用測(cè)試氣體對(duì)換熱器進(jìn)行泄漏性檢測(cè)

德國(guó)奧丁格釀酒有限公司

奧丁格啤酒有限公司，是德國(guó)啤酒第一，源自1731年，至今已有近300年歷史，銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)德國(guó)。2003年，奧丁格收購(gòu)了德國(guó)門(mén)興格拉德巴赫啤酒廠，并在此生產(chǎn)奧丁格所有的品牌，包括啤酒混合飲料、小麥啤酒等特色產(chǎn)品。2017年，工廠員工近200人，啤酒產(chǎn)量約21萬(wàn)千升。大多數(shù)啤酒灌裝在回收玻璃瓶中，在德國(guó)境內(nèi)銷(xiāo)售。易拉罐啤酒主要出口，也在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售一些。

工廠有兩條玻璃瓶生產(chǎn)線，一條6萬(wàn)瓶/時(shí)，另一條為4.2萬(wàn)瓶/時(shí)。一條易拉罐線產(chǎn)能為7.2萬(wàn)罐/時(shí)。為了確保瓶裝線在任何時(shí)候均能可靠生產(chǎn)運(yùn)行，工廠對(duì)生產(chǎn)設(shè)備主要采取預(yù)防性維護(hù)。因此，包裝部維修主管施勒默僅安排短時(shí)間的加熱來(lái)對(duì)板式換熱器進(jìn)行年度泄漏試驗(yàn)。

CIP清洗后，用壓縮空氣將殘留在換熱器中的液體排空，然后就可用測(cè)試氣體對(duì)換熱器進(jìn)行泄漏測(cè)試

施勒默從20世紀(jì)80年代起就開(kāi)始在門(mén)興格拉德巴赫啤酒廠工作，回憶說(shuō)，“在被奧丁格釀酒有限公司收購(gòu)前，我們就已經(jīng)采購(gòu)了一些板式換熱器，為了確保這些設(shè)備像新設(shè)備那樣可靠運(yùn)行，我很樂(lè)意投資于常規(guī)測(cè)試?！?/p>

泄漏可能是由薄壁換熱器板材料疲勞引起，也可能由多年來(lái)廣泛使用腐蝕性或研磨性介質(zhì)造成的磨損引起。由于加熱的不連續(xù)性，薄板和墊片在啟動(dòng)和關(guān)停階段受到的熱應(yīng)力影響非常大。高壓和壓力沖擊也可能引起泄漏，因?yàn)樗鼈儗?duì)薄板和墊圈有影響。因此在日常操作過(guò)程中有多種不可避免的影響因素，這些都可能引起薄板泄漏。

如果由于泄漏導(dǎo)致加熱系統(tǒng)失效，這通常意味著整個(gè)瓶裝線將停產(chǎn)幾天， 不幸地是，在早期是不可能通過(guò)視覺(jué)測(cè)試或基于過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)泄漏的。如果通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)到泄漏或者明顯觀察到有液體溢出，那么換熱器損壞已經(jīng)嚴(yán)重，可測(cè)量到明顯的壓降，介質(zhì)成乳濁狀，包裝線的停產(chǎn)已不可避免。

這也是施勒默依賴(lài)技術(shù)服務(wù)人員檢測(cè)的主要原因。為了可靠地防止由泄漏造成的危害，他每年邀請(qǐng)Kelvion PHF GmbH提供技術(shù)服務(wù)，進(jìn)行泄漏檢測(cè)。

幾乎每隔三年，施勒默就會(huì)對(duì)換熱器拆卸一次，并在設(shè)備檢修過(guò)程中進(jìn)行短時(shí)間的加熱，進(jìn)行泄漏測(cè)試。這個(gè)時(shí)間足以對(duì)換熱器進(jìn)行染色滲透檢測(cè)。在這一過(guò)程中，在換熱器板的一側(cè)用帶顏色的液體染色，在換熱器板的另一側(cè)用白色的液體顯色，如果換熱器板“白色”側(cè)變色，就意味著換熱器板泄漏。這一程序?qū)z測(cè)泄漏非常可靠，不過(guò)，他僅能對(duì)拆卸下來(lái)的換熱器板進(jìn)行檢測(cè)。因此，如果設(shè)備能拆卸下來(lái)，例如去除換熱器管壁結(jié)垢的涂層或更換密封時(shí)，這種相對(duì)耗時(shí)的測(cè)試是可行的。

秒表也是測(cè)量裝置的一部分，因?yàn)闇y(cè)量持續(xù)時(shí)間由相應(yīng)換熱器的容積決定

施勒默說(shuō)，設(shè)備在兩個(gè)檢修過(guò)程之間也易發(fā)生泄漏，如果每年檢測(cè)一次，用染色法進(jìn)行泄漏性試驗(yàn)既耗費(fèi)時(shí)間又耗費(fèi)成本。染料滲透檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)要比無(wú)生產(chǎn)的周末花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)。但是在無(wú)需拆卸換熱器的情況下，也可以進(jìn)行泄漏測(cè)試。用氦氣和氫氣在設(shè)備組裝狀態(tài)下進(jìn)行簡(jiǎn)單的泄漏測(cè)試經(jīng)實(shí)踐證明是非常成功的。在氦氣和氫氣兩種測(cè)試情況下，在進(jìn)行泄漏測(cè)試過(guò)程前，均需對(duì)換熱器進(jìn)行清洗。工廠每周五對(duì)設(shè)備進(jìn)行CIP清洗，然后停止生產(chǎn)，有充足的時(shí)間進(jìn)行泄漏性試驗(yàn)。

泄漏性檢測(cè)嵌入在換熱器上。檢測(cè)工程師用壓縮空氣排空余水，然后準(zhǔn)備儀器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試氣體施加在介質(zhì)一側(cè)。氣體傳感器聯(lián)結(jié)到另一側(cè)，如果存在泄漏，或多或少能記錄到一個(gè)濃度數(shù)據(jù)。測(cè)試氣體程序不僅可以識(shí)別出換熱器是否泄漏，甚至可以檢測(cè)出板片是否變薄，存在隱患。以便提前制定板片采購(gòu)計(jì)劃。

早期階段換熱器材質(zhì)疲勞顯現(xiàn)出的檢測(cè)信號(hào)，以此可采取主動(dòng)維修計(jì)劃

用氦氣進(jìn)行泄漏測(cè)試通常需要高濃度的氦氣，并能快速獲得測(cè)試結(jié)果。不過(guò)，氦分子大小幾乎是氫分子的2倍，它不可能像氫分子那樣非常容易地滲透過(guò)換熱器板薄壁區(qū)域。因此，氫氣是用于泄漏性試驗(yàn)更好地測(cè)試介質(zhì)，它甚至能夠檢測(cè)更微小的設(shè)備泄漏缺陷。氫分子甚至能夠滲透厚度達(dá)0.2 mm的不銹鋼壁。

施勒默很清楚，雖然氫氣能用于檢測(cè)存在泄漏的缺陷點(diǎn)，但是氫氣對(duì)于某些運(yùn)行介質(zhì)仍是不可穿越的，這樣，熱應(yīng)力或壓力沖擊仍能在近期內(nèi)引起裂紋，當(dāng)測(cè)量到的氫氣濃度約達(dá)50 ppm時(shí)，這個(gè)板式換熱器被認(rèn)為是牢固可靠的。假若維修技師測(cè)量到更高的氫氣濃度值，密封可能存在故障，或者換熱器板厚度已經(jīng)不足0.2 mm，或者已經(jīng)存在內(nèi)漏故障。

由于氫氣屬于高可燃性氣體，泄漏測(cè)試不是采用純氫氣進(jìn)行，而是采用安全的、不可燃的混合性氣體測(cè)試。Kelvion PHF公司應(yīng)用的測(cè)試氣體由10%的氫氣和90%的氮?dú)饨M成，測(cè)試完成后，測(cè)試氣體通常可以從換熱器中逸出，或者轉(zhuǎn)移到其它介質(zhì)中，由于泄漏逸出的氣體被空氣稀釋到遠(yuǎn)低于可燃性濃度，因此它不可能產(chǎn)生任何危害。

由于在測(cè)試氣體中氫氣濃度很低，如果泄漏，測(cè)量側(cè)僅能產(chǎn)生相對(duì)低的氫氣濃度，因此，測(cè)量時(shí)間要比使用純氫氣測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)。

基于氫氣進(jìn)行的泄漏性測(cè)試，其優(yōu)勢(shì)是潛在的故障缺陷，諸如換熱器壁變薄也能被檢測(cè)出來(lái)，以便在早期提前做維修計(jì)劃，這提高了更大的靈活性，降低了維修成本，提高了生產(chǎn)過(guò)程的可靠性。

理想值為0.0 ppm：由于氫氣分子能滲透過(guò)薄壁板，泄漏性試驗(yàn)測(cè)量值被認(rèn)為是50 ppm

盡管用氫氣作為測(cè)試氣體比用氦氣測(cè)試花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，但是用氫氣進(jìn)行泄漏性測(cè)試仍不會(huì)打亂正常的生產(chǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，2020年初的一個(gè)周末，Kelvion PHF公司技術(shù)服務(wù)人員林德納測(cè)試了啤酒瓶裝線的兩臺(tái)板式換熱器。由于在CIP清洗過(guò)程后，性測(cè)試時(shí)間僅指測(cè)試裝備沖洗、聯(lián)結(jié)（和斷開(kāi)）及測(cè)試過(guò)程本身消耗的時(shí)間。取決于系統(tǒng)本身的復(fù)雜程度，每臺(tái)換熱器允許的時(shí)間為1～2個(gè)小時(shí)。實(shí)際測(cè)量時(shí)間取決于換熱器容積，根據(jù)換熱器情況，需要4小時(shí)15分鐘。這意味著用測(cè)試氣體對(duì)兩臺(tái)換熱器在短時(shí)間內(nèi)加熱情況下根本不會(huì)花費(fèi)林德納一天的時(shí)間，在他工作過(guò)程中還提供了附加服務(wù)：更換了法蘭的密封墊，以阻止氣體的潛在泄漏。泄漏測(cè)試后，對(duì)板式換熱器組裝，功能完全恢復(fù)。在瓶裝線再次啟動(dòng)前，用熱水CIP清洗測(cè)試氣體中可能的殘留物。完成泄漏性測(cè)試后，記錄相關(guān)信息。當(dāng)完成泄漏測(cè)試后，每一臺(tái)裝置都要設(shè)置一個(gè)測(cè)試印章，并將測(cè)試報(bào)告反饋給客戶。如果測(cè)量值高于50 ppm，或者有其它的瑕疵，應(yīng)該在報(bào)告中標(biāo)明。

首次進(jìn)行泄漏測(cè)試時(shí)，可能花費(fèi)的時(shí)間要長(zhǎng)些，因?yàn)榧夹g(shù)服務(wù)人員需要熟悉當(dāng)?shù)貤l件和設(shè)備、測(cè)量換熱器容積并計(jì)算測(cè)量所需時(shí)間，另外需搞清楚現(xiàn)場(chǎng)哪些材料、資源和工具可利用及技術(shù)人員需要隨身攜帶的物品。

林德納已經(jīng)在門(mén)興格拉德巴赫啤酒廠服務(wù)了幾年，現(xiàn)在，他能根據(jù)他的測(cè)試記錄和經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有任何問(wèn)題地支持工廠的維修團(tuán)隊(duì)。

測(cè)試氣體中的氫分子甚至能夠透過(guò)0.2 mm的不銹鋼壁，以檢測(cè)到早期缺陷

施勒默從沒(méi)有想過(guò)采購(gòu)一個(gè)屬于工廠自己的測(cè)試設(shè)備。他說(shuō)，“這對(duì)我們沒(méi)什么益處，一方面，設(shè)備相對(duì)昂貴，另一方面，我們決不會(huì)用很少的測(cè)試來(lái)開(kāi)發(fā)任何例行程序。由服務(wù)代理提供的檢查對(duì)我們來(lái)說(shuō)是更合適的選擇”，林德納也是這個(gè)意思。

外包的好處是，技術(shù)服務(wù)人員比較專(zhuān)業(yè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄漏或其它缺陷時(shí)，會(huì)立即給出切實(shí)可行的維修建議，然后他可以在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)維修訂單。由于進(jìn)行了早期診斷，在缺陷影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程之前，潛在的維修工作通常可以安排在無(wú)生產(chǎn)的周末進(jìn)行。

其它車(chē)間的維修團(tuán)隊(duì)也聽(tīng)說(shuō)了泄漏測(cè)試的好處。近期，它們也對(duì)換熱器進(jìn)行年度測(cè)試，因?yàn)橄覃溨鋮s器的泄漏也是造成停產(chǎn)的一個(gè)原因，況且混合介質(zhì)會(huì)對(duì)啤酒質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。