋连接、并通过氦气供给支路与氦气储罐连接。
9.根据权利要求8所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统，其特征在于，所述第二抽气支路上设有泵切换阀，所述氦气回收支路上设有气袋通断阀，所述氦气供给支路上设有储罐通断阀，且所述内管支路上设有内管工艺阀。
10.一种测试站真空绝热管线内管漏孔的检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供如权利要求1-9所述的测试站真空绝热管线内管漏孔的检测系统；
步骤S2，启动第二真空单元的第二真空泵组，对真空绝热管线的内部管道抽空至5Pa以下；
步骤S3，关闭所述第二真空泵组，开启第一真空单元的第一真空泵组和氮气储罐，对所述真空绝热管线的真空夹层进行若干次氮气置换，每次抽空至5Pa以下，并将真空夹层中残存的氦气杂质洗净；
步骤S4，关闭所述第一真空泵组和所述氮气储罐，连通所述真空绝热管线和氦质谱检漏仪，对所述真空绝热管线的内部管道进行真空负压检漏，确定存在漏孔的内部管道；
步骤S5，对存在漏孔的内部管道对应的各过渡段进行真空负压检漏，确定存在漏孔的内部管道过渡段；
步骤S6，开启所述氮气储罐，向所述真空绝热管线的真空夹层充入氮气，并拆除漏孔所在过渡段的外壳；
步骤S7，开启氦气储罐，向真空绝热管线存在漏孔的内部管道充入氦气，并采用氦气罩包围漏孔所在内部管道过渡段的全部或部分，利用所述氦质谱检漏仪的吸枪模式确定真实泄漏点。
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