CN115655592A - 基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法，该装置包括，流体口封堵结构，用于封堵微流道换热器的流体进口和流体出口；真空泵，用于将微流道换热器内的流体腔室抽真空，真空泵与一流体进口或流体出口密封连通；供气回路，用于向微流道换热器内充入测漏气体；供气回路的出口和真空泵与同一流体进口或流体出口密封连通；测漏结构，用于对微流道换热器的检测面进行检测，包括能移动且能密封罩扣于检测面上的密封罩结构，密封罩结构上连通检漏仪，检漏仪用于测量记录气体泄漏量。本发明可以更精确地定位微流道换热器的泄漏位置，实现微流道换热器中潜在漏点或泄漏流道的定位，从而进行精准维修。
Description
技术领域
本发明涉及超临界二氧化碳布雷顿循环技术领域，尤其涉及一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法。
背景技术
采用超临界二氧化碳布雷顿热力循环方案的核动力装置，可利用超临界二氧化碳工质无相变、密度大、拟临界参数附近易压缩以及超临界二氧化碳布雷顿热力循环压比低、热惰性设备少、适宜采用直接循环和电力推进技术等特点，大幅简化系统、缩小体积、减轻重量、提高机动性、降低噪声、提高系统热效率。
然而，当超临界二氧化碳动力转换装置应用于核能系统时，换热器将作为回路间的压力边界。在正常运行和事故条件下, 换热器冷热流道之间的薄壁一旦损坏(泄漏或断裂), 会造成放射性裂变产物泄漏到环境中去。因此，有必要对换热器冷热流道的密封性进行检验，找出焊缝中的泄漏点，以便进行封堵和修补。
超临界二氧化碳布雷顿循环系统中的换热器通常为微流道换热器，通过化学蚀刻流道板和扩散焊焊接实现一体成型，其结构特点与工业上常规的管壳式、管翅式换热器有很大差异，因此常规的检漏方法也并不适用，而需要结合微流道换热器的特点进行创新。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法，以满足微流道换热器检测需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法，可以更精确地定位微流道换热器的泄漏位置，实现微流道换热器中潜在漏点或泄漏流道的定位，从而进行精准维修。
本发明的目的是这样实现的，一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，包括，
流体口封堵结构，用于封堵微流道换热器的流体进口和流体出口；
真空泵，用于将微流道换热器内的流体腔室抽真空，所述真空泵与一流体进口或流体出口密封连通；
供气回路，用于向微流道换热器内充入测漏气体；所述供气回路的出口和所述真空泵与同一流体进口或流体出口密封连通；
测漏结构，用于对微流道换热器的检测面进行检测，包括能移动且能密封罩扣于检测面上的密封罩结构，所述密封罩结构上连通检漏仪，所述检漏仪用于测量记录气体泄漏量。
在本发明的一较佳实施方式中，所述密封罩结构包括多个罩扣面积相异的密封罩。
在本发明的一较佳实施方式中，所述密封罩通过第三管路连通所述检漏仪，所述第三管路的入口与所述密封罩呈能密封且能拆卸地连通，所述第三管路上设置抽吸泵。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第三管路上设置第三控制阀。
在本发明的一较佳实施方式中，所述供气回路包括供气瓶组，所述供气瓶组的出口通过第一管路连通一流体进口，所述第一管路上设置第一控制阀。
在本发明的一较佳实施方式中，所述供气瓶组包括氦气气瓶和氮气气瓶，所述氦气气瓶和所述氮气气瓶的出口连通设置气体混合阀，所述气体混合阀的出口连通所述第一管路。
在本发明的一较佳实施方式中，所述真空泵通过第二管路连通所述第一管路，所述第二管路上设置第二控制阀。
在本发明的一较佳实施方式中，所述流体口封堵结构包括密封管箱和密封法兰。
本发明的目的还可以这样实现，一种检测方法，使用前述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置对微流道换热器进行泄漏检测。
在本发明的一较佳实施方式中，包括以下步骤：
步骤a、一流体进口密封连通供气回路及真空泵；使用流体口封堵结构封堵其余的流体进口和流体出口；
步骤b、开启真空泵，对微流道换热器内一流体腔室抽真空；开启供气回路，对该流体腔室充入气体；
步骤c、微流道换热器内压力稳定后，检漏仪上密封连通一大罩扣面积的密封罩，使用该密封罩对微流道换热器的检测面进行检测，检漏仪测量记录气体泄漏量；
步骤d、对气体泄漏量高于设定值的区域，更换小罩扣面积的密封罩，使用该密封罩对区域内的流道进行检测，确定漏点并对其封堵。
由上所述，本发明的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法具有如下有益效果：
本发明中，设置能够移动检测的密封罩结构，与其连接检漏仪实时测量记录气体泄漏量，能够准确及时发现微流道换热器的检测面上的漏点；本发明可以对不同内部结构的微流道换热器进行检测，应用范围广；相比于微流道换热器加工制造检修常规的水压检测，可以更精确地定位微流道换热器的泄漏位置，实现微流道换热器中潜在漏点或泄漏流道的定位，从而进行精准维修，避免了因为单个故障而导致整台换热器报废的问题，具有很高的工程应用价值和市场前景。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置的示意图。
图2：为微流道换热器的示意图。
图中：
1、流体口封堵结构；
2、真空泵；21、第二控制阀；
3、供气回路；31、第一控制阀；32、氦气气瓶；33、氮气气瓶；34、气体混合阀；
4、测漏结构；41、密封罩结构；42、检漏仪；43、抽吸泵；44、第三控制阀；
51、第一管路；52、第二管路；53、第三管路；
6、微流道换热器；61、流体进口；62、流体出口；63、换热区；64、导流区；65、密封区；66、封头；67、接管；68、支座。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，包括，
流体口封堵结构1，用于封堵微流道换热器6的流体进口61和流体出口62；
真空泵2，用于将微流道换热器内的流体腔室（现有技术，微流道换热器内的流体腔室至少有两个，冷侧流体腔室和热侧流体腔室，各流体腔室分别连通一流体进口61和一流体出口62，泄露检测时，分别针对各流体腔室进行即可）抽真空，真空泵2与一流体进口61或流体出口62（待检测流体腔室的流体进口）密封连通；
供气回路3，用于向微流道换热器内充入测漏气体；供气回路3的出口和真空泵2与同一流体进口61或流体出口62密封连通；
测漏结构4，用于对微流道换热器6的检测面（该检测面为待测流体腔室的流体出口62或流体进口61所处表面，如果冷侧的流体进口61连通供气回路3，则检测面为冷侧的流体出口62所处表面；如果冷侧的流体出口62连通供气回路3，则检测面为冷侧的流体进口61所处表面）进行检测，包括能移动且能密封罩扣于检测面上的密封罩结构41，密封罩结构41上连通检漏仪42，检漏仪42用于测量记录气体泄漏量。密封罩结构41能沿检测面移动检测，检漏仪42实时测量记录气体泄漏量，能够准确及时发现微流道换热器6的检测面上的漏点。检测的微流道换热器可以有不同的内部结构（包括直流道、折流道、S型流道、翼型流道、冲压板流道等）。
基于氦质谱的微流道换热器（MCPHE）结构复杂、种类较多，按照功能和结构特点可分为6个基本结构：换热区63、导流区64、密封区65、封头66、接管67和支座68，典型的基于氦质谱的微流道换热器（MCPHE）结构如图2所示。其中，换热区、导流区和密封区通过扩散焊焊接技术实现一体成型，同时可能在某些位置出现焊接缺陷。
由于基于氦质谱的微流道换热器的换热芯体，内部结构复杂，流道（流体腔室）数量极多、体积重量都较大，传统的X射线或超声波探伤或水压试验都无法对芯体内部的焊接质量进行检验。
本发明的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，设置能够移动检测的密封罩结构，与其连接检漏仪实时测量记录气体泄漏量，能够准确及时发现微流道换热器的检测面上的漏点；本发明可以对不同内部结构的微流道换热器进行检测，应用范围广；相比于微流道换热器加工制造检修常规的水压检测，可以更精确地定位微流道换热器的泄漏位置，实现微流道换热器中潜在漏点或泄漏流道的定位，从而进行精准维修，避免了因为单个故障而导致整台换热器报废的问题，具有很高的工程应用价值和市场前景。
进一步，密封罩结构41包括多个罩扣面积相异的密封罩。大罩扣面积的密封罩用于大范围检测并确定泄漏的大范围，小罩扣面积的密封罩用于确定泄漏的小范围或具体漏点。密封罩的规格及数量根据实际检测需要确定。
进一步，如图1所示，密封罩通过第三管路53连通检漏仪42，第三管路53的入口与密封罩呈能密封且能拆卸地连通，以便于不同规格的密封罩的更换；第三管路53上设置抽吸泵43。
进一步，如图1所示，第三管路53上设置第三控制阀44。
进一步，如图1所示，供气回路3包括供气瓶组，供气瓶组的出口通过第一管路51连通一流体进口，第一管路51上设置第一控制阀31。
进一步，如图1所示，供气瓶组包括氦气气瓶32和氮气气瓶33，氦气气瓶32和氮气气瓶33的出口连通设置气体混合阀34，气体混合阀34的出口连通第一管路51。氦气气瓶32和氮气气瓶33的出口处均设置气体减压阀。
由氦气气瓶32和氮气气瓶33向微流道换热器内的流体腔室内充入一定压力的氦气氮气混合气体，采用混合气体的目的是减小氦气用量，降低成本。
进一步，如图1所示，真空泵2通过第二管路52连通第一管路51，第二管路52上设置第二控制阀21。
进一步，流体口封堵结构1包括密封管箱和密封法兰，流体口封堵结构1能拆卸且能密封封堵流体进口和流体出口。流体口封堵结构1还可以采用其他可拆卸的密封结构形式。
本发明还提供一种检测方法，使用前述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置对微流道换热器进行泄漏检测。
具体地，包括以下步骤：
步骤a、一流体进口61或流体出口62密封连通供气回路3及真空泵2；使用流体口封堵结构1封堵其余的流体进口61和流体出口62；
具体地，其余的流体进口61和流体出口62使用密封管箱和密封法兰进行封堵。
步骤b、开启真空泵2，对微流道换热器6内一流体腔室抽真空；开启供气回路3，对该流体腔室充入气体；
具体地，关闭氦气气瓶32和氮气气瓶33出口的气体混合阀34，打开第一管路51上的第一控制阀、第二管路52上的第二控制阀21，开启真空泵2，真空泵将微通道换热器内流体腔室抽至真空状态；
打开气体减压阀和气体混合阀34，氦气气瓶32和氮气气瓶33向微流道换热器的流体腔室内充入一定压力的氦气氮气混合气体。
步骤c、微流道换热器内（尤其指待测的流体腔室）压力稳定后（远高于大气压），检漏仪42上密封连通一大罩扣面积的密封罩，使用该密封罩对微流道换热器的检测面进行检测，检漏仪42测量记录气体泄漏量；
具体地，冷侧的流体进口61连通供气回路3，则检测面为冷侧的流体出口62所处表面；
具体地，开始检测时，打开第三控制阀44，开启抽吸泵43，抽吸泵43将密封罩内的气体输送至检漏仪42，检漏仪42测量记录气体泄漏量。
步骤d、对气体泄漏量高于设定值的区域，更换小罩扣面积的密封罩，使用该密封罩对区域内的流道进行检测，确定漏点并对其封堵。
大罩扣面积的密封罩确定泄漏的大范围，小罩扣面积的密封罩确定泄漏的小范围，小罩扣面积的密封罩可以进行多次调整和多次检测，直至确定具体漏点。
由上所述，本发明的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置及检测方法具有如下有益效果：
本发明中，设置能够移动检测的密封罩结构，与其连接检漏仪实时测量记录气体泄漏量，能够准确及时发现微流道换热器的检测面上的漏点；本发明可以对不同内部结构的微流道换热器进行检测，应用范围广；相比于微流道换热器加工制造检修常规的水压检测，可以更精确地定位微流道换热器的泄漏位置，实现微流道换热器中潜在漏点或泄漏流道的定位，从而进行精准维修，避免了因为单个故障而导致整台换热器报废的问题，具有很高的工程应用价值和市场前景。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，包括，
流体口封堵结构，用于封堵微流道换热器的流体进口和流体出口；
真空泵，用于将微流道换热器内的流体腔室抽真空，所述真空泵与一流体进口或流体出口密封连通；
供气回路，用于向微流道换热器内充入测漏气体；所述供气回路的出口和所述真空泵与同一流体进口或流体出口密封连通；
测漏结构，用于对微流道换热器的检测面进行检测，包括能移动且能密封罩扣于检测面上的密封罩结构，所述密封罩结构上连通检漏仪，所述检漏仪用于测量记录气体泄漏量。
2.如权利要求1所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述密封罩结构包括多个罩扣面积相异的密封罩。
3.如权利要求2所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述密封罩通过第三管路连通所述检漏仪，所述第三管路的入口与所述密封罩呈能密封且能拆卸地连通，所述第三管路上设置抽吸泵。
4.如权利要求3所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述第三管路上设置第三控制阀。
5.如权利要求1所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述供气回路包括供气瓶组，所述供气瓶组的出口通过第一管路连通一流体进口，所述第一管路上设置第一控制阀。
6.如权利要求5所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述供气瓶组包括氦气气瓶和氮气气瓶，所述氦气气瓶和所述氮气气瓶的出口连通设置气体混合阀，所述气体混合阀的出口连通所述第一管路。
7.如权利要求5所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述真空泵通过第二管路连通所述第一管路，所述第二管路上设置第二控制阀。
8.如权利要求1所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置，其特征在于，所述流体口封堵结构包括密封管箱和密封法兰。
9.一种检测方法，其特征在于，使用如权利要求1至8任一项所述的基于氦质谱的微流道换热器泄漏检测装置对微流道换热器进行泄漏检测。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、一流体进口密封连通供气回路及真空泵；使用流体口封堵结构封堵其余的流体进口和流体出口；
步骤b、开启真空泵，对微流道换热器内一流体腔室抽真空；开启供气回路，对该流体腔室充入气体；
步骤c、微流道换热器内压力稳定后，检漏仪上密封连通一大罩扣面积的密封罩，使用该密封罩对微流道换热器的检测面进行检测，检漏仪测量记录气体泄漏量；
步骤d、对气体泄漏量高于设定值的区域，更换小罩扣面积的密封罩，使用该密封罩对区域内的流道进行检测，确定漏点并对其封堵。
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