用測試氣體對換熱器進行泄漏性檢測

德國奧丁格釀酒有限公司

奧丁格啤酒有限公司，是德國啤酒第一，源自1731年，至今已有近300年歷史，銷售網絡覆蓋整個德國。2003年，奧丁格收購了德國門興格拉德巴赫啤酒廠，并在此生產奧丁格所有的品牌，包括啤酒混合飲料、小麥啤酒等特色產品。2017年，工廠員工近200人，啤酒產量約21萬千升。大多數啤酒灌裝在回收玻璃瓶中，在德國境內銷售。易拉罐啤酒主要出口，也在國內銷售一些。

工廠有兩條玻璃瓶生產線，一條6萬瓶/時，另一條為4.2萬瓶/時。一條易拉罐線產能為7.2萬罐/時。為了確保瓶裝線在任何時候均能可靠生產運行，工廠對生產設備主要采取預防性維護。因此，包裝部維修主管施勒默僅安排短時間的加熱來對板式換熱器進行年度泄漏試驗。

CIP清洗后，用壓縮空氣將殘留在換熱器中的液體排空，然后就可用測試氣體對換熱器進行泄漏測試

施勒默從20世紀80年代起就開始在門興格拉德巴赫啤酒廠工作，回憶說，“在被奧丁格釀酒有限公司收購前，我們就已經采購了一些板式換熱器，為了確保這些設備像新設備那樣可靠運行，我很樂意投資于常規測試。”

泄漏可能是由薄壁換熱器板材料疲勞引起，也可能由多年來廣泛使用腐蝕性或研磨性介質造成的磨損引起。由于加熱的不連續性，薄板和墊片在啟動和關停階段受到的熱應力影響非常大。高壓和壓力沖擊也可能引起泄漏，因為它們對薄板和墊圈有影響。因此在日常操作過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。

如果由于泄漏導致加熱系統失效，這通常意味著整個瓶裝線將停產幾天， 不幸地是，在早期是不可能通過視覺測試或基于過程運行數據來檢測泄漏的。如果通過視覺檢測到泄漏或者明顯觀察到有液體溢出，那么換熱器損壞已經嚴重，可測量到明顯的壓降，介質成乳濁狀，包裝線的停產已不可避免。

這也是施勒默依賴技術服務人員檢測的主要原因。為了可靠地防止由泄漏造成的危害，他每年邀請Kelvion PHF GmbH提供技術服務，進行泄漏檢測。

幾乎每隔三年，施勒默就會對換熱器拆卸一次，并在設備檢修過程中進行短時間的加熱，進行泄漏測試。這個時間足以對換熱器進行染色滲透檢測。在這一過程中，在換熱器板的一側用帶顏色的液體染色，在換熱器板的另一側用白色的液體顯色，如果換熱器板“白色”側變色，就意味著換熱器板泄漏。這一程序對檢測泄漏非常可靠，不過，他僅能對拆卸下來的換熱器板進行檢測。因此，如果設備能拆卸下來，例如去除換熱器管壁結垢的涂層或更換密封時，這種相對耗時的測試是可行的。

秒表也是測量裝置的一部分，因為測量持續時間由相應換熱器的容積決定

施勒默說，設備在兩個檢修過程之間也易發生泄漏，如果每年檢測一次，用染色法進行泄漏性試驗既耗費時間又耗費成本。染料滲透檢測過程耗時要比無生產的周末花費的時間長。但是在無需拆卸換熱器的情況下，也可以進行泄漏測試。用氦氣和氫氣在設備組裝狀態下進行簡單的泄漏測試經實踐證明是非常成功的。在氦氣和氫氣兩種測試情況下，在進行泄漏測試過程前，均需對換熱器進行清洗。工廠每周五對設備進行CIP清洗，然后停止生產，有充足的時間進行泄漏性試驗。

泄漏性檢測嵌入在換熱器上。檢測工程師用壓縮空氣排空余水，然后準備儀器進行測試，測試氣體施加在介質一側。氣體傳感器聯結到另一側，如果存在泄漏，或多或少能記錄到一個濃度數據。測試氣體程序不僅可以識別出換熱器是否泄漏，甚至可以檢測出板片是否變薄，存在隱患。以便提前制定板片采購計劃。

早期階段換熱器材質疲勞顯現出的檢測信號，以此可采取主動維修計劃

用氦氣進行泄漏測試通常需要高濃度的氦氣，并能快速獲得測試結果。不過，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換熱器板薄壁區域。因此，氫氣是用于泄漏性試驗更好地測試介質，它甚至能夠檢測更微小的設備泄漏缺陷。氫分子甚至能夠滲透厚度達0.2 mm的不銹鋼壁。

施勒默很清楚，雖然氫氣能用于檢測存在泄漏的缺陷點，但是氫氣對于某些運行介質仍是不可穿越的，這樣，熱應力或壓力沖擊仍能在近期內引起裂紋，當測量到的氫氣濃度約達50 ppm時，這個板式換熱器被認為是牢固可靠的。假若維修技師測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不足0.2 mm，或者已經存在內漏故障。

由于氫氣屬于高可燃性氣體，泄漏測試不是采用純氫氣進行，而是采用安全的、不可燃的混合性氣體測試。Kelvion PHF公司應用的測試氣體由10%的氫氣和90%的氮氣組成，測試完成后，測試氣體通常可以從換熱器中逸出，或者轉移到其它介質中，由于泄漏逸出的氣體被空氣稀釋到遠低于可燃性濃度，因此它不可能產生任何危害。

由于在測試氣體中氫氣濃度很低，如果泄漏，測量側僅能產生相對低的氫氣濃度，因此，測量時間要比使用純氫氣測試時間長。

基于氫氣進行的泄漏性測試，其優勢是潛在的故障缺陷，諸如換熱器壁變薄也能被檢測出來，以便在早期提前做維修計劃，這提高了更大的靈活性，降低了維修成本，提高了生產過程的可靠性。

理想值為0.0 ppm：由于氫氣分子能滲透過薄壁板，泄漏性試驗測量值被認為是50 ppm

盡管用氫氣作為測試氣體比用氦氣測試花費的時間長，但是用氫氣進行泄漏性測試仍不會打亂正常的生產。舉例來說，2020年初的一個周末，Kelvion PHF公司技術服務人員林德納測試了啤酒瓶裝線的兩臺板式換熱器。由于在CIP清洗過程后，性測試時間僅指測試裝備沖洗、聯結（和斷開）及測試過程本身消耗的時間。取決于系統本身的復雜程度，每臺換熱器允許的時間為1～2個小時。實際測量時間取決于換熱器容積，根據換熱器情況，需要4小時15分鐘。這意味著用測試氣體對兩臺換熱器在短時間內加熱情況下根本不會花費林德納一天的時間，在他工作過程中還提供了附加服務：更換了法蘭的密封墊，以阻止氣體的潛在泄漏。泄漏測試后，對板式換熱器組裝，功能完全恢復。在瓶裝線再次啟動前，用熱水CIP清洗測試氣體中可能的殘留物。完成泄漏性測試后，記錄相關信息。當完成泄漏測試后，每一臺裝置都要設置一個測試印章，并將測試報告反饋給客戶。如果測量值高于50 ppm，或者有其它的瑕疵，應該在報告中標明。

首次進行泄漏測試時，可能花費的時間要長些，因為技術服務人員需要熟悉當地條件和設備、測量換熱器容積并計算測量所需時間，另外需搞清楚現場哪些材料、資源和工具可利用及技術人員需要隨身攜帶的物品。

林德納已經在門興格拉德巴赫啤酒廠服務了幾年，現在，他能根據他的測試記錄和經驗，沒有任何問題地支持工廠的維修團隊。

測試氣體中的氫分子甚至能夠透過0.2 mm的不銹鋼壁，以檢測到早期缺陷

施勒默從沒有想過采購一個屬于工廠自己的測試設備。他說，“這對我們沒什么益處，一方面，設備相對昂貴，另一方面，我們決不會用很少的測試來開發任何例行程序。由服務代理提供的檢查對我們來說是更合適的選擇”，林德納也是這個意思。

外包的好處是，技術服務人員比較專業，當發現泄漏或其它缺陷時，會立即給出切實可行的維修建議，然后他可以在現場啟動維修訂單。由于進行了早期診斷，在缺陷影響整個生產過程之前，潛在的維修工作通常可以安排在無生產的周末進行。

其它車間的維修團隊也聽說了泄漏測試的好處。近期，它們也對換熱器進行年度測試，因為像麥汁冷卻器的泄漏也是造成停產的一個原因，況且混合介質會對啤酒質量產生重大影響。