CN114923639A - 一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统及方法，包括输送低温预冷工质的深冷处理系统、存储检漏用低温工质的氦气充入系统、真空冷箱系统、抽真空和检漏用的测试系统和对氦气进行高压回收用的回收系统；深冷处理系统、氦气充入系统、测试系统、回收系统分别与真空冷箱系统相连接，并依次形成深冷处理通路、氦气充入通路、测试通路、回收通路，每条通路上均设有通路阀门；被测试件以可拆卸的方式置于真空冷箱系统中。本发明可更准确地测试板翅式换热器在不同低温工况下的漏率，尤其适用于板翅式换热器等多腔容器或多个容器的内外漏率检测，同时实现了氦气的回收和循环利用。

Description

一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种换热器内外漏率检测的系统及方法，尤其涉及一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统及方法。

背景技术

大型氦液化、氢液化等装置用低温冷箱通常采用真空绝热设计，板翅式换热器作为大型氦液化、氢液化等装置的重要部件，被安置在真空冷箱当中，冷箱内夹层真空度决定了冷箱的绝热效果是否能满足要求，通常需要在常温和低温下外漏率一直保持在10^-6Pa·L/s以下。同时，由于板翅式换热器不同通道内的工质和压力不同，流道内的工质相互微量泄漏也将造成低温工质不纯或泄漏，从而影响整个低温系统的性能，甚至影响系统的运行安全，因此，通常也需要在常温和低温下内漏率一直保持在10^-5Pa·L/s以下。

一般来说，板翅式换热器等设备或装置在高温真空钎焊炉内钎焊成型，其焊缝多而密，极容易发生微小的泄漏，虽然在常温下采用内部充压水泡目视检漏，以及常温下内部抽空外部罩氦气的氦质谱检漏，可发现微小泄漏，但是当板翅式换热器被冷却至低温的过程中，由于材料、焊接环境、应力等诸多方面的原因，原先有焊接缺陷的部位极容易成为新的漏孔，从而使得在低温下的漏率会增加几个量级，造成其在低温下可能无法正常使用，返修工作将会非常繁琐，甚至出现低温下漏率大而恢复常温后漏率正常的情况发生，采用以往进行换热器冷激后恢复常温的测试装置或方法也无法对其进行有效检漏。因此，必须研制专门的常温和低温工况下能够实时检测的漏率检测系统。

专利202110801347.6公开了一种板翅式换热器多通道的内外检漏和回收提纯装置及其方法。该发明解决了多腔容器或多个容器氦检工作繁琐、费时较长等问题，同时对检漏用氦气进行了回收。但是，此装置及其方法采用塑料薄膜罩检，无法实现大型设备或装置在低温工况下的高压氦检。因此，需要对该发明进行改进，从而实现常温和低温下板翅式换热器等多腔容器或多个容器的高压氦检。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种适用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统及方法。

技术方案：本发明所述的用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统，包括输送预冷用低温工质的深冷处理系统、存储检漏用低温工质的氦气充入系统、真空冷箱系统、抽真空和检漏用的测试系统和对氦气进行高压回收用的回收系统；深冷处理系统、氦气充入系统、测试系统、回收系统分别与真空冷箱系统相连接，并依次形成深冷处理通路、氦气充入通路、测试通路、回收通路，每条通路上均设有通路阀门；被测试件以可拆卸的方式置于真空冷箱系统中。

优选地，所述深冷处理系统依次连接有第一低温储液罐、汽化器、第一混合器；所述第一低温储液罐内存储着液氮或液氦；所述第一混合器带有加热器，第一混合器收集低温预冷工质和经汽化器汽化后的常温预冷工质，并在加热器的辅助下，得到目标低温工况下的预冷工质。

优选地，所述深冷处理通路包括第一深冷处理通路和第二深冷处理通路；第一深冷处理通路依次包括第一低温储液罐、汽化器、第一混合器和第一深冷处理切换阀门；第二深冷处理通路依次包括第一低温储液罐、汽化器、第一混合器和第二深冷处理切换阀门。

优选地，所述氦气充入系统包括检漏氦气气源、检漏氮气气源、第二低温储液罐、换热盘管、第二混合器，上述部件依次相连构成氦气充入通路；所述第二低温储液罐内存储着液氮或液氦；所述换热盘管自上而下呈螺旋状设置于第二低温储液罐的罐体内；所述第二混合器带有加热器。

优选地，所述测试系统依次连接有测试复热盘管、抽真空系统和氦质谱检漏仪；所述抽真空系统为分子泵真空泵组。

优选地，所述测试通路包括抽空通路和检漏通路；所述抽空通路依次包括测试复热盘管、泵组控制阀门、抽真空系统；所述检漏通路依次包括测试复热盘管、检漏控制阀门、氦质谱检漏仪。

优选地，所述回收系统包括第一回收复热盘管、第二回收复热盘管、气囊、回收压缩机、污氦气钢瓶组；所述回收压缩机为多级活塞式压缩机或隔膜式压缩机。

优选地，所述回收通路包括第一回收通路和第二回收通路；第一回收通路依次包括第一回收复热盘管、第一回收切换阀门、氦气回收控制阀门、气囊、回收压缩机、污氦气钢瓶组；第二回收通路依次包括第二回收复热盘管、第二回收切换阀门、氦气回收控制阀门、气囊、回收压缩机、污氦气钢瓶组。

优选地，所述真空冷箱系统包括第一集合管、第一通道连接管组、真空冷箱、第二通道连接管组、第二集合管；所述真空冷箱为密封装置，用于对板翅式换热器进行罩设和真空密封；所述第一通道连接管组、第二通道连接管组分别与待测试件的通道两端连接，并且三者的通道个数相同；所述第一通道连接管组和第二通道连接管组的每条连接管上均设有阀门，分别构成第一通道阀组和第二通道阀组；所述第一通道连接管组通过第一集合管分别与第一深冷处理通路、氦气充入通路、第一回收通路连接；所述第二通道连接管组通过第二集合管分别与第二深冷处理通路、测试通路、第二回收通路连接。

所述检测系统对板翅式换热器在低温工况下内外漏率检测的方法，包括如下步骤：

S1：通过深冷处理系统将低温预冷工质通入被测试件板翅式换热器的至少一个通道，对其深冷处理至所需工况；所述低温预冷工质为低温氮气或低温氦气。具体包括：

S1-1：由第一混合器流出的低温预冷工质通过深冷处理通路对被测试件进行预冷；

S1-2：在预冷过程中，当被测试件一端温度降至工作温度以下时，通过第一深冷处理切换阀门和第二深冷处理切换阀门的控制，切换低温预冷工质充气通道，将温度较高的另一端快速降温，直至两端温度均降低至工作温度以下；所述快速降温的速率不得高于4K/min；

S1-3：深冷处理后的低温预冷工质通过回收管路复温后进行回收或排放，与步骤S1-2同时对应，通过第一回收切换阀门和第二回收切换阀门的控制，切换低温预冷工质排气通道。当所述低温预冷工质为低温氮气时，开启氮气放空控制阀门，将深冷处理用氮气放空；当所述低温预冷工质为低温氦气时，开启氦气回收控制阀门，将深冷处理用氦气回收至气囊。

S2：使用测试系统对真空冷箱系统和被测试件的每个通道抽真空；待所述真空冷箱系统和被测试件的各通道真空到达5Pa以下，关闭泵组控制阀门，开启检漏控制阀门，连接氦质谱检漏仪，同时记录真空冷箱的本底漏率。

S3：通过氦气充入系统将低温检漏工质依次充入被测试件的测试通道，使用测试系统依次对被测试件的测试通道进行内外检漏。具体包括：

S3-1：由第二混合器流出的低温检漏工质通过氦气充入通路依次充入被测试件的测试通道；所述低温检漏工质为低温氦气或低温氦氮混合气；

S3-2：当通道压力达到工作压力后，停止低温检漏工质充入，使用氦质谱检漏仪依次对被测试件的测试通道进行内外检漏；

S3-2-1：先测量测试通道的外漏，将真空冷箱连接氦质谱检漏仪，检漏仪持续进行测量并记录数据，即为该通道的外漏率；

S3-2-2：之后测量该通道的内漏，将其他各非测试通道依次连接氦质谱检漏仪，检漏仪持续进行测量并记录数据，即为该通道的内漏率；

S3-2-3：完成该通道的内外检漏后，继续重复步骤S3，进行下一通道的内外检漏，直至完成所有通道的内外检漏。

S4：使用回收系统对检漏用氦气进行高压回收。具体包括：

S4-1：检漏结束后的低温检漏工质通过第二回收管路复温后进行回收，开启氦气回收控制阀门，将检漏用氦气回收至气囊；

S4-2：气囊中的氦气通过回收压缩机增压存储在污氦气钢瓶组中，从而实现氦气的高压回收。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：所述检漏系统，具有更可靠的密封结构，可更准确地测试板翅式换热器在不同低温工况下的漏率，特别地，可用于模拟真空冷箱环境，测试板翅式换热器或者其他多腔容器或多个容器在不同低温工况下的实际内外漏率，可有效保证待测试件在液氮、液氦温区下的可靠性。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图1中的附图标记为：

1——深冷处理系统；11——第一低温储液罐；12——汽化器；13——第一混合器；101——第一深冷处理切换阀门；102——第二深冷处理切换阀门；

2——氦气充入系统；21——检漏氦气气源；22——检漏氮气气源；23——第二低温储液罐；24——换热盘管；25——第二混合器；

3——真空冷箱系统；31——第一集合管；32——第一通道连接管组；33——真空冷箱；34——第二通道连接管组；35——第二集合管；301——第一通道阀组；302——第二通道阀组；303——冷箱抽空阀门；

4——测试系统；41——测试复热盘管；42——抽真空系统；43——氦质谱检漏仪；401——泵组控制阀门；402——检漏控制阀门；

5——回收系统；51——第一回收复热盘管；52——第二回收复热盘管；53——气囊；54——回收压缩机；55——污氦气钢瓶组；501——第一回收切换阀门；502——第二回收切换阀门；503——氮气放空控制阀门；504——氦气回收控制阀门。

本发明涉及一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统及方法，可用来测试板翅式换热器在不同低温工况下的漏率，尤其适用于板翅式换热器等多腔容器或多个容器的内外检漏。下面以液氮温区为例，进行详细阐述和说明。

如图1所示，一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统，其包括深冷处理系统1、氦气充入系统2、真空冷箱系统3、测试系统4、回收系统5以及多个通路阀门；深冷处理系统1、氦气充入系统2、测试系统4、回收系统5分别与真空冷箱系统3相连接，并依次形成深冷处理通路、氦气充入通路、测试通路、回收通路；深冷处理系统1将低温预冷工质通入被测试件的其中一个或多个通道，对其深冷处理至所需工况；氦气充入系统2将低温检漏工质充入被测试件的每个通道；测试系统4用于对真空冷箱33和被测试件的每个通道进行抽真空以及低温的氦质谱漏率检测；回收系统5用于对氦气进行高压回收。

所述深冷处理系统包括第一低温储液罐11、汽化器12、第一混合器13。所述第一低温储液罐11内存储着液氮；所述第一混合器13带有加热器；所述第一混合器13收集低温液氮和经汽化器12汽化后的常温氮气，并在加热器的辅助下，得到目标低温工况下的预冷氮气。

所述深冷处理通路包括第一深冷处理通路和第二深冷处理通路；第一深冷处理通路依次包括第一低温储液罐11、汽化器12、第一混合器13和第一深冷处理切换阀门101；第二深冷处理通路依次包括第一低温储液罐11、汽化器12、第一混合器13和第二深冷处理切换阀门102。

所述氦气充入系统包括检漏氦气气源21、检漏氮气气源22、第二低温储液罐23、换热盘管24和第二混合器25；所述第二低温储液罐23内存储着液氮；所述换热盘管24自上而下呈螺旋状设置于第二低温储液罐23的罐体内；所述第二混合器25带有加热器；所述第二混合器25收集常温氦氮混合气和经换热盘管24降温后的低温氦氮混合气，并在加热器的辅助下，得到目标低温工况下的氦氮混合气。

所述氦气充入通路依次包括检漏氦气气源21、检漏氮气气源22、第二低温储液罐23、换热盘管24和第二混合器25。

所述测试系统包括测试复热盘管41、抽真空系统42和氦质谱检漏仪43；所述抽真空系统为分子泵真空泵组。

所述测试通路包括抽空通路和检漏通路；所述抽空通路依次包括测试复热盘管41、泵组控制阀门401、抽真空系统42；所述检漏通路依次包括测试复热盘管41、检漏控制阀门402、氦质谱检漏仪43。

所述回收系统包括第一回收复热盘管51、第二回收复热盘管52、气囊53、回收压缩机54和污氦气钢瓶组55；所述回收压缩机为多级活塞式压缩机或隔膜式压缩机；所述污氦气钢瓶组可与氦纯化器连接，粗氦经氦纯化器后可得到高纯氦气。

所述回收通路包括第一回收通路和第二回收通路；第一回收通路依次包括第一回收复热盘管51、第一回收切换阀门501、氦气回收控制阀门504、气囊53、回收压缩机54、污氦气钢瓶组55；第二回收通路依次包括第二回收复热盘管52、第二回收切换阀门502、氦气回收控制阀门504、气囊53、回收压缩机54、污氦气钢瓶组55。

所述真空冷箱系统包括第一集合管31、第一通道连接管组32、真空冷箱33、第二通道连接管组34、第二集合管35。所述真空冷箱33为密封装置，用于对板翅式换热器进行罩设和真空密封。所述第一通道连接管组32、第二通道连接管组34分别与板翅式换热器的通道两端连接。所述第一通道连接管组32、第二通道连接管组34中的连接管个数与板翅式换热器的通道个数相同。所述第一通道连接管组32的每条连接管上均设有第一通道阀门301，所述第二通道连接管组34的每条连接管上均设有第二通道阀门302。所述第一通道连接管组32通过第一集合管31分别与第一深冷处理通路、氦气充入通路、第一回收通路连接；所述第二通道连接管组34通过第二集合管35分别与第二深冷处理通路、测试通路、第二回收通路连接。

一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测检漏的方法，包括如下步骤：

S1：通过深冷处理系统1将低温氮气通入被测试件板翅式换热器的至少一个通道，对其深冷处理至所需工况。

S2：使用测试系统4对真空冷箱系统3和被测试件的每个通道抽真空；

S3：通过氦气充入系统2将低温氦氮混合气依次充入被测试件的测试通道，使用测试系统4依次对被测试件的测试通道进行内外检漏；

S4：使用回收系统5对检漏用氦气进行高压回收。

其中，在步骤S1中，包括以下步骤：

S1-1：由第一混合器13流出的低温氮气通过深冷处理通路对被测试件进行预冷。

S1-2：在预冷过程中，当被测试件一端温度降至工作温度80~100K以下时，通过第一深冷处理切换阀门101和第二深冷处理切换阀门102的控制，切换低温氮气充气通道，将温度较高的另一端快速降温，直至两端温度均降低至工作温度以下，关闭深冷处理通路；所述快速降温的速率不得高于4K/min。

S1-3：开启氮气放空控制阀门503，关闭氦气回收控制阀门504，深冷处理后的低温氮气通过回收管路复温后进行排放，与步骤S1-2同时对应，通过第一回收切换阀门501和第二回收切换阀门502的控制，切换低温氮气排气通道。

其中，在步骤S2中，包括以下步骤：

S2-1：开启第二通道阀组302中的所有通道阀门和冷箱抽空阀门303，开启泵组控制阀门401，待所述真空冷箱33和被测试件的各通道真空到达5Pa以下，将抽真空系统42关闭，关闭泵组控制阀门401，开启检漏控制阀门402，连接氦质谱检漏仪43，同时记录真空冷箱33的本底漏率。

其中，在步骤S3中，包括以下步骤：

S3-1：依次开启第一通道阀组301中的各个通道阀门，由第二混合器25流出的低温氦氮混合气通过氦气充入通路依次充入被测试件的测试通道。

S3-2：当通道压力达到工作压力0.02~5MPa后，停止低温氦氮混合气充入，使用氦质谱检漏仪43依次对被测试件的测试通道进行内外检漏。

其中，在步骤S3-2中，包括以下步骤：

S3-2-1：先测量该测试通道的外漏，开启冷箱抽空阀门303，将真空冷箱33连接氦质谱检漏仪43，检漏仪持续进行测量并记录数据，即为该通道的外漏率。

S3-2-2：之后测量该通道的内漏，依次开启第二通道阀组302中的其他非测试通道阀门，将其他各非测试通道依次连接氦质谱检漏仪43，检漏仪持续进行测量并记录数据，即为该通道的内漏率。

S3-2-3：完成该通道的内外检漏后，继续重复步骤S3，进行下一通道的内外检漏，直至完成所有通道的内外检漏。

其中，在步骤S4中，包括以下步骤：

S4-1：开启第二回收控制阀门502，检漏结束后的低温氦氮混合气通过第二回收管路复温后进行回收，开启氦气回收控制阀门504，将检漏用氦气回收至气囊。

S4-2：气囊中的氦气通过回收压缩机增压的作用存储在污氦气钢瓶组中，从而实现氦气的高压回收，回收压力高达15~20MPa，回收率大于99%。

Claims (13)

1.一种用于低温下板翅式换热器内外漏率检测的系统，其特征在于：包括输送预冷用低温工质的深冷处理系统（1）、存储检漏用低温工质的氦气充入系统（2）、真空冷箱系统（3）、抽真空和检漏用的测试系统（4）和对氦气进行高压回收用的回收系统（5）；深冷处理系统（1）、氦气充入系统（2）、测试系统（4）、回收系统（5）分别与真空冷箱系统（3）相连接，并依次形成深冷处理通路、氦气充入通路、测试通路、回收通路，每条通路上均设有通路阀门；被测试件以可拆卸的方式置于真空冷箱系统（3）中。

2.根据权利要求1所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述深冷处理系统（1）依次连接有第一低温储液罐（11）、汽化器（12）、第一混合器（13）；所述第一低温储液罐（11）内存储着液氮或液氦；所述第一混合器（13）带有加热器，第一混合器（13）收集低温预冷工质和经汽化器汽化后的常温预冷工质，并在加热器的辅助下，得到目标低温工况下的预冷工质。

3.根据权利要求1所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述深冷处理通路包括第一深冷处理通路和第二深冷处理通路；第一深冷处理通路依次包括第一低温储液罐（11）、汽化器（12）、第一混合器（13）和第一深冷处理切换阀门（101）；第二深冷处理通路依次包括第一低温储液罐（11）、汽化器（12）、第一混合器（13）和第二深冷处理切换阀门（102）。

4.根据权利要求1所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述氦气充入系统（2）包括检漏氦气气源（21）、检漏氮气气源（22）、第二低温储液罐（23）、换热盘管（24）、第二混合器（25），上述部件依次相连构成氦气充入通路；所述第二低温储液罐（23）内存储着液氮或液氦；所述换热盘管（24）呈螺旋状自上而下地设置于第二低温储液罐（23）的罐体内；所述第二混合器（25）带有加热器，第二混合器（25）收集常温检漏工质和经换热盘管（24）降温后的低温检漏工质，并在加热器的辅助下，得到目标低温工况下的检漏工质。

5.根据权利要求1所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述测试系统（4）依次连接有测试复热盘管（41）、抽真空系统（42）和氦质谱检漏仪（43）；所述抽真空系统（42）为分子泵真空泵组。

6.根据权利要求1所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述测试通路包括抽空通路和检漏通路；所述抽空通路依次包括测试复热盘管（41）、泵组控制阀门（401）、抽真空系统（42）；所述检漏通路依次包括测试复热盘管（41）、检漏控制阀门（402）、氦质谱检漏仪（43）。

7.根据权利要求1所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述回收系统（5）包括第一回收复热盘管（51）、第二回收复热盘管（52）、气囊（53）、回收压缩机（54）、污氦气钢瓶组（55）；所述回收压缩机（54）为多级活塞式压缩机或隔膜式压缩机。

8.根据权利要求3所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述回收通路包括第一回收通路和第二回收通路；第一回收通路依次包括第一回收复热盘管（51）、第一回收切换阀门（501）、氦气回收控制阀门（504）、气囊（53）、回收压缩机（54）、污氦气钢瓶组（55）；第二回收通路依次包括第二回收复热盘管（52）、第二回收切换阀门（502）、氦气回收控制阀门（504）、气囊（53）、回收压缩机（54）、污氦气钢瓶组（55）。

9.根据权利要求8所述的内外漏率检测的系统，其特征在于：所述真空冷箱系统（3）包括第一集合管（31）、第一通道连接管组（32）、真空冷箱（33）、第二通道连接管组（34）、第二集合管（35）；所述真空冷箱（33）为密封装置；所述第一通道连接管组（32）、第二通道连接管组（34）分别与待测试件的通道两端连接，并且三者的通道个数相同；所述第一通道连接管组（32）和第二通道连接管组（34）的每条连接管上均设有阀门，分别构成第一通道阀组（301）和第二通道阀组（302）；所述第一通道连接管组（32）通过第一集合管（31）分别与第一深冷处理通路、氦气充入通路、第一回收通路连接；所述第二通道连接管组（32）通过第二集合管（35）分别与第二深冷处理通路、测试通路、第二回收通路连接。

10.一种权利要求1~9任一所述系统对板翅式换热器在低温环境下内外漏率检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：通过深冷处理系统（1）将低温预冷工质通入被测试件板翅式换热器的至少一个通道，对其深冷处理至所需工况；

S2：使用测试系统（4）对真空冷箱系统（3）和被测试件的每个通道抽真空；

S3：通过氦气充入系统（2）将低温检漏工质依次充入被测试件的测试通道，使用测试系统（4）依次对被测试件的测试通道进行内外检漏；

S4：使用回收系统（5）对检漏用氦气进行高压回收。

11.根据权利要求10所述的内外漏率检测的方法，其特征在于：步骤S1中所述低温预冷工质为低温氮气或低温氦气。

12.根据权利要求10所述的内外漏率检测的方法，其特征在于：步骤S2中所述抽真空后各通道的真空度为5Pa以下。

13.根据权利要求10所述的内外漏率检测的方法，其特征在于：步骤S3中所述低温检漏工质为低温氦气或低温氦氮混合气。

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