CN113030151A - 一种低温气体液化装置液化率测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温气体液化装置液化率测试装置及方法，该测试装置包括通过管路依次连接并能与待测液化装置形成循环回路的储液罐、复温换热器、供气***；检测时，待测液化装置设于供气***和储液罐之间；供气***与待测液化装置之间的管路上设有流量控制器、压力传感器Ⅰ，且压力传感器Ⅰ靠近待测液化装置设置；待测液化装置与储液罐之间的管路上设有温度传感器Ⅰ；储液罐上设有压力传感器Ⅱ，其内设有温度传感器Ⅱ、加热器Ⅰ和液位计。本发明的测试装置，只需要少量反复使用的气体，无需大型低温容器，也不会产生大量低温液化气体，降低了对测试场地、消防和安全防护的要求以及测试的成本，尤其适用于液化装置大批量生产的批量测试。
Description
技术领域
本发明属于低温工程装备产品的性能检测技术领域，具体涉及一种低温气体液化装置液化率测试装置及方法。
背景技术
氦气、氖气、氢气、天然气等气体是国民经济发展中必不可少的工业气体和能源气体。这些气体一般均以低温液化气体形式进行大规模存储和运输。
低温气体液化装置(以下简称液化装置)是将低温气体从室温冷却液化的重要化工装置。液化率是液化装置产品的重要技术指标，其定义是单位时间内液化装置能够液化的气体质量。测量液化装置液化率的传统方法是将低温气体通入液化装置，然后将液化后的低温液化气体产品输送至低温容器中，通过测量一定时间内低温容器中液体量来计算出平均的液化率。这种传统的方法适用于液化装置在客户现场安装就位之后展开。
但是，针对大量生产的标准化液化装置产品，液化率的测试必须在产品下线之后的制造工厂进行，这是标准化产品必要的质量检测流程，即能够保证产品出厂的质量可靠性和一致性，又能用工厂进行标准化测试流程替代在客户现场的测试，减少测试的成本。标准化液化装置产品不适合采用传统的液化率测试方法在液化装置产品制造工厂展开测试，因为这样的方法存在如下缺点：
传统的液化率测试方法是开式的流程，为了保证一定时间的测试，需要额外设置足够大的低温容器来存储测试生成的大量低温液化气体，大型低温容器的造价不菲(尤其是氢气和氦气的低温容器)，大幅增加了制造工厂的投资；
对于氢气、天然气等易燃易爆气体的大量存储，对存储现场提出更高的占地、消防、安全防护等要求，极大地增加了制造工厂的投资(土地、消防和安全设施)和运营(人员、培训、检验和监管)成本；
制造工厂缺少大量低温液化气体的消纳途径，传统的液化率测试方法只能采用将液化后的气体放空，对于氢气、天然气等易燃易爆气体采用放空的形式存在一定的安全风险，显然对制造工厂的安全设计和运营提出更高的软硬件要求；而对于氦气、氖气等贵重气体来说，测试所消耗的气体将成为测试的成本而极大地增加测试的费用。
因此，对于大量生产的标准化液化装置产品，亟需一种能够在装备制造工厂开展的低成本、高安全的液化量测试方法及装置。
发明内容
针对大量生产的标准化液化装置产品，在液化装置产品制造工厂采用传统的方法进行液化装置液化率测试，具有投资和运营成本高昂的问题，本发明提供一种低温气体液化装置液化率测试装置，及利用该测试装置测试液化装置液化率的方法。
一种低温气体液化装置液化率测试装置，包括通过管路依次连接并能与待测液化装置形成循环回路的储液罐、复温换热器、供气***；检测时，所述待测液化装置设于所述供气***出气口和储液罐进液口之间；
所述供气***与待测液化装置之间的管路上设有流量控制器、压力传感器Ⅰ，且压力传感器Ⅰ靠近待测液化装置设置；所述待测液化装置与储液罐之间的管路上设有温度传感器Ⅰ；
所述储液罐上设有压力传感器Ⅱ，其内设有温度传感器Ⅱ、加热器Ⅰ和液位计。
液化装置的液化率定义为针对某一特定气体物质，在一定的液体出口(液化装置出口)压力pl下，液体出口获得100％饱和液态气体时的流量
上述测试装置中，检测时，供气***、待测液化装置、储液罐、复温换热器依次连接共同组成一个测试循环回路。供气***为待测液化装置提供待液化气体，经待测液化装置液化后的液态气体流入储液罐；当储液罐内液位高度达到设定值后，其内的加热器Ⅰ开始加热，使储液罐内液态气体部分转化为气态形式，并保持储液罐内液位保持不变；储液罐内气态气体经复温换热器重新进入供气***循环使用；在待测液化装置入口压力及储液罐压力均达到各自的设定值(或者满足设定范围)的条件下，当待测液化装置出口温度与储液罐内温度相等，且待测液化装置出口气体中液态气体含量为100％时，说明待测液化装置的液化速率与储液罐内的液态气体的蒸发速率相等，此时循环回路中待测气体的总流量即为待测液化装置的液化率。
在上述测试过程中，压力传感器Ⅰ用于检测待测液化装置入口压力p1，压力传感器Ⅱ用于检测储液罐内的压力p2，供气***根据实时监测的p1、p2调整供气***内工作参数，为所述循环回路提供测试工况所设定的压力(p1,set、p2,set)。液位计用于检测储液罐内液态气体的液位，加热器Ⅰ根据液位计测量值进行工作，使储液罐内液位保持不变。复温换热器用于将储液罐内流出的低温气体升温至室温状态。
上述测试装置，通过与待测液化装置组成循环回路，使待液化气体能够被循环使用，无需大型低温容器来盛放测试所得的低温液化气体，也不会产生大量低温液化气体放空的损失，且结构组成简单，降低了对测试场地的占地、消防和安全防护的要求，也极大地降低了测试的成本，尤其适用于生产大量标准化液化装置产品的工厂对标准产品进行批量测试。
本发明可针对不同工质气体(氦气、氢气、氧气、氮气等)液化装置的液化率进行检测。在对氢气液化装置进行检测时，作为优选，所述待测液化装置为氢气液化装置，所述测试装置还包括设于所述复温换热器与供气***之间的正仲氢反应器，以及测量所述正仲氢反应器出口和待测液化装置出口正仲氢含量的正仲氢含量测量装置。
上述方案中，正仲氢反应器的作用是使得回流的高仲氢含量的非平衡态氢气加速反应转变为室温下平衡态氢气(正氢含量75％，仲氢含量25％)。正仲氢含量测量装置的作用是检验待测氢液化装置所产液氢的仲氢含量是否符合标准要求(仲氢含量≥95％)以及检验经由正仲氢反应器的氢气是否已经充分反应，达到室温下的平衡态。
作为优选，所述测试装置还包括绝热环境***，所述储液罐通过绝热支撑悬于所述绝热环境***中。设置绝热环境***，是为了减少储液罐与环境之间的漏热，提高测量精度。
作为进一步优选，所述绝热环境***为采用低温制冷机的真空绝热环境箱，其由外至内依次包括真空绝热腔、高真空多层绝热层、辐射屏；
所述真空绝热环境箱还包括低温制冷机，所述低温制冷机的冷头与所述辐射屏连接。
具体地，所述真空绝热腔是密闭的腔体，并维持真空度在1E-3Pa以上，其作用是消除储液罐与外界环境之间的导热漏热和对流漏热；所述低温制冷机安装在真空绝热腔上，其冷头伸入真空绝热腔内，所述低温制冷机的冷头与置于真空绝热腔内的辐射屏连接，其作用是将辐射屏冷却至待测低温气体的液化温度；所述辐射屏外表面包裹着高真空多层绝热，其作用是消除储液罐与真空绝热腔之间的辐射漏热；所述绝热支撑连接低温制冷机冷头和储液罐，其作用将储液罐悬吊于辐射屏中；在测试过程中，绝热支撑与低温制冷机冷头相连的一端温度被控制在待测低温气体的液化温度，从而消除储液罐与真空绝热腔之间的导热漏热。
作为更进一步优选，所述低温制冷机为Gifford-McMahon制冷机、斯特林制冷机、脉管制冷机、透平布雷顿制冷机或Joule-Thomson节流制冷机。
作为进一步优选方案，所述低温制冷机包括压缩机和冷头，低温制冷机冷头上还设有温度计和加热器Ⅱ，用于测量并控制制冷机的制冷温度。
作为优选，所述供气***包括通过三条并联管路分别连接的气库、压缩机、旁通控制阀；
所述气库所在的并联管路上设有位于气库入口的回气控制阀和位于气库出口的补气控制阀；
气库入口、压缩机出口、旁通阀入口通过对应的并联管路与所述供气***的出气管路连通，该出气管路上设有高压截止阀；气库口出、压缩机入口、旁通阀出口通过对应的并联管路与所述供气***的回气管路连通，该回气管路上设有低压截止阀。
需要说明的是，上述技术方案中提到的“并联”仅仅是为了说明三个管路的布置关系，对于其内工质的流向没有限定。
上述技术方案中，所述气库为存储高压气体的容器或者气瓶；旁通控制阀的作用是通过调节旁通流量控制压缩机进出口之间的压力差，继而控制储液罐的压力；在气库的出口设置补气控制阀，其作用是当测试循环高压测压力不足时，打开该控制阀，使得气库中处于中压的气体流入循环实现补气；在气库的入口设置回气控制阀其作用是当测试循环高压测压力过高时，打开该控制阀，使得循环中的气体流回气库处于中压的气库实现回气；由此实现供气***的循环、补气、回气和储气功能，实现整个测试循环回路中待测气体的循环使用，以及各相关参数的调节。
在回气控制阀和补气控制阀关闭，压缩机启动，此时压缩机出口排出的高压气态一部分经过旁通控制阀所在的管路回流至压缩机入口，一部分气体经过高压截止阀所在的出气管路进入到待测液化装置，储液罐最终经过低压截止阀所在的回气管路然后与旁通气体合并回至压缩机入口。在补气控制阀打开时，回气管路回流的气体、旁通气体和气库出来的补气合并后回流至压缩机入口。回气控制阀打开时，压缩机排出的高压气体一部分回至气库，一部分经过旁通控制阀所在的管路回流至压缩机入口，另一部分进入测试循环管路进行测试。
作为进一步优选，所述测试装置还包括控制器，该控制器接收所述压力传感器Ⅰ的压力信号，并根据该信号控制补气控制阀、回气控制阀开度；比如当所述压力传感器Ⅰ的压力信号小于设定值时，则增加补气控制阀的开度，以增加待测液化装置入口压力p1；反之，怎增加回气控制阀开度，以降低待测液化装置入口压力p1。同时该控制器接收所述压力传感器Ⅱ的压力信号，并根据该信号控制旁通控制阀开度；比如在检测到所述压力传感器Ⅱ的压力信号偏离设定值时，通过调整旁通控制阀开度或者p1,set，以增加或者减小两者压差，进而增加储液罐内的压力。
可选择地，所述低压截止阀和高压截止阀均为电磁阀，并由所述控制器控制开度，实现测试过程各参数调节自动化。
作为优选，所述复温换热器为空浴式换热器、水浴式换热器、电加热式换热器，或者同时采用上述不同形式的复合式换热器。
作为优选，所述液化装置与储液罐之间的管路为低温绝热管路。由此进一步减少低温绝热管路中被液化气体与环境之间的漏热，提高测试的精准度。
一种利用上述任一项所述的测试装置测量液化装置液化率的方法，包括以下步骤：
(1)启动待测液化装置，待其降温，调节其控制参数使其稳定到待测工况状态；
(2)启动供气***，使储液罐压力设定值为待测液化装置出口设计压力，调节液化装置入口压力设定值为待测液化装置入口设计压力，使得测试循环总流量设定值为待测液化装置的设计液化率，作为初始状态；
(3)待储液罐液位达到设定高度，启动储液罐内的加热器Ⅰ，调节其加热功率直至储液罐内液位保持不变；
(4)待液化装置各项工况参数趋于稳定状态(即p1和p2接近设定值)，调节测试循环总流量，直至储液罐内温度与待测液化装置出口温度相等，且待测液化装置出口气体(液态气体)中液态气体含量为100％或者接近100％，则液化装置的液化率即为当前测试循环总流量。
作为优选，在启动待测液化装置前，先进行如下准备操作：
a.初始时，供气***中充有足够的待测气体，并处于关闭状态；
b.将待测液化装置与所述测试装置通过管路相连，随后对整个测试循环管路进行抽真空，最后充入一定量的待测气体，使得待测循环管路中压力约为待测液化装置出口压力；
上述操作中，为使测试循环管路中不存在空气，可将其抽真空、充入待测气体，如此循环3～4次；当待测气体为单一气体时，其纯度应为99.99％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种基于闭式循环的稳态工况液化率测试装置，测试循环只需要少量反复使用的工质气体，无需大型低温容器来盛放测试所得的低温液化气体，也不会产生大量低温液化气体放空的损失，降低了对测试场地的占地、消防和安全防护的要求，也极大地降低了测试的成本，尤其适用于生产大量标准化液化装置产品的工厂对标准产品进行批量测试。
附图说明
图1为本发明的低温气体液化装置液化率测试装置的第一种实施方式示意图；
图2为本发明的低温气体液化装置液化率测试装置的第二种实施方式示意图；
图3为本发明的低温气体液化装置液化率测试装置的第三种实施方式示意图；
图4为本发明的低温气体液化装置液化率测试装置中供气***的一种实施方式示意图。
其中：1.供气***；2.流量控制器；3.压力传感器Ⅰ；4.待测液化装置；5.温度传感器Ⅰ；6.液位计；7.储液罐；8.温度传感器Ⅱ；9.绝热环境***；10.加热器Ⅰ；11.压力传感器Ⅱ；12.复温换热器；13.正仲氢反应器；14.正仲氢含量测量装置；101.气库；102.回气控制阀；103.高压截止阀；104.旁通控制阀；105.低压截止阀；106.压缩机；107.补气控制阀；901.低温制冷机；902.高真空多层绝热；903.辐射屏；904.真空绝热腔；905.绝热支撑；911.低温制冷机冷头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的进行进一步详细描述，但是所描述的实施例是本发明的部分实施例，不是全部。基于本发明的实施例，本领域的技术人员非创造性劳动的其他实施例都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，一种低温气体液化装置液化率测试装置，包括通过管路依次连接并能够与待测液化装置4组成循环回路的储液罐7、复温换热器12、供气***1；检测时，待测液化装置4位于供气***1出口和储液罐7液体进口之间；
供气***1与待测液化装置4之间的管路上设有用于检测对应管路内工质流量的流量控制器2、压力传感器Ⅰ3，且压力传感器Ⅰ3靠近待测液化装置4设置；待测液化装置4与储液罐7之间的管路上设有温度传感器Ⅰ5；
储液罐7上设有压力传感器Ⅱ11，其内设有温度传感器Ⅱ8、加热器Ⅰ10和液位计6；
上述测试装置还包括绝热环境***9，储液罐7置于绝热环境***9中，以降低储液罐7与环境之间的漏热。
在上述测试过程中，压力传感器Ⅰ3用于检测待测液化装置4入口压力p1，压力传感器Ⅱ11用于检测储液罐7内的压力p2；温度传感器Ⅰ5用于检测待测液化装置出口工质的温度，温度传感器Ⅱ8用于检测储液罐7内工质温度。压力传感器Ⅰ3和压力传感器Ⅱ11所获得的信号传递给供气***1，控制供气***1的控制器(可以为工业计算机、集成控制板或者集成电路板等)为测试循环提供测试工况所设定的高压和低压压力。
液位计用于检测储液罐7内液态气体的液位，液位计6的测量信号反馈给加热器Ⅰ10，在测试时通过控制加热器Ⅰ10(或者通过控制器实现对加热器的控制)的功率保持液位高度不变，维持的在设定高度。
如图4所示，供气***1包括气库101、压缩机106和旁通控制阀104，三者通过三条并联管路连接。气库101的入口设有回气控制阀102，出口设有补气控制阀107；
其中气库101为存储高压气体的容器或者气瓶，具有高压和低压两个管路接口，低压接口为气库的出口，高压接口为气库的入口。
气库101、压缩机106和旁通控制阀104形成的并联管路的高压出口(或者供气***的出气管路)设有高压截止阀103，其低压入口(或者供气***的回气管路)设有低压截止阀105；低压截止阀105通过管路与储液罐7出口连接，高压截止阀103通过管路与流量控制器2连接。
采用本实施例对待测液化装置4进行指定工况下的液化率测量，步骤及工作原理如下(需要说明的是，下述“(1)”～“(11)”并不是对操作步骤的严格限定，比如步骤(1)～(7)主要是针对装置的初始状态或者控制逻辑的说明，后者可能发生在测试的全过程)：
(1)初始时，供气***1中的高压截止阀103和低压截止阀105处于关闭状态，供气***1管路和气库101中充装有一定量的待测气体；
(2)将待测液化装置4与测试装置如图1所示通过管路相连；
(3)***安装完毕后，对整个测试循环管路进行抽真空至10-1Pa左右，然后充入待测气体(若待测气体为单一气体，则要求充入气体为纯度99.99％以上的高纯气体)，保持5分钟左右，再对循环管路抽真空至10-1Pa左右。如此反复抽真空充气3-4次后，最终充入一定量的待测气体，使得待测循环管路中初始压力约为待测液化装置4出口压力pl；
(4)关闭回气控制阀102和补气控制阀107，完全打开旁通控制阀104、高压截止阀103和低压截止阀105，关闭储液罐7内的加热器Ⅰ10，启动压缩机106，此时经过压缩机106的绝大多数气体将通过旁通控制阀104返回至压缩机106的入口，只有少量气体通过高压截止阀103和流量计2，依次通过待测液化装置4、储液罐7和复温换热器12，返回至压缩机106的入口。
(5)供气***1控制待测液化装置4入口压力p1的原理为：
a.气库101容积足够大，其中的充气量使得其压力始终介于压缩机106进出口压力的中间；
b.若p1＞p1,set，关闭补气控制阀107，打开回气控制阀102，使得一部分气体返回至气库101，测试循环中气量减小，在p2,set不变的情况下，p1降低；
c.若p1＜p1,set，打开补气控制阀107，关闭回气控制阀102，使得一部分气体从气库101中流出，测试循环中气量增加，在p2,set不变的情况下，p1升高；
其中，p1,set、p2,set分别为压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ的设定值，由待测液化装置的入口设计压力和出口设计压力确定。
(6)供气***1控制储液罐7压力p2的原理为：
a.若p2＞p2,set，且旁通阀104还未完全关闭，则在保持p1,set不变，减小旁通控制阀104的开度，从而减小旁通流量，增大p1和p2之间的压差，从而降低p2；
b.若p2＞p2,set，且旁通控制阀104已经完全关闭，则减小p1,set，从而降低p2；
c.若p2＜p2,set，且旁通控制阀104还未完全打开，则在保持p1,set不变，增大旁通控制阀104的开度，从而增大旁通流量，减小p1和p2之间的压差，从而提升p2；
d.若p2＜p2,set，且旁通控制阀104已经完全打开，则增大p1,set，从而提升p2。
(7)供气***1控制测试循环总流量
的原理为：
a.若
保持p2,set不变，增大p1,set，从而增大供气***1进出口的压差，由于供气***1外的管路***阻抗基本不变，总流量
增大；
b.若
保持p2,set不变，减小p1,set，从而减小供气***1进出口的压差，由于供气***1外的管路***阻抗基本不变，总流量
减小；
其中，
为流量控制器2的设定值。
(8)设定储液罐7压力为待测液化装置4出口压力，即p2,set＝pl；设定测试循环总流量为待测液化装置4的设计液化率
(9)启动待测液化装置4，开始降温，降温过程中循环中的气体被冷却，使得循环回路中平均压力下降，循环总流量减小；因此为了维持流量，供气***1将不断执行(5.c)的步骤，将气库106中的气体补充至测试循环管路中；
(10)随着待测液化装置4温度降低，逐步生成液体在储液罐7中累积，储液罐7中的液位不断升高，当液位计6的读数达到总量呈的1/3左右时，打开储液罐7中的加热器Ⅰ10，使得储液罐7中的液体蒸发，控制其加热功率维持液面高度不变，即储液罐7中液体蒸发的速率等于来自待测液化装置4的液体流量；
(11)等待待测液化装置4各项工况参数趋于稳定状态，对比储液罐7内温度T2(由温度传感器Ⅱ测得)和待测液化装置4液体出口管路温度T1(由温度传感器Ⅰ测得)，并按如下情况进行相应操作：
a.若T2＞T1，待测液化装置4出液口流出的是过冷液体，此时待测液化装置4的产品中含液量为xl＝100％，则增加
以增加
重复步骤(11)，直至T2＝T1，并进行步骤b；
b.若T2＝T1，待测液化装置出液口流出是饱和的汽液混合物或者液态气体，此时待测液化装置4的产品中含液量为：
其中，
为此时加热器Ⅰ加热功率，
为储液罐7与周边环境之间的漏热量，Δhl-v为T2下气体的汽化潜热。由于储液罐置于绝热环境***9中，因此
的值趋于0。
则当前待测液化装置4的产品含液量为
根据
计算出xl，根据xl的大小分情况进行如下步骤：
b-1、当xl＜100％时，说明待测液化装置4出液口流出是饱和的汽液混合物，此时待测液化装置4出液***汽量为xv＝1-xl，则减小
以减小
重复步骤(11)，直至xl＝100％；
b-2、当xl＝100％时，说明待测液化装置4出液口流出是100％的饱和液体，此时待测液化装置4在此工况下的液化率即为所测得的循环总流量，即
实施例2：
如图2所示，一种氢气液化装置液化率的测试装置，本实施例与实施例1不同之处在于：
为了使得低温气体液化装置液化率测试装置能够测试氢气液化装置的液化率，复温换热器12和压缩机106之间设有正仲氢反应器13，其中设有足量的正仲氢催化剂和加热装置，其作用是使得回流的高仲氢含量的非平衡态氢气加速反应转变为室温下平衡态的氢气(正氢含量75％，仲氢含量25％)，确保测试循环中再次进入待测液化装置4的氢气为室温下平衡态氢气；
本实施例的测试装置中还包括了正仲氢含量测量装置14，对待测液化装置4液体出口处和正仲氢反应器13出口处进行取样测量，其作用是检验待测氢液化装置4所产液氢的仲氢含量是否符合标准要求(仲氢含量≥95％)以及检验经由正仲氢反应器13出口氢气是否已经充分反应，达到室温下的平衡态。
实施例3：
如图3所示，一种低温气体液化装置液化率测试装置，本实施例中绝热环境***采用了由低温制冷机冷却的真空绝热环境箱，本实施例与实施案例1不同之处在于：
绝热环境***9包括低温制冷机901、真空绝热腔904、辐射屏903、高真空多层绝热902、绝热支撑905；真空绝热腔904是密闭的腔体，并维持真空度在10-3Pa以上，其作用是消除储液罐7与外界环境之间的导热漏热和对流漏热。
低温制冷机901安装在真空绝热腔904上，其冷头911伸入真空绝热腔904内，低温制冷机的冷头911与置于真空绝热腔904内的辐射屏903连接，其作用是将辐射屏903冷却至所测低温气体的液化温度。
辐射屏903外表面包裹着高真空多层绝热902，其作用是消除储液罐7与真空绝热腔904之间的辐射漏热。绝热支撑905连接低温制冷机冷头911和储液罐7，其作用将储液罐7悬吊于辐射屏903中，在测试过程中其与制冷机冷头911相连的一端温度被控制在待测低温气体pl对应的饱和温度Tc＝Tsat,fld(pl)，从而消除储液罐7与真空绝热腔904之间的导热漏热。
本实施方案所提供的低温绝热环境***9可以有效地将漏热控制在极小的值，从而提升测量的准确度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；本实施例的技术方案可以进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换；但修改和替换不能脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种低温气体液化装置液化率测试装置，其特征在于，包括通过管路依次连接并能与待测液化装置形成循环回路的储液罐、复温换热器、供气***；检测时，所述待测液化装置设于所述供气***出气口和储液罐进液口之间；
所述供气***与待测液化装置之间的管路上设有流量控制器、压力传感器Ⅰ，且压力传感器Ⅰ靠近待测液化装置设置；所述待测液化装置与储液罐之间的管路上设有温度传感器Ⅰ；
所述储液罐上设有压力传感器Ⅱ，其内设有温度传感器Ⅱ、加热器Ⅰ和液位计。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述待测液化装置为氢气液化装置，所述测试装置还包括设于所述复温换热器与供气***之间的正仲氢反应器，以及测量所述正仲氢反应器出口和待测液化装置出口正仲氢含量的正仲氢含量测量装置。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括绝热环境***，所述储液罐通过绝热支撑悬于所述绝热环境***中。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述绝热环境***为采用低温制冷机的真空绝热环境箱，其由外至内依次包括真空绝热腔、高真空多层绝热层、辐射屏；
所述低温制冷机的冷头与所述辐射屏热连接。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述低温制冷机为Gifford-McMahon制冷机、斯特林制冷机、脉管制冷机、透平布雷顿制冷机或Joule-Thomson节流制冷机。
6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述供气***包括通过三条并联管路分别连接的气库、压缩机、旁通控制阀；
所述气库所在的并联管路上设有位于气库入口的回气控制阀和位于气库出口的补气控制阀；
气库入口、压缩机出口、旁通阀入口通过对应的并联管路与所述供气***的出气管路连通，该出气管路上设有高压截止阀；气库口出、压缩机入口、旁通阀出口通过对应的并联管路与所述供气***的回气管路连通，该回气管路上设有低压截止阀。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括控制器，该控制器接收所述压力传感器Ⅰ的压力信号，并根据该信号控制补气控制阀、回气控制阀开度；同时该控制器接收所述压力传感器Ⅱ的压力信号，并根据该信号控制旁通控制阀开度。
8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述复温换热器为空浴式换热器、水浴式换热器、电加热式换热器，或者同时采用上述不同形式的复合式换热器。
9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述液化装置与储液罐之间的管路为低温绝热管路。
10.一种利用权利要求1～9任一项所述的测试装置测量液化装置液化率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动待测液化装置，使其稳定到待测工况状态；
(2)启动供气***，使储液罐压力设定值为待测液化装置出口设计压力，调节待测液化装置入口压力设定值为待测液化装置入口设计压力，使得测试循环总流量设定值为待测液化装置的设计液化率，作为初始状态；
(3)待储液罐液位达到设定高度，启动储液罐内的加热器Ⅰ，调节其加热功率直至储液罐内液位保持不变；
(4)待液化装置各项工况参数趋于稳定状态，调节测试循环总流量设定值，直至储液罐内温度与待测液化装置出口温度相等，且待测液化装置出口气体中液态气体含量满足设定要求，则液化装置的液化率即为当前测试循环总流量。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115218606A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-10-21 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种低温恒温装置及温度控制方法 |
| CN116202300A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-02 | 苏州八匹马超导科技有限公司 | 小型低温液化装置、低温液体流量计标定装置及标定方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103759498A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-04-30 | 上海交通大学 | 小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法 |
| WO2016021990A1 (ko) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | 주식회사래티스테크놀로지 | 가압가스를 이용한 액화천연가스순환기가 적용된 분사식 천연가스 액화장치 |
| CN205782912U (zh) * | 2016-05-30 | 2016-12-07 | 中国石油天然气集团公司 | 一种液化天然气蒸发气的处理装置 |
| WO2017160007A1 (ko) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 김남국 | 선박용 액화천연가스의 증발가스 부분재액화장치 |
| CN107906844A (zh) * | 2016-06-24 | 2018-04-13 | 萨拉戈萨大学 | 用于提高基于制冷机的致冷剂气体液化器中的液化速率的***和方法 |
| CN108679929A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-19 | 张家港氢云新能源研究院有限公司 | 一种具备氢气成分检测功能的氢气液化*** |
| CN109916135A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-06-21 | 酷豹低碳新能源装备科技(常州)有限公司 | 一种用于小型气体液化装置的无泵循环方法 |
-
2021
- 2021-03-24 CN CN202110314793.4A patent/CN113030151B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103759498A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-04-30 | 上海交通大学 | 小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法 |
| WO2016021990A1 (ko) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | 주식회사래티스테크놀로지 | 가압가스를 이용한 액화천연가스순환기가 적용된 분사식 천연가스 액화장치 |
| WO2017160007A1 (ko) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 김남국 | 선박용 액화천연가스의 증발가스 부분재액화장치 |
| CN205782912U (zh) * | 2016-05-30 | 2016-12-07 | 中国石油天然气集团公司 | 一种液化天然气蒸发气的处理装置 |
| CN107906844A (zh) * | 2016-06-24 | 2018-04-13 | 萨拉戈萨大学 | 用于提高基于制冷机的致冷剂气体液化器中的液化速率的***和方法 |
| CN108679929A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-19 | 张家港氢云新能源研究院有限公司 | 一种具备氢气成分检测功能的氢气液化*** |
| CN109916135A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-06-21 | 酷豹低碳新能源装备科技(常州)有限公司 | 一种用于小型气体液化装置的无泵循环方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SON H. HO等: "Nozzle injection displacement mixing in a zero boil-off hydrogen storage tank", 《JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 * |
| 孙冲等: "高含氮天然气液化工艺的研究与优化", 《化学工程》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115218606A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-10-21 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种低温恒温装置及温度控制方法 |
| CN115218606B (zh) * | 2022-07-25 | 2023-08-25 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种低温恒温装置及温度控制方法 |
| CN116202300A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-02 | 苏州八匹马超导科技有限公司 | 小型低温液化装置、低温液体流量计标定装置及标定方法 |
| CN116202300B (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-11 | 苏州八匹马超导科技有限公司 | 小型低温液化装置、低温液体流量计标定装置及标定方法 |
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