Vakum Sızıntısı Tespiti Temelleri
Birçok vakum uygulamasının yüksek spesifikasyonlu doğası nedeniyle, bu tür sistemlerin ödün verilmeyecek birçok yönü vardır. Gereklilikler:
- son derece mühendislikle tasarlanmış pompalama üniteleri ve tankları;
- akışları ve basınçları ölçmek ve kontrol etmek için ultra doğru araçlar;
- ve sızdırmayan, sıkıca kapatılmış sistemler.
Sızıntı nedir?
Hem basınçlı hem de vakum sistemlerindeki sızıntıların tespit edilmesi ve bunların ortadan kaldırılması, yönetilmesi ve/veya hesap verilebilirliği ciddi bir iştir, ancak ne yazık ki çoğu zaman önemsiz bir konu olarak görülür - ki bu kesinlikle böyle değildir.
Peki sızıntı tam olarak nedir? Sızıntı, sistemin bir veya daha fazla parçasında kontrolsüz gaz girişine veya çıkışına izin veren küçük bir deliktir. Sızıntı oranına gelince, deliğin/deliklerin boyutu, gaz türü ve basınç farkı (sistemin içi ve dışı arasında) dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır.
"Kaçak oranı, birim zaman başına sistemden çıkan gaz miktarı açısından kaçağın büyüklüğünü açıklar."
Bir sistemin vakum seviyelerini koruyamamasının, gaz çıkışı veya kontaminasyon gibi çeşitli nedenleri olabilir. Ayrıca, farklı vakum prosesleri ve uygulamaları farklı sızıntı oranı gereksinimleri gerektirir, yani daha düşük bir vakumda kabul edilebilir olan, daha yüksek bir vakum seviyesinde tamamen kabul edilemez (ve muhtemelen tehlikeli) olarak kabul edilir.
Sızıntıların azaltılması veya ortadan kaldırılması aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle önemlidir: - operatör güvenliği (yani toksik gazların/sıvıların dışarı sızması)
- ürün güvenliği (örneğin, patlayıcı bir karışımın oluşumuna önemli ölçüde katkıda bulunabileceği bir sisteme hava girmesini önlemek için)
- basıncı/vakumu sağlamak ve korumak için
- ürünlerin uzun kullanım ömrünü sağlamak için
- çevre ve kalite standartları için
- ve proses verimliliği için
Bu nedenlere rağmen, hiçbir sistemin asla mutlak vakum sızdırmaz olamayacağı kabul edilmelidir… ve aslında buna gerek yoktur - sadece yönetilebilir veya en azından çalışma basıncı, gaz dengesi ve nihai/en yüksek basınca ulaşma ve bu basıncı koruma kabiliyeti aşırı derecede etkilenmeyecek kadar düşük olmalıdır.
Sızıntılar söz konusu olduğunda iki tip arasında ayrım yapılmalıdır: (i) gaz/sıvı akış yönünün kap içine geldiği yer ("dıştan içe kaçak" olarak bilinir) ve (ii) gaz/sıvının test numunesinin içinden dışarıya geçtiği yer ("içten dışa sızıntı" olarak bilinir). Ayrıca, sızıntı teknolojisinin incelenmeye değer iki yönü vardır: sızıntı tespiti (yani kaçağın yerini belirleme) ve tüm cihazın entegre kaçak oranını ölçme.
Vakum kaçağı tespit yöntemlerine genel bakış
Vakum sistemlerinin neredeyse her yönünde olduğu gibi, her durumu ve her kriteri karşılayan tek bir yöntem yoktur. Bu kesinlikle dört ana yöntemin kullanıldığı kaçak tespiti için geçerlidir: kabarcık testi; basınç düşüş testi; basınç artışı testi ve helyum kesici modu/helyum vakum modu testleri. Bu dört test, kabaca "basit" kabarcık testine (düşük vakum basınçları için) ila "yüksek teknoloji" helyum testlerine (yüksek vakum basınçları için) karşılık gelir.
Kabarcık testi, delinmiş bir bisiklet borusunu suyun altına koyarak ve kabarcıkların nereden geldiğini işaretleyerek veya aktif bir su/gaz borusunun ek yerinin etrafına bulaşık deterjanı koyarak ve sıvının köpük oluşturup oluşturmadığını gözlemleyerek en iyi şekilde gösterilebilir. Her ikisi de düşük basınç sızıntısını tespit etmenin güvenilir yollarıdır. Kabarcık testi 10 -4 mbar'lık vakumlara kadar uygulanır.
Pompalama testi, belirli bir basınca ulaşılana kadar kapalı bir vakum kabının tahliye edilmesi ve ardından pompanın giriş valfinin kapatılmasıyla gerçekleştirilir. Önceden belirlenmiş bir süre sonra giriş valfi tekrar açılır ve pompanın vakumu orijinal vakum seviyesine geri döndürmesi için gereken süre kaydedilir. Bu işlem birkaç kez tekrarlanır. Vakumu orijinal seviyeye geri getirme süresi sabit kalırsa, bir sızıntı vardır. Bu sürenin azalması, sistemin içindeki gaz salınımının (gaz çıkışı) azaldığını gösterir (yani "sanal" bir sızıntı), ancak bir sızıntının da mevcut olmasını engellemez.
Alternatif olarak, basınç artışı testi, vakum seviyesinin bir vakum seviyesine ulaşıldıktan sonra zamana karşı çizilmesiyle yapılır ve sistem izole edildikten sonra eğri, bir sızıntı varsa düz bir çizgi olacaktır. Bununla birlikte, basınç artışı sistem duvarlarından gaz salınmasından kaynaklanıyorsa, artış nihai, kararlı bir değere ulaşmak için kademeli olarak azalacaktır.
Çoğu durumda her iki olay aynı anda meydana gelir, bu da birinin diğerinden ayrılmasını neredeyse imkansız hale getirir. Test edilen haznenin veya öğenin hacmi biliniyorsa, sızıntı oranı hesaplanabilir (yani hacim x (ölçülen basınç artışı)/süre).
Basınç düşüşü testi basınç artışı testinden farklı değildir. Vakum teknolojisinde kullanılan flanş bağlantıları daha yüksek basınçlara dayanamayacağından, vakum sistemlerindeki sızıntıları kontrol etmek için nadiren ve yalnızca (pozitif) gösterge basıncı 1 barı aşmadığında kullanılır.
Ancak depo mühendisliğinde basınç düşüşü testi sıklıkla kullanılır. Basınç düşüşü testleri 10 -4 mbar*l/sn'ye kadar kaçak oranı ölçümlerine izin verir ancak yoğuşma meydana gelirse sonuçlar bozulabilir. Gördüğünüz gibi, diferansiyel basınç düşüş testi bazı kısıtlamalarla doludur, ancak laboratuvar koşulları altında kullanılırsa hem kaçakları hem de kaçak oranlarını belirlemede iyi bir araçtır.
Helyum kaçak tespiti testleri
1x10 -6 mbar*l/sn'den küçük kaçakları tespit etmenin tek güvenilir yönteminin bir helyum kaçak detektörü olduğu unutulmamalıdır. 1x10 -12 mbar*l/sn için bir kaçak çapı (1Å'a eşittir) aynı zamanda tespit edilebilir en küçük kaçak oranı olan bir helyum molekülünün çapıdır.
Not: 1 mbar*l/sn'lik bir kaçak oranı, 1 litrelik bir kaptan saniyede 1 mbar'lık bir artış anlamına gelir. Bunun anlamı şudur:
- < 1x 10 -2 mbar*l/sn'lik bir kaçak oranı "su geçirmez" olarak sınıflandırılır;
- < 1x 10 -3 mbar*l/s "buhar geçirmez";
- < 1x 10 -5 mbar*l/s "yağ geçirmez";
- < 1x 10 -6 mbar*l/s "virüs geçirmez";
- < 1x 10 -7 mbar*l/s "gaz sızdırmaz";
- < 1x 10 -10 mbar*l/s "mutlak sızdırmazlık" olarak sınıflandırılır.
Şekil 1: 1 mbar l/sn'lik kaçak oranı
Çap dışında, kaçak tespitinde helyumun kullanılmasının başka nedenleri de vardır:
- havada sadece yaklaşık 5 ppm oluşturur, bu nedenle arka plan seviyeleri çok düşüktür
- göreceli olarak düşük kütlesi, çok "hareketli" olduğu anlamına gelir (yani diğer gazlarla çok hızlı karışır)
- tamamen inert/reaktif değil, yanıcı değil ve zararsızdır
- ve nispeten düşük maliyetle yaygın olarak mevcuttur.
Helyum kullanarak vakum tanklarını ve bileşenlerini sızdırmazlık testi yapmanın birçok yolu vardır, ancak hepsi aynı prensibi kullanır. Kontrol edilen ünite ya içeriden helyum basınçlı ya da içeriden helyum basınçsızdır. Herhangi bir potansiyel kaçaktan gelen gaz toplanır ve analiz için kütle spektrometresine "pompalanır" ve arka plan seviyesinin üzerindeki herhangi bir değer bir kaçağın kanıtıdır.
Spektrometrenin kendisi aşağıdaki şekilde çalışır: Spektrometreye akan tüm helyum molekülleri iyonlaştırılır ve bu helyum iyonları daha sonra iyon dedektörüne "uçar" ve burada iyon akımı analiz edilir ve kaydedilir. Dedektöre ulaşmadan önce, iyonların helyum haricindeki tüm iyonları saptıran bir manyetik alandan geçmesi gerekir. İyonizasyon akımına dayanarak kaçak oranı hesaplanabilir.
"Vakum" ve "sniffer" testleri olarak bilinen bu helyum testleri, kaçakları hem hassasiyetle hem de kesinlikle tespit edebilir. Burada "kesinlik" terimi, daha yüksek güvenilirlik ve daha iyi stabilite ile kaçakları (küçük kaçaklar bile) bulabileceğiniz ve bunları nicel olarak ölçebileceğiniz başka bir yöntem olmadığı anlamına gelir. Bu nedenle, nispeten pahalı olmasına rağmen, helyum sızıntı dedektörleri uzun vadede genellikle çok daha ekonomiktir, çünkü asıl sızıntı tespit prosedürünün tamamlanması için önemli ölçüde daha az zaman gerekir.
Helyum kaçağı tespitinin iki temel yöntemi: "entegral" test ve "yerel" test
Hangi metodun kullanılacağı uygulamaya ve nihai ürünün ne için kullanılacağına bağlıdır. "Entegral" yöntemi bir kaçak olup olmadığını gösterir (ancak kaç farklı kaçak olduğunu değil), "lokal" yöntemi kaçağın nerede olduğunu gösterir (ancak kaçak oranının veya kaçak boyutunun tam olarak belirlenmesi zordur). Bu algılama metotlarının her ikisi de iki ayrı bölüme ayrılabilir: "basınç altında numune" ve "vakum altında numune".
(i) Entegre test, numunenin basınç veya vakum altında olduğu ve bir kapta bulunduğu durumlarda gerçekleşir. Bu iki "entegral" yönteme sıklıkla "helyum vakum testi" denir, çünkü numune kendi kendine boşaltılır veya bir vakuma yerleştirilir, helyum gazları numunenin içine veya dışına sızar ve kütle spektrometresinden geçerken algılanır. En büyük dezavantajı, ancak tek dezavantajı değil, ünitenin uygun boyutta bir kabın içine yerleştirilmesi gerekmesidir. Ayrıca, helyum "vakum" testi genellikle yalnızca yüksek veya ultra yüksek vakumlara maruz kalan ünitelerde kullanılır
Şekil 2: Helyum ile entegre test (basınç altındaki numune).
- Vakum haznesi
- Basınç altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
- Pompalama aşaması (*sadece büyük hazne hacimleri için gereklidir)
Şekil 3: Helyum ile entegre test (vakum altında örnek).
- Basınç odası
- Basınç altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
- Pompalama aşaması (sadece büyük hazne hacimleri için gereklidir)
(ii) Lokal test, numunenin kendisinin (yeniden) basınç veya vakum altında olduğu durumlarda gerçekleşir. Bu iki "lokal" yönteme sıklıkla "havlama" testi denir, çünkü "havlama" probu kullanılır.
"Yerel püskürtme (basınç altındaki örnek)" yönteminde, hazne helyum ile basınçlandırılır ve haznenin olası sızıntı noktalarının (ör. kaynaklar, flanşlar, portallar, alet kanalları vb.) etrafından bir karıştırma cihazı geçirilir. sızan gazı yakalamak için. Bu "keskinleştirilmiş" gaz, yükselmiş (yani arka planın üzerinde) helyum seviyelerini kaydetmek için bir kütle spektrometresine iletilir.
Şekil 4: Helyum ile lokal test (basınç altındaki örnek).
- Sniffer
- Basınç altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
"Lokal püskürtme (vakum altında örnek)" yönteminde, hazne vakumla pompalanır ve helyum gazı, bu saf helyumun bir kısmının hazneye doldurulması amacıyla olası sızıntı noktalarına doğru bolca püskürtülür/yönlendirilir. Odacık içinden gelen gaz daha sonra herhangi bir yüksek helyum seviyesini kaydetmek için bir spektrometreye iletilir.
Şekil 5: Helyum ile lokal test (vakum altında örnek).
- Gaz püskürtücüyü test edin
- Vakum altında test numunesi
- Sızıntı dedektörü
- Test gazı (helyum)
- Pompalama aşaması (sadece büyük test numunesi hacimleri için gereklidir)
Sniffer testinin avantajı, kaçakların gerçekte nerede meydana geldiğini göstermesidir. Bununla birlikte, havadaki 5 ppm'lik helyum konsantrasyonları tespit edilebilir minimum kaçak oranını sınırlar ve dahası, ortamdaki arka plan sinyalleri de küçük kaçakların olası tespitini etkileyebilir.
Ancak, bir helyum okuması "gerçek" olarak kabul edilmeden önce, prosesin önemli bir parçası olan helyum için referans (veya arka plan) okumaları alınmalı ve hesaba katılmalıdır. Bu tür referans okumaları, helyum için "arka plan gürültüsü" sağlar ve bu, helyum ortam seviyesi olarak düşünülebilir.
Arka plan helyumunun çoğu, yüzey gaz moleküllerinin 100 ila 150 mono katmanında bulunur ve sızıntı dedektöründe, pompalarda, valflerde, flanşlarda, boru tesisatında vb. bulunan havada kalıcı olarak bulunur. Bu yüzey helyumunun çıkarılmasına "gazdan arındırma" adı verilir ve tüm gaz pompalandığında başlar ve moleküllerin metalin iç yüzeyinden "soğurulmasına" neden olur. Bu desorpsiyon yaklaşık 10 -1 mbar'lık bir basınçta başlar.
Basıncı düşürerek veya hazne yüzeyini ısıtarak bu tür bir gaz giderme alışılmadık bir durum değildir, ancak bu bile yüzeylerdeki tüm gazı tamamen ortadan kaldırmaz. Yüzey helyumuna ek olarak, "rezervuar" helyum da O-halkalarda bulunur (bu tür gazlara sünger gibi davranırlar). Not: Gazdan arındırma sonrası vakum seviyeleri de ünitenin elemanlarının ne kadar temiz olduğunun iyi bir göstergesidir. Modern helyum kaçak dedektörleri bu dahili (arka plan) seviyesini sürekli olarak ölçebilir ve hesaplayabilir ve bunu kaçak oranı ölçümünden otomatik olarak çıkarabilir.
Bu iki tür helyum kaçağı tespit prosedürü arasındaki farkları özetlemek ve basitleştirmek için; "entegral" yöntem, haznenin gaz geçirmez bir ünitenin içine yerleştirilmesini gerektirir (her zaman mümkün olmasa da). "Yerel" test yönteminde hazne helyum ile dahili olarak basınçlandırılır veya helyum ile dahili olarak tahliye edilir ve ardından haznenin yüzeyine olası sızıntı noktalarında az miktarda püskürtülür. Her iki testte de helyum, olası kaçaklar yoluyla kaçak dedektörüne girer ve analiz için kütle spektrometresine geçer.
Helyum kaçağı tespitinden başlamadan önce, dört kutuplu teknoloji kullanan küçük ve sağlam alan kütle spektrometreleri olan artık gaz analizörleri (RGA'lar) konusunu ele almaya değer. RGA'lar açık veya kapalı bir iyon kaynağı kullanır. RGA'lar genellikle araştırma odaları, hızlandırıcılar, tarama mikroskopları vb. yüksek vakum uygulamalarında kullanılır. Düşük basınçlı gaz ortamlarında en küçük kirlilik izlerini tespit ederek vakum kalitesini izlerler.
RGA'lar aynı zamanda yaygın olarak helyum veya diğer izleyici molekülleri kullanan hassas yerinde sızıntı dedektörleri olarak da kullanılır. Vakum sistemlerinde (özellikle XHV ve UHV aralığında), daha ciddi bir sızıntı tespit süreci başlatılmadan önce düşük seviyelerde vakum bütünlüğünün kontrol edilmesi önemli (ve daha güvenli) olabilir.
Vakum Kaçağı Ölçümü
Gaz sıkıştırılabilir olduğundan, basınç (veya vakum) sızıntının boyutunu etkiler, bu nedenle sızıntı oranları mbar*l/s cinsinden belirtilir, "sızıntı oranı" her seferinde belirli bir basınç farkında bir sızıntıdan geçen gaz miktarıdır.
Sızıntı oranı hesaplamalarının temeli şunlardır: Sızıntının çapı daireseldir ve sızıntı kanalı, sızıntının "geçtiği" malzemenin kalınlığına eşittir.
Sızıntı dedektörleri ve sızıntı tespiti ile ilgili çeşitli standartlar vardır. Bunlardan biri olan DIN EN 1330-8, bir sızdırmazlık testinin helyum ile 1 bar dış atmosferik basınç ile < 1 mbar iç basınç arasındaki bir basınç farkında gerçekleştirildiği durumlarda kullanım için "helyum standart sızdırmazlık oranını" belirtir (bu, pratikte yaygın koşullardır).
Çevre ve güvenlik standartları, üreticilerin üretim/kalite onay sürecinin bir parçası olarak sızdırmazlık testi yaparak ürünlerinin sızdırmazlığını garanti etmesini gerektirir. Standart helyum koşulları altında helyum kullanan bir test için reddetme oranını belirtmek için, kullanılan gerçek test koşullarının standart helyum koşullarına dönüştürülmesi gerekir; bu tür dönüştürmeler için standart formüller mevcuttur.
Bir vakum sistemi bir sızıntı dedektörüne bağlandığında, helyum sızıntısı tespiti sırasında standart helyum koşulları mevcut olmalıdır. Sızıntı testleri yapmak için helyum kullanılması, güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçların ölçülmesini ve sürekli olarak izlenmesini garanti eder.
Vakum, günümüzün modern yaşamının önemli bir parçasıdır. Yüzyıllar önceki mütevazı başlangıçlarından bu yana, artık teknoloji odaklı varlığımızın ve refahımızın vakum makineleri tarafından etkilenmeyen, iyileştirilmeyen, mükemmelleştirilmeyen veya mümkün kılınmayan birkaç kısmı var.
Dondurularak kurutulmuş ve vakumla paketlenmiş gıdalar, buzdolapları ve iklimlendirmeden cerrahi aletlere mikro kaplama uygulamaya ve fiziğin ve uzayın gizli sırlarını keşfetmeye kadar, bu ve yüzlerce başka uygulama yalnızca çok takdir edilmeyen ancak son derece önemli vakum sayesinde mümkündür. İnsanlar uygulama, teknoloji ve bilimsel keşiflerin sınırlarını zorlarken, düşük basınçlı vakumlara, yani ultra ve aşırı vakum aralıklarına geçiş, mevcut ve gelecekteki uygulamaları daha da çoğalttı.
Her vakum sisteminin kendine özgü bir "sızdırmazlık" varyasyonuna sahip olması ve hiçbirinin "gerçekten" sızdırmaz olmaması hayatın mantıksız gerçeklerinden biridir. Farklı vakum prosesleri ve uygulamaları farklı sızıntı oranı gereksinimleri gerektirir. Aslında, daha düşük bir vakum seviyesinde kabul edilebilir olan, daha yüksek bir vakum seviyesinde tamamen kabul edilemez (ve potansiyel olarak tehlikeli) olarak kabul edilir. Sızıntıların tespit edilmesi, konumunun bulunması, değerlendirilmesi ve ölçülmesi, tümü eklektik ve büyüleyici vakum dünyasının bir parçasıdır.
Sızıntı Tespiti Temelleri
Sızıntı tespitinin temellerini ve tekniklerini keşfetmek için "Sızıntı Tespiti Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin.
- İlgili ürünler
- İlgili bloglar
- Daha Fazla Bilgi Edinin
Daha Fazla Bilgi Edinin
