专利名称：热交换器的泄漏测试方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及针对流体的热交换器。具体地说，本发明涉及热交换器的泄漏 测试方法和设备，尤其但不排他地涉及板式热交换器的泄漏测试方法和设备。
背景技术：
热交换器通常包括用于两种流体的独立的流动通道，这些流动通道被布置为紧密 接触以促进流体之间的热传递，从而在这两种流体流过热交换器时，冷却高温流体并同时 对低温流体进行加热。在板式热交换器中，流动通道通常由按顺序垂直组装的一系列金属 板片提供，在板片之间具有垫片，以对板片进行密封并分隔流动通道。这种布置允许较长长 度的复杂流动通道实现最佳热传递。板式热交换器通常用于食物加工，其中流体之一是通过与另一流体的热交换而被 加热或冷却的食品。为了维持被加工的食品的质量，重要的是避免食品被热交换器内流动 通道之间的交叉流动所污染。为此，常规的操作方法是针对可能引起交叉流动发生的任何 故障对板式热交换器进行检查。板式热交换器的组装/拆卸耗费时间，因此期望能够对组 装好的热交换器执行这种检查，从而仅仅在检测到泄漏时才需要拆卸以进行修理。为此，现有技术中已提出了用于对组装好的板式热交换器进行泄漏测试的多种方 法。然而，这些方法在用于检测热交换器板片中可能出现的诸如疲劳裂缝或侵蚀针孔之类 的小故障时，通常并不能令人满意。尽管这种故障只会使极少量的交叉流动出现，但导致的 食品污染是使得这些食品必须被扔掉，并且必须拆卸热交换器以找出并修理故障。这会浪 费食品，而且实施修理耗费时间，所有这些都会使成本增加。
发明内容
考虑到上述问题做出本发明，本发明试图提供一种用于对热交换器进行泄漏测试 的方法和设备，至少能缓解这些问题。因此，本发明所期望目的在于提供一种对热交换器尤其是板式热交换器进行泄漏 测试的方法和设备，能够在不拆卸热交换器的情况下检测热交换器的热交换部分中比目前 可能检测的故障更小的故障。根据一个方面，本发明总体上提供一种用于检测热交换器中的两个流体通道之间 存在泄漏的方法。在所述方法的一个步骤中，所述流体通道中的至少一个可以被抽真空至 低压。在所述方法的另一步骤中，测试气体可以被引入所述流体通道之一以在所述流体通 道之间建立压力差。在所述方法的又一步骤中，对所述第二流体通道中存在测试气体进行 的测试可以被执行。在一个优选实施例中，所述方法包括密封包括第一流体通道和第二流体通道的测试部；对所述第一流体通道和所述第二流体通道进行抽真空；将测试气体引入所述第一流体通道，从而在所述第一流体通道与所述第二流通通道之间建立压力差；以及测试所述第二流体通道中存在所述测试气体，从而确定所述测试部的所述第一流 体通道与所述第二流体通道之间存在泄漏。优选地，在将所述测试气体引入所述第一流体通道之前，所述第一流体通道和所 述第二流体通道被抽真空至大致相同的压力。通常，抽真空后的压力低于大气压，优选低于 0. 5巴，更优选大约为0. 1巴或更小。优选地，在位于或者接近于所述测试部的一端处对所述第二流体通道进行抽真 空，并且在位于或者接近于所述测试部的另一端处将所述测试气体引入所述第一流体通 道。通常，测试气体被引入第一部以达到大于大气压的压力，优选为至少2巴，更优选为大 约4巴。优选地，通过测试从所述第二流体通道中抽出的流体来检测所述第二流体通道中 存在所述测试气体。例如，可以在将测试气体引入所述第一流体通道之后，将从所述第二流 体通道中抽出的流体收集到提供有检测器的容器中，以便测试所述测试气体的存在。在一些实施例中，从所述第二流体通道中抽出的用于测试的流体包括在将测试气 体引入所述第一流体通道之后被引入所述第二流体通道的示踪气体。优选地，所述示踪气 体基本上流过整个第二流体通道，从而收集任何点处的从所述第一流体通道泄漏到所述第 二流体通道的测试气体，并且将测试气体与所述示踪气体一起从所述第二流体通道中抽 出ο可以以一个或多个独立的量将所述示踪气体引入所述第二流体通道。可替代地， 可以提供所述示踪气体的受控流，并且对从所述第二流体通道中抽出的示踪气体中测试气 体的检测被用于定位所述第一流体通道与所述第二流体通道之间的泄漏。优选地，所述测试气体是氢气，氢气可以与诸如氮气的惰性气体混合，以减小爆炸 的风险。在提供示踪气体的情况下，示踪气体可以是空气。所述方法在开始测试过程之前可以包括对所述测试部进行清洗、排空和干燥中的 一个或多个。所述方法具体应用于检测组装好的板式热交换器中的泄漏。为了完整起见， 应当增加，待发现的泄漏优选是那些位于所述板式热交换器的热交换部分的泄漏。容易理 解，两个流体通道优选仅在热交换区域并排交叠。根据另一方面，本发明总体上提供一种用于检测热交换器的两个流体通道之间存 在泄漏的设备。所述设备可以具有用于将所述流体通道中的至少一个抽真空至低压的装 置。所述设备可以具有用于将测试气体弓I入所述流体通道之一以在所述流体通道之间建立 压力差的装置。所述设备可以具有用于测试所述第二流体通道中存在测试气体的装置。
在优选实施例中，所述设备包括用于对包括所述第一流体通道和所述第二流体通道的密封的测试部进行抽真空 的装置；用于将测试气体引入所述第一流体通道，使所述第一流体通道处于比所述第二流 体通道高的压力下，从而在所述第一流体通道与所述第二流体通道之间建立压力差的装 置；以及用于测试所述第二流体通道中存在测试气体的装置。优选地，抽真空装置包括连接至所述第一流体通道和所述第二流体通道的真空泵，并且阀装置被提供用于选择性地将所述第一流体通道和所述第二流体通道中的每一个 与所述抽真空装置隔离。优选地，气体引入装置包括连接至所述第一流体通道的气瓶，并且阀装置被提供 用于将所述气体引入装置与所述第一流体通道隔离。优选地，测试装置包括用于检测从所述第二流体通道中抽出的流体中存在所述测 试气体的检测器。在一些实施例中，提供用于将示踪气体引入所述第二流体通道的装置，并且阀装 置被提供用于将示踪气体引入装置与所述第二流体通道隔离。优选地，示踪气体引入装置提供示踪气体的受控流，并且所述示踪气体中测试气 体的量随时间被监测，用于确定所述测试部中的泄漏的大致位置。现在将通过仅参照附图的实例详细描述本发明。
图1是具体实现本发明的方法和设备的用于对板式热交换器进行泄漏测试的系 统的示意性电路图。
具体实施例方式由于板式热交换器对于本领域技术人员来说很熟悉，而且并不形成本发明必不可 少的部分，因此在以下描述中，没有示出也没有详细描述这种热交换器的结构；从以下描述 中可以明显看出，本发明可应用于板式热交换器的所有类型和结构，还可以应用于其中用 于两种流体的独立流动通道被布置为紧密接触以促进流体之间的热传递的其它类型热交 换器。参考附图，板式热交换器2的两个流动通道被描绘为供体侧4和接收侧6，并且被 示为在热交换器的热传递部8内紧密接触。下文中，术语“供体侧”和“接收侧”仅为了清 楚起见而用于在流动通道之间加以区分，并不是对热交换器2的描述，因此不是对本发明 范围的限制。用于对板式热交换器2进行泄漏测试的系统包括例如但不限于氢气(通常是5% 的氢气和95%的氮气或者其它惰性气体，但是也可以采用其它比率)的测试气体的源10、 真空泵12以及针对至少一些改进的包含示踪气体(通常是但不限于空气)的弹性容器14。 氢气源10通过配备有阀18和22的管线16连接至供体侧4，在阀18和22之间装配有气压 调节器20和出口压力计24。真空泵12通过包含阀28的管线34连接至接收侧6。供体侧 4使用装配有阀30和32的管线26连接至接收侧6。在阀30与32之间装配有快速断路器 40。管线26在阀28与真空泵12之间的点处连接至管线34。在测试过程之前，通常使用末端用户用来正常清洗设备的现有原位清洗(CIP)过 程对测试部彻底进行原位清洗。然后，用清水冲洗以清除痕迹并洗去化学物质。然而，这种 清洗对于本发明来说并不是必需的，而是可以省略。接下来，如果测试部的自流排水(free drainage)不大可能，则采用利用诸如压缩空气或氮气之类的气浪进行强制排水(喷出)。 空气管线可以连接至阀35和37，从阀41和42排出。这种吹净可以使用不同的压力或气体 释放率针对两侧重复多次，直到两侧被充分排空，以保证热传递区域不被常驻水位所覆盖。现在测试部已准备好进行测试过程。在一种改进中，诸如热空气的热气体可以在开始测试 过程之前循环通过测试部的一侧或两侧4和6。热气体可以在初始的清洗和/或排空阶段 之后，帮助干燥用于分隔供体侧4和接收侧6的板片中任何故障中的毛细管作用所保持的 液体。测试过程的第一步是通过关闭阀35、37、41和42来密封测试部。然后，启动真空 泵12，并打开阀28、30和32以将泵12连接至供体侧4和接收侧6。真空泵12操作以将供 体侧4和接收侧6抽真空至通常约0. 1巴(IOkPa)或更低的低压，这由分别连接至接收侧 和供体侧的真空计38和39指示。关闭阀28、30和32，并停止真空泵12。抽真空至低压帮 助蒸发并清除用于分离供体侧4和接收侧6的板片中任何故障中的毛细管作用所保持的液 体，从而提高检测这种故障的测试过程的灵敏度。一段时间之后，假定10分钟，检查真空计38和39上的读数，以保证系统被密封。 如果压力增加，则检查系统密封，并重复此步骤直到低压被维持。测试过程的下一步是利用 位于阀30与32之间的快连接耦合器40将供体侧4与接收侧6明确断开。这种断开的使用 保证了供体侧与接收侧彼此明确隔离，而不是仅依靠阀30和32的完整性来明确隔离。现 在关闭阀43以隔离真空计39。打开阀18以将氢气源连接至调节器20，并增加在调节器出 口上测量的压力，直到其读数大约为4巴(400KPa)或更高，然后打开阀22以对供体侧4充 气。充气完成之后，关闭阀22和18。因为在用测试气体增压之前供体侧4被抽真空至低压，因此测试气体可以更容易 地流过所有供体侧4的任何部分，而不会被抽真空之前供体侧中出现的空气稀释。现在供 体侧4处于明显高于接收侧6的压力下，并且测试气体可以从供体侧4仅通过用于分隔供 体侧4和接收侧6的板片的热传递区域中出现的任何故障容易地流到接收侧6。一段时间 之后，假定15分钟，将诸如塑料包之类的空的弹性容器44通过阀46和快速断路器48连接 至真空泵出口。启动真空泵12，并打开阀28，以开始从接收侧向弹性容器44中收集气体。 在注入之后，可以通过断路器48将容器44拆下，并且使用合适的检测器(未示出)对气体 进行测试。在收集的气体中出现氢气表明用于分隔供体侧4和接收侧6的板片中出现了故 障。在对上述过程的改进中，另一弹性容器14被注入示踪气体(通常为空气)，并且在开始 向容器44中收集任何气体之前被连接至阀36。在向容器44中收集气体期间，打开阀36， 示踪气体进入接收侧6。示踪气体扩散到整个接收部，并富含从供体侧4进入接收侧6的任 何氢气。再次在容器44中收集抽出的气体(示踪气体加上任何泄漏的氢气)，并且对抽出 的气体进行测试，以确定供体侧4与接收侧6之间出现泄漏。将容器14中已知量的示踪气体引入接收侧6有助于检测大且复杂的热交换器中 的小故障，在这种热交换器中，测试部可能具有长而曲折的流动通道，使得从供体侧4泄漏 到接收侧6的极小量氢气的回收和检测更加困难且更成问题。因此，示踪气体略微升高了 接收侧6的压力，但是该压力仍然明显低于供体侧4中测试气体的压力，而且由于接收侧4 仍然处于低压，因此示踪气体能够快速扩散到整个接收侧6，从而在接收侧6被抽真空时， 接收侧6中存在的任何氢气能够随着示踪气体一起被完全清除并被检测到。这可以通过将 待抽真空的接收侧6布置在一端，并将待引入的示踪气体布置在另一端，使得示踪气体流 过处于测试中的整个部，而得到进一步加强。进一步的改进中，不止一次——多时隙——地引入示踪气体，并且在每次引入示踪气体之后对接收部6进行抽真空，从而保证发现测试部分中任何位置的、从供体侧4通过 用于分隔供体侧4和接收侧6的板片中的故障泄漏到接收侧6的任何氢气。进一步的改进中，在位于或接近于测试部的一端处将示踪气体引入接收部6作为 稳定流，同时在位于或接近于测试部的另一端处对接收部6进行抽真空。采用这种方式，可 以通过对示踪气体中氢气浓度的研究，在测试部的检测端处，将板片中故障的位置与时间 近似相关联。以上所述的方法中，在将测试气体引入供体侧4之前，并且在采用示踪气体的情 况下将示踪气体引入接收侧6之前，对测试部的两侧——供体侧4和接收侧6——进行抽真 空，这改善了从供体侧4泄漏到接收侧6的测试气体的检测。结果，该方法可以在仅少量测 试气体泄漏到接收部的情况下检测到故障，使得该方法尤其适合于不太容易收集并检测到 泄漏的少量测试气体、具有长、复杂且曲折的流动通道的热交换器。然而，对于流动通道结 构较简单且具有较短、较低复杂度和曲折度的流动通道的热交换器来说，不一定必需为了 收集和检测通过测试部的热传递区域中的故障泄漏到接收部的测试气体而对测试部的两 侧进行抽真空。因此，本发明包括这样一种方法在引入压力被增加的测试气体，以在供体 侧与接收侧之间建立压力差，使得测试气体通过测试部的热传递区域中的任何故障流到接 收侧之前，仅对测试部的一侧例如接收部进行抽真空。板式热交换器可以包括一个或多个部，在多于一个部的情况下，可以针对泄漏轮 流独立地对各个部进行测试，或者可以将两个或更多个或所有部链接起来针对泄漏同时进 行测试。采用何种选择可以取决于各个部中的流动通道的布置和复杂性。应当理解，本发明提供一种用于在组装好时针对泄漏对板式热交换器进行测试的 方法和设备，其甚至能够以可靠的方式检测诸如发丝大小的裂缝或针孔之类的小故障。在 其最广泛的应用中，该测试提供了泄漏存在/不存在的指示，使得仅需要拆卸发现具有泄 漏的热交换器以进行修理，从而减少或避免了不必要的拆卸。在一个优选实施例中，可以近 似确定热交换器内泄漏的位置，从而可以在拆卸热交换器时更容易地定位有故障的板片。本发明尤其应用于对以下类型的板式热交换器进行泄漏测试在这种热交换器 中，用于两种热交换流体的流动通道由按顺序布置的通常是金属或者针对热交换具有较高 热传导性的其它材料的板片的封装提供，在板片之间具有垫片以对板片进行密封并分隔流 动通道，使得流动通道并排延伸，而不是一个在另一个内部，并且使得流动通道在表面的热 交换区域中至少部分地并排交叠。尽管针对检测板式热交换器中的泄漏的具体应用对本发 明进行了描述，但应当理解，本发明可以广泛应用于具有被布置为紧密接触的流动通道用 于在流过流动通道的流体之间进行热交换的其它类型和结构的热交换器。还应当理解，尽管已参照示出发明人目前所知的最佳方法和设备的实施例描述了 本发明，但是可以在不脱离此处所描述的原理或概念的情况下，对本方法和设备做出改变 和改进。例如，测试气体和示踪气体(在提供示踪气体的情况下)可以包括能够使测试气 体在接收部中的出现容易被检测的任何合适的气体或者气体混合物。供体侧和接收侧可以 被抽真空至大约0. 1巴、所描述的数值或者任何其它合适的低压，同时供体侧可以被充有 大约4巴或任意其它合适的高压的测试气体。此处所使用的“低压”和“高压”用于指示足 以使测试气体从供体侧通过用于分隔供体侧和接收侧的板片中的任何故障流到接收侧的 压力差的存在，而且实际的压力可以在不改变本发明操作的情况下从这些给定值变化。
权利要求
一种用于检测热交换器中的独立的第一流体通道与第二流体通道之间的泄漏的方法，所述第一流体通道与所述第二流体通道被布置为紧密的热交换关系，所述方法包括密封包括所述第一流体通道和所述第二流体通道的测试部；对所述第一流体通道和所述第二流体通道进行抽真空；将测试气体引入所述第一流体通道，从而在所述第一流体通道与所述第二流通通道之间建立压力差；以及测试所述第二流体通道中存在所述测试气体，从而确定所述测试部的所述第一流体通道与所述第二流体通道之间存在泄漏。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述测试气体引入所述第一流体通道之前， 所述第一流体通道和所述第二流体通道被抽真空到大致相同的压力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一流体通道和所述第二流体通道被抽真空 到大约0.1巴或更小的压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在位于或者接近于所述测试部的一端处对所述第 二流体通道进行抽真空，并且在位于或者接近于所述测试部的另一端处将所述测试气体引 入所述第一流体通道。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述测试气体被引入所述第一部至大约4巴的压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述测试气体引入所述第一流体通道之后， 通过测试从所述第二流体通道中抽出的流体来检测所述第二流体通道中存在所述测试气 体。
7.根据权利要求4所述的方法，其中在测试所述第二流体通道中存在测试气体之前， 在位于或接近于所述测试部的所述另一端处将示踪气体引入所述第二流体通道，而且在位 于或者接近于所述测试部的所述一端处从所述第二流体通道中抽出所述示踪气体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述示踪气体引入所述第二流体通道，并且通 过收集并测试从所述第二流体通道中抽出的示踪气体来检测所述第二流体通道中存在所 述测试气体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中重复将所述示踪气体引入所述第二流体通道的步马聚ο
10.根据权利要求7所述的方法，其中将所述示踪气体的受控流引入所述第二流体通 道，并且对从所述第二流体通道的所述一端抽出的示踪气体中测试气体的检测被用于定位 所述第一流体通道与所述第二流体通道之间的泄漏。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试气体是氢气。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述测试气体包括氢气和惰性气体的混合物。
13.根据权利要求1所述的方法，在密封所述测试部之前进一步包括对所述测试部进 行清洗、排空和干燥中的一个或多个。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器是板式热交换器。
15.一种用于检测热交换器中的独立的第一流体通道与第二流体通道之间的泄漏的设 备，所述第一流体通道与所述第二流体通道被布置为紧密的热交换关系，所述设备包括用于对包括所述第一流体通道和所述第二流体通道的密封的测试部进行抽真空的装置；用于将测试气体引入所述第一流体通道，使所述第一流体通道处于比所述第二流体通 道高的压力下，从而在所述第一流体通道与所述第二流体通道之间建立压力差的装置；以 及用于测试所述第二流体通道中存在测试气体的装置。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述抽真空装置包括连接至所述第一流体通道 和第二流体通道的真空泵，并且阀装置被提供用于选择性地将所述第一流体通道和第二流 体通道中的每一个与所述抽真空装置隔离。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述气体引入装置包括连接至所述第一流体通 道的气瓶，并且阀装置被提供用于将所述气体引入装置与所述第一流体通道隔离。
18.根据权利要求15所述的设备，其中所述测试装置包括检测从所述第二测试部中抽 出的流体中存在所述测试气体的检测器。
19.根据权利要求15所述的设备，包括用于将示踪气体引入所述第二流体通道的装 置，并且阀装置被提供用于将所述示踪气体引入装置与所述第二流体通道隔离。
20.根据权利要求19所述的设备，包括用于提供示踪气体的受控流并监测所述示踪气 体中的测试气体的量以确定所述测试部中的泄漏的大致位置的装置。
21.一种用于检测热交换器中的第一流体通道与第二流体通道之间的泄漏的方法，所 述第一流体通道与所述第二流体通道被并排布置为紧密的热交换关系，所述方法包括密封包括所述第一流体通道和所述第二流体通道的测试部；对所述第一流体通道和所述第二流体通道中的至少一个进行抽真空；将测试气体引入所述第一流体通道，从而在所述第一流体通道与所述第二流通通道之 间建立压力差；以及测试所述第二流体通道中存在所述测试气体，从而确定所述测试部的所述第一流体通 道与所述第二流体通道之间存在泄漏。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第二流体通道被抽真空。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一流体通道和所述第二流体通道被抽真空。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述热交换器是板式热交换器，所述板式热交 换器包括按顺序布置的板片的封装，在所述板片之间具有垫片以密封所述封装并分隔所述 流动通道。
25.一种用于检测热交换器中的独立的第一流体通道与第二流体通道之间的泄漏的设 备，所述第一流体通道和所述第二流体通道被并排布置为紧密的热交换关系，所述设备包 括用于密封包括所述第一流体通道和所述第二流体通道的测试部的装置；用于对所述第一流体通道和所述第二流体通道中的至少一个进行抽真空的装置；用于将测试气体引入所述第一流体通道，使所述第一流体通道处于比所述第二流通通 道高的压力下，从而在所述第一流体通道与所述第二流体通道之间建立压力差的装置；以 及用于测试所述第二流体通道中存在测试气体的装置。
全文摘要
一种通过将组装好的板式热交换器中的两个流体通道之一或两者抽真空至低压，将测试气体引入所述流体通道之一以在所述流体通道之间建立压力差，并且测试所述第二流体通道中存在测试气体，来检测所述流体通道之间存在泄漏的方法。
文档编号G01M3/04GK101889193SQ200880119505
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月6日
发明者乔纳森·格雷姆·肖, 赫曼塔·库马尔 申请人:Apv北美有限公司