一种低温高压往复泵的流量和容积效率测量方法及系统

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种低温高压往复泵的流量和容积效率测量方法及系统。

背景技术：

1、在氢能领域，以低压液氢的形式进行氢的规模化运输能够有效解决中国绿氢产地与氢燃料电池汽车用户所在地不一致的问题，在氢燃料电池汽车保有量达到一定规模后体现出明显的成本优势。而高压气态储氢以其设备结构简单、单位质量储氢密度高、充放氢快捷等优点，成为了氢燃料电池汽车当前最为普遍的车载储氢形式；与此同时，包括中国在内的一些国家正在积极发展兼具低压液态储氢和高压气态储氢优点的低温高压复合车载储氢技术。因此，如何安全高效地将低压液氢增压为高压液氢就成为了氢能领域的关键问题。在石油工程领域，将低压液氮增压气化为特高压或超高压氮气后注入油田中，可实现油田的二次开采，有效提高石油开采率，正受到世界各国的高度重视。

2、低温高压往复泵作为将液氢、液氮等低温液体增压至高压甚至超高压的核心装备，对于中国氢能源、石油化工等领域的发展至关重要。流量和容积效率是衡量低温高压往复泵性能和经济性的关键技术指标。因此，在低温高压往复泵投入使用前，准确、经济地测量其在实际工况下的流量和容积效率就显得尤为重要。

3、低温高压往复泵测试时需要在下游设置高压气化器，以便将低温高压液体转化为常温高压气体，从而能够模拟测试低温高压往复泵对高压容器或气瓶等的充装过程以及低温高压往复泵在加气站或加氢站中的工作过程，同时保证测试介质的安全放散。由于低温高压流量计在技术上尚未完全成熟，且价格昂贵，目前主要采用常温高压气体质量流量计测量高压气化器出口处的常温高压气体质量流量，并将该测量值作为低温高压往复泵的流量。然而，高压气化器自身的容积通常不可忽略，测试过程中其储气压力和储气量的过快变化可导致所测质量流量与低温高压往复泵实际流量之间存在较大差别。为防止高压气化器内储气量变化过快导致低温高压往复泵流量测量结果失真，现有的做法是：在高压气化器下游设置一个容积远大于气化器容积的高压容器。然而，采用容积较大的高压容器大大增加了低温高压往复泵出厂前的测试成本和对测试场地的要求；与此同时，由于高压容器容积固定，难以模拟低温高压往复泵在不同应用工况(背压随时间的变化规律不同)下的工作过程，如低温高压往复泵对不同容积容器或气瓶的充装过程，以及低温高压往复泵在不同加气站或加氢站中的实际工作过程。

4、为克服上述问题，亟需提供一种低温高压往复泵流量和容积效率的测量方法或系统，以实现低温高压往复泵流量和容积效率的准确、低成本和多工况测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低温高压往复泵的流量和容积效率测量方法及系统，能够在无需采用高压容器的前提下实现低温高压往复泵流量和容积效率的准确、低成本和多工况测量。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种低温高压往复泵的流量和容积效率测量方法，包括：

4、将低温高压往复泵排液口以出液方向依次经过高压气化器、气动调压型高压气体背压阀、常温高压气体质量流量计与常温高压放散管路连接；

5、测试前，预先确定低温高压往复泵的预期排液压力；

6、测试时，实时测量高压气化器的压降信息以及低温高压往复泵的排液压力与预期排液压力之间的排液压力偏差；

7、根据高压气化器的压降信息和低温高压往复泵的排液压力偏差，利用程控式压力控制器控制气动调压型高压气体背压阀的驱动气压和背压，对低温高压往复泵的排液压力进行控制；

8、利用设置在高压气化器出口处的常温高压气体质量流量计实现对低温高压往复泵流量的测量；

9、利用设置在低温高压往复泵进液管路中的低温温度传感器和低温压力传感器测量低温高压往复泵的进液温度和进液压力；

10、根据低温高压往复泵的流量、进液温度和进液压力等信息确定低温高压往复泵当前的容积效率。

11、可选地，所述预期排液压力为常数或随时间变化的函数；函数的变化率小于设定的变化率阈值。

12、可选地，所述测试时，实时测量高压气化器的压降信息以及低温高压往复泵的排液压力与预期排液压力之间的排液压力偏差，具体包括：

13、利用分别设置在高压气化器进口和出口处的常温高压压力传感器确定高压气化器的压降信息。

14、可选地，所述根据高压气化器的压降信息和低温高压往复泵的排液压力偏差，利用程控式压力控制器控制气动调压型高压气体背压阀的驱动气压和背压，对低温高压往复泵的排液压力进行控制，具体包括：

15、将压降信息以前馈的形式直接加到程控式压力控制器的输入电信号中；

16、根据低温高压往复泵的排液压力偏差对程控式压力控制器的输入电信号进行负反馈控制，将低温高压往复泵的排液压力控制在预期排液压力的设定范围内。

17、可选地，所述利用设置在高压气化器出口处的常温高压气体质量流量计实现对低温高压往复泵流量的测量，具体包括：

18、确定统计时间间隔；所述统计时间间隔明显小于低温高压往复泵排液压力变化所需时间且明显大于气动调压型高压气体背压阀背压的高频波动周期；

19、将统计时间间隔内常温高压气体质量流量计读数的平均值作为低温高压往复泵的当前流量。

20、可选地，所述根据低温高压往复泵的流量、进液温度和进液压力等信息确定其当前的容积效率，具体包括：

21、根据进液温度和进液压力，基于低温高压往复泵输送的低温液体的状态方程或在进液温度和进液压力下的密度数据确定低温高压往复泵的实际进液密度；

22、根据低温高压往复泵的实际进液密度、流量、往复频率、缸数、单/双作用情况、活塞行程和缸径确定低温高压往复泵当前的容积效率。

23、一种低温高压往复泵的流量和容积效率测量系统，包括：

24、设置模块，用于将低温高压往复泵排液口以出液方向依次经过高压气化器、气动调压型高压气体背压阀、常温高压气体质量流量计与常温高压放散管路连接；

25、预期排液压力确定模块，用于测试前，预先确定低温高压往复泵的预期排液压力；

26、压力信息获取模块，用于测试时，实时测量高压气化器的压降信息以及低温高压往复泵的排液压力与预期排液压力之间的排液压力偏差；

27、控制模块，用于根据高压气化器的压降信息和低温高压往复泵的排液压力偏差，利用程控式压力控制器控制气动调压型高压气体背压阀的驱动气压和背压，对低温高压往复泵的排液压力进行控制；

28、流量测量模块，用于利用设置在高压气化器出口处的常温高压气体质量流量计实现对低温高压往复泵流量的测量；

29、进液温度和进液压力确定模块，用于利用设置在低温高压往复泵进液管路中的低温温度传感器和低温压力传感器测量低温高压往复泵的进液温度和进液压力；

30、容积效率确定模块，用于根据低温高压往复泵的流量、进液温度和进液压力等信息确定低温高压往复泵当前的容积效率。

31、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

32、本发明所提供的一种低温高压往复泵的流量和容积效率测量方法及系统，将低温高压往复泵排液口以出液方向依次经过高压气化器、气动调压型高压气体背压阀、常温高压气体质量流量计与常温高压放散管路连接；采用程控式压力控制器控制气动调压型高压气体背压阀的驱动气压，可有效控制背压阀的背压，即高压气化器的出口压力。在此基础上，通过将常温高压压力传感器测得的高压气化器压降信息前馈给控制系统，同时结合对低温高压往复泵的排液压力偏差的负反馈控制，可在无需高压容器的前提下实现对低温高压往复泵排液压力的自动、准确和灵活控制，从而实现对低温高压往复泵流量和容积效率的准确、低成本和多工况测量。