Галоидный метод контроля герметичности и течеискания

Метод основан на регистрации в проточном диоде эмиссии положительных ионов. Для этого используют вид эмиссии, при котором нагретый электрод является положительным по отношению к другим элементам лампы. Эмиттированные электроны возвращаются обратно на электрод, а вещества, адсорбированные на поверхности, ионизируются и выделяются в виде положительных ионов. Таким образом, электрод является эмигрирующим анодом, а положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженному холодному катоду, который не эмигрирует электроны.

Платиновый анод, нагретый до температуры 1073— 1173 К, эмиттирует положительные ионы, которые могут регистрироваться при атмосферном давлении. Эмиссия положительных ионов резко возрастает в присутствии газов, содержащих галогены. Принцип действия галоидного течеискателя и основан на этом свойстве. Это свойство наблюдается как при атмосферном давлении, так и в условиях некоторого вакуума.

Чувствительным элементом датчика галоидного течеискателя является платиновый проточный диод.

Физические процессы, происходящие в датчике галоидного течеискателя, сложны и полностью не изучены. Эмиссия положительных ионов объясняется обычно присутствием на аноде солей щелочных металлов. Термоионная эмиссия происходит в присутствии кислорода. Для проточного диода датчика, работающего в условиях атмосферного воздуха, необходимое количество кислорода для эмиссии всегда обеспечено. Для улучшения работы в вакуумных проточных диодах необходима непрерывная подача некоторого количества кислорода к диоду. В отечественном течеискателе типа ГТИ-6 в межэлектродное пространство диода вводят кислород путем эжектирования КМпО₄, разлагающегося от тепла, выделяемого датчиком [17]. Это обеспечивает повышение чувствительности течеискании при размещении датчика в вакуумируемом объеме, давление в котором ниже 0,133 Па. Галоидный течеискатель может обнаруживать содержание галоидов в воздухе при концентрации их 10^—6% [15]. Длительная работа галоидного течеискателя в атмосфере, содержащей большие концентрации галоидов, приводит к потере чувствительности датчика, называемой «отравлением». Так, галоидный течеискатель ГТИ-3 «отравляется» при концентрации галоидных газов в атмосфере 0,01% [4]. При попадании больших количеств галоидосодержащих газов также наблюдается резкое снижение термоионной эмиссии. Для восстановления эмиссионных свойств прибора необходимо через датчик пропустить кислород или чистый воздух.

ИНДИКАТОРНЫЕ ГАЗЫ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

В качестве индикаторных газов при галоидном методе контроля герметичности наиболее часто применяют гало-гензамещенные углеводороды — фреон-12 (CF₂C1₂), фреон-13 (CF₃C1) и фреон-22 (CHF₂C1), а также шестифтористую серу SF_e. Все перечисленные вещества являются хладагентами и широко применяются в холодильной технике.

Фреоны — химически инертные и малотоксичные вещества. На химические и физические свойства фреонов оказывает влияние число атомов фтора. Фтор в молекуле не только активен сам, но и усиливает связь «углерод—хлор» настолько, что и хлор становится менее реакционноспособным и токсичным. С возрастанием числа атомов фтора уменьшается токсичность фреонов и реакционноспособ-ность к металлам и уплотняющим материалам, снижается растворимость в смазочных маслах и воде, увеличивается химическая стабильность.

Фреон-12 в жидком состоянии хорошо растворяет жиры, в минеральных маслах растворяется неограниченно, фреон-22 — частично, фреон-13 не растворяется. В 1 см³ газообразного фреона-12 при 288 К и 0,1 МПа растворяется 9,29 см³ трансформаторного масла, в 1 см³ SF_e — 0,297 см³ [72].

Фреон-12 и фреон других марок плохо растворяется в воде. Как правило, содержание воды во фреонах, при котором возможен гидролиз и коррозия, выше по сравнению с ее растворимостью в них. Содержание воды во фреоне-12 по ГОСТ 19212—73 менее 0,0004%, по ТУ 1572—50 Н₂О < 0,0025%. Фреон-22 по ГОСТ 8502—73 содержит воды менее 0,0025%, фреон-13 — менее 0,0025% (по стандартам США).

Обезвоженные фреоны в жидком и парообразном состоянии инертны ко всем металлам, за исключением сплавов, содержащих более 2% магния. Шестифтористая сера SFe совершенно инертна к металлам. Фреоны являются хорошими растворителями многих органических веществ, поэтому вызывают набухание уплотняющих прокладок и, как следствие, возникает утечка. Обычная резина, гуттаперча и жировые соединения для изготовления прокладок непригодны. Для этого применяют специальную фреоностойкую резину. Для фреона-22 рекомендуются прокладки из политетрафторэтилена.

Начальная температура разложения фреона-12 в присутствии различных материалов различна [71]. В присутствии свинца — 603 К, железа и дюралюминия — 703 К, стекла — 833 К. Разложение сопровождается образованием хлористого и фтористого водорода и следов фосгена. Фреон-22 в присутствии железа начинает распадаться при 823 К.

Основные характеристики фреона-12, фреона-13 и фреона-22 приведены в табл. 7 и 8.

Давление насыщенного пара фреона, МПа [11]

Таблица 7

* Критическая температура фреона-13.

Вязкость газообразного фреона 10⁷, Па-с

Таблица 8

На рис. 20 показана принципиальная схема стенда для контроля герметичности крупногабаритных тонкостенных емкостей. Стенд оснащен такими системами: подачи газообразного фреона; подачи сжатого воздуха; дренажа; аварийной защиты и сигнализации.

В систему подачи газообразного фреона входят баллон жидкого фреона, газификатор, магистраль наддува с трубопроводной арматурой, манометрами и редуктором; в систему подачи сжатого воздуха — баллон высокого давления, магистраль с редуктором высокого и низкого давления. В последней системе предусмотрена возможность использования сетевого сжатого воздуха, для чего на стенде имеется штуцер для подключения, водомаслоотделитель и фильтр тонкой очистки.

Воздушная и фреоновая магистраль объединены в общую магистраль наддува. Магистраль наддува оканчивается гибким шлангом и распылителем.

Система дренажа служит для исключения попадания фреона в атмосферу помещения, где проводятся испытания на герметичность. Эта система обеспечивает стравливание