Н.В.Кучма, А.И.Замула и С.Н.Шмалько Кокс и химия №9 2001 г. с. 39, 40.
Целостность и работоспособность сосудов, холодильников, запорной арматуры, трубопроводов можно диагностировать, определив характеристики утечек в них. Оценивая величину утечки, получают представление о размере дефекта и ущербе, наносимом им, и соответственно предпринимают необходимые действия для устранения дефекта. Часто обнаружение и контроль технологических утечек становятся весьма эффективным способом слежения за техническим состоянием оборудования, соблюдением технологических режимов, оценки потерь энергоносителей в трубах, а также выбросов в атмосферу.
Ввиду значительного количества труб и запорной арматуры, пропускающих различные технологические носители и энергоносители, а также большого числа тепломассообменников с пучками труб, применяемых в коксохимии, вопрос обнаружения и оценки величины утечки представляется весьма актуальным и важным.
Из множества используемых в промышленной практике способов обнаружения утечек рассмотрим способ, основанный на выявлении утечек по параметрам колебаний, возникающих как результат воздействия носителя на конструкцию (металл). Этот метод, по нашему мнению, весьма перспективен. Аргументы в его пользу следующие.
1. Несмотря на косвенность метода, он привлекателен тем, что колебания рассматриваются как результат воздействия носителя (вода, пар, газ, раствор, масло и др.) на металл аппарата, трубопровода, т.е. колебания представляют собой отражение возникшего дефекта (неплотности по причинам появления трещин, коррозии, износа уплотнений и пр.).
2. Скорость акустических колебаний в металле значительна (порядка 5 км/с). Затухание колебаний происходит медленно (сигнал затухает обратно пропорционально частоте колебаний), что дает возможность выявлять утечку на значительных расстояниях от дефекта и весьма оперативно.
3. Метод является неразрушающим и не требует особой подготовки конструкции к контролю; достаточно зачистки металла от краски и коррозии для установки датчика на магнитной "присоске".
4. Метод позволяет обнаруживать утечки самых разнообразных носителей, что обеспечивает его широкое применение.
К недостаткам метода следует отнести наличие производственных колебательных помех, влияющих на контроль колебаний и требующих настройки средств, исключающих эти помехи; необходимость настройки технических средств в зависимости от вида носителя.
Колебания металла конструкции возникают по причинам:
1) гидроаэродинамических возмущений, при которых акустические колебания генерируются вследствие нестационарности потока, возникающего при утечке, причем параметры колебаний зависят от вида носителя;
2) явлений, близких кавитации, когда при резком снижении давления в системе происходит активное выделение пузырьков воздуха или других газов из жидкости ("вспенивание"), что генерирует колебательные движения жидкости в диапазоне частот 2-40 кГц;
3) активного превращения жидкости в пар под воздействием нагрева;
4) механического смещения деталей арматуры и стенок труб из-за пульсации давления на границе потока жидкости.
Зачастую источники колебаний действуют независимо и генерируемые ими колебания взаимодействуют друг с другом. Поэтому, контролируя колебания, сталкиваются с их суммарным воздействием.
Макет прибора. Представляет собой переносное устройство с независимым источником питания, построенным по блочному принципу и включающий в себя: корпус; блоки питания, предварительного усиления, усиления, частотных фильтров, пороговой дискриминации (подавления), сравнения, индикации; акселерометрический датчик пьезоэлектрического типа с возможностью регистрировать колебания от 2 Гц до 20 кГц.
Испытания макета. Были проведены в цехе сероочистки на системе подачи азота на охлаждение вакуум-насосов (имеется контрольная аппаратура определения расхода и давления) и холодильниках содового раствора. Расход и давление фиксировали по показаниям приборов КИП; одновременно измеряли параметр виброколебаний – виброускорение (определяли его интегральное значение и значение на частотах от 200 до 10000 Гц).
По результатам испытаний зарегистрированы следующие пороги чувствительности макета:
для газообразного азота 10 м3/ч при измеренном максимальном расходе 425 м3/ч, что составляет 2,35%;
для технической воды 0,2 м3/ч при измеренном максимальном расходе 13 м3/ч, что составляет 1,54%;
для содового раствора 2 м3/ч при измеренном максимальном расходе 400 м3/ч, что составляет 0,5%.
Частотные диапазоны в зависимости от вида носителя имеют следующие предпочтительные величины: газообразный азот 3500-5000 Гц; техническая вода 3500-10000 Гц; содовый раствор 2000-3500 Гц. Затухание величины сигнала в пределах размера холодильника <10%, по длине трубы порядка 2% от места утечки.
Испытания в цехе сероочистки подтвердили возможность выявления утечек газа, пара, воды, растворов в теплообменных аппаратах с пучками труб, в трубах и через запорную арматуру в положении "закрыто" посредством контроля вибропараметров на поверхности труб, кожухов теплообменных аппаратов в выявленных частотных диапазонах наибольшей чувствительности к утечкам.
В настоящее время проходят испытания модернизованного макета прибора выявления утечек на теплообменниках в цехе улавливания коксохимического производства комбината "Криворожсталь".