CN112629779B - 一种压力容器的总体气密性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力容器的总体气密性检测方法，获取压力容器在升压完成时刻t_max对应的最大压力值p_max和最大温度值T_max；根据所述最大压力值p_max和所述最大温度值T_max确定压力容器内的气体密度ρ_g；获取压力容器在检测时刻t₁对应的实际压力值p₁和实际温度值T₁；根据所述气体密度ρ_g和所述实际温度值T₁确定压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c；将所述实际压力值p₁与所述理论压力值p_c比较大小，当所述实际压力值p₁小于所述理论压力值p_c时，则压力容器存在泄露问题；当所述实际压力值p₁等于所述理论压力值p_c时，则压力容器气密性良好。本发明能够更加精确的对压力容器的总体气密性进行检测。

Description

一种压力容器的总体气密性检测方法

技术领域

本发明属于压力容器气密性检测领域，具体涉及一种压力容器的总体气密性检测方法。

背景技术

对于压力容器来说，泄漏检测是投入使用前的一个重要环节。设备制造过程中，法兰、螺纹等连接问题或未焊透、气孔、裂纹等焊接问题常导致压力容器存在泄漏情况。泄漏检测一般包括液压试验和气密性试验，且气密性试验应在液压试验合格后进行。对于介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进行气密性检测试验。

相对于液压试验检测方法，气密性检测存在难以识别、难以定量计算的问题。首先，气体泄漏过程不易识别，不能采用液压试验中的目测法来观察，且微量气体泄露时的压降速率远小于同等体积下液体泄漏时的压降速率，不易通过压力测量来直接判别；其次，气体密度等物性随温度、压力等变化较为明显，例如，在某一密闭容器内，随着温度降低，气体密度升高，比体积减小，使得压力有所降低，此时将难以判别是泄漏导致的压降还是温度等参数变化导致的压力改变。尤其是快速注气打压过程，压力容器内温度升高明显，因此保压过程中由温度降低导致的压降也更大。常用的气体泄漏检测方法主要有气泡法、质谱法、压降法等。其中压降法由于上述提到的问题，测量结果难以判别，并且试验过程用时较长；气泡法、质谱法受限于压力容器体积的要求，适用性有局限。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种压力容器的总体气密性检测方法，能够更加精确的对压力容器的总体气密性进行检测。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种压力容器的总体气密性检测方法，包括：

获取压力容器在升压完成时刻t_max对应的最大压力值p_max和最大温度值T_max；

根据所述最大压力值p_max和所述最大温度值T_max确定压力容器内的气体密度ρ_g；

获取压力容器在检测时刻t₁对应的实际压力值p₁和实际温度值T₁；

根据所述气体密度ρ_g和所述实际温度值T₁确定压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c；

将所述实际压力值p₁与所述理论压力值p_c比较大小，当所述实际压力值p₁小于所述理论压力值p_c时，则压力容器存在泄露问题；当所述实际压力值p₁等于所述理论压力值p_c时，则压力容器气密性良好。

进一步地，当压力容器存在泄露问题时，利用所述理论压力值p_c减去所述实际压力值p₁得到t_max～t₁时间段内的实际泄漏量；

利用实际泄漏量除以泄漏时间，得到压力容器的泄漏率。

一种压力容器的总体气密性检测方法，包括：

获取压力容器的升压完成时刻t_max以及在升压完成时刻t_max对应的最大压力值p_max；

获取压力容器在保压过程中的第一时刻t_c1以及在第一时刻t_c1对应的第一压力值p_c1；

获取压力容器在保压过程中的第二时刻t_c2以及在第二时刻t_c2对应的第二压力值p_c2；

根据获取的t_max、p_max、t_c1、p_c1、t_c2和p_c2求取时间常数τ和稳定压力p_∞；

获取压力容器在检测时刻t₁对应的实际压力值p₁；

根据求取的时间常数τ和稳定压力p_∞以及获取的t_max和p_max求取压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c；

将所述实际压力值p₁与所述理论压力值p_c比较大小，当所述实际压力值p₁小于所述理论压力值p_c时，则压力容器存在泄露问题；当所述实际压力值p₁等于所述理论压力值p_c时，则压力容器气密性良好。

进一步地，所述根据获取的t_max、p_max、t_c1、p_c1、t_c2和p_c2求取时间常数τ和稳定压力p_∞具体为，联立下面两个公式进行求解：

进一步地，所述根据求取的时间常数τ和p_∞以及获取的t_max和p_max求取压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c具体为，利用如下公式进行求解：

式中，t表示压力容器在保压过程中的任一时刻；p表示压力容器在保压过程中的任一时刻t对应的压力值。

进一步地，所述升压完成时刻t_max至所述第一时刻t_c1的时间间隔不超过2min，所述第一时刻t_c1至所述第二时刻t_c2的时间间隔不超过2min。

进一步地，当压力容器存在泄露问题时，利用所述理论压力值p_c减去所述实际压力值p₁得到t_max～t₁时间段内的实际泄漏量；

利用实际泄漏量除以泄漏时间，得到压力容器的泄漏率。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种压力容器的总体气密性检测方法，基于气体物性参数特点及压降法测量原理，综合考虑压力容器在升压和保压过程中的传热现象对温度和压力参数及密度的影响，给出了压力容器气密性检测的定量判别标准，判别结果精准可靠。

首先，考虑到升压过程及保压过程中的温度变化对压力容器内的压力有一定的影响，本发明对保压过程中的温度对压力的影响进行定量表示，并计算得到保压过程中任一时刻的理论压力值，以此作为与实际压力值对比的依据，能精准判别压力容器的气密性。

其次，本发明的方法根据升压完成时刻及保压过程中个别时刻测量的压力、温度参数，经计算处理后即可对气密性进行判别，测量装置和实施步骤简单通用，可大大节约测量装置成本和测量时间。

最后，考虑到某些压力容器不可布置温度测点的问题，本发明提出对升压完成时刻及保压过程中多个时刻测量的压力值进行计算处理，并给出了此种情况下的气密性判别标准，可对气密性进行精确判别，这进一步的提高了本发明的适用范围。

进一步地，当压力容器存在泄露问题时，本发明还能够定量的检测到压力容器的实际泄漏量以及泄漏率。

进一步地，本发明严格控制升压完成时刻t_max至第一时刻t_c1的时间间隔以及第一时刻t_c1至第二时刻t_c2的时间间隔不超过2min，若时间间隔过长，当压力容器发生泄漏时，泄漏导致的压力降低将对压力p随时间t的变化规律产生较大影响，此时压力p随时间t的变化规律不再是受到温度降低这个单一因素的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明压力容器总体气密性检测方法的流程示意图；

图2为本发明压力容器上布置温度测点时的参数测量示意图；

图3为本发明压力容器上未布置温度测点时的参数测量示意图。

图中，p、T和t分别表示压力值(MPa)、温度值(℃)和时间(s)；下角标0表示初始状态；下角标max表示压力容器注气完成点(此时压力容器内压力和温度均达到最高值)；下角标1表示检测点；下角标c1和c2分别表示未布置温度测点时所需要的额外两次压力测量点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在压力容器加装温度检测点和不能加装温度测点的两种情况下，分别给出了压力容器气密性检测的定量判别方法，包括压力容器在升压过程和保压过程中多次压力和温度参数的测量、计算处理及最终的气密性判别标准。

实施例1

当压力容器能加装温度检测点时，结合图1和图2所示，作为本发明的某一具体实施方式，一种压力容器的总体气密性检测方法，包括：

通过压力表和热电偶，获取压力容器在升压完成时刻t_max对应的最大压力值p_max和最大温度值T_max；

根据最大压力值p_max和最大温度值T_max，使用Refprop9.0_NIST物性查询软件确定压力容器内的气体密度ρ_g，即ρ_g＝f(p_max，T_max)；

通过压力表和热电偶，获取压力容器在检测时刻t₁对应的实际压力值p₁和实际温度值T₁；

根据气体密度ρ_g和实际温度值T₁，使用Refprop9.0_NIST物性查询软件确定压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c；

将实际压力值p₁与理论压力值p_c比较大小，根据比较结果判定压力容器的气密性是否良好，具体的说，当实际压力值p₁小于理论压力值p_c时，则压力容器存在泄露问题，此时，利用理论压力值p_c减去实际压力值p₁得到t_max～t₁时间段内的实际泄漏量，并利用实际泄漏量除以泄漏时间，得到压力容器的泄漏率。

当实际压力值p₁等于理论压力值p_c时，则压力容器气密性良好。

实施例2

当压力容器不能布置温度测点的情况下，先假设压力容器的气密性良好，根据不同时刻的压力测量数据得到压力随时间的变化规律，根据压力随时间的变化规律得到任一时刻的理论压力值，最终将理论压力值与检测点的实际压力测量值进行比较来检验压力容器的气密性，具体如下：

结合图1和图3所示，作为本发明的某一具体实施方式，一种压力容器的总体气密性检测方法，包括：

通过压力表，获取压力容器的升压完成时刻t_max以及在升压完成时刻t_max对应的最大压力值p_max。

通过压力表，获取压力容器在保压过程中的第一时刻t_c1以及在第一时刻t_c1对应的第一压力值p_c1，可参照图3中的测量点1；

优选的，升压完成时刻t_max至第一时刻t_c1的时间间隔不超过2min。

通过压力表，获取压力容器在保压过程中的第二时刻t_c2以及在第二时刻t_c2对应的第二压力值p_c2，可参照图3中的测量点2；

优选的，第一时刻t_c1至第二时刻t_c2的时间间隔不超过2min。

进一步的，确定保压过程(t_max时刻后)由于温度降低导致的压力p随时间t的变化规律。由于压力容器内部气体不流动，且各向差异性较小，因此可假设压力容器内气体温度变化问题为一维非稳态导热问题。采用集中参数法进行求解，则有温度T随时间的变化规律为：

其中，τ为时间常数；保压过程温度降低较小，且压力容器内密度ρ_g不变，可采用理想气体状态方程计算压力p与温度T的关系，即p＝ρ_gRT，其中R为理想气体常数；因此，保压过程中压力p随时间t的变化规律为：

其中，时间常数τ和稳定压力p_∞为待求解量。

根据获取的t_max、p_max、t_c1、p_c1、t_c2和p_c2求取时间常数τ和稳定压力p_∞(压力容器无泄漏且温度恢复至室温时的压力)，具体的说，联立下面两个公式进行τ和p_∞的求解：

求解得到时间常数τ和稳定压力p_∞，即确定了压力容器在保压过程中(t_max时刻后)由于温度降低导致的压力p随时间t的变化规律，变化规律的表达式如下：

式中，t表示压力容器在保压过程中的任一时刻；p表示压力容器在保压过程中的任一时刻t对应的压力值。

通过压力表，获取压力容器在检测时刻t₁对应的实际压力值p₁。

根据求取的时间常数τ和稳定压力p_∞以及获取的t_max和p_max求取压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c，也就是说，利用压力容器在保压过程中由于温度降低导致的压力p随时间t的变化规律进行求解，将检测时刻t₁代入变化规律的表达式中求解得到检测时刻t₁对应的理论压力值p_c。

将实际压力值p₁与理论压力值p_c比较大小，根据比较结果判定压力容器的气密性是否良好，具体的说，当实际压力值p₁小于理论压力值p_c时，则压力容器存在泄露问题，此时，利用理论压力值p_c减去实际压力值p₁得到t_max～t₁时间段内的实际泄漏量，并利用实际泄漏量除以泄漏时间，得到压力容器的泄漏率。

当实际压力值p₁等于理论压力值p_c时，则压力容器气密性良好。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种压力容器的总体气密性检测方法，其特征在于，包括：

获取压力容器的升压完成时刻t_max以及在升压完成时刻t_max对应的最大压力值p_max；

获取压力容器在保压过程中的第一时刻t_c1以及在第一时刻t_c1对应的第一压力值p_c1；

获取压力容器在保压过程中的第二时刻t_c2以及在第二时刻t_c2对应的第二压力值p_c2；

根据获取的t_max、p_max、t_c1、p_c1、t_c2和p_c2求取时间常数τ和稳定压力p_∞；

获取压力容器在检测时刻t₁对应的实际压力值p₁；

根据求取的时间常数τ和稳定压力p_∞以及获取的t_max和p_max求取压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c；

将所述实际压力值p₁与所述理论压力值p_c比较大小，当所述实际压力值p₁小于所述理论压力值p_c时，则压力容器存在泄露问题；当所述实际压力值p₁等于所述理论压力值p_c时，则压力容器气密性良好。

2.根据权利要求1所述的一种压力容器的总体气密性检测方法，其特征在于，所述根据获取的t_max、p_max、t_c1、p_c1、t_c2和p_c2求取时间常数τ和稳定压力p_∞具体为，联立下面两个公式进行求解：

3.根据权利要求2所述的一种压力容器的总体气密性检测方法，其特征在于，所述根据求取的时间常数τ和p_∞以及获取的t_max和p_max求取压力容器在检测时刻t₁对应的理论压力值p_c具体为，利用如下公式进行求解：

式中，t表示压力容器在保压过程中的任一时刻；p表示压力容器在保压过程中的任一时刻t对应的压力值。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种压力容器的总体气密性检测方法，其特征在于，所述升压完成时刻t_max至所述第一时刻t_c1的时间间隔不超过2min，所述第一时刻t_c1至所述第二时刻t_c2的时间间隔不超过2min。

5.根据权利要求4所述的一种压力容器的总体气密性检测方法，其特征在于，当压力容器存在泄露问题时，利用所述理论压力值p_c减去所述实际压力值p₁得到t_max～t₁时间段内的实际泄漏量；

利用实际泄漏量除以泄漏时间，得到压力容器的泄漏率。

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