一种低温流体传输管线漏热测试装置及方法与流程

本发明属于低温流体传输领域，具体涉及一种低温流体传输管线漏热测试装置及方法。

背景技术：

低温流体传输管线在低温流体传输领域用途广泛。结合低温流体的应用环境，对其传输管线的绝热要求极其严格。对低温流体管线进行漏热量的准确测量成为低温流体管线设计和工程应用所需要考虑的问题。

传统情况下，在低温流体传输管线内灌装对应的低温流体，待低温流体静置一段时间恢复稳定后，通过测量低温流体在某一段时间内的气化量，再根据该低温流体的汽化热值推算出低温流体传输管线漏热值。该方法无法保证漏热的精确测量，原因主要有两点：其一，低温流体在低温流体传输管线内的状态不一样，测试的时候低温流体是静态的，而实际使用过程中低温流体是运动的，这就决定漏热测试的准确性有待考证；其二，低温流体传输管线容积一般都非常的小，任何一个外界条件的异常，都会影响漏热测试的结果，测试准确性较差。

技术实现要素：

本发明针对现有的技术问题作出改进，即发明所要解决的技术问题是提供一种低温流体传输管线漏热测试装置及其测试方法，能够准确地测试低温传输管道的漏热量。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案包括一种低温流体传输管线漏热测试装置及方法，具体如下：

一种低温流体传输管线漏热测试装置，包括测试用流体、控制系统以及沿流体传输方向依次循环连接的制冷机、第一加热器、低温传输管线、第二加热器、质量流量计、缓冲罐和循环泵；所述控制系统对所述低温传输管线后端设置的第一压力采集装置、第一温度采集装置以及所述低温传输管线前端设置的第二温度采集装置进行信号采集，并对第一加热器、第二加热器进行加热温度控制。

作为上述低温流体传输管线漏热测试装置的改进，所述流体为氦气。

作为上述低温流体传输管线漏热测试装置的进一步改进，所述缓冲罐还分别连接排空阀门、其上设有钢瓶阀门的氦气钢瓶，所述控制系统对缓冲罐的压力进行信号采集，对所述钢瓶阀门和所述排空阀门进行控制。

一种低温流体传输管线漏热测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，对测试用流体进行低温制冷；

步骤二，对制冷后的低温流体进行加热，使其温度达到低温传输管线测试目标温度值；

步骤三，低温流体流经低温传输管线，实时测量流经低温传输管线两端的低温流体的温度差及低温传输管线附近的低温流体压力；

步骤四，对低温流体加热至常温后进行流量测试后，其后进行缓冲存储；

步骤五，抽取缓冲存储的流体，供步骤一循环使用；

低温传输管线的漏热量由热力学公式q＝cm△t计算，其中：q为漏热值，△t为低温传输管线两端进出口温差，m为一定时间段的流体质量流量m，c为流体比热容，c由所测得的流体压力计算得出。

作为上述低温流体传输管线漏热测试装置的测试方法的改进，该方法还包括对缓冲存储的流体进行压力监控，如压力高于设定高值对流体进行排空降压，如压力低于设定低值补充流体。

上述低温流体传输管线漏热测试装置和方法的原理和技术效果如下：

1)实现了低温流体在低温传输管线内的持续流动；第一加热器控制流入低温传输管线的低温流体的温度，第二加热器和质量流量计相结合测量流出低温传输管线的流体的流量，结合相关压力和温度传感装置，通过热力学公式可准确计算出低温流体传输管线的漏热值。

2)上述装置通过自身的闭式循环结构，即测试用的流体缓冲后，经循环泵再次进入制冷，实现了流体的循环利用，减少了资源的浪费。

3)使用氦气作为低温流体测试各种低温传输管线漏热测量。由于氦气具有临界温度低的特点，极其稳定且很难液化及固化。用氦气作为低温流体进行漏热测试，提供了更为宽泛的温度范围，满足不同低温传输管线目标温度的测试需要，具有测试通用性好的技术效果。

附图说明

图1为本发明的低温流体传输管线漏热测试装置组成图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

为叙述方便和简洁起见，本申请所成的前为流体流动的方向一致，后为流体流动的反向方向。

本实施例中的低温流体传输管线漏热测试装置包括制冷机10、第一加热器21、第二加热器22、被测试的低温传输管线30、质量流量计40、缓冲罐50、循环泵60、控制系统70。沿流体传输方向，制冷机10、第一加热器21、第二加热器22、被测试的低温传输管线30、质量流量计40、缓冲罐50、循环泵60依次连接形成循环结构。

制冷机10将循环泵60中流入氦气进行降温。工程实现上，制冷机10输出的低温氦气温度低于低温传输管线30的目标温度要求。低温氦气经第一加热器21进行加热后从低温传输管线30中流出。由于低温传输管线30流出的氦气温度较低，质量流量计难以满足直接对低温氦气进行流量测量的要求。故在低温传输管线30流出的氦气需进第二加热器22加热至常温后通过流量计量计40进行流量的测量。经流量测量后的氦气流入缓冲罐50供循环泵60循环使用。

低温传输管线30的漏热量的测量是通过热力学公式q＝cm△t计算漏热值q来实现的。实现过程需要测量低温流体经过低温流体传输管线进出口温差△t，以及该时间段的质量流量m，以及低温流体即氦气的比热容c。氦气比热容c可通过测量其压力计算获得，属于本领域公知常识。本实施例中，在第一加热器21后端设有第一氦气压力采集装置进行氦气压力测量。低温传输管线30入口处设有进口温度采集装置，出口处设有出口温度采集装置。考虑到低温流体流经低温传输管线30会产生压力变化，为了更为准确的进行氦气比热容的计算。作为本实施例的一种改进，在低温传输管线30另设有第二压力采集装置进行压力测量。氦气比热容c由上述两压力采集值的平均值计算。相关气体压力测量、温度测量的具体实施方式，对于本领域普通技术人员来说，无需通过创造性劳动即可实现，这里不再详述。

控制系统70对低温传输管线30两端的气体压力和温度信息进行采集、对质量流量计40的流量进行信号采集。同时，对第一加热器21和第二加热器22进行温度控制。第一加热器21的出口氦气温度的控制值为低温传输管线30的测试目标温度。第二加热器22的氦气出口温度应控制在质量流量计40能准确测量氦气流量的工作温度范围内，如常温。

由于缓冲罐50内氦气压力未必正好满足实验条件从。本实施例中，缓冲罐50还连接有氦气钢瓶80。当缓冲罐50中压力过低，开启连接在缓冲罐50和氦气钢瓶80之间的钢瓶阀门，对缓冲罐50进行补气。当缓冲罐50中压力过高，打开缓冲罐50所连接的排空阀门进行放气。控制系统70对缓冲罐50的压力进行信号采集，对连接缓冲罐50的上述两个阀门进行开关控制。

本实施例中，使用氦气作为低温流体测试各种低温流体传输管线漏热测量。这是由于，相比于其他流体，氦气临界温度低的特点，极其稳定且很难液化及固化。比如，氧气在标准状态下，在温度为-183℃时变为淡蓝色液体；氮气在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体；而氦气的临界温度为-268℃。由于氦气临界温度远离低温管道测试的目标温度，低温流体难以存在气液两相的现象，测试准确度高。用氦气作为低温流体进行漏热测试，也提供了更为宽泛的温度范围，满足不同低温传输管道的目标温度测试需要。如需针对不同低温传输管道进行测试，只需对低温传输管道进行更换即可。

本实施例中，氦气由于通过连接缓冲罐50的循环泵60进行了循环利用，避免了从低温传输管线30流出后直接排空的浪费。

基于上述实施例中所述的低温流体传输管线漏热测试装置的测试方法如下：

低温流体制冷剂10制冷，经加热达到低温传输管线30所需要的目标温度，低温流体流经低温传输管线30后进行流量测量，其后流入缓冲罐，循环泵将缓冲罐的低温流体循环如制冷机。实时测量低温传输管线端的低温流体压力、温度以及流体流量，根据热力学公式q＝cm△t，计算低温传输管线的漏热量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。