什么是内部泄漏:发生在设备内部的"看不见的气体泄漏"

内部泄漏是指发生在阀门、气缸、接头等设备内部的气体泄漏。由于空气不向大气中排出,因此既没有"嘶嘶"的声音,从外观也无法判别。即使在配管表面喷洒肥皂水也不会产生气泡——也就是说,传统的检查手法无法发现这种棘手的泄漏

典型的发生部位包括:球阀、电磁阀、止回阀等阀门内部,气缸的密封圈部位,调压阀内部的密封件老化处。美国能源部(DOE)的资料中也将"阀门、法兰、密封件、接头、管路连接"列为压缩空气泄漏的典型部位[1]。由于磨损、老化、异物卡入,阀芯或密封部位无法密闭,本应停止的位置却持续有空气流过。

与外部泄漏的区别

"气体泄漏"虽常被笼统使用,但内部泄漏和外部泄漏在发生部位、检测难度、对现场的影响上完全不同。

项目外部泄漏内部泄漏
发生部位配管接头、软管、法兰等设备外侧阀门、气缸、调压阀的内侧
泄漏去向大气中设备二次侧(下游配管、储气罐等)
声音/迹象"嘶嘶"声、伴有振动从外部听不见、看不到
发现难度通过听觉、肥皂水、超声波相对容易外观检查无法发现,必须使用专用检测
主要影响压缩空气消耗量增加、电费上涨压力下降导致品质不良、误动作、设备寿命缩短

内部泄漏被忽视时会发生什么

1. 产品品质不良

气缸内部泄漏加剧后,推力不足,组装、搬运、压制工序的定位精度下降。在精密加工生产线上,会表现为尺寸不良、装配不良,直接推高不良率。

2. 设备误动作和险情

阀门无法完全关闭、执行器在意外时机动作、本应停止的工序继续运行等,可能发展为安全方面的问题。

3. "看不见的能量损失"持续累积

由于下游侧持续消耗空气,压缩机始终在高负荷下运行。根据美国能源部(DOE)的资料,整个压缩空气系统中压缩机输出的20〜30%因泄漏而损失是普遍现象[1]。与外部泄漏不同,没有声音提醒,没人察觉,年累计可能造成数十万至数百万日元规模的电费损失。

4. 保全成本膨胀

原因不明的压力下降频繁发生时,原因排查耗费工时,常常进行不必要的阀门更换、配管重做。本来只需特定真正应更换的1台即可解决,但保全费可能膨胀数倍。

内部泄漏的检测方法

压力降法

给系统加压后,根据一定时间后的压力降量推定泄漏量的经典方法。需要停止设备,且无法特定泄漏部位(只能知道整个系统的情况),是其弱点;但在允许停机的场合下是一种可靠的方法。

流量测量法

在系统中安装流量计,如果在本不应有流量的待机时检测到流量,则判断存在内部泄漏。但难以按设备逐一区分,适合用于趋势把握。

超声波/振动检测

发生内部泄漏时,设备内部产生湍流,会发生超出人类听觉范围的超声波(大致为20kHz以上的频段)。美国能源部(DOE)也在公开资料中指出"使用超声波声学检测器是泄漏检测的最佳方法"[1]。将超声波传感器或振动传感器贴在阀门、气缸上,无需停止设备即可判定泄漏的有无和程度。近年来,结合机器学习对泄漏"程度"进行AI判定的装置也已问世,检查作业的省力化和精度提升可同时实现。

内部泄漏检测因为"外观检查绝对无法发现",是设备保全中一个独立的技术领域,需要使用与外部泄漏对策完全不同的工具和流程。

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参考资料

  1. U.S. Department of Energy, Industrial Technologies Program. Minimize Compressed Air Leaks(Compressed Air Tip Sheet #3), DOE/GO-102004-1964, Revised August 2004.
    https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f16/compressed_air3.pdf
  2. U.S. Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory. Improving Compressed Air System Performance: A Sourcebook for Industry, DOE/GO-102003-1822, November 2003.
    https://www.energy.gov/sites/default/files/2014/05/f16/compressed_air_sourcebook.pdf

※ 本文引用的"压缩空气20〜30%因泄漏而损失""超声波声学检测器是泄漏检测的最佳方法""典型泄漏部位"等内容均出自上述DOE官方资料。阀门内部泄漏(即设备阀座部位的泄漏)的测试规范另请参考 JIS B 8390(容积式压缩机-试验及检查方法)/ISO 5208(Industrial valves — Pressure testing of metallic valves)。