本發(fā)明屬于低溫流體傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)：

低溫流體傳輸管線在低溫流體傳輸領(lǐng)域用途廣泛。結(jié)合低溫流體的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)其傳輸管線的絕熱要求極其嚴(yán)格。對(duì)低溫流體管線進(jìn)行漏熱量的準(zhǔn)確測(cè)量成為低溫流體管線設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用所需要考慮的問(wèn)題。

傳統(tǒng)情況下，在低溫流體傳輸管線內(nèi)灌裝對(duì)應(yīng)的低溫流體，待低溫流體靜置一段時(shí)間恢復(fù)穩(wěn)定后，通過(guò)測(cè)量低溫流體在某一段時(shí)間內(nèi)的氣化量，再根據(jù)該低溫流體的汽化熱值推算出低溫流體傳輸管線漏熱值。該方法無(wú)法保證漏熱的精確測(cè)量，原因主要有兩點(diǎn)：其一，低溫流體在低溫流體傳輸管線內(nèi)的狀態(tài)不一樣，測(cè)試的時(shí)候低溫流體是靜態(tài)的，而實(shí)際使用過(guò)程中低溫流體是運(yùn)動(dòng)的，這就決定漏熱測(cè)試的準(zhǔn)確性有待考證；其二，低溫流體傳輸管線容積一般都非常的小，任何一個(gè)外界條件的異常，都會(huì)影響漏熱測(cè)試的結(jié)果，測(cè)試準(zhǔn)確性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題作出改進(jìn)，即發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置及其測(cè)試方法，能夠準(zhǔn)確地測(cè)試低溫傳輸管道的漏熱量。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括一種低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置及方法，具體如下：

一種低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置，包括測(cè)試用流體、控制系統(tǒng)以及沿流體傳輸方向依次循環(huán)連接的制冷機(jī)、第一加熱器、低溫傳輸管線、第二加熱器、質(zhì)量流量計(jì)、緩沖罐和循環(huán)泵；所述控制系統(tǒng)對(duì)所述低溫傳輸管線后端設(shè)置的第一壓力采集裝置、第一溫度采集裝置以及所述低溫傳輸管線前端設(shè)置的第二溫度采集裝置進(jìn)行信號(hào)采集，并對(duì)第一加熱器、第二加熱器進(jìn)行加熱溫度控制。

作為上述低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置的改進(jìn)，所述流體為氦氣。

作為上述低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，所述緩沖罐還分別連接排空閥門、其上設(shè)有鋼瓶閥門的氦氣鋼瓶，所述控制系統(tǒng)對(duì)緩沖罐的壓力進(jìn)行信號(hào)采集，對(duì)所述鋼瓶閥門和所述排空閥門進(jìn)行控制。

一種低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，對(duì)測(cè)試用流體進(jìn)行低溫制冷；

步驟二，對(duì)制冷后的低溫流體進(jìn)行加熱，使其溫度達(dá)到低溫傳輸管線測(cè)試目標(biāo)溫度值；

步驟三，低溫流體流經(jīng)低溫傳輸管線，實(shí)時(shí)測(cè)量流經(jīng)低溫傳輸管線兩端的低溫流體的溫度差及低溫傳輸管線附近的低溫流體壓力；

步驟四，對(duì)低溫流體加熱至常溫后進(jìn)行流量測(cè)試后，其后進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)；

步驟五，抽取緩沖存儲(chǔ)的流體，供步驟一循環(huán)使用；

低溫傳輸管線的漏熱量由熱力學(xué)公式q＝cm△t計(jì)算，其中：q為漏熱值，△t為低溫傳輸管線兩端進(jìn)出口溫差，m為一定時(shí)間段的流體質(zhì)量流量m，c為流體比熱容，c由所測(cè)得的流體壓力計(jì)算得出。

作為上述低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置的測(cè)試方法的改進(jìn)，該方法還包括對(duì)緩沖存儲(chǔ)的流體進(jìn)行壓力監(jiān)控，如壓力高于設(shè)定高值對(duì)流體進(jìn)行排空降壓，如壓力低于設(shè)定低值補(bǔ)充流體。

上述低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置和方法的原理和技術(shù)效果如下：

1)實(shí)現(xiàn)了低溫流體在低溫傳輸管線內(nèi)的持續(xù)流動(dòng)；第一加熱器控制流入低溫傳輸管線的低溫流體的溫度，第二加熱器和質(zhì)量流量計(jì)相結(jié)合測(cè)量流出低溫傳輸管線的流體的流量，結(jié)合相關(guān)壓力和溫度傳感裝置，通過(guò)熱力學(xué)公式可準(zhǔn)確計(jì)算出低溫流體傳輸管線的漏熱值。

2)上述裝置通過(guò)自身的閉式循環(huán)結(jié)構(gòu)，即測(cè)試用的流體緩沖后，經(jīng)循環(huán)泵再次進(jìn)入制冷，實(shí)現(xiàn)了流體的循環(huán)利用，減少了資源的浪費(fèi)。

3)使用氦氣作為低溫流體測(cè)試各種低溫傳輸管線漏熱測(cè)量。由于氦氣具有臨界溫度低的特點(diǎn)，極其穩(wěn)定且很難液化及固化。用氦氣作為低溫流體進(jìn)行漏熱測(cè)試，提供了更為寬泛的溫度范圍，滿足不同低溫傳輸管線目標(biāo)溫度的測(cè)試需要，具有測(cè)試通用性好的技術(shù)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置組成圖。

具體實(shí)施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見(jiàn)的變型。

為敘述方便和簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，本申請(qǐng)所成的前為流體流動(dòng)的方向一致，后為流體流動(dòng)的反向方向。

本實(shí)施例中的低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置包括制冷機(jī)10、第一加熱器21、第二加熱器22、被測(cè)試的低溫傳輸管線30、質(zhì)量流量計(jì)40、緩沖罐50、循環(huán)泵60、控制系統(tǒng)70。沿流體傳輸方向，制冷機(jī)10、第一加熱器21、第二加熱器22、被測(cè)試的低溫傳輸管線30、質(zhì)量流量計(jì)40、緩沖罐50、循環(huán)泵60依次連接形成循環(huán)結(jié)構(gòu)。

制冷機(jī)10將循環(huán)泵60中流入氦氣進(jìn)行降溫。工程實(shí)現(xiàn)上，制冷機(jī)10輸出的低溫氦氣溫度低于低溫傳輸管線30的目標(biāo)溫度要求。低溫氦氣經(jīng)第一加熱器21進(jìn)行加熱后從低溫傳輸管線30中流出。由于低溫傳輸管線30流出的氦氣溫度較低，質(zhì)量流量計(jì)難以滿足直接對(duì)低溫氦氣進(jìn)行流量測(cè)量的要求。故在低溫傳輸管線30流出的氦氣需進(jìn)第二加熱器22加熱至常溫后通過(guò)流量計(jì)量計(jì)40進(jìn)行流量的測(cè)量。經(jīng)流量測(cè)量后的氦氣流入緩沖罐50供循環(huán)泵60循環(huán)使用。

低溫傳輸管線30的漏熱量的測(cè)量是通過(guò)熱力學(xué)公式q＝cm△t計(jì)算漏熱值q來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)過(guò)程需要測(cè)量低溫流體經(jīng)過(guò)低溫流體傳輸管線進(jìn)出口溫差△t，以及該時(shí)間段的質(zhì)量流量m，以及低溫流體即氦氣的比熱容c。氦氣比熱容c可通過(guò)測(cè)量其壓力計(jì)算獲得，屬于本領(lǐng)域公知常識(shí)。本實(shí)施例中，在第一加熱器21后端設(shè)有第一氦氣壓力采集裝置進(jìn)行氦氣壓力測(cè)量。低溫傳輸管線30入口處設(shè)有進(jìn)口溫度采集裝置，出口處設(shè)有出口溫度采集裝置?？紤]到低溫流體流經(jīng)低溫傳輸管線30會(huì)產(chǎn)生壓力變化，為了更為準(zhǔn)確的進(jìn)行氦氣比熱容的計(jì)算。作為本實(shí)施例的一種改進(jìn)，在低溫傳輸管線30另設(shè)有第二壓力采集裝置進(jìn)行壓力測(cè)量。氦氣比熱容c由上述兩壓力采集值的平均值計(jì)算。相關(guān)氣體壓力測(cè)量、溫度測(cè)量的具體實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，無(wú)需通過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，這里不再詳述。

控制系統(tǒng)70對(duì)低溫傳輸管線30兩端的氣體壓力和溫度信息進(jìn)行采集、對(duì)質(zhì)量流量計(jì)40的流量進(jìn)行信號(hào)采集。同時(shí)，對(duì)第一加熱器21和第二加熱器22進(jìn)行溫度控制。第一加熱器21的出口氦氣溫度的控制值為低溫傳輸管線30的測(cè)試目標(biāo)溫度。第二加熱器22的氦氣出口溫度應(yīng)控制在質(zhì)量流量計(jì)40能準(zhǔn)確測(cè)量氦氣流量的工作溫度范圍內(nèi)，如常溫。

由于緩沖罐50內(nèi)氦氣壓力未必正好滿足實(shí)驗(yàn)條件從。本實(shí)施例中，緩沖罐50還連接有氦氣鋼瓶80。當(dāng)緩沖罐50中壓力過(guò)低，開(kāi)啟連接在緩沖罐50和氦氣鋼瓶80之間的鋼瓶閥門，對(duì)緩沖罐50進(jìn)行補(bǔ)氣。當(dāng)緩沖罐50中壓力過(guò)高，打開(kāi)緩沖罐50所連接的排空閥門進(jìn)行放氣?？刂葡到y(tǒng)70對(duì)緩沖罐50的壓力進(jìn)行信號(hào)采集，對(duì)連接緩沖罐50的上述兩個(gè)閥門進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。

本實(shí)施例中，使用氦氣作為低溫流體測(cè)試各種低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)量。這是由于，相比于其他流體，氦氣臨界溫度低的特點(diǎn)，極其穩(wěn)定且很難液化及固化。比如，氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在溫度為-183℃時(shí)變?yōu)榈{(lán)色液體；氮?dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冷卻至-195.8℃時(shí)，變成沒(méi)有顏色的液體；而氦氣的臨界溫度為-268℃。由于氦氣臨界溫度遠(yuǎn)離低溫管道測(cè)試的目標(biāo)溫度，低溫流體難以存在氣液兩相的現(xiàn)象，測(cè)試準(zhǔn)確度高。用氦氣作為低溫流體進(jìn)行漏熱測(cè)試，也提供了更為寬泛的溫度范圍，滿足不同低溫傳輸管道的目標(biāo)溫度測(cè)試需要。如需針對(duì)不同低溫傳輸管道進(jìn)行測(cè)試，只需對(duì)低溫傳輸管道進(jìn)行更換即可。

本實(shí)施例中，氦氣由于通過(guò)連接緩沖罐50的循環(huán)泵60進(jìn)行了循環(huán)利用，避免了從低溫傳輸管線30流出后直接排空的浪費(fèi)。

基于上述實(shí)施例中所述的低溫流體傳輸管線漏熱測(cè)試裝置的測(cè)試方法如下：

低溫流體制冷劑10制冷，經(jīng)加熱達(dá)到低溫傳輸管線30所需要的目標(biāo)溫度，低溫流體流經(jīng)低溫傳輸管線30后進(jìn)行流量測(cè)量，其后流入緩沖罐，循環(huán)泵將緩沖罐的低溫流體循環(huán)如制冷機(jī)。實(shí)時(shí)測(cè)量低溫傳輸管線端的低溫流體壓力、溫度以及流體流量，根據(jù)熱力學(xué)公式q＝cm△t，計(jì)算低溫傳輸管線的漏熱量。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。