CN110186952A - 一种低温容器绝热性能检测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温容器绝热性能检测***及方法,该***包括液位传感器、压力传感器、温度传感器以及数据采集模块;所述液位传感器、压力传感器设置于所述低温容器的内层壳体内;所述温度传感器设置于所述低温容器的外层壳体表面;所述数据采集模块与液位传感器、压力传感器、温度传感器连接,用于接收所述液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据,并将其上传至服务器以供控制终端下载查看。本发明实现了低温容器如车载低温容器绝热性能的在线监测,无需拆卸,检测速度快,精度高,大幅度降低了低温容器定检的成本及监管难度。
Description
技术领域
本发明涉及低温容器技术领域,尤其涉及一种低温容器绝热性能检测***及方法。
背景技术
低温容器是用来盛装低温液体的容器,包括液化天然气(Liquefied NaturalGas,LNG)、液氢、液氮、液氧等容器,其绝热类型包括真空粉末绝热、高真空多层绝热等方式。在容器的使用过程中,由于其真空夹层、内外层支撑及管道等存在导热,从环境中漏入低温容器的热量会使容器内部低温液体汽化并形成高压,当压力达到一定值时,低温容器安全阀将会打开并排放,确保安全。低温容器的绝热性能作为表征容器性能的主要参数,对于液化天然气低温容器,其在使用的过程中,由于夹层真空度变差等问题,会导致外界环境向内部低温液体漏热速度提高,当传热速度达到一定的值后(在国家标准GB/T 18443.3静态蒸发率测量中,用静态蒸发率表征其漏热速率),低温容器的使用经济性急剧下降,需要返厂修理或者作报废处理。
发明内容
本发明的目的在于通过一种低温容器绝热性能检测***及方法,来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种低温容器绝热性能检测***,该***包括液位传感器、压力传感器、温度传感器以及数据采集模块;所述液位传感器、压力传感器设置于所述低温容器的内层壳体内;所述温度传感器设置于所述低温容器的外层壳体表面;所述数据采集模块与液位传感器、压力传感器、温度传感器连接,用于接收所述液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据,并将其上传至服务器以供控制终端下载查看。
特别地,所述液位传感器、压力传感器、温度传感器通过线缆及防水接头连接至数据采集模块。
特别地,所述数据采集模块上设置有显示屏。
特别地,所述数据采集模块上设置有计时单元。
特别地,所述数据采集模块与车载蓄电池连接,通过车载蓄电池供电。
特别地,所述数据采集模块上设置有无线通讯模块。
特别地,所述无线通讯模块通过数据传输天线将液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据上传至服务器;所述控制终端与服务器通讯连接,用于从服务器下载数据,以及上传所述低温容器相关数据至服务器,计算所述低温容器绝热性能是否符合标准。
基于上述低温容器绝热性能检测***,本发明还公开了一种低温容器绝热性能检测方法,该方法包括如下步骤:
S101、通过控制终端输入低温容器参数和低温容器中低温液体组分参数,并将输入的数据上传至服务器,其中,所述低温容器参数和低温容器中低温液体组分参数包括但不限于:低温容器公称容积Vm、绝热方式、低温液体组分CL1、CL2、···CLn、低温容器内部初始液位H0、初始气瓶表面温度Tsur-0、初始环境温度Tatm-0、低温容器内部初始压力P0;
S102、温容器绝热性能检测前准备:S1021、确定升压值临界阈值:通过服务器计算最大静态蒸发率下密闭容器测试时间段内理论最大升压值,此值即为升压值临界阈值;S1022、选取检测时间:确定停车定检的时间;确定压力传感器的最大允许误差;
S103、服务器根据停车定检时间内液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据计算理论静态升压值ΔPtheo和实际测量静态升压值ΔP;
S104、将所述理论静态升压值ΔPtheo和实际测量静态升压值ΔP进行比较,根据比较结果判断所述低温容器绝热性能是否符合标准。
特别地,所述步骤S102中停车定检的时间不大于8小时;所述压力传感器的最大允许误差为0.005MPa。
特别地,所述步骤S104具体包括:一、若ΔP≤0.8ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能良好;二、若0.8ΔPtheo≤ΔP≤ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能一般或接近标准允许最大值,建议返修;三、若ΔP>ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能很差,建议返修或者报废。
本发明提出的低温容器绝热性能检测***在低温容器的绝热性能需要定检时:通过设置在低温容器内层壳体的液位传感器采集液位信号、压力传感器采集压力信号以及设置在低温容器外层壳体的温度传感器采集温度信号,通过数据采集模块将信号传输至控制终端,控制终端判断低温容器绝热性能是否符合标准。本发明实现了低温容器如车载低温容器绝热性能的在线监测,无需拆卸,检测速度快,精度高,大幅度降低了低温容器定检的成本及监管难度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的低温容器绝热性能检测***结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是,当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1所示,图1为本发明实施例提供的低温容器绝热性能检测***结构示意图。
本实施例中低温容器绝热性能检测***具体包括液位传感器4、压力传感器6、温度传感器5以及数据采集模块8。所述液位传感器4、压力传感器6设置于所述低温容器的内层壳体1内;所述温度传感器5设置于所述低温容器的外层壳体2表面;所述数据采集模块8与液位传感器4、压力传感器6、温度传感器5连接,用于接收所述液位传感器4、压力传感器6、温度传感器5采集的数据,并将其上传至服务器以供控制终端3下载查看。在本实施例中所述控制终端3可采用但不限于PC机。
在本实施例中所述低温容器由外层壳体2、内层壳体1及其中间的真空夹层共同构成。所述液位传感器4和压力传感器6至少设置有一个,用于测量低温容器内部装载低温液体的液位高度和内部压力。
在本实施例中所述外层壳体2轴向一方中心设有出液口管路***,所述液位传感器4和压力传感器6信号传输线缆由出液口管路***处引出。
在本实施例中所述温度传感器5包括但不限于表面温度传感器5和环境温度传感器5,均设置在外层壳体2表面。应当理解,温度传感器5一般只需要布置1个,但根据实际计算精度要求,可以调节布置多个,通过测得温度值的平均数表征气瓶表面温度。
在本实施例中所述数据采集模块8满足LNG使用环境要求,防爆等级应采用本质安全型,防水防尘等级应不低于IP65。所述数据采集模块8的侧边设置有防水接头7,所述液位传感器4、压力传感器6、温度传感器5通过线缆及防水接头7连接至数据采集模块8。
在本实施例中所述数据采集模块8上设置有显示屏。所述数据采集模块8上还设置有计时单元。所述数据采集模块8与车载蓄电池10连接,通过车载蓄电池10供电。
在本实施例中所述数据采集模块8上设置有无线通讯模块,无线传输的方式可采用但不限于GPRS、Wi-Fi等。所述无线通讯模块通过数据传输天线9将液位传感器4、压力传感器6、温度传感器5采集的数据上传至服务器;所述控制终端3与服务器通讯连接,用于从服务器下载及查看液位、压力、温度等数据,以及上传所述低温容器相关数据至服务器,计算所述低温容器绝热性能是否符合标准。其中,所述数据传输天线9通过线缆及防水接头7连接至数据采集模块8。
基于上述低温容器绝热性能检测***,本实施例还公开了一种低温容器绝热性能检测方法,该方法具体包括如下步骤:
S101、通过控制终端输入低温容器参数和低温容器中低温液体组分参数,并将输入的数据上传至服务器,其中,所述低温容器参数和低温容器中低温液体组分参数包括但不限于:包括低温容器公称容积(Vm:L)、绝热方式(高真空多层、真空粉末等)、低温液体组分(CL1:ε1,CL2:ε2,···,CLn:εn.其中ε1+ε2+···+εn=1.)、低温容器内部初始液位(H0:%)、初始气瓶表面温度(Tsur-0:K)、初始环境温度(Tatm-0:K)、低温容器内部初始压力(P0:MPa)。
然后,采用控制终端如PC机对低温容器绝热性能检测方法进行适用性评价:一、初始液位应满足条件:50%≤H0≤90%;二、初始压力应满足条件:0.15MPa≤P0≤1.2MPa;如果初始状态均满足一和二中的关系式,则该低温容器能够使用本实施例提出的低温容器绝热性能检测方法进行检测。
S102、温容器绝热性能检测前准备:
S1021、确定升压值临界阈值:通过服务器计算最大静态蒸发率下密闭容器测试时间段内理论最大升压值,此值即为升压值临界阈值。
具体的,根据《GB/T 18443.5静态蒸发率》,给出了在一定绝热方式下,不同公称容积液化天然气低温容器最大允许静态蒸发率α0,通过内置于服务器中的计算方法Ⅰ和计算方法Ⅱ计算最大静态蒸发率下密闭容器测试时间段内理论最大升压值,此值即为升压值临界阈值。
S1022、选取检测时间:确定停车定检的时间;确定压力传感器的最大允许误差。在本实施例中考虑到液化天然气车使用经济性,其可用于停车定检的时间不宜超过8小时,以免影响使用经济性;同时,考虑压力传感器的精度,所用压力传感器精度高,最大允许误差范围0.005MPa。
S103、服务器根据停车定检时间内液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据计算理论静态升压值ΔPtheo和实际测量静态升压值ΔP。
S104、将所述理论静态升压值ΔPtheo和实际测量静态升压值ΔP进行比较,根据比较结果判断所述低温容器绝热性能是否符合标准。具体包括:一、若ΔP≤0.8ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能良好;二、若0.8ΔPtheo≤ΔP≤ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能一般或接近标准允许最大值,建议返修;三、若ΔP>ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能很差,建议返修或者报废。
针对步骤S102及步骤S103的具体过程展开说明如下:
一、通过设置在云服务器内的计算方法Ⅰ,可以计算出低温容器内低温液体的物性参数,计算方法如下:首先确认组分及质量分数,CL1:ε1,CL2:ε2,···,CLn:εn.M1,M2,M3,...,Mn,ε1+ε2+···+εn=1.CLi表示组分名称,Mi表示各组分摩尔质量,εi表示各组分质量分数。此数值可以通过LNG(接收站)所接收的LNG的产地确认(不同LNG产地其工艺不同,导致LNG成分有区别,其甲烷占比可从80%到99%不等),也可以通过组分分析仪分析计算组分。
摩尔组:
混合液体的临界参数:式中:xi表示LNG中某组分(甲烷、乙烷、丙烷等有机成分)的摩尔分数;Mi表示LNG中某组分摩尔质量;εi表示LNG中某组分质量分数;Tci表示LNG中某组分的临界温度;Tcm表示LNG混合液体的临界温度;Pci表示LNG中某组分的临界压力;Pcm表示LNG混合液体的假临界压力;R表示热力学常数;Zci表示LNG中某组分的压缩因子;Vci表示LNG中某组分的比体积;ωi表示LNG中某组分的偏心因子;ωcm表示LNG混合液体的偏心因子。
二、通过设置在云服务器内的计算方法Ⅱ,可以计算出低温容器在满足国标要求的最大日蒸发率值下,每8个小时的容器最大升压值,计算方法Ⅱ如下:利用临界参数,采用CSD方程计算气、液比焓,hg=fg(εi,T),hl=fl(εi,T),根据国标额定最大αm下,Q=αm·ρ·V·hl,通过低温容器绝热性能检测***中传感器采集并上传的环境参数,计算理论最大升压值ΔPtheo。
应理解,静态升压值为一定的测量时间内密闭容器压力升高值,也可以定义其他的时间间隔,但是为了保证后续测量过程的精确度,最低时间间隔不应低于2小时。
通过低温容器绝热性能检测***中的数据采集模块可以将压力传感器、温度传感器和液位传感器采集到的信号转化为RS485信号,并由无线通讯模块传输至服务器。测试开始时,记录初始压力P1、液位H1、温度T1和时间t1,测试结束时记录压力P2、液位H2、温度T2和时间t2,测试时间间隔为t2-t1,测试时间内压力变化为ΔP=P2-P1。
被测试容器的理论静态升压值是当前容器测试时间内的理论压力升高值,其计算方法如下:通过传感器采集的参数包括压力、液位和表面温度,之间的关系以隐函数表达如下:f(α0,ΔP,Tsur,H)=0;将LNG的组分比例带入参考,则表达如下:f(α0,ΔP,Tsur,H,ε)=0。引入过余温度,θ1=293.15-Ts-a,式中Ts-a为标准大气压下对应的饱和液体温度,θ2=Tsur-Tsat,试验时间段内平均表面温度测量过程平均压力为由此测量时间段内平均压力对应的平均饱和温度计算蒸发率在测量蒸发率的基础上的修正值为上式中θ1、θ2为引入的过余温度;Ts-a为标准大气压下对应的饱和液体温度;
Tsur为测量时间段内平均表面温度;Tsat为测量时间段内平均压力对应的平均饱和温度;为测量过程平均压力;α'0为修正的计算静态蒸发率。
在测量时间间隔为t2-t1下,根据修正的计算日蒸发率值,计算得到测量时间段内理论最大漏热值实际漏热量计算为Q=ΔV·ρ·h+Δ(PV),令Q2-1=Q,考虑在实际测量时间段内,蒸发量占有效容积的比例非常小,液位变化不明显,存在P·ΔV+ΔP(V2-V1)<<ΔP·V,故有式中,Vi=f(Hi),指根据不同低温容器的结构,给出的液位高度跟含液量的函数关系。从而计算出测试时间段内,容器内理论最大升压值ΔPtheo;上式中Q2~1为测量时间段内理论最大漏热值;Q为实际漏热量;h为LNG的比焓;ρ为LNG的密度;V为容器内含液(LNG)量;ΔV为测量时间段内含液(LNG)量体积变化量,是测量结束时含液量V2与测量开始时含液量V1的差值;H为液位高度。
三、气瓶绝热性能的判定:在对低温容器绝热性能进行判定时,参考根据实际测量环境参数计算出的理论静态升压值对比实际测量静态升压值,即比较ΔP和ΔPtheo的值的关系,即可判定低温容器的绝热性能。
本发明的技术方案在低温容器的绝热性能需要定检时:通过设置在低温容器内层壳体的液位传感器采集液位信号、压力传感器采集压力信号以及设置在低温容器外层壳体的温度传感器采集温度信号,通过数据采集模块将信号传输至控制终端,控制终端判断低温容器绝热性能是否符合标准。本发明实现了低温容器如车载低温容器绝热性能的在线监测,无需拆卸,检测速度快,精度高,大幅度降低了低温容器定检的成本及监管难度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种低温容器绝热性能检测***,其特征在于,包括液位传感器、压力传感器、温度传感器以及数据采集模块;所述液位传感器、压力传感器设置于所述低温容器的内层壳体内;所述温度传感器设置于所述低温容器的外层壳体表面;所述数据采集模块与液位传感器、压力传感器、温度传感器连接,用于接收所述液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据,并将其上传至服务器以供控制终端下载查看。
2.根据权利要求1所述的低温容器绝热性能检测***,其特征在于,所述液位传感器、压力传感器、温度传感器通过线缆及防水接头连接数据采集模块。
3.根据权利要求1所述的低温容器绝热性能检测***,其特征在于,所述数据采集模块上设置有显示屏。
4.根据权利要求1所述的低温容器绝热性能检测***,其特征在于,所述数据采集模块上设置有计时单元。
5.根据权利要求1所述的低温容器绝热性能检测***,其特征在于,所述数据采集模块与车载蓄电池连接,通过车载蓄电池供电。
6.根据权利要求1所述的低温容器绝热性能检测***,其特征在于,所述数据采集模块上设置有无线通讯模块。
7.根据权利要求6所述的低温容器绝热性能检测***,其特征在于,所述无线通讯模块通过数据传输天线将液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据上传至服务器;所述控制终端与服务器通讯连接,用于从服务器下载数据,以及上传所述低温容器相关数据至服务器,计算所述低温容器绝热性能是否符合标准。
8.一种基于权利要求1至7之一所述的低温容器绝热性能检测***的低温容器绝热性能检测方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
S101、通过控制终端输入低温容器参数和低温容器中低温液体组分参数,并将输入的数据上传至服务器,其中,所述低温容器参数和低温容器中低温液体组分参数包括但不限于:低温容器公称容积Vm、绝热方式、低温液体组分CL1、CL2、···CLn、低温容器内部初始液位H0、初始气瓶表面温度Tsur-0、初始环境温度Tatm-0、低温容器内部初始压力P0;
S102、温容器绝热性能检测前准备:S1021、确定升压值临界阈值:通过服务器计算最大静态蒸发率下密闭容器测试时间段内理论最大升压值,此值即为升压值临界阈值;S1022、选取检测时间:确定停车定检的时间;确定压力传感器的最大允许误差;
S103、服务器根据停车定检时间内液位传感器、压力传感器、温度传感器采集的数据计算理论静态升压值ΔPtheo和实际测量静态升压值ΔP;
S104、将所述理论静态升压值ΔPtheo和实际测量静态升压值ΔP进行比较,根据比较结果判断所述低温容器绝热性能是否符合标准。
9.根据权利要求8所述的低温容器绝热性能检测方法,其特征在于,所述步骤S102中停车定检的时间不大于8小时;所述压力传感器的最大允许误差为0.005MPa。
10.根据权利要求8或9任一项所述的低温容器绝热性能检测方法,其特征在于,所述步骤S104具体包括:一、若ΔP≤0.8ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能良好;二、若0.8ΔPtheo≤ΔP≤ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能一般或接近标准允许最大值,建议返修;三、若ΔP>ΔPtheo,则判定所述低温容器绝热性能很差,建议返修或者报废。
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