CN111380775A - 一种气瓶静态蒸发率检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气瓶静态蒸发率检测装置，包括温度采集器、压力采集器、集成式测试器，温度采集器连接在气瓶放空阀管路的进口处，压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处；温度采集器和压力采集器均通过信号电缆连接在集成式测试器上；或者温度采集器和压力采集器均单独工作，集成式测试器用于计算气瓶静态蒸发率。本发明还涉及一种气瓶静态蒸发率检测方法。本发明能够使气瓶在正常工作状态下、免工质更换的、快速的、准确的测量气瓶静态蒸发率，能够提高检测的可操作性、降低检测成本、缩短检测时间，提高检测效率；集成式测试器上设有多个端口，能够实现多通道同时检测与计算，节省检测时间。

Description

一种气瓶静态蒸发率检测装置及方法
技术领域
本发明涉及容器性能检测领域，具体涉及一种气瓶静态蒸发率检测装置及方法。
背景技术
静态蒸发率是衡量低温绝热气瓶保冷性能的一个重要指标，依据GB/T 34347-2017《低温绝热气瓶定期检验与评定》、GB/T 18443.5-2010《真空绝热深冷设备性能试验方法第5部分：静态蒸发率测量》，每只气瓶做静态蒸发率测试至少需要24个小时，还不包括工质更换、静止、测试等一系列工序，耗时耗功。以LNG公交车为例，车载气瓶不能任意拆装，导致称重法不适用于该项检验，而流量计法需要4～5天的检验周期，对于公交上的LNG气瓶来说时间太长，数据采集设备也比较繁琐，因此目前标准中规定的检验方法不足以满足实际的检验现状。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提供一种气瓶静态蒸发率检测装置，该检测装置能够使气瓶在正常工作状态下、免工质更换的、快速的、准确的测量静态蒸发率。
本发明的第二个目的是：提供一种气瓶静态蒸发率检测方法，该检测方法为升压法，该检测方法能避免工质更换，有效缩短检测时间，提高检测效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气瓶静态蒸发率检测装置，包括温度采集器、压力采集器、集成式测试器，温度采集器连接在气瓶放空阀管路的进口处，压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处；温度采集器和压力采集器均通过信号电缆连接在集成式测试器上；或者温度采集器和压力采集器均单独工作，集成式测试器用于计算气瓶静态蒸发率。
进一步的，集成式测试器包括显示面板和多个调节键。
进一步的，集成式测试器上设有多个端口，多个端口可同时连接多根信号电缆。
进一步的，集成式测试器、温度采集器、压力采集器均通过快速接头与信号电缆连接。
进一步的，温度采集器的量程为-200～150℃，允差值为±1℃，温度采集器为温度传感器或热电偶。
进一步的，压力采集器的量程为0～4MPa，精度为0.01MPa，压力采集器为压力传感器或压力表。
一种气瓶静态蒸发率检测方法，包括以下步骤：
第一步：向气瓶充装试验介质至额定充满率，然后将气瓶静置直至达到热平衡；
第二步：测量气瓶放空阀管路的进口处的温度，并计算出放空阀管路进口处的温度平均值T’；
第三步：对气瓶进行称重，得到初始状态下试验介质的总质量m0；
第四步：根据初始饱和状态方程组计算出初始状态下气相空间的体积Vgs和初始状态下液相空间的体积Vls，初始饱和状态方程组为：
Figure BDA0002454017920000021
其中：
V--气瓶的有效容积，m3；
vgs--初始状态下气相的比体积，m3/Kg；
vls--初始状态下液相的比体积，m3/Kg；
第五步：对气瓶进行自然升压数个小时，然后将瓶内介质摇匀，并测量气瓶放空阀出口处的最低压力值，得到最终饱和状态压力；
第六步：根据最终饱和状态方程组计算出最终状态下气相空间的体积Vgf和最终状态下液相空间的体积Vlf，最终饱和状态方程组为：
Figure BDA0002454017920000022
其中：
vgf--最终状态下气相的比体积，m3/Kg；
vlf--最终状态下液相的比体积，m3/Kg；
第七步：根据升压法的漏热量公式计算出测试周期内的漏热量Q0，升压法的漏热量公式为：
Q0＝(hgf·mgf-hgs·mgs)+(hlf·mlf-hls·mls)
其中：
hgs--初始状态下气相的比焓，KJ/Kg；
mgs--初始状态下气相的质量，Kg；
hls--初始状态下液相的比焓，KJ/Kg；
mls--初始状态下液相的质量，Kg；
hgf--最终状态下气相的比焓，KJ/Kg；
mgf--最终状态下气相的质量，Kg；
hlf--最终状态下液相的比焓，KJ/Kg；
mlf--最终状态下液相的质量，Kg；
第八步：根据漏热量校正公式计算出环境温度校正后的漏热量Q’，漏热量校正公式为：
Figure BDA0002454017920000031
其中：
Figure BDA0002454017920000032
--测试周期内的平均温度，K；
Ts--测试周期的初始温度，K；
Tf--测试周期的最终温度，K；
Figure BDA0002454017920000034
--标准温度，K；
第九步：称重法或流量计法的漏热量公式为：Q1＝m·cp·(T'-T0)+m·H，根据Q’＝Q1，计算出蒸发液体质量m：
Figure BDA0002454017920000033
其中：
Q1--称重法/流量计法的漏热量，KJ；
Cp--气体在T’温度下的定压比热容，KJ/(Kg·K)；
T’--放空阀管路进口处的温度平均值，K；
T0--标准大气压下饱和液体的温度，K；
H--标准大气压下饱和液体的汽化潜热，KJ/Kg；
第十步：根据日静态蒸发率公式计算出日静态蒸发率
Figure BDA0002454017920000042
日静态蒸发率公式为：
Figure BDA0002454017920000041
其中：
ρ--标准大气压下饱和液体的密度，Kg/m3；
V--气瓶的有效容积，m3；
n--测试时间，h。
进一步的，初始状态下试验介质的总质量m0＝初始状态下液相的质量mls。
进一步的，对气瓶进行自然升压的时间为6～12小时。
总的说来，本发明具有如下优点：
本发明能够使气瓶在正常工作状态下、免工质更换的、快速的、准确的测量气瓶静态蒸发率，能够提高检测的可操作性、降低检测成本、缩短检测时间，提高检测效率；集成式测试器上设有多个端口，能够实现多通道同时检测与计算，节省检测时间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明气瓶的俯视图。
其中：1为温度采集器，2为压力采集器，3为集成式测试器，3-1为显示面板，3-2为调节键，4为气瓶，5为放空阀，6为信号电缆。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种气瓶静态蒸发率检测装置，包括温度采集器、压力采集器、集成式测试器；温度采集器连接在气瓶放空阀管路的进口处，温度采集器选用量程为-200～150℃，允差值为±1℃的温度传感器或热电偶，温度采集器用于测量气瓶放空阀管路的进口处的温度值；压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处，压力采集器选用量程为0～4MPa，精度为0.01MPa的压力传感器或压力表，压力采集器用于测量气瓶放空阀的出口处的压力值；温度采集器和压力采集器有两种工作方式，第一种工作方式是：温度采集器和压力采集器均通过信号电缆连接在集成式测试器上，信号电缆能将温度采集器采集到的温度值和压力采集器采集到的压力值直接传输到集成式测试器上；第二种工作方式是：温度采集器和压力采集器均不与集成式测试器连接，温度采集器和压力采集器单独工作，然后将温度采集器采集到的温度值和压力采集器采集到的压力值手动输入到集成式测试器上；集成式测试器用于计算气瓶静态蒸发率。
如图1所示，集成式测试器包括显示面板和多个调节键，调节键位于显示面板下，显示面板可显示多个基础参数、采集到的温度值、采集到的压力值、漏热量以及所得到的静态蒸发率，多个调节键可对应地输入、调节相应的数据；集成式测试器上还设有多个端口，多个端口可同时连接多根信号电缆，并通过多根信号电缆连接多个温度采集器和压力采集器，可同时采集多个气瓶的温度值和压力值，实现多通道同时检测与计算，节省检测时间，提高检测效率。集成式测试器、温度采集器、压力采集器均通过快速接头与信号电缆连接，在本实施方式中，快速接头选用BNC转接头。
在使用本装置检测气瓶静态蒸发率时，温度采集器和压力采集器选用第一种工作方式，即温度采集器和压力采集器均通过信号电缆连接在集成式测试器上，然后再将温度采集器连接在气瓶放空阀管路的进口处，保持放空阀打开，其余阀门均关闭，测量气瓶放空阀管路的进口处的温度，即采集瓶内气体流入放空阀管路的进口处的温度，记录气瓶放空阀管路的进口处的温度值，并计算出温度平均值。然后将压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处，保持放空阀打开，其余阀门均关闭，使整个气瓶内部进行自然升压6～12小时，因为压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处，致使瓶内气体不能向外流出，整个气瓶内是密闭的，所以静置过程中压力会升高，静态升压6～12小时以后，将瓶内介质摇匀，使得试验介质处于最终饱和状态，在此过程中瓶内压力会下降，测量气瓶放空阀的出口处的最低压力值，即记录瓶内压力下降后的最低值。在此过程中，温度采集器采集到的温度平均值和压力采集器采集到的最低压力值能通过信号电缆传输到集成式测试器上，并可通过集成式测试器的显示面板显示出来，然后在集成式测试器上设置多个基础参数，通过集成式测试器内部一系列的公式运算，即可得到最终的静态蒸发率。
一种气瓶静态蒸发率检测方法，包括以下步骤：
第一步：向气瓶充装试验介质至额定充满率，然后将气瓶静置直至达到热平衡，试验介质可为液氮、液化天然气或者其他介质；
第二步：将温度采集器连接在气瓶放空阀管路的进口处，保持放空阀打开，其余阀门均关闭，测量气瓶放空阀管路的进口处的温度，并计算出放空阀管路进口处的温度平均值T’；
第三步：撤去温度采集器，对气瓶进行称重，将所得的气瓶总重减去气瓶自重可得到气瓶内试验介质的总质量m0，即得到初始状态下试验介质的总质量m0；当气瓶达到额定充满率时，气相空间很小，因此气相部分的质量可以忽略，初始状态下试验介质的总质量m0就等于初始状态下液相的质量，即：m0＝mls其中：
m0--初始状态下试验介质的总质量，Kg；
mls--初始状态下液相的质量，Kg；
第四步：初始状态下，瓶内的试验介质在标准大气压下处于初始饱和状态，知道初始饱和状态的气压为标准大气压，就能得到初始饱和状态方程组，初始饱和状态方程组为：
Figure BDA0002454017920000061
其中：
V--气瓶的有效容积，m3；
Vgs--初始状态下气相空间的体积，m3；
Vls--初始状态下液相空间的体积，m3；
vgs--初始状态下气相的比体积，m3/Kg；
vls--初始状态下液相的比体积，m3/Kg；
知道初始饱和状态的气压为标准大气压，就能得到vgs和vls，而V和m0均为已知量，根据初始饱和状态方程组，就能计算出Vgs和Vls；
第五步：将压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处，保持放空阀打开，其余阀门均关闭，使整个气瓶内部进行自然升压6～12小时，整个过程中试验介质无损耗，然后将瓶内介质摇匀，使得试验介质处于最终饱和状态，在此过程中瓶内压力会下降，测量气瓶放空阀的出口处的最低压力值，即记录瓶内压力下降后的最低值，该最低值就是最终饱和状态压力；
第六步：知道最终饱和状态压力，就能得到最终饱和状态方程组，最终饱和状态方程组为：
Figure BDA0002454017920000071
其中：
Vgf--最终状态下气相空间的体积，m3；
Vlf--最终状态下液相空间的体积，m3；
vgf--最终状态下气相的比体积，m3/Kg；
vlf--最终状态下液相的比体积，m3/Kg；
知道最终饱和状态压力，就能得到vgf和vlf，而V和m0均为已知量，根据最终饱和状态方程组，就能计算出Vgf和Vlf；
第七步：本发明中测量气瓶静态蒸发率的方法是升压法，升压法的热力学模型为闭口***，依据热力学闭口***的能量平衡方程：总吸热量＝最终状态热量-初始状态热量，可得出升压法的漏热量公式，升压法的漏热量公式为：
Q0＝(hgf·mgf-hgs·mgs)+(hlf·mlf-hls·mls)
其中：
Q0--测试周期内的漏热量，KJ；
hgs--初始状态下气相的比焓，KJ/Kg；
mgs--初始状态下气相的质量，Kg；
hls--初始状态下液相的比焓，KJ/Kg；
mls--初始状态下液相的质量，Kg；
hgf--最终状态下气相的比焓，KJ/Kg；
mgf--最终状态下气相的质量，Kg；
hlf--最终状态下液相的比焓，KJ/Kg；
mlf--最终状态下液相的质量，Kg；
知道初始饱和状态的气压为标准大气压，就能得到hgs和hls；知道最终饱和状态压力，就能得到hgf和hlf；而在第四步中已经计算出Vgs和Vls，在第六步中已经计算出Vgf和Vlf，而vgs、vls、vgf、vlf均为已知量，根据比体积v＝体积V/质量m，即可计算出mgs、mls、mgf、mlf，再根据升压法的漏热量公式，就能计算出Q0；
第八步：由于传热过程是连续进行的，测量过程受环境温度影响，因此需要对漏热量进行校正计算，漏热量校正公式为：
Figure BDA0002454017920000081
其中：
Q’--环境温度校正后的漏热量，KJ；
Figure BDA0002454017920000082
--测试周期内的平均温度，K；
Ts--测试周期的初始温度，K；
Tf--测试周期的最终温度，K；
Figure BDA0002454017920000085
--标准温度，K；
在第七步中已经计算出Q0，而
Figure BDA0002454017920000083
Ts、Tf、
Figure BDA0002454017920000084
均为已知量，根据漏热量校正公式，就能计算出Q’；
第九步：传统的测量气瓶静态蒸发率的方法是称重法或流量计，称重法或流量计的热力学模型为开口***，依据热力学开口***的能量平衡方程：总吸热量＝液相吸热+气相吸热，可得出称重法或流量计法的漏热量公式，称重法或流量计法的漏热量公式为：
Q1＝m·cp·(T'-T0)+m·H
其中：
Q1--称重法/流量计法的漏热量，KJ；
m--蒸发液体质量，Kg；
Cp--气体在T’温度下的定压比热容，KJ/(Kg·K)；
T’--放空阀管路进口处的温度平均值，K；
T0--标准大气压下饱和液体的温度，K；
H--标准大气压下饱和液体的汽化潜热，KJ/Kg；
因为闭口***和开口***在测量过程中漏热量近乎相等，所以采用升压法所得的漏热量等于采用称重法或流量计法所得的漏热量，即Q’＝Q1；因此：
Figure BDA0002454017920000091
在第八步中已经计算出Q’，而Cp、T’、T0、H均为已知量，根据公式即可计算出m；
第十步：计算日静态蒸发率，日静态蒸发率公式为：
Figure BDA0002454017920000092
其中：
Figure BDA0002454017920000093
--日静态蒸发率，单位为百分比每天(％/d)；
ρ--标准大气压下饱和液体的密度，Kg/m3；
V--气瓶的有效容积，m3；
n--测试时间，h；
在第九步中已经计算m，而ρ、V、n均为已知量，根据日静态蒸发率公式，就能计算出
Figure BDA0002454017920000094
在实际操作过程中，已知试验介质的饱和压力，就可以通过读图、查阅饱和物性参数表、查阅流体介质数据卷等方式获得气液两相相应的饱和温度、比体积、焓值、比热容、汽化潜热等多个物性参数，再通过上述一系列的公式计算就能得出日静态蒸发率。本实施方式是将试验介质的多个物性参数形成一个数据库，将这个数据库放入集成式测试器中，然后将计算日静态蒸发率的一系列的公式也放入集成式测试器中，形成一个自动求解***，当把测量到的数据输入集成式测试器时，集成式测试器就能进行自动的运算，得到最终的结果。如温度采集器和压力采集器均通过信号电缆连接在集成式测试器上，信号电缆能将采集到的放空阀管路进口处的温度平均值T’和最终饱和状态压力直接传输到集成式测试器上，集成式测试器通过运算就能得出日静态蒸发率
Figure BDA0002454017920000101
或者温度采集器和压力采集器均不与集成式测试器连接，温度采集器和压力采集器单独工作，然后将采集到的放空阀管路进口处的温度平均值T’和最终饱和状态压力手动输入到集成式测试器上，集成式测试器通过运算也能得出日静态蒸发率
Figure BDA0002454017920000102
本发明用闭口***测试方法(升压法)代替传统的开口***测试方法(称重法/流量计法)，属于新的气瓶静态蒸发率检测方法，该检测方法能有效地缩短检测时间，由原来的至少需要24小时缩减到只需要6～12小时，并且可以避免工质更换，提升了气瓶静态蒸发率的检测水平，为气瓶相关产品的监管和定期检验的开展提供了支撑和保障。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气瓶静态蒸发率检测装置，其特征在于：包括温度采集器、压力采集器、集成式测试器，温度采集器连接在气瓶放空阀管路的进口处，压力采集器连接在气瓶放空阀的出口处；温度采集器和压力采集器均通过信号电缆连接在集成式测试器上；或者温度采集器和压力采集器均单独工作，集成式测试器用于计算气瓶静态蒸发率。
2.根据权利要求1所述的一种气瓶静态蒸发率检测装置，其特征在于：集成式测试器包括显示面板和多个调节键。
3.根据权利要求1所述的一种气瓶静态蒸发率检测装置，其特征在于：集成式测试器上设有多个端口，多个端口可同时连接多根信号电缆。
4.根据权利要求1所述的一种气瓶静态蒸发率检测装置，其特征在于：集成式测试器、温度采集器、压力采集器均通过快速接头与信号电缆连接。
5.根据权利要求1所述的一种气瓶静态蒸发率检测装置，其特征在于：温度采集器的量程为-200～150℃，允差值为±1℃，温度采集器为温度传感器或热电偶。
6.根据权利要求1所述的一种气瓶静态蒸发率检测装置，其特征在于：压力采集器的量程为0～4MPa，精度为0.01MPa，压力采集器为压力传感器或压力表。
7.一种气瓶静态蒸发率检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：向气瓶充装试验介质至额定充满率，然后将气瓶静置直至达到热平衡；
第二步：测量气瓶放空阀管路的进口处的温度，并计算出放空阀管路进口处的温度平均值T’；
第三步：对气瓶进行称重，得到初始状态下试验介质的总质量m0；
第四步：根据初始饱和状态方程组计算出初始状态下气相空间的体积Vgs和初始状态下液相空间的体积Vls，初始饱和状态方程组为：
Figure FDA0002454017910000011
其中：
V--气瓶的有效容积，m3；
vgs--初始状态下气相的比体积，m3/Kg；
vls--初始状态下液相的比体积，m3/Kg；
第五步：对气瓶进行自然升压数个小时，然后将瓶内介质摇匀，并测量气瓶放空阀出口处的最低压力值，得到最终饱和状态压力；
第六步：根据最终饱和状态方程组计算出最终状态下气相空间的体积Vgf和最终状态下液相空间的体积Vlf，最终饱和状态方程组为：
Figure FDA0002454017910000021
其中：
vgf--最终状态下气相的比体积，m3/Kg；
vlf--最终状态下液相的比体积，m3/Kg；
第七步：根据升压法的漏热量公式计算出测试周期内的漏热量Q0，升压法的漏热量公式为：
Q0＝(hgf·mgf-hgs·mgs)+(hlf·mlf-hls·mls)
其中：
hgs--初始状态下气相的比焓，KJ/Kg；
mgs--初始状态下气相的质量，Kg；
hls--初始状态下液相的比焓，KJ/Kg；
mls--初始状态下液相的质量，Kg；
hgf--最终状态下气相的比焓，KJ/Kg；
mgf--最终状态下气相的质量，Kg；
hlf--最终状态下液相的比焓，KJ/Kg；
mlf--最终状态下液相的质量，Kg；
第八步：根据漏热量校正公式计算出环境温度校正后的漏热量Q’，漏热量校正公式为：
Figure FDA0002454017910000022
其中：
Figure FDA0002454017910000031
--测试周期内的平均温度，K；
Ts--测试周期的初始温度，K；
Tf--测试周期的最终温度，K；
Figure FDA0002454017910000032
--标准温度，K；
第九步：称重法或流量计法的漏热量公式为：Q1＝m·cp·(T'-T0)+m·H，根据Q’＝Q1，计算出蒸发液体质量m：
Figure FDA0002454017910000033
其中：
Q1--称重法/流量计法的漏热量，KJ；
Cp--气体在T’温度下的定压比热容，KJ/(Kg·K)；
T’--放空阀管路进口处的温度平均值，K；
T0--标准大气压下饱和液体的温度，K；
H--标准大气压下饱和液体的汽化潜热，KJ/Kg；
第十步：根据日静态蒸发率公式计算出日静态蒸发率
Figure FDA0002454017910000034
日静态蒸发率公式为：
Figure FDA0002454017910000035
其中：
ρ--标准大气压下饱和液体的密度，Kg/m3；
V--气瓶的有效容积，m3；
n--测试时间，h。
8.根据权利要求7所述的一种气瓶静态蒸发率检测方法，其特征在于：初始状态下试验介质的总质量m0＝初始状态下液相的质量mls。
9.根据权利要求7所述的一种气瓶静态蒸发率检测方法，其特征在于：对气瓶进行自然升压的时间为6～12小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113074318A (zh) * 2021-02-03 2021-07-06 合肥通用机械研究院有限公司 一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法
CN114235886A (zh) * 2021-11-22 2022-03-25 华南理工大学 一种lng气瓶升压规律的测试方法

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