真空熱處理爐現場檢漏的理論分析法

時間：2013-04-02 15:27:47 來源：沈陽鼓風機集團股份有限公司作者：張忠和

本文以我公司首臺進口的油淬氣冷多用真空熱處理爐的現場檢漏分析為例，介紹了在沒有專用檢漏儀器的情況下，以理論分析判斷為主的檢漏方法，以及對真空熱處理爐現場檢漏的相關理論和注意事項進行了論述。

　　我公司的真空熱處理設備越來越多，圖1 是其中的一臺進口的油淬氣冷多用真空熱處理爐，也是我公司引進的第一臺真空熱處理爐，該照片圖比較清楚地反映出了設備的加熱室、淬火室以及設備的整個抽真空系統。

我公司的一臺進口的油淬氣冷多用真空熱處理爐

圖1 我公司的一臺進口的油淬氣冷多用真空熱處理爐

　　理想的真空系統應該是不存在任何漏氣現象的。但在實際的真空系統中，泄漏是絕對的，不漏則是相對的。只要設備的真空度維持在極限真空度以上，或者壓升率達到設備的設計要求，雖然存在漏氣，也可以認為系統是不漏的。真空熱處理設備的檢漏環節主要有以下四個方面，設備設計階段就要考慮各部件、各部位的檢漏方法和時機；設備制造過程要檢漏；設備安裝調試過程要檢漏；設備使用過程也要檢漏。

　　本文要探討的是設備使用過程的檢漏問題。真空檢漏的方法很多，大的分類有壓力檢漏法、真空檢漏法和背壓檢漏法三類，而壓力檢漏法和真空檢漏法中又有很多具體的檢漏方法，參考文獻中有很詳細的介紹。本文要探討的是參考文獻中沒有介紹的理論分析法，即不使用專用的檢漏儀器、利用設備上的抽真空系統和真空測量儀表，以理論分析判斷為主、輔之以簡易的檢漏方法來解決真空熱處理設備的現場檢漏問題。

1、影響真空度的主要因素

　　真空熱處理爐正常工作時的極限真空度由下式決定：

真空熱處理爐正常工作時的極限真空度

　　由公式（1）我們可以看出，真空爐的真空度是由真空泵的極限真空度、爐室的漏氣率、爐室內的表面放氣量和泵對爐室的有效抽速決定的。泵的極限真空度（P0）是設計階段的事，我們不討論。對爐子真空度的影響因素，除了上述三個方面的因素外，還有一方面，在查到的參考文獻中都沒有介紹，就是真空測量系統的故障問題，它直接影響儀表的真空度顯示值，例如真空規管的污染、真空儀表的零點偏移等。

2、真空泄漏的檢測指標

　　對于真空設備而言，無論密封系統多么可靠，微量的漏氣總是存在的。漏氣率是反映真空設備質量好壞的一個重要指標，冷爐的極限真空度是不能說明漏氣情況好壞的，這個結論可由分析公式（1）得到[2]。目前對真空爐的漏氣率均采用壓升率來表示，單位為Pa/h，JB/T 8195.4- 1999間接電阻爐ZC 系列真空淬火爐標準中規定：A級＜2.0 Pa/h，B 級＜1.33 Pa/h，C 級＜0.65 a/h。測量壓升率一般采用靜態升壓法，也稱為真空放置法，即首先抽真空到設備的極限真空度，然后關閉閥門使真空室同真空泵系統隔離，按GB/T10066.1- 2004 電熱設備的試驗方法的通用部分中的規定，進行讀取數據，并計算壓升率，也可以再乘以真空室的體積得到漏氣率。壓升率的測量最好是經過長時間抽真空，達到真空室內表面放氣量可以忽略不計的條件，對于長期使用的爐子或真空室長時間接觸大氣的爐子，要先進行脫氣或凈化處理方可測壓升率，即使這樣，讀取數據時也要在壓力隋時間變化呈線性段上讀取數據。

3、快速泄漏的理論分析

　　真空度快速下降，一般不用多考慮，肯定存在泄漏點。快速泄漏原因的查找較微量泄漏容易的多，應用理論分析的方法就可解決問題，最多輔之以簡易的檢漏方法，就可以找到泄漏點。理論分析的基礎是數據，沒有真實、詳細的數據是無法進行理論分析的。當爐子的真空度出現異常時，要詳細觀察真空度下降的過程、真空度下降前后設備的工作情況、設備上各指示儀表的數據變化情況，包括回充氣壓力表的變化情況，這些數據是進行理論分析的重要依據。有時候依據數據變化情況進行理論分析甚至可以直接找到泄漏點。下面舉兩個應用理論分析找到泄漏點實際例子。

圖1 所示的設備，有一次在正常工藝運行的過程中，真空爐加熱區的真空度突然快速下降，觀察淬火區的真空度基本正常沒有變化，當加熱區的真空度低于淬火區的真空度后，加熱區的真空度仍然下降，淬火區的真空度還是正常沒有大的變化，派設備操作者檢查設備上加熱區真空泵的工作情況，回報都工作正常。工藝過程是在回充氣的過程中發生的，立即讓設備操作者去檢查回充氣儲罐的壓力表變化情況，回充氣儲罐的壓力在連續下降，初步確認可能是回充氣閥有問題，馬上讓操作者把儲氣罐的供氣閥關上，這時加熱區的真空度開始上升，從而證實了確實是回充氣閥泄漏造成的加熱區的真空度下降。站在控制室里觀察儀表的變化情況，派操作者分頭去檢查泵和儲氣罐的變化情況，3 min 內就把故障排除了。其實當時腦子里還想了很多，首先排除了測量系統的故障，真空規的污染對真空度的影響應該是一個緩慢變化的過程；也不會是真空室內工件表面放氣引起的，因它不會產生如此大的脫氣量；一定是突發的大漏孔引起的。這種漏孔的泄漏一般不會發生在靜密封處，多發生在動密封處，馬上想到加熱區的動密封有幾處，目前的工作狀態與哪部分有關，既然是在熱區回充氣的過程中發生的，那么就是它的問題了。停爐后檢修閥門，從根本上解決了問題。再舉一個淬火區的真空度的問題。從圖1 我們可以看出：由主粗機械泵和羅茨泵組成的抽氣系統，同時連著熱區和冷區，開爐時先由它抽熱區，當熱區達到一定的真空度時，由它轉抽冷區，而這時由前置機械泵和擴散泵組成的抽氣系統抽熱區。有一次開爐后，先由主粗機械泵和羅茨泵組成的抽氣系統抽熱區，然后轉抽冷區，由前置機械泵和擴散泵組成的抽氣系統抽熱區。熱區的真空度達到了極限真空度，而冷區的真空度達不到要求，檢查泵的工作狀態都正常，機械泵也定期進行氣鎮了，初步判斷冷區有泄漏，熱區的真空度正常，說明不是中間門的問題，如果中間門有泄漏，冷區的真空度反而會提高，因熱區的真空度高，前置機械泵和擴散泵組成的抽氣系統會幫著抽冷區。從冷區經常活動的部位就只有前門了，初步懷疑前門密封有問題，再者檢查前門密封是最容易的，也不需要拆設備，屬于正常的維護，停爐更換密封后問題解決了。

4、真實泄漏的判斷

　　真空熱處理設備在使用過程中，如果經過長時間的抽真空還達不到設備的極限真空度，造成的原因是多方面的，有可能是實漏、即設備的某個部位確實存在泄漏。還有很多情況是虛漏、即不存在真實的泄漏，有可能是設備的抽氣系統存在問題，如真空泵的工作狀態是否良好，擴散泵油是否污染、氧化了，真空泵的油位是否不足，泵油是否乳化等；真空測量儀表是否有問題、真空測量規是否污染了；再有就是材料的放氣、解吸、凝解氣體的再蒸發等。這時就需要采用靜態升壓法，利用設備上的真空表，每隔一定時間讀取一次數據，繪制靜態真空的壓力- 時間曲線，然后根據曲線的情況判斷達不到真空度要求的原因。

　　圖2 是采用靜態升壓法，測量繪制靜態真空的壓力- 時間曲線時，可能出現的幾種曲線。實際測出的曲線同圖2 中的A、B、C、D 四條曲線中的哪條曲線接近，那么真空度上不去原因就屬于哪類了，根據實際情況查找原因。

靜態真空的壓力- 時間曲線

圖2 靜態真空的壓力- 時間曲線

　　直線A 的壓力不隨時間變化，且其值高于設備的極限真空度，那么真空度抽不上去的原因，就是抽氣系統或測量系統的原因了。曲線B是存在放氣的原因造成的。直線C 表示存在真實的泄漏。曲線D 是B 和C 的疊加，即設備同時存在著漏氣和放氣。

　　若設備存在嚴重的放氣，有可能掩蓋真實的泄漏，所以使用靜態升壓法測量繪制靜態真空的壓力- 時間曲線前，要先進行凈化、脫氣處理。

5、確定泄漏的部位

　　使用真空熱處理設備的企業，特別是小企業一般都沒有配備專用的真空檢漏儀器，本人認為以理論分析判斷為主、輔之以簡易的檢漏方法來解決真空熱處理設備的現場檢漏問題，是設備出現真空問題時的首選。理論分析判斷的前提是設備的使用、維護要有記錄，真空出現的異常要有數據。簡易的檢漏方法是指不使用專用的檢漏儀器、利用設備上的抽真空系統和真空測量儀表來檢漏。我們用的簡易檢漏方法，實際上就是參考文獻[1]中的真空計檢漏法，參考文獻[3]中介紹的升壓檢漏法也是這種方法，只需要一點丙酮就可以了，當設備抽真空至極限真空狀態并穩定后，在懷疑的部位涂丙酮，同時觀察真空儀表的變化就可以了，為可靠起見，應在壓力恢復初始值、并趨于穩定后再涂液體。如果幾次涂液結果相同，即可確認該處有泄漏。對于真空熱處理設備的檢漏，專業正規一點，要有一臺氦質譜檢漏儀，具體的使用方法，參考文獻[1]和[3]都有詳細的論述。

6、真空熱處理設備檢漏需要注意的問題

　　在真空熱處理設備的檢漏過程中應該特別注意幾點：①真空檢漏時，特別是沒有專用儀器的情況下，千萬不要懷疑哪漏就拆哪，拆了一個來回也沒有找到真實的漏源，反而造成了新的漏源。一定要認真分析，有把握后再拆。②在開始檢漏時，一定要把容易排除的因素排除掉，例如真空泵的油位是否符合要求，因它直接影響泵的抽速，是否需要氣鎮，抽真空系統各泵的工作是否正常。就像自行車補帶一樣，首先要檢查一下氣門芯是否漏氣，然后再扒帶，不要扒完帶后才發現是氣門芯漏氣。③使用中要注意設備的維護和保養，設備的運行、維護保養以及每次維修都要有記錄，便于設備出現異常時，對問題的分析判斷。④圖1的真空爐是我公司的第一臺進口熱處理設備，對其比較重視，有專門的技術人員負責指導該設備的正確使用和日常的維護保養，所以設備哪壞過、哪容易壞他都心里有數，對設備使用、維護保養過程都了解，出現問題分析起來能夠得心應手。⑤將設備的檢漏納入日常的維護保養，發現氣密性下降就及時解決，不要等到設備無法正常工作了才維修。

　　我們的這臺真空熱處理設備，由于維護保養的好，十幾年里一直連續開爐，沒有出現大的故障，為公司創造了巨大的經濟效益。

參考文獻
　　[1] 徐成海. 真空工程技術. 化學工業出版社, 2006 年8月第一版.
　　[2] 張繼玉. 真空熱處理爐的檢漏. 真空, 1992, (4):49- 53、58.
　　[3] 張偉,陳華鋒,段成君. 真空設備的檢漏. GM通用機械,2006,(10):52- 54.