Способ обнаружения утечек в теплообменниках
Изобретение относится к средствам испытания на герметичность теплообменной аппаратуры и направлено на повышение точности определения герметичности теплообменников, преимущественно тех, которые работают для нагревания или охлаждения в пищевой промышленности, пивоварении, фармацевтической промышленности. Согласно изобретению предлагается способ обнаружения утечек в теплообменнике, имеющем отдельные каналы для рабочей жидкости и теплообменного флюида, в котором предусматривается введение жидкости обнаружения в один из указанных каналов и создание условий для протекания воздуха через другой из указанных каналов, что побуждает жидкость обнаружения проходить в различных направлениях в указанном одном из каналов, и обнаружение любой жидкости обнаружения, которая просочилась из указанного одного из каналов в указанный другой канал. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию теплообменников и в нем предлагается усовершенствованный способ обнаружения утечек в теплообменниках и определения местоположения любой обнаруженной утечки.
Настоящее изобретение может быть преимущественно, но не исключительно, использовано с теплообменниками, которые работают для осуществления нагревания или охлаждения в "чистых" средах, таких как пищевая промышленность, производство молочных продуктов, пивоварение и фармацевтическая промышленность.
В патентной заявке WO 01/42756 описан способ обнаружения утечек в пластинчатом теплообменнике, причем указанный способ предусматривает введение гелия в один из каналов теплообменника и использование гелиевой детекторной головки в другом канале, чтобы обнаружить любой гелий, который поступил в другой канал за счет утечки, причем создают поток воздуха через канал, содержащий гелиевую детекторную головку, при этом давление в содержащем гелий канале поддерживают выше, чем в канале, содержащем гелиевую детекторную головку. Этот способ позволяет получать результаты испытаний после короткого периода работы и может быть использован в присутствии воды или другой жидкости. Однако в теплообменнике могут образовываться воздушные карманы в зависимости от геометрии каналов и при некоторых обстоятельствах в зависимости от наличия в них жидкости.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, в котором разрешены указанные выше проблемы.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ обнаружения утечек в теплообменнике, имеющем отдельные каналы для рабочей жидкости и теплообменного флюида соответственно, который предусматривает введение жидкости обнаружения в один из указанных каналов, пропускание жидкости в различных направлениях в указанном одном из каналов, и обнаружение любой жидкости обнаружения, которая просочилась из указанного одного из каналов в указанный другой из каналов.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть применен как для пластинчатых теплообменников, так и для трубчатых теплообменников.
Жидкость обнаружения преимущественно вводят в один из каналов и создают условия для протекания воздуха через другой из каналов.
Один из каналов, в который вводят жидкость обнаружения, преимущественно представляет собой канал теплообменного флюида, причем обнаружение жидкости обнаружения затем производят в канале рабочей жидкости.
В соответствии с другим вариантом вместо жидкости обнаружения может использоваться газ, который содержит гелий, причем давление в одном из каналов выше, чем в другом из каналов.
Газом, который содержит гелий, может быть чистый гелий, однако настоящее изобретение может быть эффективно использовано с имеющимися в продаже смесями гелия и воздуха, которые являются предпочтительными по экономическим соображениям. Такие смеси обычно имеют концентрации гелия 96-98%, с балансом воздуха.
Пропускание в различных направлениях содержащего гелий газа в одном из каналов обычно производят в течение нескольких минут, например от 5 до 10 минут в каждом направлении, до тех пор, пока гелий не распределится равномерно по всему указанному каналу, в результате чего будут устранены любые воздушные карманы, которые в противном случае при нахождении в непосредственной близости от утечки будут давать ложные результаты испытаний.
В соответствии с другим аспектом способ преимущественно включает в себя операцию введения флуоресцентного красителя в один из указанных каналов и создание условий для равномерного распределения красителя по всему указанному каналу и после этого инспектирование (обследование) теплообменника со стороны, противоположной той, где находится указанный канал, при помощи реагирующего на флуоресцентный краситель средства обнаружения, для того, чтобы найти источник утечки.
В соответствии с дополнительным аспектом способ следует применять только на таком теплообменнике, в котором уже была обнаружена трещина, перфорация или другая утечка по способу в соответствии с первым аспектом, или при помощи любого другого способа обнаружения утечки. Однако способ в соответствии с дополнительным аспектом может быть использован также и для (первоначального) обнаружения утечек и для нахождения их источника.
В соответствии с альтернативным вариантом жидкость обнаружения содержит флуоресцентный краситель, который сам по себе может быть использован для обнаружения утечек и для нахождения их источника.
В случае введения флуоресцентного красителя в теплообменник теплообменник преимущественно следует предварительно дренировать от любой захваченной воды или от любой другой жидкости. Для этого пластины пластинчатого теплообменника могут быть первоначально разобраны и любая содержащаяся в них жидкость должна быть удалена, после чего теплообменник может быть вновь собран и в него введен флуоресцентный краситель. Циркуляцию флуоресцентного красителя в теплообменнике обычно проводят в течение периода времени от 10 до 25 минут для того, чтобы краситель полностью распределился по всему каналу, преимущественно под давлением от 10 до 25 фунтов на квадратный дюйм. Краситель преимущественно сначала пропускают в одном направлении, а затем - в противоположном направлении, чтобы улучшить или усилить покрытие пластины и получить главным образом 100%-ное покрытие пластины красителем. Краситель может иметь утечку через любые дефекты в пластине за счет капиллярного действия. Распыляемый проявляющий раствор преимущественно может быть использован для продвижения красителя через любые дефекты в пластине. Теплообменник затем может быть вновь разобран и созданы условия для удаления избытка красителя, после чего индивидуальные пластины могут быть подвергнуты анализу со стороны, противоположной той, вдоль которой циркулировал краситель, чтобы найти любые перфорации или трещины. Это может быть произведено с использованием ультрафиолетового (черного) света на номинальной длине волны 365 нм. После этого дефектные пластины могут быть отремонтированы или заменены.
В случае трубчатого теплообменника каждая индивидуальная трубка может быть обработана аналогично описанному выше для пластинчатого теплообменника.
Далее варианты настоящего изобретения будут описаны в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг.1 показан пластинчатый теплообменник, приспособленный для испытания на наличие утечек.
На фиг.2 показан трубчатый теплообменник.
На фиг.3 показан пластинчатый теплообменник, приспособленный для пропускания флуоресцентного красителя.
Обратимся сначала к рассмотрению фиг.1, на которой показан пластинчатый теплообменник, обозначенный в общем виде позицией 10, который содержит теплообменные элементы в форме пластин 11, идущих между первичной и вторичной камерами 12, 13 соответственно. Камеры находятся в тесном тепловом контакте друг с другом через пластины, но должны быть изолированы друг от друга для массообмена.
Как это показано на фиг.1, камера 12 может быть предназначена для пропускания теплообменного флюида, а камера 13 может быть предназначена для пропускания рабочей жидкости, которую нагревают или охлаждают, в зависимости от необходимости, при помощи теплообменного флюида, с использованием пластин. Каждая камера имеет впуски и выпуски (на фиг.1 не показаны), предназначенные для введения и выпускания соответствующего флюида.
Камера 12 снабжена трубопроводами 14, 15 и объединенными с ними запорными клапанами 16, 17. Источник 18 газообразного гелия обычно в смеси с воздухом показан подключенным к трубопроводу 14, но вместо этого может быть подключен альтернативно и избирательно к трубопроводу 15 при помощи магистрали 20, в результате чего источник гелия сообщается с одним или другим концом камеры 12. Элементы 12 и 14-20 образуют канал для рабочей жидкости. К камере 13 подключен впуск магистрали 21 сжатого воздуха, подключенной к воздушному компрессору 22; на другом конце камера 13 подключена при помощи магистрали 23 к гелиевой детекторной головке 24, которая разделяет гелий от потока воздуха и измеряет его давление. Элементы 13 и 21-24 образуют канал для теплообменного флюида.
При работе гелий сначала пропускают через камеру 12 при помощи магистрали 19 и трубопровода 14, при этом краны 16 и 17 открыты. После установления потока гелия кран 17 закрывают и гелий продолжают пропускать в течение нескольких минут в камеру 12; затем кран 16 закрывают и кран 17 открывают, и гелий вновь продолжают пропускать в обратном направлении через камеру 16 при помощи магистрали 20 и трубопровода 15. При этом любые воздушные карманы в камере 16 будут ликвидированы и в конечном счете гелий будет равномерно распределен по объему камеры 16. Любые утечки в пластинах 11 будет позволять гелию проходить в камеру 13, где он увлекается в воздушный поток от компрессора 22 и будет обнаружен при помощи головки 24.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.2, на которой показан трубчатый теплообменник, который имеет внешнюю рубашку 25 и внутреннюю трубку 26 с наконечниками 27, 28. Соединения 29, 30 сообщаются с внутренним пространством рубашки. При работе гелий пропускают через внутреннюю трубку, а воздух пропускают через оболочку и проверяют на наличие гелия, аналогично описанному здесь выше со ссылкой на фиг.1.
На фиг.3 показан пластинчатый теплообменник, который содержит соответствующие камеры 31, 32, соединенные при помощи пластин 33. Источник флуоресцентного красителя содержится в расширителе 34 и его циркуляция через флюидальный контур теплообменника обеспечивается при помощи погружного насоса 35, причем указанный контур обычно содержит теплообменный флюид. Создают условия для циркуляции флуоресцентного красителя, например в течение 30 минут, после чего теплообменник разбирают, с пластин удаляют жидкость и после этого обследуют индивидуальные пластины со стороны рабочей жидкости на наличие флуоресцентного красителя, что свидетельствует о присутствии утечки и указывает ее точное местоположение. Обнаружение любых утечек можно производить в ультрафиолетовом свете, обычно на длине волны 365 нм.
1. Способ обнаружения утечек в теплообменнике, имеющем отдельные каналы для рабочей жидкости и теплообменного флюида, предусматривающий введение жидкости обнаружения в один из указанных каналов, пропускание жидкости обнаружения в различных направлениях в указанном одном из каналов и обнаружение любой жидкости обнаружения, которая просочилась из одного из каналов в другой из каналов.
2. Способ по п.1, в котором жидкость обнаружения вводят в один из каналов и создают условия для протекания воздуха в другом из каналов.
3. Способ по п.1, в котором один из каналов, в который вводят жидкость обнаружения, представляет собой канал теплообменного флюида, причем обнаружение просочившейся жидкости обнаружения производят в канале рабочей жидкости.
4. Способ по п.1, в котором газ обнаружения представляет собой газ, содержащий гелий, причем давление в одном из каналов выше, чем в другом из каналов.
5. Способ по п.4, в котором газ, содержащий гелий, представляет собой смесь гелия и воздуха, при концентрации гелия 96-98%.
6. Способ по п.4, который дополнительно включает в себя операцию введения флуоресцентного красителя в один из указанных каналов и создание условий для полного распределения красителя в указанном канале, и, после этого, операцию обследования теплообменника со стороны, противоположной той, где находился указанный канал, при помощи реагирующего на флуоресцентный краситель средства обнаружения, для того, чтобы найти источник утечки.
7. Способ по п.1, в котором жидкость обнаружения содержит флуоресцентный краситель.
8. Способ по п.7, в котором флуоресцентный краситель обнаруживают с использованием реагирующего на флуоресцентный краситель средства обнаружения.
9. Способ по одному из пп.6-8, в котором теплообменник представляет собой пластинчатый теплообменник, причем теплообменник разбирают после проведения операции распределения красителя, после чего проводят операцию обследования индивидуальных пластин.
