DE2658860A1

DE2658860A1 - Verfahren zur abnahmeuntersuchung von insbesondere kleinkalibrigen metall- bzw. stahlrohren grosser laenge

Info

Publication number: DE2658860A1
Application number: DE19762658860
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl Ing Hartmann; Oswald Ing Grad Mertens
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1978-07-06
Also published as: FR2375591A1; IT1090824B; DE2658860C2; FR2375591B1

Description

PATi-NTANWÄI, ΓΕ

DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN

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AKTEN-NR. 104/26806 +«3 BOCHUM, O^ 1? 1Q76 XX/Be

- PostschireBfac

Ihr Zeichen If- Femruf Ο234/14O 61

Bergstraße 159 Telegr.i Stuhlmannpatent

Benteier-Werke Aktiengesellschaft, Werk Neuhaus, 4794 Schloß Neuhaus, Krs. Paderborn

Verfahren zur Abnahmeuntersuchung von insbesondere kleinkalibrigen Metall- bzw. Stahlrohren großer Länge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abnahmeuntersuchung von insbesondere kleinkalibrigen Metall- bzw. Stahlrohren großer Länge, bei welchem das Rohr mittels eines unter Druck stehenden Testmediums auf Druckfestigkeit und Dichtigkeit geprüft wird.

Zum Zwecke der Abnahmeuntersuchung von Metall-bzw. Stahlrohren ist es bekannt, diese ähnlich wie beim Druckfestigkeitsnachweis von Behältern mit Drucköl zu beaufschlagen.

Für bestimmte Verwendungszwecke, z.B. für die Verarbeitung der Rohre zu Kühlelementen bei Kühlschränken, Gefriertruhen od. dgl., reicht jedoch der Druckfestigkeitsnachweis allein nicht aus, da das Abdrücken der Rohre mit öl auch angesichts des dabei üblichen hohen Prüfdrucks von z.B. 300 bar nichts über die Dichtigkeit der Rohre, insbesondere gegenüber innerem Gasdruck, aussagt. Eine auf etwaigen Undichtigkeiten beruhende zu hohe Leckrate wirkt sich aber gerade und insbesondere in der Kühlindustrie, z.B. im Hinblick auf zu hohe Verluste an dampfförmigem Kühlmittel, äußerst nachteilig aus.

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Es ist einfachheitshalber versucht worden, die Prüfung auf Druckfestigkeit mit der Prüfung auf Dichtigkeit zu verbinden; es hat sich jedoch gezeigt, daß das Abdrücken der Rohre mit Drucköl, auch bei genügend langer Belastungszeit, keine befriedigende Dichtigkeitsprüfung ermöglicht. Dies beruht darauf, daß Undichtigkeiten, insbesondere gegenüber innerem Gasdruck, von Poren in der Rohrwand ausgehen können, die zwar für Gasmoleküle, nicht dagegen für verhältnismäßig großmolekulare ölmoleküle durchlässig sind.

Zum Zwecke der gesonderten Dichtigkeitsprüfung wird daher gewöhnlich, wie im Behälterbau, der sogenannte "Blasentest" angewendet, bei dem die Rohre mit einem gasförmigen Medium unter Druck gesetzt und in eine Flüssigkeit, meist Wasser, eingetaucht werden. Auch diese Methode hat sich jedoch in der Praxis für die Dichtigkeitsprüfung von Rohren als zu aufwendig und im Ergebnis auch zu unsicher erwiesen.

Abgesehen davon, daß das Prüfergebnis bei diesem Blasentest dadurch leicht verfälscht werden kann, daß infolge Adhäsion an der Rohraußenwand haftende Umgebungsluft Luftblasen verursacht, die nicht von Undichtigkeiten der Rohrwand herrühren, haften auch von nur kleinporigen Undichtigkeiten herrührende Luftblasen gewöhnlich mehr oder weniger lange an der Rohraußenfläche, bevor sie bei genügender Größe schließlich aufsteigen und eindeutig als Lecknachweis betrachtet werden können. Falls für die Abnahme sehr niedrige Leckraten vorgeschrieben sind, ist es daher notwendig, den Blasentest über eine ausreichend lange Zeit zu erstrecken, was aus Wirtschaftlichkeitsgründen nur ungern in Kauf genommen werden kann.

Hinzu kommt bei dieser Betrachtung der Umstand, daß gerade für die Kühlindustrie bestimmte Rohre nicht nur verhält-

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nismäßig kleinkalibrig bemessen sind, sondern auch in verhältnismäßig großen Fertigungslängen geliefert werden müssen, was die Durchführung beider Abnahmeprüfungen zusätzlich erschwert. Rohre für den genannten Zweck haben bei ununterbrochenen Fertigungslängen von etwa 1000 m und mehr Außendurchmesser zwischen etwa 4 und 18 mm, vornehmlich 5 und 10 mm, sowie bei Wandstärken zwischen etwa 0,5 und 1,5 mm,vornehmlich 0,5 und 0,9 mm.

Es liegt auf der Hand, daß Rohre solch kleiner Innenquerschnitte und derart großer Längen allein schon deswegen nur sehr schwer dem üblichen Druckfestigkeitsnachweis mittels Drucköl unterworfen werden können, weil die Befüllungs- und Entleerungszeiten in wirtschaftlich unvertretbarer Weise zu lang sind. Hinzu kommt, daß ein beträchtlicher Teil des Prüföls im Rohr haften bleibt und nur mit unvertretbar hohem Aufwand wieder entfernt werden kann, falls die Rohre, wie z.B. in der Kühlindustrie, innen ölfrei geliefert werden müssen.

Auch der Blasentest ist bei Rohren solcher Abmessungen nur sehr schwer wirtschaftlich zu handhaben. Selbst wenn die Rohre zu Ringen gewickelt werden, ist die Dichtigkeitsprüfung nach diesem Prinzip noch unsicherer als bei geraden Rohren oder Behältern. Selbst bei größeren Leckagen ist ein Wickelring, der bei einer Rohrlänge von rund 1000 m z.B. 300 Lagen aufweist, mit dieser Prüfmethode nicht mehr einwandfrei zu testen, da die Luftblasen in kleinster optisch wahrnehmbarer Größe an oberhalb der Leckstelle befindlichen Rohrlagen hängenbleiben und dort über längere Zeit haften können, ohne an der Oberfläche des •Tauchbades sichtbar zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Mängel der bekannten Prüfmethoden zu vermeiden und die Abnahmeuntersuchung von insbesondere kleinkalibrigen und

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langen Rohren auf Druckfestigkeit und Dichtigkeit so zu verbessern, daß dem Verbraucher mit wirtschaftlichem Aufwand Rohre angeboten werden können, die die Forderung nach größtmöglicher Sauberkeit der Rohrinnenoberfläche ebenso erfüllen, wie die Forderung nach ausreichender Druckfestigkeit und einer dem entsprechenden Verwendungszweck der Rohre angepaßten niedrigen Leckrate für Gase.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß das Rohr zu einem Ring gewickelt und der Wickelring in getrennten Arbeitsstufen innenseitig zunächst zum Zwecke der Festigkeitsprüfung über eine vorbestimmte Belastungszeit hinweg mit trockenem, auf den erforderlichen hohen Prüfdruck vorgespanntem Druckgas beaufschlagt und nach dem Ablassen des Druckgases zum Zwecke der Dichtigkeitsprüfung mit niedriger gespanntem, Helium enthaltendem Testgas befüllt wird, woraufhin der an beiden Enden verschlossene, mit dem Testgas gefüllte Rohrwickelring in einen Rezipienten eingebracht, dort unter äußeres Vakuum gestellt und nach einer vorbestimmten Einwirkungszeit seine jeweilige, etwa zu hohe Leckrate mittels eines an den Rezipienten angeschlossenen, an sich bekannten, mit Massenspektrometer arbeitenden Helium-Anzeigegeräts bestimmt wird.

Die Festigkeitsprüfung erfolgt zweckmäßig mit Gas, das je nach der geforderten Druckfestigkeit bis zu einer Druckhöhe von z.B. 35O bar vorgespannt ist und einen Trocknungsgrad aufweist, bei dem der Taupunkt unter etwa minus 4o°C liegt. Obschon für diesen Zweck z.B. auch Stickstoff geeignet ist, genügt es in der Regel, entsprechend trockene und hochgespannte Druckluft zu verwenden.

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Die anschließende Leekprüfung wird erfindungsgemäß in Form einer Globalprüfung des Rohrwickelringes mittels eines Helium enthaltenden Testgases mit einem Druck zwischen etwa und 30 bar durchgeführt. Dafür hat sich bevorzugt ein Gasgemisch aus etwa 10 % Helium und 90 % Stickstoff als geeignet erwiesen, wie es als Testgas in Verbindung mit Helium-Lecksuchgeräten, die mit Massenspektrometer arbeiten, für andere Zwecke der Technik ebenfalls verwendet wird, z.B. beim Atomreaktorbau, beim hochwertigen Apparatebau sowie bei der industriellen Massenfertigung.

■ Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Prüfung des Rohrwickelringes auf Druckfestigkeit und Dichtigkeit in zwei taktweise hintereinander geschalteten Arbeitsstufen, zwischen denen als Vorbereitungsstufe für die Dichtigkeitsprüfung in Verbindung mit einem beidendigen dichtenden Verschließen des Rohrwickelringes dessen Befüllen mit dem das Helium enthaltenden Testgas durchgeführt wird.

Die Prüfung auf Druckfestigkeit des Rohrwickelringes durch das trockene Druckgas, z.B. Druckluft, erfolgt mittels während der Belastungszeit vorübergehend an die beiden Enden des Wickelringes dichtend angebrachter Anschlußköpfe, wobei das Erreichen des vorbestimmten Prüfdrucks selbsttätig durch einen in mindestens einem der beiden Anschlußköpfe vorgesehenen Druckschalter angezeigt und das Druckgas nach Beendigung der vorbestimmten Belastungsdauer ebenso selbsttätig wieder abgelassen wird. Damit ist zweckmäßig eine automatische akustische oder visuelle Anzeige verbunden, die dem Bedienungsmann nach Ablauf der eingestellten Belastungszeit signalisiert, daß das Rohr im Sinne der vorbeschriebenen Festigkeitsprüfung "gut" ist und

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folglich der Vorbereitungsstufe für die nachfolgende Leckprüfung zugeleitet werden kann.

Nach dem Verlassen der Prüfstation für die Druckfestigkeit wird der Rohrwickelring innerhalb der Vorbereitungsstufe für die Dichtigkeitsprüfung gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung von dem einen Rohrende her mittels eines dichtend an diesem angebrachten Füllkopfes mit dem unter Druck stehenden Testgas befiillt, bis im Bereich eines am anderen Rohrende angeschlossenen Ausblasstutzens mittels einer diesem zugeordneten Helium-Prüfsonde Helium angezeigt wird und folglich die Gewähr besteht, daß sich innerhalb des Rohres nur noch Testgas befindet. Sobald die Helium-Prüfsonde Helium anzeigt, wird dieses Rohrende im Bereich vor dem Ausblasstutzen mittels einer Rohrverschlußschweißmaschine durch Dichtschweißung verschlossen und daraufhin, nachdem sich innerhalb des Rohrwickelririges der vorbestimmte Testgasdruck aufgebaut hat, auch das befüllungs·» seitige Rohrende im Bereich außerhalb des Füllkopfes mittels einer Rohrverschlußschweißmaschine durch Dichtschweißung verschlossen. Der für die Befüllung des Rohrwickelringes mit dem Testgas dienende Füllkopf kann in das Rohrende eingeschoben oder auf dieses aufgeschoben sein, muß jedoch eine so dichte Verbindung mit dem Rohrende aufweisen, daß von dem Testgas herrührendes Helium nicht in zu großen Mengen nach außen gelangt. Das Dichtschweißen dieses Rohrendes erfolgt in der zweiten Stufe ; so dicht bzw. in so geringem Abstand vom rohrseitigen Ende des Füllkopfes, daß dieser nach der Dichtschweißung des Rohres i leicht entfernt und für die Befüllung des nächstfolgenden Rohrwickelringes herangezogen werden kann. Am gegenüberliegenden : Rohrende dient der Ausblasstutzen dazu, eine Anreicherung der Umgebung mit Helium zu verhindern, die das Testergebnis beein- ; trächtigen könnte. Es kann deswegen erforderlichenfalls auch ein '

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Ausblasrohr an das Rohrende angeschlossen sein, dessen freies Ende gegebenenfalls außerhalb des Gebäudes im Freien mündet.

Auch der Ausblasstutzen muß dichtend mit dem Rohrende kuppelbar sein, wobei es im übrigen einerlei ist, ob er zum Zwecke der Verbindung mit dem Rohrende in dieses eingeschoben oder auf dieses aufgeschoben ist. Die in dem Ausblasstutzen mündende Helium-Prüfsonde ist für ähnliche Zwecke ebenfalls in Form von Helium-Schnüfflern bekannt und so ausgebildet, daß sie die Helium-Moleküle auf massenspektrometrischem Wege bereits in sehr kleinen Mengen zuverlässig anzeigt.

Zur Vereinfachung und Automatisierung des Verfahrens ist es zweckmäßig, wenn die Dichtschweißungen der jeweiligen Rohrenden des Wickelringes einerseits in Abhängigkeit von der Helium-Anzeige an der Prüfsonde im Ausblasstutzen und andererseits in Abhängigkeit von einem dem Füllkopf zugeordneten, das Erreichen des vorgeschriebenen Testgasdrucks innerhalb des Wickelringes anzeigenden Druckschalter selbsttätig erfolgen bzw. gesteuert werden.

Um sicherzustellen, daß sich in der Umgebung vor dem Einbringen des Wickelringes in den Rezipienten kein Rest-Helium befindet, ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, die beiderseits offenen, hülsenförmigen Rohrenden des Wickelringes, die zwischen der Stelle der Dichtschweißung und dem jeweils freien Rohrende je nach der Länge der Verbindungsstelle mit dem Füllkopf bzw. dem Ausblasstutzen mehrere Zentimeter lang sein können, nach dem Entfernen des Füllkopfes sowie des Ausblasstutzens mittels Stickstoff oder Luft auszublasen.

Nach dem Einbringen des auf diese Weise in den beiden Endbereichen dichtend verschlossenen und mit dem Testgas unter

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vorbestimmten! Druck gefüllten Rohrwickelringes in den Rezipienten wird dieser verschlossen und mittels Vakuumpumpe auf den gewünschten Unterdruck abgepumpt und daraufhin nach Einhaltung einer ausreichenden Testzeit der von der gleichen oder einer weiteren Vakuumpumpe erzeugte Saugstrom aus dem Rezipienten zum Zwecke der Bestimmung der Leckrate des zu prüfenden Rohrwickelringes über eine Leitungsverzweigung dem auf Helium-Moleküle ansprechenden Massenspektrometer des Helium-Anzeigegerätes zugeführt.

Der für den Lecktest anzuwendende Unterdruck im Re zi-

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pienten, der z.B. zwischen 10 und 10 Torr liegen kann, richtet sich nach der für den jeweiligen Verwendungszweck der Rohre zulässigen Leckrate, die je nach Bedarf variieren kann.

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß dem Bezieher und Verwerter der erfindungsgemäß geprüften Rohre ein auf Druckfestigkeit geprüftes Rohr in Form eines Wickelringes geliefert werden kann, das dank der beidendigen Dichtschweißungen noch mit dem Helium-Testgas unter dem jeweils vorgeschriebenen Testdruck von z.B. 10 bis 30 bar gefüllt ist und bei dem die dem jeweils vorgegebenen Verwendungszweck angepaßte niedrige Leckrate mithin zum Zeitpunkt der Auslieferung gewährleistet werden kann.

Sollte sich bei dem Lecktest erweisen, daß der Rohrwickelring die vorgeschriebene niedrige Leckrate überschreitet, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, den beiderends geschlossenen und mit dem unter Druck stehenden Testgas gefüllten Rohrwickelring zum Zwecke der Fehlerlokalisierung in der Ringmitte mit zwei zusätzlichen, im Abstand zueinander benachbarten Dichtschweißungen zu versehen und beide Ringhälften im Bereich zwi-

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sehen den einander benachbarten Dichtschweißungen zu trennen, um sie anschließend gesondert der gleichen Dichtigkeitsprüfung zu unterwerfen. Dieses Prinzip kann erforderlichenfalls so oft wiederholt werden, bis derjenige Längenabschnitt des Rohrwickelringes gefunden ist, der die Undichtigkeit aufweist.

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Claims

463 BOCHUM,

Benteler-Werke
Aktiengesellschaft,
Werk Neuhaus,
4794 Schloß Neuhaus,
Krs. Paderborn

Patentansprüche:

^rl.) Verfahren zur Abnahmeuntersuchung von insbesondere kleinkaribrigen Metall- bzw. Stahlrohren großer Länge, bei welchem das Rohr mittels eines unter Druck stehenden Testmediums auf Druckfestigkeit und Dichtigkeit geprüft wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr zu einem Ring gewikkelt und der Wickelring in getrennten Arbeitsstufen innenseitig zunächst zum Zwecke der Festigkeitsprüfung über eine vorbestimmte Belastungszeit hinweg mit trockenem, auf den erforderlichen hohen Prüfdruck vorgespanntem Druckgas beaufschlagt und nach dem Ablassen des Druckgases zum Zwecke der Dichtigkeitsprüfung mit niedriger gespanntem. Helium enthaltendem Testgas befüllt wird, woraufhin der an beiden Enden verschlossene, mit dem Testgas gefüllte Rohrwickelring in einen Rezipienten eingebracht, dort unter äußeres Vakuum gestellt und nach einer vorbestimmten Einwirkungszeit seine jeweilige, etwa zu hohe Leckrate mittels eines an den Rezipienten angeschlossenen, an sich bekannten, mit Massenspektrometer arbeitenden Helium-Anzeigegeräts bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung des Rohrwickelringes auf Druckfestigkeit und Dichtigkeit in zwei taktweise hintereinander geschalteten Arbeitsstufen erfolgt, zwischen denen als Vorbereitungs stufe für die Dichtigkeitsprüfung in Verbindung mit einem beidendi gen dichtenden Verschließen des Rohrwickelringes dessen Befüllen mit dem das Helium enthaltenden Testgas durchgeführt wird.

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ORIGINAL INSPECTED
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Prüfung auf Druckfestigkeit des Rohrwickelringes durch das trockene Druckgas, z.B. Druckluft, mittels während der Belastungszeit vorübergehend an dessen beiden Enden dichtend angebrachter Anschlußköpfe erfolgt, wobei das Erreichen des vorbestimmten Prüfdrucks selbsttätig durch einen in mindestens einem der beiden Anschlußköpfe vorgesehenen Druckschalter angezeigt und das Druckgas nach Beendigung der vorbestimmten Belastungsdauer selbsttätig wieder abgelassen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrwickelring nach dem Verlassen der Prüfstation für die Druckfestigkeit innerhalb der Vorbereitungsstufe für die Dichtigkeitsprüfung von dem einen Rohrende her mittels eines dichtend an diesem angebrachten Füllkopfes mit dem unter Druck stehenden, Helium enthaltenden Testgas befüllt wird, bis im Bereich eines am anderen Rohrende angeschlossenen Ausblasstutzens mittels einer diesem zugeordneten Helium-Prüfsonde Helium angezeigt wird, daß daraufhin dieses Rohrende im Bereich vor dem Ausblasstutzen durch Dichtschweißung verschlossen und anschließend, nach dem Aufbau des vorbestimmten Testgasdruckes innerhalb des Rohrwickelringes, auch das gegenüberliegende Rohrende im Bereich außerhalb des Füllkopfes durch Dichtschweißung verschlossen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschwexßungen der jeweiligen Rohrenden des Wickelringes einerseits in Abhängigkeit von der Heliumanzeige an der Prüfsonde im Ausblasstutzen und andererseits in Abhängigkeit von einem dem Füllkopf zugeordneten, das Erreichen des vorgeschriebenen Testgasdrucks innerhalb des Wickelringes anzeigenden Druckschalter automatisch gesteuert werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5_S dadurch gekennzeichnet , daß die mit den Dichtschweißungen versehenen, nach außen hülsenförmig offenen beiderseitigen Rohrenden des Wickelringes nach dem Abnehmen des Füllkopfes sowie des Ausblasstutzens vor dem Einbringen in den Rezipienten zwecks Entfernens von Rest-Helium, z.B. mittels Stickstoff oder Luft, ausgeblasen werden.
7· Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezipient nach dem Einbringen des an beiden Enden dichtend verschlossenen und mit dem Helium enthaltenden Testgas unter vorbestimmtem Druck gefüllten Rohrwickelringes dichtend verschlossen und mittels Vakuumpumpe auf den gewünschten Unterdruck abgepumpt wird und daß daraufhin nach Einhaltung einer ausreichenden Testzeit der von der gleichen oder einer weiteren Vakuumpumpe erzeugte Saugstrom aus dem Rezipienten zum Zwecke der Bestimmung der Leckrate des zu prüfenden Rohrwickelringes über eine Leitungsverzweigung dem auf Helium-Moleküle ansprechenden Massenspektrometer des Helium-Anzeigegerätes zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da d u r ch gekennzeichnet, daß der beiderends geschlossene und mit dem unter Druck, stehenden Testgas gefüllte Rohrwickelring im Falle einer zu hohen Leckrate zum Zwecke der Fehlerlokalisierung im Bereich der Ringmitte mit zwei zusätzlichen, im Abstand zueinander benachbarten Dichtschweißungen versehen und beide Ringhälften nach der Trennung im Bereich zwischen den einander benachbarten Dichtschweißungen erneut und gesondert der gleichen Dichtigkeitsprüfung unterworfen werden.

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