欢迎来到北京康高特 - 只为给你更好的测试体验,只为让我们成为更好的自己! English 中文

telphone

SF6 气体泄漏检测:红外成像法与定量检漏法的分工

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-17 16:01:12 作者: 浏览次数:1663次 分类:技术文章

文章概述: SF6 气体泄漏检测常被当成一件事,标准却把它拆成了两半。GB/T 11023-2018 在定义「检漏」时说明,检漏包括探漏和累计的泄漏量的测量。探漏管漏在哪里,累计泄漏量测量管漏了多少。二者对应不同的测量原理,也对应不同的现场作业方式。分工写在定义里。 红外成像法位于定性一侧。DL/T 2224-2021 规定仪器检测波段为 10μm 至 11μm、噪声等效温差不大于 0.05K、气体探测灵敏度不大于 1μL/s,并对现场温度、湿度、风速与检测距离给出约束。风速在定点检测环节不大于 1m/s 时效果良好,超过 1m/s 需覆盖迎风面与背风面。它给出的是位置。量值要靠定量。 定量检漏给出可与限值比对的漏率,四种方法分别是扣罩法、局部包扎法、压力降法与挂瓶法。GB/T 11022 对 SF6SF6 混合气体的封闭压力系统规定,每个隔室相对漏气率标准值为每年 0.5%。四种方法都依赖测量体积,体积估错则漏率跟着偏。现场顺序是先成像定位后定量测量,中间不能颠倒。

一、检漏在标准中的两条线

现场常把「SF6 检漏」当成一件事来做。标准不这么看。

GB/T 11023-2018《高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》在第 3 章定义「检漏」时把它拆成了两半,检测漏气点,检测泄漏气体浓度。同一条的注写得更为直接,检漏包括探漏和累计的泄漏量的测量。这个拆分不是文字游戏,它对应两套完全不同的测量原理,也对应两套不同的现场作业方式。

1、检漏定义里的两半

到 3.15 条,「探漏」的定义是围绕充气隔室缓慢移动检漏仪的探头,或者使用其他成像仪器,以定位漏气点的行为。注中点出常用的成像探漏方法有红外成像探漏法和激光成像探漏法等。

两条定义把分工摆到了台面上,探漏管的是「漏在哪里」,累计泄漏量测量管的是「漏了多少」。前者给位置,不给量值,后者给量值,不给位置。一台仪器很难同时把两件事做好,原因在测量原理上,不在制造水平上。两者不能互换。定位靠的是对泄漏气体的空间分辨能力,定量靠的是对气体总量的时间积分,两者对探测器的要求方向相反。

2、章节结构里的位置

标准的章节安排顺着这条线走,第 5.1 节是定性检漏,第 5.2 节是定量检漏。GB/T 11023-2018 相对 1989 版的一项修订,是在定性检漏里新增了红外成像探漏与氮质谱检漏两种方法,并在附录 C 补入红外成像探漏原理及图谱示例。

红外成像从进入这份标准起,位置一直在定性一侧。这一点常被现场忽略,用成像法得到的图,在标准体系里归类为探漏结果,而不是漏气率测量结果。归类决定了它能做什么,也决定了它不能做什么。

二、红外成像法的物理基础

1、吸收波段、图像对比度

SF6 分子在 10μm 至 11μm 这个波段有很强的吸收峰,空气在这个波段的吸收要弱得多。两者叠在一起,形成了红外图像上的对比度。

DL/T 2224-2021《电气设备六氟化硫气体泄漏红外成像现场测试方法》把这个原理写进了条款。仪器限定在 10μm 至 11μm 波段工作,用高灵敏度量子阱探测器被动感应该波段的辐射。泄漏出来的气体在探测器上呈现为烟雾状的流动影像。

2、被动成像的成像对象

这里的关键词是被动,仪器自己不发红外光,只是接收背景辐射穿过气体柱之后剩下的那部分。气体柱越厚、浓度越高,穿过去到达探测器的辐射越少,影像越暗。

所以屏幕上看到的是气体的投影,不是气体自身发出的信号。影子的深与浅,取决于气体柱对外部辐射的吸收量,也取决于背景与设备之间的温差。温度毫无差别的一台设备,气体柱再浓也投不出影子。这条机理直接决定了两件事,一是为什么要在有温差的时段作业,二是为什么标准要求背景辐射均衡。机理并不复杂。

三、红外成像仪的性能门槛

DL/T 2224-2021 对仪器性能列出了几项硬指标,采购与验收时可以直接照抄。

1、性能指标

检测波段 10μm 至 11μm。噪声等效温差在环境温度 25℃±5℃ 时不大于 0.05K,气体探测灵敏度不大于 1μL/s。探测器分辨率不低于 320 乘 240 像素。帧频不低于 50Hz。

这几项里,气体探测灵敏度与检测波段容易被忽略。一台测温用的红外热像仪即使波段覆盖了 10μm 至 11μm,也没有气体探测灵敏度这项指标。它看的是温度分布,不是气体柱的吸收。两者在屏幕上都是灰度图,含义完全不同,把温度图当气体图读,得到的结论会完全跑偏。

测温类热像仪本身另有产品标准,GB/T 19870-2018《工业检测型红外热像仪》规定的是这一类产品的性能要求,与 DL/T 2224-2021 面向气体泄漏检测的要求并不是一回事。选型时两份都要看,一份管测温性能,另一份管气体探测能力。缺任何一份,选型依据都不完整。

2、功能配置与校准

功能方面,标准要求仪器具备视频录制与图像拍摄能力,具备普通模式和高灵敏度模式两种检测模式,具备可见光图像显示、自动或手动聚焦、激光指示定位、多倍连续数码变焦,以及本机存储或输出到外置存储器的能力。

其中高灵敏度模式不是可选项,补气周期偏长的气室要靠它才能看到影像。仪器本身还需按周期送检,超期未检的读数不应参与判定,这一条在定量侧同样成立。

3、仪器与方法的匹配

红外成像仪与 SF6 泄漏检测之间是绑定关系,不是通用设备换个应用场景的关系。仪器若不按 DL/T 2224-2021 的性能要求选型,测出来的影像既不能作为正式的探漏记录,也无法与历史数据在同一口径上对比。选型时把标准给出的五项性能指标逐条列进核对表,逐项确认之后再进场作业,可以避免把一批无效数据混进设备档案。这一步不能省。

四、红外成像的现场条件

1、温湿度、距离

DL/T 2224-2021 对现场环境提了明确约束,环境温度在 -10℃ 至 +40℃ 之间,相对湿度不大于 85% 且无凝露,检测距离在 0.5m 至 15m 之间。

2、风速的两层要求

风速的条款分了两层,检测区域风速不宜大于 5m/s,而在定点检测环节,风速不大于 1m/s 时测试效果良好。风速大于 1m/s 时,测试点应当包含迎风面和背风面,避免只扫一侧而漏判。

3、天气、光照

天气与光照也有要求。应避免在雷、雨、雾、雪等天气条件下开展测试,应避开太阳等强辐射源的影响,被检测设备周围应具有均衡的背景辐射。室内作业应避免强烈灯光直射被测目标,检测前可通过开窗通风等手段增强室内气流移动来改善检测效果。

这几条不是建议清单,它们直接决定当天能不能测。风速超标时影像会被吹散,强辐射背景下对比度会被压掉,两种情形都会把漏点变成看不见。到了这一步,继续测下去只会得到一堆无法复核的图片。

五、日常巡视与定点检测两级流程

1、日常巡视的检测顺序

DL/T 2224-2021 把测试分成两个阶段,日常巡视用普通检测模式,按顺序检测密度继电器、阀门管道、法兰、罐体预留口、本体及死角。对补气周期大于 3 个月的气室,改用高灵敏度模式,发现异常后转入定点检测。

这个顺序值得照着做,它不是随意排的。排在前面的是密封面集中、装配工艺复杂、振动影响大的部位,实测漏点也多发在这些位置。

2、定点检测的动作要求

定点检测的动作有讲究。背景参照体应与被测设备具有较大的热像色差,室外选择大空作为背景,可以提高气体泄漏图像与背景的对比度。在安全距离允许的条件下,仪器应尽量靠近被测设备,使设备尽量充满视场。应至少选择三个不同的方位和角度对测试点进行测试。

数据修正环节要把环境温度、空气相对湿度、测量距离等补偿参数输入仪器。同时应记录测试的视频和图片,必要时可调节焦距和放大倍数以获得清晰的图像。方位选得少,很容易把只在一个角度可见的漏点漏掉。

3、测试周期的依据

测试周期不由现场自行确定,DL/T 2224-2021 明确,红外检漏测试周期应遵守 DL/T 664 的要求执行。带电设备红外诊断的现行应用规范是 DL/T 664-2025,它的适用范围已经包含 SF6 气体泄漏红外检测。

六、定量检漏的四种方法

GB/T 11023-2018 第 5.2 节给出四种定量检漏方法,定义分别写在术语章里。

1、扣罩法、局部包扎法

扣罩法把试品置于封闭的塑料罩或金属罩内,经过一定时间后测定罩内示踪气体的浓度,通过计算确定相对漏气率。局部包扎法把试品的局部用塑料薄膜包扎,经过一定时间后测定包扎腔内示踪气体的浓度,同样通过计算确定相对漏气率。

两种方法的思路一致,都是把泄漏出来的气体收集在一个已知容积里,再看浓度涨了多少。区别只在收集范围,一个包住整台试品,另一个只包可疑部位。

2、压力降法、挂瓶法

压力降法测定开关设备隔室在一定时间间隔内的压力降,据此计算相对漏气率。挂瓶法用软胶管连接试品检漏孔和挂瓶,经过一定时间后测定瓶内示踪气体的浓度。

两者面对的场合不同,压力降法适用于漏气量较大的场合,不需要加装罩体。挂瓶法适合有专门检漏孔的试品。

3、共同的测量体积

四种方法都依赖一个共同参数,测量体积。标准把它定义为采集泄漏的密封罩与样品之间的容积,并指出罩子一般不需要严密密封。定义后面还有一句提示,标准给出了获得准确的测量体积的推荐方法。

这句话值得单独记下来,四种定量方法的结果都按测量体积换算,体积估错了,漏率跟着错。标准特意为这个参数给出推荐测法,说明编制者清楚它是整条计算链上容易失准的一环。

四种方法还有一个共同前提,测试之前要有足够的静置时间。标准对充气后的静置时间与包扎后的时间做了统一规定,这两项时间不满足,示踪气体的浓度增量与实际泄漏量之间建立不起对应关系。现场为了赶工期压缩这部分时间,等于把定量测量退回到定性判断。时间换的是可信度。

七、漏气率限值与判定口径

定量检漏要落到一个数上比对,这个数来自密封性能条款。

1、两条限值线

GB/T 11022 对采用 SF6 及 SF6 混合气体的气体封闭压力系统规定,每个隔室的相对漏气率标准值为每年 0.5%。这是现场判超标的基准线。

封闭压力系统之外还有密封压力系统。GB/T 28537-2012 在引言中说明,密封压力系统的密封性由其预期使用寿命规定,推荐取值为 20 年、30 年和 40 年。为满足预期使用寿命要求,认为其年泄漏率小于 0.1%,这类设备在铭牌上往往标注为终身密封产品。

两条限值的差别不只在数字上。封闭压力系统按隔室考核漏率,密封压力系统按预期寿命考核整体密封性,前者的失效表现为压力下降需要补气,后者在寿命期内不安排补气。现场遇到过铭牌标注终身密封的隔室需要补气的情形,那时预期寿命的前提已经不成立,继续按原口径考核会得出前后矛盾的结论,实际做法是退回封闭压力系统的漏率限值重新比对。

2、三个速率、一个时间量

标准区分了两个速率概念。相对年漏气率记作 Fy,相对天漏气率记作 Fd,前者用于年度考核,后者用于压力变化较快或需要短周期判断的场合。配套的还有一个补气时间间隔 T,指压力降至报警值时两次人工补气之间的时间间隔,它适用于封闭压力系统。

这三个量放在一起才有意义,只报一个漏率而不给对应的压力基准与温度折算条件,读数无法比对。现场记录表上如果这三栏缺了任何一栏,后面的复核都做不下去。三栏缺一不可。

八、两法能力边界的量化推演

1、波段选择性的折算

测温型红外热像仪的常用工作波段是 7.5μm 至 14μm,跨度 6.5μm,SF6 气体成像仪限定在 10μm 至 11μm,跨度 1μm。1 除以 6.5 约等于 15.4%。

在宽带测温仪接收到的辐射里,与 SF6 吸收直接相关的那部分只占约 15.4%,其余 84.6% 来自设备表面温度、环境背景、大气路径,与气体柱的浓度没有对应关系。这个比值解释了为什么覆盖同一波段不等于具备气体成像能力。波段重叠只是必要条件,不是充分条件。

2、限值之比、补气间隔

0.5% 与 0.1% 之比为 5 比 1。同一个隔室、同一个压降触发阈值、忽略温度起伏的前提下,两者的补气间隔也相差约 5 倍。若 0.5% 每年对应的补气间隔是 12 个月,0.1% 每年对应的时间大致是 60 个月。

把 0.5% 每年折算成相对天漏气率,约为 0.5% 除以 365,即每天 0.0014%。这个量级意味着,靠肉眼观察压力表在单个自然日之内的变化来判断漏率,读数会被温度波动淹没。压力降法之所以要求按月监测,原因也在这里。

3、测量体积的传递

扣罩法的结果与测量体积近似成正比,若测量体积估小了 20%,算出的相对年漏气率也会偏小 20%。真实漏率为 0.6% 每年的隔室,在体积估小两成时可能读到 0.48% 每年,读数从超标一侧落到合格一侧。

这类偏差不会在现场报警,只会安静地把结果推过判定线。四种定量方法里,依赖人工测量体积的两种,都需要在这一步多花时间。

4、灵敏度与限值之间的落差

气体探测灵敏度不大于 1μL/s,这是 DL/T 2224-2021 给出的仪器侧门槛。相对年漏气率 0.5%,这是 GB/T 11022 给出的设备侧门槛。两个数的量纲不同,一个按体积流量计,一个按气体总量占比计,之间隔着隔室的容积与充气压力。

换算需要三组参数,隔室容积、额定充入压力、环境温度。现场常见的问题是拿仪器的探测灵敏度直接当判定依据,认为能看到 1μL/s 的泄漏便等同于合格。两者不在同一坐标系里,这种比对没有意义。

九、不确定度的分项拆解

把两法合起来看,结果的不确定度可以拆成六项。

1、六项来源

风速与气流扰动是一项,贡献也大,它同时影响成像的可见性与定量法的浓度读数,且现场只能在有限范围内控制。

背景辐射温差是第二项,它决定成像的对比度,温差小则对比度低,弱漏点在影像上会被背景吞掉。

检测距离与对焦是第三项,距离越远,气体柱在探测器上占据的像素越少,可分辨的浓度梯度越粗。

测量体积的估计是第四项,这一项只作用于定量法,但影响是线性的,前面已经算过。

环境温度与湿度是第五项,漏率需折算到规定的基准温度,温度读数与折算关系都会带入误差。

检漏仪的校准状态是第六项,仪器需按周期送检,超期未检的读数不应参与判定。

2、偏差的方向

这六项里,前三项主要削弱成像法的定位可靠性,第四项与第五项主要影响定量法的数值可信度,第六项同时作用于两者。分不清偏差来源时,把成像结果直接当漏率用,等于把前三项的不确定度全部加到了数值上。

合成时还有一层区别,成像法的偏差影响的是漏点有没有被找到,属于漏检与误检。定量法的偏差影响的是数值落在限值的哪一侧,属于判定方向。前者可以通过多角度复测降低,后者只能通过校准与规范操作降低。

还有一种情形容易被漏掉,两种方法都做了,记录却互不打通。成像记录按部位编号归档,定量记录按隔室编号归档,两套编号对不上时,事后无法判断某个漏点是否已被定量结果覆盖。台账统一到隔室加部位的两级编号,比对的时候才有抓手。编号要一致。

十、两法的衔接顺序

1、先定位后定量

常规做法是用红外成像仪做一遍普扫,把可疑部位找出来。这一步速度快,覆盖面大,能在设备带电运行的状态下完成。找到可疑点之后,再用定量方法测出漏率,与 0.5% 每年的限值比对,判断是否需要处理。

成像结果本身不构成判据,影像上出现流动烟雾状气体,只能说明该处存在泄漏。漏率是否超标,要看定量结果。

2、反向顺序的问题

定量法给出的是整个隔室的累计泄漏量,它不告诉你漏点在哪里。扣罩法适用于中小型设备,局部包扎法适用于大型产品或组装单元,压力降法适用于漏气量较大的场合。这些方法各有适用面,但都不解决定位。

先定量后定位的做法也有代价,测出漏率超标却找不到漏点,处理动作无法落地。补气只是把压力拉回去,密封缺陷还在原地,下一次压力下降只是时间问题。

十一、四类常见误用、纠正方向

一类误用是拿测温型热像仪做气体成像。这类仪器的波段可能覆盖了 10μm 至 11μm,但没有气体探测灵敏度指标,也没有与 SF6 吸收峰匹配的窄带滤光片。用它们看到的温度分布,与气体柱浓度没有对应关系。

二类误用是只看成像不做定量,影像上的烟雾浓淡与泄漏浓度有关,但标准没有给出由影像浓淡换算漏率的方法。以影像判定超标,缺少刻度。

三类误用是忽视现场条件。风速超过 5m/s、强辐射源直射、检测距离超过 15m,这些情形下得到的影像不能用,需要换时间或换方位重测。

四类误用是不记录环境参数。气体泄漏的可见性依赖温差与气流,脱离温度、湿度、风速、距离这些记录,图片无法复核,也无法作为后续对比的基线。

四类误用有一个共同点,都把某一半的结论当成了整体结论。成像给了位置,定量给了量值,缺哪一半都判不了。

此外还有一种更隐蔽的用法,把一次成像未见异常当成全站合格。单次成像受当时风向、温差、光照的影响很大,未见异常只说明当时未见,按周期复测的意义正在于此。一次说明不了全部。

十二、超标之后的处置顺序

1、泄漏侧的处置

定量检漏判出漏率偏高,泄漏侧的动作通常分两步,先补气或更换密封件,再复测定量漏率,确认处理有效。

2、气体质量侧的回核

补气会带入新气,也会带入管路里的水分与杂质,设备内部若曾发生过放电,还会留下分解产物。这两件事不属于泄漏检测的范畴,属于气体质量检测。

北京康高特(KGT)自研的司南 SF6综合测试仪面向的是这一步,它的检测项包括露点、SF6 纯度、SO2、H2S、CO、HF、CF4,全参数检测时间不超过 8 分钟。露点量程 -60℃ 至 +20℃,精度 ±0.2℃,分辨率 0.01℃,SF6 纯度量程覆盖体积百分比 0 至 100,精度 ±0.5%。SO2 分辨率 0.1μL/L,CO 分辨率 0.1μL/L,H2S 分辨率 0.5μL/L,HF 分辨率 0.5μL/L,CF4 分辨率 1μL/L,整机防护等级 IP54,工作温度 -20℃ 至 +55℃,重量 10kg,配 7 寸彩色触摸屏,电池续航不低于 8 小时。

它不测漏点,也不出漏率。它的用途是在泄漏处置与补气之后,核对气室里的气体还合不合格。顺序上,先把漏点堵住,再谈气体质量。分工摆在这里。

十三、常见问题

1、红外成像仪能测出漏率吗

不能。DL/T 2224-2021 给出的是现场测试方法与仪器性能要求,影像呈现的是气体柱的吸收投影。标准没有给出由影像浓淡换算漏率的方法,漏率仍要由 GB/T 11023-2018 第 5.2 节的定量方法测定。

2、定量检漏一定要停电做吗

四种定量方法里,压力降法依赖隔室原来的压力变化,可以在运行中按周期监测压力降。扣罩法、局部包扎法、挂瓶法需要加装罩体或包扎材料,通常安排在检修或停电期间。

3、风速对测试的影响有多大

标准给的边界是检测区域不宜大于 5m/s,定点检测时以不大于 1m/s 为佳。风速大于 1m/s 时,测试点需要覆盖迎风面和背风面,避免只测一侧而漏判。

4、补气周期长的气室怎么测

按 DL/T 2224-2021 的日常巡视要求,补气周期大于 3 个月的气室改用高灵敏度模式检测。这类气室的漏率通常已经偏低,普通模式下的影像对比度不足。

5、漏率读数的温度基准是哪一个

相对年漏气率的判定基准是折算到 20℃ 的标准大气条件。现场读数需按环境温度与湿度修正,数据修正时应把环境温度、空气相对湿度、测量距离等补偿参数输入仪器。

6、成像法能不能替代定量法

不能。两者的输出物不同,一个是位置,一个是量值,标准把红外成像放在定性检漏一侧,恰恰说明它不承担定量职责。现场可以用成像法缩小范围,判定仍要落到定量结果上。

7、四种定量方法怎么选

看试品尺寸与泄漏量。中小型设备用扣罩法,大型产品或组装单元用局部包扎法,漏气量较大时用压力降法,有专门检漏孔的试品用挂瓶法。选择依据写在各方法的适用说明里,不必自己推。

十四、结语

红外成像法与定量检漏法不是可替代的两条路线,它们处理的是同一个问题的两半。

成像法把漏点从一台设备上找出来,速度快,覆盖广,能在运行状态下完成。定量法把漏率变成可以比对的数,慢,局部,但给出判据。两者的衔接顺序是先定位后定量,中间不能颠倒。

现场真正容易出问题的地方,是把成像结果当成判据用。影像上的烟雾看着明显,漏率却可能仍在 0.5% 每年以内。反过来,影像上没有明显烟雾,也不等于漏率合格,这两种情形都要走完定量那一步才能定论。顺序对了,结论才站得住。

近年几条标准的修订方向是一致的,红外成像被写进定性检漏的条款,定量方法被单独列出并统一了时间规定。方法边界划清楚之后,现场把两步做对的可能性自然提高。边界清楚才好分工。

相关仪器咨询
联系电话:010-68460051 / 13520131150
提供电力检测、核辐射防护、市政管网、卫生检测等仪器的选型咨询、技术方案服务

相关产品