一种低温输液管路性能测试系统的制作方法

本发明涉及管路性能测试系统，尤其涉及一种低温输液管路性能测试系统。

背景技术：

在当今的工程应用领域，很多领域都涉及到低温液体的应用，低温液体包括：液氦、液氢、液氧、液氮等。其被广泛的应用在生产和科研中，通常，为了输送低温液化气体，常采用低温储罐和低温输液管路进行低温液体的输送，当连接在两设备密封环境下时，采用管道输送更为合理，低温输液管路设计原则就是在尽可能小的冷量损失、压力损失的条件下，将低温工质输送到各个设备中。

在低温工质的输送过程中，对于低温管路，会采用各种的绝热方式，主要包括：普通堆积绝热，真空粉末和纤维绝热，高真空绝热，真空多层绝热等；其中真空多层绝热是最高效的绝热方式，主要采用许多具有高反射能力的辐射屏与具有低热导率的间隔物的交替层所构成，真空夹层抽真空需低于pa的负压状态，真空多层绝热广泛的应用在低温技术领域，针对于更低温区，更小的冷损的需求具有十分重要的实际使用价值。

目前，针对真空多层绝热的低温输液管路的性能测试是衡量低温输液管路的一种性能方式，现有的性能测试系统中在测试低温输液管路的漏热量的时候，并没有考虑输液管路端部的热损量，因此使得最终测得数据精度存在比较大的误差。而且，针对多层绝热低温输液管路无法实现对多种绝热材料的性能测试。

技术实现要素：

为此，本发明旨在至少解决上述真空多层绝热低温输液管路存在的问题之一，提出一种能高精度的低温输液管路性能测试系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种低温输液管路性能测试系统，包括：

用于存储低温介质的第一补偿管、第二补偿管及测试管，所述测试管一端与所述第一补偿管一端相连，所述测试管另一端与所述第二补偿管一端相连接，测试管的两端、第一补偿管的另一端及第二补偿管的另一端分别设置一个隔板；

所述第一补偿管、第二补偿管及测试管外部分别设置一个外套管，所述外套管与所述第一补偿管、第二补偿管及测试管之间填充多层绝热材料；

所述第一补偿管中设有测试加注管、补偿加注管及补偿排气管，所述补偿加注管及补偿排气管穿出所述第一步补偿管端部的隔板，补偿加注管穿出的一端通过第一开关阀与一低温介质存储源相连通，补偿排气管穿出的一端通过第三开关阀与大气连通；所述测试加注管的一端穿出所述第一步补偿管端部的隔板并通过第二开关阀与所述低温介质存储源相连通，另一端穿过测试管一端的隔板与所述测试管相连通；

所述第二补偿管中也设有补偿加注管及补偿排气管，补偿加注管及补偿排气管穿出第二步补偿管端部的隔板，补偿加注管穿出的一端通过第五开关阀与所述低温介质存储源相连通，补偿排气管穿出的一端通过第四开关阀与大气连通；

所述第二补偿管中还设有测试排气管，所述测试排气管一端穿出第二补偿管的隔板并与一个复温换热器、压力计、温度计及流量计相连接，所述测试排气管的另一端穿过测试管另一端的隔板与所述测试管相连通；流量计用于测试低温介质的漏液流量，温度计用于测试流量计入口低温介质温度，压力计用于测试流量计入口低温介质压力，复温换热器用于对测试排气管排出的低温气体进行复温；

所述测试排气管第二补偿管隔板的一端通过第六开关阀与大气连通，并通过第七开关阀与所述复温换热器相连接，所述流量计排出低温气体的一侧通过第十开关阀与大气连通；

所述低温输液管路性能测试系统还包括一个主控器分别与所述压力计、温度计、流量计、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀、第十开关阀电连接，主控器控制第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀及第十开关阀的打开或关闭，并控制所述压力计、温度计及流量计并接收压力计、温度计及流量计反馈的信号，根据反馈的信号计算低温介质的蒸发率及漏热量。

进一步优选地，所述第二补偿管的外套管上还设有温度接口，所述测试管对应的多层绝热材料的外表面上贴有温度传感器，所述温度传感器的引线通过温度接口引出并与所述主控器相连接。

进一步优选地，所述温度接口一端连通所述第二补偿管的外套管内侧，温度接口另一端形成一个安装底座，并且在安装底座上由内向外依次设置有第一盖板、第二盖板及第三盖板，所述安装底座与第一盖板之间、第一盖板与第二盖板之间及第二盖板与第三盖板之间分别均采用氟胶圈进行密封，所述温度传感器的引线从所述氟胶圈中穿孔引出与所述主控器相连接。

进一步优选地，所述测试管与其对应外套管之间设有多个支撑，所述支撑外表面上也设有温度传感器，温度传感器的引线从所述氟胶圈中穿孔引出并与所述主控器相连接。

进一步优选地，所述测试管外部对应的外套管可拆卸地套接在所述测试管上。

进一步优选地，所述测试管外部对应的外套管的内径分别大于所述第一补偿管对应的外套管及第二补偿管对应的外套管的内径，所述测试管对应的外套管端部设有两个公法兰，所述第一补偿管对应的外套管及第二补偿管对应的外 套管上分别设有母法兰，公法兰与母法兰采用螺栓固定连接，公法兰与母法兰之间设有密封圈。

进一步优选地，所述测试管对应的多层绝热材料可更换的设置在所述测试管与所述测试管对应的外套管之间。

进一步优选地，所述复温换热器的出口管路还通过串接的第八开关阀及第九开关阀与大气连通。

进一步优选地，所述测试排气管的另一端穿过设置在测试管排气口侧隔板的顶端与所述测试管相连通。

进一步优选地，所述支撑为三角形支撑或星形支撑，所述测试管与对应的外套管之间还设有套接在测试管外周的液氮辐射屏，所述液氮辐射屏通过液氮预冷管道进行冷却。

本发明实施例的低温输液管路性能测试系统，在测试管路两端加装第一补偿管及第二补偿管的方案，采用两端的补偿段管路进行漏热补偿，保证测试管路的测试性能，有效提高了对低温输液管路性能测试的测试精度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易清楚地被理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明一种实施例的低温输液管路性能测试系统的结构组成示意图；

图2是本发明测试管路的一种实施例的截面示意图；

图3是本发明测试管路的另一种实施例的截面示意图；

图4是本发明与测试管对应的外套管一端的法兰结构示意图；

图5是本发明与测试管对应的外套管另一端的法兰结构示意图；

图6是本发明低温输液管路性能测试系统中温度接口的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-测试管；2-第一补偿管；3-第二补偿管；4-测试管的外套管；5-法兰ⅰ；6-法兰ⅱ；7-测试加注管；8-测试排气管；9-补偿加注管； 10-补偿排气管；11-进气口隔板；12-排气口隔板；13-支撑；14-温度接口；15-复温换热器；16-压力计；17-温度计；18-流量计；001-第一开关阀；002-第二开关阀；003-第三开关阀；004-第四开关阀；005-第五开关阀；006-第六开关阀；007-第七开关阀；008-第八开关阀；009-第九开关阀；010-第十开关阀；19-多层绝热材料；22-液氮辐射屏；23-液氮预冷管；26-第一公法兰；27-第一母法兰；30-橡胶圈；29-第二公法兰；28-第二母法兰；34-安装底座；33-第一盖板；32-第二盖板；31-第三盖板；35、36、37-氟胶圈。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的实施例提供一种低温输液管路性能测试系统，包括：

用于存储低温介质的第一补偿管2、第二补偿管3及测试管2，所述测试管2一端与所述第一补偿管2一端相连，所述测试管2另一端与所述第二补偿管3一端相连接，测试管2的两端、第一补偿管2的另一端及第二补偿管3的另一端分别设置一个隔板(11、12)；

所述第一补偿管2、第二补偿管3及测试管1外部分别设置一个外套管4，所述外套管4与所述第一补偿管2、第二补偿管3及测试管1之间填充多层绝热材料19；

所述第一补偿管2中设有测试加注管7、补偿加注管9及补偿排气管10，所述补偿加注管9及补偿排气管10穿出所述第一步补偿管端部的隔板，补偿加注管9穿出的一端通过第一开关阀001与一低温介质存储源相连通，补偿排气管10穿出的一端通过第三开关阀003与大气连通；所述测试加注管7的一端穿出所述第一步补偿管2端部的隔板并通过第二开关阀002与所述低温介质存储源相连通，另一端穿过测试管一端的进气口隔板11与所述测试管1相连通；

所述第二补偿管3中也设有补偿加注管9及补偿排气管10，补偿加注管9及补偿排气管10穿出第二步补偿管3端部的隔板，补偿加注管9穿出的一端通过第五开关阀005与所述低温介质存储源相连通，补偿排气管10穿出的一端通过第四开关阀004与大气连通；

所述第二补偿管3中还设有测试排气管8，所述测试排气管8一端穿出第二补偿管3的隔板并与一个复温换热器15、压力计16、温度计17及流量计18相连接，所述测试排气管8的另一端穿过测试管另一端的排气口隔板12与所述测试管1相连通；流量计用于测试低温介质的漏液流量，温度计用于测试流量计入口低温介质温度，压力计用于测试流量计入口低温介质压力，复温换热器用于对测试排气管排除的低温气体进行复温；

所述测试排气管8穿过第二补偿管隔板的一端通过第六开关阀006与大气连通，并通过第七开关阀007与所述复温换热器15相连接，所述流量计18排出低温气体的一侧通过第十开关阀010与大气连通；

所述低温输液管路系能测试系统还包括一个主控器分别与所述压力计16、温度计17、流量计18、第一开关阀001、第二开关阀002、第三开关阀003、第四开关阀004、第五开关阀005、第六开关阀006、第七开关阀007、第十开关阀010电连接，主控器控制第一开关阀001、第二开关阀002、第三开关阀003、第四开关阀004、第五开关阀005、第六开关阀006、第七开关阀007及第十开关阀010的打开或关闭，并控制所述压力计16、温度计17及流量计18工作并接收压力计16、温度计17及流量计18反馈的信号，根据反馈的信号计算低温介质的蒸发率及漏热量。

本发明的技术方案采用真空多层绝热方式保冷，在测试管1、第一补偿管2、第三补偿管3的外表面包扎多层绝热材料，如玻璃纤维纸和铝箔复合而成,，在内管道和外管道之间抽真空低于pa。同时测试管段排气体采用复温换热器15进行复温，而后经过压力计16和温度计17的测量，蒸发的气体通过流量计18进行测试，根据力学气体状态方程从而得到测试管1的漏热量。由于两端采用补 偿管，测试管1内的气体蒸发可以不考虑两端漏热的影响。

进一步地，所述第二补偿管3的外套管上还设有温度接口14，所述测试管1对应的多层绝热材料19的外表面上贴有温度传感器，所述温度传感器的引线通过温度接口14引出并与所述主控器相连接。

结合图6所示，具体为，所述温度接口14一端连通所述第二补偿管3的外套管内侧，温度接口14另一端形成一个安装底座34，并且在安装底座34上由内向外依次设置有第一盖板33、第二盖板32及第三盖板31，所述安装底座34与第一盖板33之间、第一盖板33与第二盖板32之间及第二盖板32与第三盖板31之间分别均采用氟胶圈(35、36、36)进行密封，所述温度传感器的引线从所述氟胶圈中穿孔引出与所述主控器相连接。通过所述温度传感器可以测得多层绝缘材料19外表面的温度，测试漏热量和多层绝热材料外表面温度的差异即可表明了绝热层材料的性能优劣。当测得漏热量大，绝热层外表面温度低，则绝热材料性能较差，反之亦然。

更进一步地，所述测试管1与其对应外套管4之间可设有多个支撑13，所述支撑13外表面上也设有温度传感器，温度传感器的引线从所述氟胶圈中穿孔引出并与所述主控器相连接。

当然，所述第一补偿管2及第二补偿管3与其相对应的外套管之间也可设置多个支撑，这些支撑表面可以不用设置温度传感器。

本发明所述的方案，根据流量计18测试管道漏热量，从而得出真空绝热性能的优劣，优选地，采用一种可拆卸的法兰结构，可以将与测试管1对应的外套管4进行简便的拆卸，进行替换绝热材料。

结合图4及图5所示，一种可拆卸的法兰的结构，主要外套管4两端焊接两个公法兰26、29，连接管道处，即第一补偿管2及第二补偿管3对应的一端处，焊接两个母法兰27、28，采用橡胶圈30进行密封，当用螺栓进行拧紧时，外套管4中间可采用波纹管进行应力补偿。

当进行拆卸法兰替换包扎在测试管1表面的多层绝热材料19时，将整个外 套管4向另一侧轴向移动，直至露出测试管1外表面上的所有绝热材料。当包扎材料替换完成时，将整个拆卸管路往回移动，最后采用螺栓拧紧。

进一步地优选地，所述排气口隔板12，采用在竖直方向最上端开孔的方式，将排气孔的孔口设置在竖直的最上端，所述测试排气管8通过该排气孔与所述测试管内部连通，这种方式能够保证气体在最上端全部排出，防止气体在顶部聚集形成高压将液体被压出，提高了实验的安全性和准确性。

上述实施例所述的低温输液管路性能测试系统这要检测及计算的数据包括：

(1)测试蒸发率：深冷储运设备在额定充满率下，静置达到热平衡后，24h内自然蒸发损失的深冷液体质量与内容器有效容积下深冷液体质量的百分比，单位为百分比每天(％/d)；利用公式转换为静态蒸发率；

实验原理：利用体积流量计或质量流量计测量单位时间内深冷液体的自然蒸发量，或利用称重法测量单位时间内的深冷液体的损失量。

(2)测试漏热量：真空绝热设备充分冷却，达到热平衡后，单位时间内从周围环境传递到真空绝热深冷设备存储介质的热量，单位为瓦(w)。

(3)测试温度：将温度传感器均匀贴在绝热层外表面和支撑外表面，而后将引线通过温度接口14引出测试温度，单位为(k)；所述温度传感器优选采用铜-康铜热电偶温度传感器。

实施步骤如下：

s100，往第一补偿管2、第二补偿管3及测试管1内加入满容量低温介质(如液氮)；打开第三排气阀3、第四排气阀4、及第六开关阀6，关闭第一开关阀1、第二开关阀2、第五开关阀5及第七开关阀7，对所述第一补偿管2、第二补偿管3及测试管1进行预冷2小时；

s200，待预冷完毕后，往测试管1内加注满容量的液氮，第一补偿管1及第二补偿管2内同时也注入低温介质达到额定充满率，保证补偿管内有液氮进行漏热补偿；

s300，根据gb/t18443.5《真空绝热深冷设备性能实验方法第5部分：静态蒸发率测量及第6部分：漏热量测量》的测试要求，充液结束后静置48h，静置期间应打开出气口管路的第三开关阀3、第四开关阀4及第六开关阀6，并关闭第一开关阀1、第二开关阀2、第五开关阀5及第七开关阀7。

s400，静置48h以后，关闭第六开关阀6，打开流量计18并打开第七开关阀7和第十开关阀10；

s500，蒸发气体的流量稳定后，且不大于1h的时间间隔采集、记录流量计18示数、环境温度和压力、多层绝热材料19外表面温度、支撑13外表面温度、流量计18入口温度计17和压力计16的示数，且记录数据的时间应为24h；

s600，计算测试管静态蒸发率，并应与此前24h的静态蒸发率对比。当静态蒸发率的变化范围小于5％时，则记录的数据有效；当静态蒸发率的变化范围大于5％时，允许重新记录数据一次，重新记录时间应不小于24h，且该数据为最终记录数据；

s700，将法兰拆卸，拖动外套管4往一侧轴向移动，将多层绝热材料19完全暴露出来，对绝热材料进行替换测试。

本实施例中，测试蒸发率和测试漏热量数据处理如下：

(1)采用湿式气体流量计测量时，测试蒸发率α0按式1-1计算：

上式中：

α0—测试蒸发率，单位为百分比每天(％/d)；

qv—蒸发气体体积流量日平均值，单位为立方米每天(m³/d)；

ψ—流量计的校正系数，标定时的给定值；

ρg—标准大气压(101.32kpa)、273.15k下气体的密度，单位为千克每立方米(kg/m³)；

ρ1—标准大气压(101.32kpa)、273.15k下饱和液体的密度，单位为千克每立方米(kg/m³)；

v—测试件的有效容积，单位为立方米(m³)；

t—流量计入口日平均温度，单位为开尔文(k)；(即每小时采集的温度值除以中的采集次数)

p—流量计入口日平均压力，单位为兆帕(mpa)；

(2)采用湿式气体流量计测量时，测试漏热量q0按式2-1计算：

上式中：

q0—测试漏热量，单位为瓦(w)；

gv—蒸发气体体积流量日平均值，单位为立方米每秒(m³/s)；

ψ—流量计的校正系数，标定时的给定值；

ρg—标准大气压(101.32kpa)、273.15k下气体的密度，单位为千克每立方米(kg/m³)；

ρv—实验环境压力日平均值下实验介质的饱和蒸气密度，单位为千克每立方米(kg/m³)；

ρl—实验环境压力日平均值下实验介质的饱和液体密度，单位为千克每立方米(kg/m³)；

t—流量计入口日平均温度，单位为开尔文(k)；

p—流量计入口日平均压力，单位为兆帕(mpa)；

hfg—标准大气压(101.32kpa)、273.15k下饱和液体的汽化潜热，单位为千焦耳每千克(kj/kg)。

因此，利用发明所述的低温输液管路性能测试系统可以实现一下几种实施 例的性能测试。

实施例1

如图2所示，是本发明应用于测试温区为(20k-300k)低温介质的测试管道的截面示意图；包括多层绝热材料19，将图1中支撑13做成如图所示的三角形支撑，外套管4，内外管道中间抽真空，包扎绝热材料进行保冷；当测试低温介质温度大于20k时，如液氮、液氧，可采用三角形支撑和单根输液管进行输送；在进行测试时，可将测试管1、第一补偿管2及第二补偿管3做成如图2所示结构，测试系统如图1所示，测试过程、步骤参照步骤s100-s700。

实施例2

结合图3所示，是本发明应用于测试温区为(4.5k-20k)的测试管道的截面示意图；主要包括：液氮辐射屏22，液氮预冷管道23，本实施例中将图1中支撑13做成如图所述的星形支撑结构，测试管1，同时采用真空多层绝热材料进行包扎，外管道和内管之间抽真空。当测试低温介质温度极低时，达到4.5k-20k，如液氢、液氦等；为了能达到测试要求，即保证连续测试24小时的要求，进一步减少4.5k到300k直接辐射换热量，需增加中间的液氮辐射屏22，保证辐射屏表面温度在77k，在测试管道24与液氮辐射屏22外表面同样包扎多层绝热材料19，且测试管道尽可能选择直径较大的管道。可将测试管1、第一补偿管2及第二补偿管3做成如图3所示的结构。采用上述结构，包含液氮辐射屏能使得低温介质(如4.5k温区)和外界的辐射之间存在77k的辐射屏保护；且支撑结构2传导路径很长，起到了减少漏热的作用。其他测试系统如图1所示，测试过程、步骤参照步骤s100-s700。

实施例3

真空多层绝热主要采用的是在管道之间抽真空，以及包扎绝热材料结构。内外管中间的真空度、绝热材料的性能直接影响到低温输液管的保冷性能。为了测试不同种类、不同包扎工艺等因素对绝热材料性能的影响，采用可拆卸法兰对上述因素进行测试。如图4及图5表示了采用可拆卸的法兰和外套管结构， 可简便的对绝热材料进行替换测试，测试系统采用图1所示。同时，采用分布温度传感器对多层绝热材料外19表面进行温度测试，测试漏热量和绝热层外表面温度的差异表明了多层绝热材料的性能优劣。当测得漏热量大，绝热层外表面温度低，则绝热材料性能较差，反之亦然。其他测试系统如图1所示，测试过程、步骤参照步骤s100-s700。

当完成上述实验，需要更换绝热材料19时，将法兰拆开，拖动拆卸套管4向左端进行轴向移动，露出包扎绝热材料进行更换测试。

实施例4

结合实施例3，本发明的技术方案可以用于不同支撑结构的漏热性能测试。当测试管1上不布置支撑时，仅在补偿管2、3布置支撑结构，能够测得测试管1绝热材料的漏热量；然后，在测试管道1依次布置1—3个支撑，再进行上述的测试过程和步骤；可得到测试管布置支撑时，通过支撑和绝热材料总的漏热量，结合实施例3测试得到的绝热材料的漏热量，两漏热量的差值即为通过支撑的漏热量，同时支撑13表面的温度也可验证支撑的漏热性能。通过支撑13的漏热量大，同一水平支撑13表面的温度更低，则支撑的性能越差。

至此，给出了本发明漏热性能测试系统和真空多层绝热测试的具体实施方案。

与现有的低温输液管路性能测试平台相比，本发明的技术方案中，采用两端的补偿段管路进行漏热补偿，保证测试管路的测试性能。由于补偿段一直处于液化状态，可知测试管路蒸发气体的漏热量即为实际真空多层绝热的漏热量，排除了测试管两端漏热的影响。本发明还采用了一种可拆卸的法兰结构，可以对多层绝热材料进行替换测试，这对于工程实际应用具有实际的测量价值，为理论分析研究提供实验基础。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由 此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。