本發(fā)明涉及一種流體輸送管道的測試裝置，更具體地說，它涉及一種真空絕熱低溫管漏熱量的測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)：

真空絕熱低溫管主要應(yīng)用于空分裝置、煉鋼廠、液化天然氣（lng）接受站、lng加氣站、航天發(fā)射基地等場合，輸送介質(zhì)包括液氫（lh2）、液氧(lox)、液氮（lin）、液氬（lar）、液化天然氣(lng)、液氦（lhe）等。其中液氫（lh2）、液化天然氣(lng)是易燃易爆介質(zhì)，如果出現(xiàn)真空絕熱低溫管泄漏、超壓工作等不安全工況將有可能造成人員凍傷、窒息、爆炸等重大事故，因此確保真空絕熱低溫管的安全有效運行顯得尤為重要。

真空絕熱低溫管根據(jù)漏熱量的大小來反映管道的絕熱性能優(yōu)劣，絕熱性能的好壞直接影響到真空絕熱低溫管是否能夠正常安全地運行。目前測量真空絕熱低溫管漏熱量的方法主要有兩種：一種是流量計法，另一種是表面溫度計算法。當(dāng)采用流量計法測量時，需往真空絕熱低溫管內(nèi)管充注深冷液體，并直接將流量計與低溫管相連，通過單位時間內(nèi)深冷液體的蒸發(fā)量來計算真空絕熱低溫管的漏熱量，然而由于低溫管內(nèi)管的表面積與體積之比往往很大，因此管內(nèi)深冷液體蒸發(fā)速率極快，很難使低溫管道處于充滿深冷液體的狀態(tài)，因此實際灌液操作難度大，測量無法準(zhǔn)確測量。表面溫度計算法通過采集低溫管壁面的溫度以及相應(yīng)的環(huán)境溫度，依靠理論計算，計算得出漏熱量，表面溫度計算法將復(fù)雜的實際換熱過程簡化為簡單的換熱過程來進(jìn)行計算，因此計算結(jié)果也不能完全反映真空絕熱低溫管真實的漏熱量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種方便實際操作且能夠準(zhǔn)確測量漏熱量的測量裝置及其測量方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中流量計法實際操作難度大、測量不準(zhǔn)確以及表面溫度計算法將復(fù)雜的實際換熱過程簡化為簡單的換熱過程所帶來的計算不準(zhǔn)確性。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種真空絕熱低溫管漏熱量測量裝置，該測量裝置包括測量輔助段蒸發(fā)氣體流量裝置和測量輔助段加上試驗管整體蒸發(fā)氣體流量裝置；所述測量輔助段蒸發(fā)氣體流量裝置的結(jié)構(gòu)是：包括對稱設(shè)置的輔助試驗段，該輔助試驗段為雙層容器，且其上下端各有一敞口，夾層抽真空；所述輔助試驗段的上敞口密封連接輔助段法蘭蓋，其下敞口通過法蘭相互密封連接；所述輔助段法蘭蓋上均設(shè)有出氣口，該出氣口通過管道和升溫器相連，該升溫器出口分別和三通接頭的兩通相連，三通接頭的第三通出口與氣體流量計相連；深冷液體容器和一側(cè)的輔助試驗段管道連通，該管道上設(shè)有加液閥；

所述測量輔助段加上試驗管整體蒸發(fā)氣體流量裝置的結(jié)構(gòu)為：包括對稱設(shè)置的輔助試驗段，該輔助試驗段為雙層容器，且其上下端各有一敞口，夾層抽真空；所述輔助試驗段的上敞口密封連接輔助段法蘭蓋，其下敞口分別通過法蘭和試驗管兩端密封連接；所述輔助段法蘭蓋上均設(shè)有出氣口，該出氣口通過管道和升溫器相連，該升溫器出口分別和三通接頭的兩通相連，三通接頭的第三通出口與氣體流量計相連；深冷液體容器和一側(cè)的輔助試驗段管道連通，該管道上設(shè)有加液閥；所述試驗管上安裝真空閥，該真空閥出口處分別與高真空規(guī)管及帶接口的真空閥相連，高真空規(guī)管與真空計相連。

所述試驗管的長度為6米。

一種增加輔助試驗段的真空絕熱低溫管漏熱量的測量方法，包括如下步驟：

1）首先將兩輔助試驗段對接，往里充注深冷液體，充液結(jié)束后靜置6小時。

2）系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之后，記錄穩(wěn)定后的流量計出口處流量q1。

3）再次往系統(tǒng)（試驗段加輔助段）充注深冷液體，充液結(jié)束后靜置6小時。

4）系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之后，記錄穩(wěn)定后的流量計出口處流量q2。

5）利用q1、q2計算檢測試驗管道的漏熱量q0,結(jié)合測試期間采集到的環(huán)境溫度、大氣壓力以及真空絕熱低溫管的絕熱方式（高真空絕熱、粉末或纖維真空絕熱、高真空多層絕熱）計算標(biāo)態(tài)漏熱量q20。

所述增加輔助試驗段的真空絕熱低溫管漏熱量具體計算方法如下：

當(dāng)采用濕式氣體流量計時按式（1）計算：

……………………（1）

式中：

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

——輔助試驗段蒸發(fā)氣體體積流量平均值，單位為立方米每秒（m³/s）；

——輔助試驗段加試驗管蒸發(fā)氣體體積流量平均值，單位為立方米每秒（m³/s）；

——流量計的校正系數(shù)，標(biāo)定時給定值；

——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kpa）、273.15k下試驗介質(zhì)的氣體密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；

t——流量計入口溫度日平均值，單位為開爾文（k）；

p——流量計入口壓力日平均值，單位為兆帕（mpa）；

hfg——流量計入口壓力日平均值下飽和液體的汽化潛熱，單位為焦每千克（j/kg）。

當(dāng)采用氣體質(zhì)量流量計時按式（2）計算：

…………………………….（2）

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

——輔助試驗段蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量平均值，單位為千克每秒（kg/s）；

——輔助試驗段加試驗管蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量平均值，單位為千克每秒（kg/s）；

——流量計的校正系數(shù)，標(biāo)定時給定值；

hfg——流量計入口壓力日平均值下飽和液體的汽化潛熱，單位為焦每千克（j/kg）。

本發(fā)明的有益效果是，本新型實用真空絕熱低溫管漏熱量測試方法，通過測量系統(tǒng)整體漏熱量及輔助段漏熱量，通過兩者相減的方法得出被檢管道的漏熱量。該方法能有效克服現(xiàn)有技術(shù)中流量計法實際操作難度大、測量不準(zhǔn)確以及表面溫度計算法計算不準(zhǔn)確的問題，從而使得試驗人員能夠準(zhǔn)確測得真空絕熱低溫管的漏熱量，為真空絕熱低溫管在實際使用過程中能夠有效安全地運行提供了保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明連接試驗真空絕熱低溫管的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1—放空閥；2—深冷液體容器；3—加液閥；4—法蘭蓋；5—升溫器；6—三通接頭；7—壓力計；8—溫度計；9—氣體流量計；10、11－輔助試驗段；12－連接法蘭（kf或cf）；13－試驗管；14－真空閥；15－高真空規(guī)管；16—真空計；17－帶接口的真空閥。

圖2為本發(fā)明兩輔助段相連的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1—放空閥；2—深冷液體容器；3—加液閥；4—法蘭蓋；5—升溫器；6—三通接頭；7—壓力計；8—溫度計；9—氣體流量計；10、11－輔助試驗段；12－連接法蘭（kf或cf）。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明。

本發(fā)明包括檢測漏熱量的試驗管、輔助試驗段、連接法蘭（kf或cf）、真空閥、高真空規(guī)管、真空計、帶接口的真空閥、輔助段法蘭蓋、加液閥、深冷液體容器、放空閥、升溫器、三通接頭、溫度計、壓力計、氣體流量計等元器件。

參照圖1、2，一種真空絕熱低溫管漏熱量測量裝置，該測量裝置包括測量輔助段蒸發(fā)氣體流量裝置和測量輔助段加上試驗管整體蒸發(fā)氣體流量裝置；所述測量輔助段蒸發(fā)氣體流量裝置的結(jié)構(gòu)是：包括對稱設(shè)置的輔助試驗段10，該輔助試驗段10為雙層容器，且其上下端各有一敞口，夾層抽真空；所述輔助試驗段10的上敞口通過法蘭（kf或cf）密封連接輔助段法蘭蓋4，其下敞口通過法蘭（kf或cf）12相互密封連接；所述輔助段法蘭蓋4上均設(shè)有出氣口，該出氣口通過管道和升溫器5相連，管道與升溫器及出氣口之間采用金屬卡箍進(jìn)行密封；該升溫器5出口分別和三通接頭6的兩通相連，三通接頭6的第三通出口與氣體流量計9相連；深冷液體容器2和一側(cè)的輔助試驗段10管道連通，該管道上設(shè)有加液閥3；

所述測量輔助段加上試驗管整體蒸發(fā)氣體流量裝置的結(jié)構(gòu)為：包括對稱設(shè)置的輔助試驗段10，該輔助試驗段10為雙層容器，且其上下端各有一敞口，夾層抽真空；所述輔助試驗段10的上敞口密封連接輔助段法蘭蓋4，其下敞口分別通過法蘭12和試驗管13兩端密封連接；所述輔助段法蘭蓋4上均設(shè)有出氣口，該出氣口通過管道和升溫器5相連，該升溫器5出口分別和三通接頭6的兩通相連，三通接頭6的第三通出口與氣體流量計9相連；深冷液體容器2和一側(cè)的輔助試驗段10管道連通，該管道上設(shè)有加液閥3；所述試驗管13上安裝真空閥14，該真空閥14出口處分別與測量真空度用的高真空規(guī)管15及接檢漏儀與真空機(jī)組的帶接口的真空閥17相連，高真空規(guī)管15與真空計16相連。高真空規(guī)管采集到的真空度讀數(shù)通過真空計顯示。

試驗管13為試驗對象，由內(nèi)管及外殼組成，夾層抽真空，內(nèi)管及外殼之間通過絕熱支撐件支撐，內(nèi)管帶有會隨溫度變化膨脹收縮的金屬膨脹節(jié)，內(nèi)管外與輔助試驗段通過法蘭連接（kf或cf，cf為金屬銅圈密封,kf為橡膠圈密封）相連。

所述試驗管13的長度為6米。試驗管長度過短，則試驗管所占的漏熱量在輔助段加試驗管總漏熱量中的比重就會過小，將導(dǎo)致測量的不準(zhǔn)確性；試驗管長度過長，則會增大試驗管內(nèi)管面積與管內(nèi)體積的比值，當(dāng)這個比值過大時會導(dǎo)致試驗管內(nèi)無法充滿液氮，對測試結(jié)果也會造成影響。

上述升溫器將輔助段通過法蘭蓋排出的低溫氣體通過水浴的方法進(jìn)行復(fù)溫，低溫氣體通過兩升溫器復(fù)溫為常溫氣體。

所述深冷液體容器2上設(shè)置有放空閥1，用于排放低溫氣體。

所述氣體流量計9采用濕式氣體流量計或氣體質(zhì)量流量計。當(dāng)采氣體質(zhì)量流量計時，流量計能準(zhǔn)確測量氣體的質(zhì)量流量。

所述氣體流量計9采用濕式氣體流量計時，該氣體流量計9處配裝溫度計8、壓力計7，用于測量氣體的溫度及壓力。

一種真空絕熱低溫管漏熱量的測量方法，其特征在于：是采用通過測量輔助試驗段的蒸發(fā)氣體流量以及測量輔助試驗段加上試驗管的整體蒸發(fā)氣體流量，利用兩者差值計算真空絕熱低溫管漏熱量的方法；具體步驟如下：

a.往測量輔助段蒸發(fā)氣體流量裝置系統(tǒng)中充注深冷液體，充液結(jié)束后靜置6小時；

b.系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之后，記錄穩(wěn)定后的流量計出口處流量q1；

c.往輔助段加上試驗管整體蒸發(fā)氣體流量裝置系統(tǒng)充注深冷液體，充液結(jié)束后靜置6小時；

d.系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之后，記錄穩(wěn)定后的流量計出口處流量q2；

e.利用q1、q2計算檢測試驗管道的漏熱量q0,結(jié)合測試期間采集到的環(huán)境溫度、大氣壓力以及真空絕熱低溫管的絕熱方式計算標(biāo)態(tài)漏熱量；

所述增加輔助試驗段的真空絕熱低溫管漏熱量具體計算方法如下：

當(dāng)采用濕式氣體流量計時按式（1）計算：

……………………（1）

式中：

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

——輔助試驗段蒸發(fā)氣體體積流量平均值，單位為立方米每秒（m³/s）；

——輔助試驗段加試驗管蒸發(fā)氣體體積流量平均值，單位為立方米每秒（m³/s）；

——流量計的校正系數(shù)，標(biāo)定時給定值；

——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kpa）、273.15k下試驗介質(zhì)的氣體密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；

t——流量計入口溫度日平均值，單位為開爾文（k）；

p——流量計入口壓力日平均值，單位為兆帕（mpa）；

hfg——流量計入口壓力日平均值下飽和液體的汽化潛熱，單位為焦每千克（j/kg）。

當(dāng)采用氣體質(zhì)量流量計時按式（2）計算：

……………………………（2）

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

——輔助試驗段蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量平均值，單位為千克每秒（kg/s）；

——輔助試驗段加試驗管蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量平均值，單位為千克每秒（kg/s）；

——流量計的校正系數(shù)，標(biāo)定時給定值；

hfg——流量計入口壓力日平均值下飽和液體的汽化潛熱，單位為焦每千克（j/kg）。

步驟e中所述的絕熱方式為高真空絕熱、粉末或纖維真空絕熱或高真空多層絕熱。

標(biāo)態(tài)（標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)）下漏熱量的計算方法：

標(biāo)態(tài)下的高真空多層絕熱漏熱量應(yīng)按式（3）計算：

…………………（3）

式中：

——標(biāo)態(tài)下漏熱量，單位為瓦（w）；

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

ts——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kpa）下深冷液體飽和溫度，單位為開爾文（k）；

t1——試驗時平均環(huán)境溫度，單位為開爾文（k）；

t2——試驗時被檢件內(nèi)平均壓力對應(yīng)的深冷液體飽和溫度，單位為開爾文（k）。

標(biāo)態(tài)下的粉末或纖維真空絕熱漏熱量應(yīng)按式（4）計算：

……………………………（4）

式中：

——標(biāo)態(tài)下漏熱量，單位為瓦（w）；

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

ts——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kpa）下深冷液體飽和溫度，單位為開爾文（k）；

t1——試驗時平均環(huán)境溫度，單位為開爾文（k）；

t2——試驗時被檢件內(nèi)平均壓力對應(yīng)的深冷液體飽和溫度，單位為開爾文（k）。

標(biāo)態(tài)下的高真空絕熱漏熱量應(yīng)按式（5）計算：

........................（5）

式中：

——標(biāo)態(tài)下漏熱量，單位為瓦（w）；

——測試漏熱量，單位為瓦（w）；

ts——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kpa）下深冷液體飽和溫度，單位為開爾文（k）；

t1——試驗時平均環(huán)境溫度，單位為開爾文（k）；

t2——試驗時被檢件內(nèi)平均壓力對應(yīng)的深冷液體飽和溫度，單位為開爾文（k）。

本發(fā)明的具體操作過程為：

首先將圖2中兩輔助試驗段10通過分子泵機(jī)組進(jìn)行抽真空處理，當(dāng)輔助試驗段10內(nèi)的常溫真空度優(yōu)于0.01pa時，停止抽空，封閉抽空口。

將兩輔助試驗段10的下敞口通過法蘭（kf或cf）對接，輔助試驗段10通過支撐架支撐固定，并檢查法蘭對接的密封性。深冷液體容器2通過加液閥3往里輔助試驗段10中充注深冷液體。由于兩輔助試驗段剛開始處于常溫階段，需要緩慢加注深冷液體使其預(yù)冷，操作過程人員應(yīng)佩戴防護(hù)眼罩及手套，防止低溫凍傷。當(dāng)輔助段內(nèi)深冷液體不再劇烈沸騰后，完全打開加液閥3，向輔助試驗段10正常灌液，直至深冷液體充滿率（深冷液體體積與兩輔助段內(nèi)容積的比值）為95%以上時，充液結(jié)束。充液結(jié)束后打開輔助段上敞口法蘭蓋4，至少靜置6小時。

靜置結(jié)束后，再次通過深冷容器2向輔助試驗段10補(bǔ)充深冷液體，直至深冷液體充滿率（深冷液體體積與兩輔助段內(nèi)容積的比值）為95%以上，充液結(jié)束完成后關(guān)閉加液閥3。然后將兩輔助試驗段10上敞口分別與法蘭蓋4通過法蘭（kf或cf）連接，并且確認(rèn)密封有效。

在法蘭蓋4及對稱的另一法蘭蓋的中心出氣口處各自連接一塑料軟管，輔助試驗段10內(nèi)的深冷液體由于吸收外界的熱量導(dǎo)致部分深冷液體氣化為低溫氣體，低溫氣體通過法蘭蓋4的出氣口進(jìn)入塑料軟管，塑料軟管與法蘭蓋4出氣口通過金屬抱箍確保其密封性可靠。兩根塑料軟管分別通過升溫器5使塑料軟管中的低溫氣體升溫為常溫氣體，升溫器5采用水浴式升溫器。

從升溫器5引出的兩塑料軟管通過金屬抱箍與三通接頭6相連，常溫氣體通過三通接頭6進(jìn)入氣體流量計9，使用氣體流量計9測量單位時間內(nèi)排出的氣體流量，記錄數(shù)據(jù)間隔應(yīng)不大于10min，并記錄流量計示值、環(huán)境溫度、大氣壓力。通過壓力計7、溫度計8記錄通過氣體流量計氣體的溫度和壓力，且記錄數(shù)據(jù)的時間應(yīng)為6h。測量流量與6h之前流量對比，當(dāng)兩者差值小于5%時，認(rèn)為系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，此時記錄穩(wěn)定后的出口處流量q1。

流量q1記錄完成之后，通過自然蒸發(fā)的方法使輔助試驗段10的深冷液體排空，當(dāng)輔助試驗段10內(nèi)無深冷液體后，使用熱空氣或熱氮氣對輔助試驗段10進(jìn)行內(nèi)部吹掃，使其加速恢復(fù)至常溫狀態(tài)，待輔助試驗段10恢復(fù)常溫之后拆開其間的法蘭連接，將圖1中的需檢測漏熱量的試驗管13兩端分別與輔助試驗段10通過法蘭連接，連接完成后確認(rèn)各連接處密封無誤。測漏熱量的試驗管13取6米長度，目的是讓真空絕熱低溫管的漏熱量與輔助試驗段的漏熱量相近，進(jìn)一步提高漏熱量的測量準(zhǔn)確性。

深冷液體容器2通過加液閥3往里輔助試驗段10及需檢測漏熱量的試驗管13中充注深冷液體。由于系統(tǒng)剛開始處于常溫階段，需要緩慢加注深冷液體使其預(yù)冷，操作過程人員應(yīng)佩戴防護(hù)眼罩及手套，防止低溫凍傷。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)深冷液體不再劇烈沸騰后，完全打開加液閥3，向系統(tǒng)正常灌液，直至深冷液體充滿率（深冷液體體積與兩輔助試驗段10的內(nèi)容積及需檢測漏熱量的試驗管13的內(nèi)容積之和的比值）為95%以上時，充液結(jié)束。充液結(jié)束后，打開試驗管13上的真空閥14，在真空計16上讀取高真空規(guī)管15采集到的真空度讀數(shù)，當(dāng)讀取到的真空度讀數(shù)優(yōu)于0.01pa時，方可進(jìn)行下一步操作。如果真空度讀數(shù)高于0.01pa，需將分子泵機(jī)組與帶接口的真空閥17相連，當(dāng)分子泵系統(tǒng)穩(wěn)定運行后打開帶接口的真空閥17，觀察真空計16，直至試驗管13內(nèi)的真空度優(yōu)于0.01pa，然后關(guān)閉帶接口的真空閥17，停止分子泵系統(tǒng)運行。

確認(rèn)試驗管13真空度優(yōu)于0.01pa之后，打開輔助試驗段10上敞口法蘭蓋4，至少靜置6小時。靜置結(jié)束后，再次通過深冷容器2向輔助試驗段10及試驗管13補(bǔ)充深冷液體，直至深冷液體充滿率為95%以上，充液結(jié)束完成后關(guān)閉加液閥3。然后將兩輔助試驗段10上敞口與法蘭蓋4通過法蘭（kf或cf）連接，并且確認(rèn)密封有效。

在法蘭蓋4的中心出氣口處各自連接一塑料軟管，輔助試驗段10及試驗管13內(nèi)的深冷液體由于吸收外界的熱量導(dǎo)致部分深冷液體氣化為低溫氣體，低溫氣體通過法蘭蓋4的出氣口進(jìn)入塑料軟管，塑料軟管與法蘭蓋4出氣口通過金屬抱箍確保其密封性可靠。兩根塑料軟管分別通過升溫器5，使塑料軟管中的低溫氣體升溫為常溫氣體，升溫器5采用水浴式升溫器。

從升溫器5引出的兩塑料軟管通過金屬抱箍與三通接頭6相連，常溫氣體通過三通接頭6進(jìn)入氣體流量計9，使用氣體流量計9測量單位時間內(nèi)排出的氣體流量，記錄數(shù)據(jù)間隔應(yīng)不大于10min，并記錄流量計示值、環(huán)境溫度、大氣壓力。通過壓力計7、溫度計8記錄通過氣體流量計氣體的溫度和壓力，且記錄數(shù)據(jù)的時間應(yīng)為6h。測量流量與6h之前流量對比，當(dāng)兩者差值小于5%時，認(rèn)為系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，此時記錄穩(wěn)定后的出口處流量q2。

利用q1、q2計算所需檢測的試驗管道漏熱量q0,計算公式見式（1）及式（2）。然后結(jié)合測試期間采集到的環(huán)境溫度、大氣壓力以及真空絕熱低溫管的絕熱方式根據(jù)式（3）、式（4）、式（5）計算真空絕熱低溫管的標(biāo)態(tài)漏熱量q20。