BE1031096A1 - Dispositif d’essai de performances d'étanchéité d'une vanne à hydrogène liquide - Google Patents
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Abstract
L'invention divulgue un dispositif d'essai de performances d’étanchéité d’une vanne à hydrogène liquide, qui se rapporte au domaine technique de l'essai de performance de vanne à ultra-basse température, et comprend un sous-système d'alimentation en hydrogène, un sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène et un sous-système de détection de performance d'étanchéité de vanne. L'invention peut refroidir et liquéfier l'hydrogène à haute pression sur un site d'essai, et obtenir en continu une grande quantité d'hydrogène liquide, réalisant ainsi l'essai d'étanchéité à basse température de la vanne testée dans un environnement réel d'hydrogène liquide.
Description
DISPOSITIF D'ESSAI DE PERFORMANCES BEI
D'ÉTANCHÉITÉ D'UNE VANNE À HYDROGÈNE
LIQUIDE
[0001] L'invention concerne le domaine technique de l'essai de performance des vannes à ultra-basse température, en particulier un dispositif d'essai de performances d’étanchéité d’une vanne d'hydrogène liquide.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Le stockage et le transport d'hydrogène liquide à basse température présentent les avantages d'une forte densité de stockage et d'un faible coût de transport à distance, et constituent un mode idéal de stockage et de transport de l'énergie hydrogène. Le réservoir de stockage d'hydrogène liquide, le wagon-citerne d'hydrogène liquide, la bouteille d'hydrogène liquide, le pipeline d'hydrogène liquide et autres équipements similaires sont des équipements courants de stockage et de transport d'hydrogène liquide. Les vannes sous diverses formes, telles qu'une vanne d'arrêt, un clapet anti-retour, une vanne d'arrêt d'urgence et autres, sont des composants importants de l'équipement de stockage et de transport de l'hydrogène liquide et jouent un rôle clé dans l'étanchéité du milieu et l'efficacité du démarrage et de l'arrêt des réservoirs et des pipelines d'hydrogène liquide. Pendant la période de service de la vanne, celle-ci est la plupart du temps en contact avec de l'hydrogène liquide ou de l'hydrogène à basse température, l'environnement de travail est extrêmement mauvais, et le mode de défaillance le plus courant est la fuite causée par la déformation excessive d'un élément d'étanchéité métallique à la position d'adaptation de la vanne à une température extrêmement basse. Une fois que l'hydrogène liquide fuit, il est gazéifié en très peu de temps pour générer une grande quantité d'hydrogène, et l'hydrogène liquide est facile à brûler et même à exploser. Par conséquent, les performances d'étanchéité à basse temperature de la vanne d'hydrogène liquide sont essentielles et il est nécessaire de vérifier les performances d'étanchéité de la vanne d'hydrogène liquide dans un environnement réel.
[0003] Le test d'étanchéité de la vanne d'hydrogène liquide est utilisé pour BE2024/5164 examiner les performances d'étanchéité de la vanne d'hydrogène liquide lorsqu'elle est en service dans un milieu réel. Le dispositif d'essai de performance des vannes à basse température qui peut être recherché actuellement comprend un dispositif d'essai de performance des vannes à basse température (numéro de demande : CN 201611147532.3) publié en 2017 par l'académie chinoise des sciences des matériaux de mélange d'engrais, et le dispositif d'essai présente les avantages suivants : un système de contrôle
PLC est adopté, un ensemble de système d'essai de contrôle automatique de vanne à basse température dans un environnement à basse température d'hélium est construit, et l'essentiel est que le fonctionnement automatique de l'ensemble du système d'essai à basse température est réalisé, l'efficacité du travail est améliorée, et le stockage en ligne et la vérification de l'historique des données sont réalisés. Le dispositif est dirigé vers une vanne cryogénique dans la zone de température de l'hélium liquide, et le milieu d'essai est l'hélium liquide inerte, bien que la température d'essai soit plus basse. Cependant, les réglementations nationales actuelles sont très strictes en ce qui concerne le contrôle de l'hydrogène liquide, et l'hydrogène liquide est difficile à transporter entre une usine d'hydrogène liquide et un mécanisme d'essai d'équipement d'hydrogène liquide, de sorte que l'acquisition rapide et continue du milieu de travail de l'hydrogène liquide sur le site d'essai est très importante. En outre, l'hydrogène est inflammable et explosif, et le dispositif d'essai à basse température lié à l'hydrogène a des exigences plus strictes en matière de protection de la sécurité.
[0004] L'autre art antérieur relatif au test de performance des vannes à basse température concerne principalement la zone de température du GNL ou de l'azote liquide, et la méthode de refroidissement par trempage est généralement adoptée pour refroidir la vanne testée. Cependant, la méthode de refroidissement par trempage peut générer un gradient de température opposé aux conditions de fonctionnement réelles de la soupape dans la phase initiale du test, et ne peut pas simuler complètement et véritablement les performances d'étanchéité de la soupape à basse température dans les conditions de fonctionnement réelles, et les performances d'étanchéité ne sont pas évidentes dans l'azote liquide Wen Oushang, mais la soupape peut être BE2024/51 64 bloquée en raison d'une déformation inverse dans une zone de température de l'hydrogène liquide.
[0005] Il est donc nécessaire de disposer d'un dispositif qui utilise un véritable milieu d'hydrogène liquide pour effectuer un test d'étanchéité sur une vanne d'hydrogène liquide, et qui adopte un mode de refroidissement capable de simuler avec précision le gradient de température de la vanne d'hydrogène liquide dans des conditions de service réelles, et de réaliser simultanément une acquisition continue et rapide d'un milieu de travail à hydrogène liquide sur un site d'essai.
[0006] L'invention vise à fournir un dispositif d'essai de performances d'étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide, qui est utilisé pour résoudre les problèmes de l'art antérieur, refroidir et liquéfier l'hydrogène à haute pression sur un site d'essai, et obtenir en continu une grande quantité de fluide d'hydrogène liquide, de sorte que l'essai de performances d’étanchéité à basse température d'une vanne testée dans l'environnement réel d'un fluide d'hydrogène liquide soit réalisé.
[0007] Afin d'atteindre l'objectif susmentionné, la présente invention propose les solutions suivantes :
[0008] L'invention propose un dispositif de test de performance d'étanchéité de vanne d'hydrogène liquide, qui comprend un sous-système d'alimentation en hydrogène, un dispositif de test de performance d'étanchéité de vanne d'hydrogène liquide et un dispositif de test de performance d'étanchéité de vanne d'hydrogène liquide, dans lequel le sous-système d'alimentation en hydrogène est utilisé pour fournir de l'hydrogène ; l'extrémité d'entrée d'air du sous-système de refroidissement et de liquéfaction d'hydrogène est communiquée avec le sous-système d'alimentation en hydrogène par l'intermédiaire d'un pipeline et est utilisée pour refroidir et liquéfier de l'hydrogène dans le pipeline ; le sous-système de détection des performances d'étanchéité des vannes est relié à l'extrémité de sortie du liquide du sous- système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène par l'intermédiaire d'une canalisation, et une vanne détectée reliée à la canalisation est disposée dans le sous-système de détection des performances d'étanchéité des vannes, BE2024/5164 de sorte que la vanne détectée peut être soumise respectivement à une détection de fuite interne et à une détection de fuite externe dans un environnement d'hydrogène liquide par l'adoption d'une méthode de refroidissement interne ; le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène est utilisé pour commuter le pipeline de remplacement de purge de gaz et le pipeline de récupération de l'hydrogène en contrôlant le sens d'écoulement du mécanisme d'inversion de la coupure, et est communiqué avec l'extrémité de sortie de la soupape testée, de sorte que l'hydrogène qui s'écoule à travers la soupape testée au cours de la phase de prérefroidissement mais n'est pas liquéfié peut être récupéré et réutilisé ; le sous-système de surveillance et de contrôle est utilisé pour surveiller et contrôler les états de fonctionnement du sous-système d'alimentation en hydrogène, du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène, du sous-système de détection de la performance d'étanchéité de la vanne et du sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène.
[0009] Le sous-système d'alimentation en hydrogène comprend éventuellement un groupe de bouteilles d'hydrogène à haute pression, le groupe de bouteilles d'hydrogène à haute pression est relié à un réservoir tampon par l'intermédiaire d'un pipeline, et une sortie d'air du réservoir tampon est reliée au sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène par l'intermédiaire d'un pipeline.
[0010] Optionnellement, un détendeur de pression est disposé sur une canalisation entre le groupe de bouteilles d'hydrogène à haute pression et le réservoir tampon, et le détendeur de pression est connecté électriquement au sous-système de surveillance et de contrôle.
[0011] Optionnellement, le sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène comprend un réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide, le réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide est un corps de réservoir avec une structure à double couche, une couche d'isolation thermique est remplie entre la paroi intérieure et la paroi extérieure du réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide, et un couvercle d'extrémité de préservation de la chaleur de type ouvert-fermé est disposé au sommet du BE2024/5164 réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide de manière à le rendre étanche ; le réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide est rempli intérieurement d'azote liquide à basse température et est relié à un module 5 d'alimentation automatique en azote liquide sur la base d'un signal de surveillance du niveau de liquide ; le réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide est équipé intérieurement d'un premier échangeur de chaleur à serpentin, et le sous-système d'alimentation en hydrogène est relié au premier échangeur de chaleur à serpentin par l'intermédiaire d'une canalisation.
[0012] Le sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène comprend en outre un dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide, dans lequel le dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide est un récipient ouvert de type bouteille avec une couche intermédiaire sous vide, de l'hélium liquide à basse température est contenu dans le dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide, et un module d'ajout automatique de liquide d'hélium liquide basé sur un signal de surveillance du niveau de liquide est communiqué avec le dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide ; le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide est placé dans le réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide, un trou rond de type couplage est formé dans un couvercle d'extrémité de préservation de la chaleur de type ouvert-fermé du réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide, et la partie goulot d'étranglement du dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide pénètre à travers le trou rond de type couplage ; le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide est équipé à l'intérieur d'un deuxième échangeur de chaleur à serpentin, l'extrémité du premier échangeur de chaleur à serpentin est reliée au deuxième échangeur de chaleur à serpentin par une canalisation, et l'extrémité du deuxième échangeur de chaleur à serpentin est reliée au sous- système de détection des performances d'étanchéité de la vanne par une canalisation ; en adoptant un mode combinant le refroidissement primaire à l'azote liquide et le refroidissement secondaire à l'hélium liquide, l'hydrogène à haute pression est refroidi et liquéfié sur un site d'essai, et une grande quantité d'hydrogène liquide peut être obtenue en continu, de sorte que l'essai de performances d’étanchéité à basse température de la soupape testée dans BE2024/5164 l'environnement réel de l'hydrogène liquide est réalisé.
[0013] En option, le sous-système de détection des performances d'étanchéité de la vanne comprend une cavité d'essai sous vide, une vanne à tester et un module de détection d'étanchéité ; la cavité d'essai sous vide est reliée extérieurement à une pompe à vide ; la vanne à tester est fixée dans la cavité d'essai sous vide par l'intermédiaire d'une bride supérieure ; la méthode de refroidissement interne est utilisée pour refroidir la vanne d'hydrogène liquide testée et, par rapport à la méthode conventionnelle de refroidissement par trempage, il est possible d'obtenir un gradient de température dans la même direction que les conditions d'utilisation réelles de la vanne d'hydrogène liquide testée ; afin de garantir l'efficacité de refroidissement de la méthode de refroidissement interne, la cavité d'essai sous vide est utilisée pour isoler la vanne testée, de sorte que l'hydrogène liquide ne puisse pas bouillir en raison d'une fuite de chaleur lorsqu'il circule à travers la vanne testée.
[0014] Le module de détection de l'étanchéité comprend éventuellement un module de détection des fuites comprenant un spectromètre de masse à hélium en communication avec l'intérieur de la chambre d'essai sous vide. Le module de détection de l'étanchéité comprend en outre un module de détection des fuites internes, dans lequel le module de détection des fuites internes comprend une vanne d'arrêt pneumatique, un compteur de bulles d'alcool et un débitmètre, et la vanne d'arrêt pneumatique et le débitmètre sont disposés sur la canalisation de dérivation. Lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la vanne testée est inférieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, la vanne d'arrêt pneumatique est ouverte, l'extrémité de sortie de la vanne testée est communiquée avec le compteur de bulles d'alcool par l'intermédiaire d'une canalisation de dérivation, l'extrémité arrière de la canalisation de dérivation s'étend dans le compteur de bulles d'alcool, et le sommet du compteur de bulles d'alcool est relié à une canalisation de sortie d'air; la vanne d'arrêt pneumatique et le débitmètre sont respectivement reliés au sous-système de surveillance et de contrôle ; l'invention permet de détecter les fuites internes et externes de la vanne d'hydrogène liquide à basse température, et la conception de la cavité d'essai sous vide permet d'éliminer l'interférence de l'hydrogène dans l'air sur le résultat de la détection. BE2024/5164
[0015] Optionnellement, le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène comprend un pipeline de remplacement de la purge, un pipeline de récupération de l'hydrogène et un mécanisme d'inversion d'arrêt, la structure spécifique du mécanisme d'inversion d'arrêt n'est pas limitée, une structure de vanne d'arrêt à trois voies peut être adoptée, ou une vanne électromagnétique à trois voies est associée à une structure de vanne électromagnétique unique disposée à l'extrémité de sortie d'une vanne testée, de sorte que la marche- arrêt entre l'extrémité de sortie de la vanne testée et le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène soit directement contrôlée, et que la commutation entre différentes conduites du sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène puisse être réalisée, et une pluralité de vannes électromagnétiques simples peuvent également être adoptées et sont respectivement disposées sur différentes conduites, et la marche-arrêt et la commutation entre les conduites peuvent être réalisées en contrôlant la marche-arrêt des différentes vannes électromagnétiques ; la ligne de récupération de l'hydrogène comprend une pompe de surpression. Lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la vanne à tester est supérieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, l'extrémité de sortie de la vanne à tester divise le gaz en deux voies par le biais du mécanisme d'inversion de la coupure, une voie du gazoduc est communiquée avec le gazoduc de récupération de l'hydrogène, l'autre voie du gazoduc est communiquée avec le gazoduc de remplacement de la purge, et la commutation entre le gazoduc de remplacement de la purge et le gazoduc de récupération de l'hydrogène est réalisée en changeant la direction du mécanisme d'inversion de la coupure. Tout d'abord, le mécanisme d'inversion de la coupure est commuté pour permettre à un pipeline d'extrémité de sortie de la vanne testée de communiquer avec le pipeline de remplacement de purge, et le gaz de la vanne testée et de son système de pipeline de raccordement est déchargé par le pipeline de remplacement de purge pour garantir que d'autres gaz que l'hydrogène ne restent pas dans la vanne testée et dans son pipeline de test ; puis commutation du mécanisme d'inversion de la coupure pour s'assurer qu'un pipeline à l'extrémité de sortie de la soupape testée est en communication avec le pipeline de récupération de l'hydrogène, et récupération BE2024/5164 de l'hydrogène ou du mélange d'hydrogène et d'hydrogène liquide qui s'écoule à travers la soupape testée mais n'est pas refroidi pour répondre à l'exigence de température d'essai à travers le pipeline de récupération de l'hydrogène.
L'autre extrémité du pipeline de récupération de l'hydrogène est communiquée avec un réservoir tampon du sous-système d'alimentation en hydrogène par l'intermédiaire d'une pompe de surpression, le réservoir tampon est utilisé comme dispositif de récupération de l'hydrogène, l'hydrogène récupéré peut entrer à nouveau dans le système de refroidissement à deux étages et est utilisé comme milieu de test, lorsqu'une fuite interne est détectée, le mécanisme d'inversion de la coupure est fermé, le pipeline à l'extrémité de sortie de la vanne testée et l'état de communication entre le remplacement de l'hydrogène et le sous-système de récupération sont coupés, la vanne de coupure pneumatique est ouverte, l'extrémité de sortie de la vanne testée est communiquée avec le compteur de bulles d'alcool par l'intermédiaire d'un pipeline de dérivation, et la détection des fuites internes peut être lancée.
[0016] En option, le sous-système de surveillance et de contrôle comprend plusieurs capteurs, un débitmètre, une caméra antidéflagrante, une alarme de concentration d'hydrogène, une alarme de concentration d'oxygène, un instrument d'acquisition de données 14, un ordinateur, une plate-forme de commande PLC 15, etc. Les signaux de débit, de température et de pression sont acquis par un débitmètre, un capteur de température et un capteur de pression, les informations relatives à la condensation et au givrage et les conditions anormales du site sont surveillées par une caméra antidéflagrante et les surfaces du pipeline, et les concentrations d'hydrogène et d'oxygène du site sont surveillées et signalées par un instrument d'alarme de concentration d'hydrogène et d'oxygène. La plate-forme de commande PLC 15 est utilisée pour contrôler l'ouverture et la fermeture de l'électrovanne et de la vanne d'arrêt pneumatique, de sorte que le sous-système de surveillance et de contrôle peut surveiller et contrôler les états de fonctionnement du sous-système d'alimentation en hydrogène, du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène, du sous-système de détection de la performance d'étanchéité de la vanne et du sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène. BE2024/5164
Par rapport à l'art antérieur, l'invention a les effets techniques suivants :
[0017] selon l'invention, un mode combinant le refroidissement primaire à l'azote liquide et le refroidissement secondaire à l'hélium liquide est adopté, l'hydrogène à haute pression est refroidi et liquéfié sur un site d'essai, et une grande quantité d'hydrogène liquide peut être obtenue en continu, de sorte que l'essai de performances d’étanchéité à basse température d'une soupape testée est réalisé dans un environnement réel de milieu d'hydrogène liquide ; la méthode de refroidissement interne est utilisée pour refroidir la vanne d'hydrogène liquide testée et, par rapport à la méthode conventionnelle de refroidissement par trempage, il est possible d'obtenir un gradient de température dans la même direction que les conditions de fonctionnement réelles de la vanne ; afin de garantir l'efficacité de refroidissement de la méthode de refroidissement interne, la cavité sous vide est utilisée pour isoler la vanne à tester, ce qui permet d'empêcher l'hydrogène liquide de bouillir en raison d'une fuite de chaleur lorsqu'il circule dans la vanne. L'invention permet d'effectuer une détection des fuites internes à basse température et une détection des fuites externes de la vanne d'hydrogène liquide, la conception de la cavité de test sous vide peut éliminer l'interférence de l'hydrogène dans l'air sur le résultat de la détection, et la conception du système de récupération de l'hydrogène peut recycler l'hydrogène qui n'est pas liquéfié dans l'étape de pré- refroidissement du système, ce qui permet d'économiser considérablement le coût du fluide.
[0018] Afin d'illustrer plus clairement les modes de réalisation de la présente invention ou les solutions techniques de l'art antérieur, les dessins nécessaires dans les modes de réalisation seront brièvement décrits ci-dessous, et il est évident que les dessins de la description suivante ne représentent que certains modes de réalisation de la présente invention, et que d'autres dessins peuvent être obtenus selon ces dessins sans effort inventif de la part d'une personne versée dans l'art.
[0019] FIG. 1 est un diagramme schématique de l'agencement des connexions d'un dispositif d'essai de performances d'étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide de l'invention ; BE2024/5164
1-Bouteille d'hydrogène à haute pression, le 2-Détendeur de pression. 3-Réservoir tampon. 4-Chambre d'essai sous vide. 5-Pompe à vide. 6-Vanne à mesurer. 7-Bride supérieure. 8-Spectromètre de masse en hélium. 9-Bulleur d'alcool. 10-Conduite de récupération de l'hydrogène. 11-Mécanisme d'inversion de l'arrêt. 12-Pompe d'appoint. 13-Conduite de remplacement de la purge. 14-Instrument d'acquisition de données 15-Plate-forme de commande PLC 16-Réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide. 17- Dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide. —18- Couvercle d'extrémité de préservation de la chaleur de type ouvert et fermé 19- Échangeur de chaleur du premier serpentin, le 20-Deuxième échangeur de chaleur à serpentin. 21-Vanne d'arrêt pneumatique.
[0020] La description suivante des modes de réalisation de la présente invention sera faite clairement et complètement en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels il est évident que les modes de réalisation décrits ne sont que certains modes de réalisation de la présente invention, mais pas tous les modes de réalisation. Tous les autres modes de réalisation, qui peuvent être réalisés par les personnes compétentes en la matière sur la base des modes de réalisation de l'invention sans effort inventif, sont censés entrer dans le champ d'application de l'invention.
[0021] L'invention vise à fournir un dispositif d'essai de performances d'étanchéité des soupapes à hydrogène liquide, utilisé pour résoudre les BE2024/5164 problèmes de l'art antérieur, refroidir et liquéfier l'hydrogène à haute pression dans un site d'essai, obtenir continuellement une grande quantité d'hydrogène liquide, et résoudre le problème du transport de l'hydrogène liquide entre une usine de liquéfaction de l'hydrogène et un mécanisme d'essai causé actuellement en Chine, réalisant ainsi un essai de performances d'étanchéité à basse température sur une soupape testée dans un environnement réel de milieu d'hydrogène liquide.
[0022] Afin que les objets, caractéristiques et avantages susmentionnés de la présente invention apparaissent plus clairement, une description plus précise de l'invention sera donnée en référence aux dessins et à la description détaillée ci-joints.
[0023] L'invention propose un dispositif d'essai de performances d'étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide, représenté à la figure 1, qui comprend un sous-système d'alimentation en hydrogène, dans lequel le sous-système d'alimentation en hydrogène comprend un groupe de bouteilles d'hydrogène haute pression 1, un détendeur de pression 2 et un réservoir tampon 3, et le groupe de bouteilles d'hydrogène haute pression 1 peut être choisi parmi les bouteilles de stockage d'hydrogène haute pression de type |, de type II, de type
Il et de type IV. Le sous-système d'alimentation en hydrogène peut fournir de l'hydrogène pour purger et remplacer des dispositifs et des conduites et pour préparer un milieu d'essai à base d'hydrogène liquide par refroidissement sur site ; l'extrémité d'entrée d'air du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène est communiquée avec le réservoir tampon 3 du sous-système d'alimentation en hydrogène par l'intermédiaire d'une conduite et est utilisée pour refroidir et liquéfier l'hydrogène dans la conduite ; le sous- système de détection des performances d'étanchéité des vannes est relié à l'extrémité de sortie du liquide du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène par un pipeline, et comprend une cavité d'essai sous vide 4, une vanne testée 6 et un module de détection de l'étanchéité, la cavité d'essai sous vide 4 étant reliée extérieurement à une pompe à vide 5 ; la vanne testée 6 est fixée dans la cavité d'essai sous vide 4 par une bride supérieure 7, et la queue d'un pipeline à l'extrémité de sortie de la vanne testée
6 est reliée à un sous-système de remplacement et de récupération de BE2024/5164 l'hydrogène par un mécanisme d'inversion d'arrêt 11 ; le module de détection de fuite comprend un module de détection de fuite externe et un module de détection de fuite interne, dans lequel le module de détection de fuite externe comprend un spectromètre de masse à hélium 8 communiqué avec l'intérieur de la cavité d'essai sous vide, et peut détecter les fuites d'hydrogène dans la cavité d'essai sous vide 4 à partir des positions de la partie de connexion de l'enveloppe de la vanne 6 à détecter, du joint de la tige de la vanne et d'autres éléments similaires.
Le module de détection des fuites internes comprend une vanne d'arrêt pneumatique 21, un compteur de bulles d'alcool 9 et un débitmètre, dans lequel la vanne d'arrêt pneumatique 21 et le débitmètre sont respectivement disposés sur une canalisation de dérivation, une extrémité de la canalisation de dérivation est connectée à une canalisation à l'extrémité de sortie d'une vanne testée 6, l'extrémité de connexion de la canalisation de dérivation est positionnée sur la canalisation entre le mécanisme d'inversion d'arrêt 11 et l'extrémité de sortie de la vanne testée 6, l'extrémité de queue de la canalisation de dérivation s'étend dans le compteur de bulles d'alcool 9, la partie supérieure du compteur de bulles d'alcool 9 est reliée à une conduite de sortie d'air, lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la soupape testée 6 est inférieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, l'exigence du test est satisfaite, le mécanisme d'inversion d'arrêt 11 est fermé, la conduite à l'extrémité de sortie de la soupape testée 6 et l'état de communication entre le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène sont coupés, la soupape d'arrêt pneumatique 21 est ouverte et l'extrémité de sortie de la soupape testée 6 est communiquée avec le compteur de bulles d'alcool 9 par l'intermédiaire de la conduite de dérivation ; fermer la vanne 6 à tester et le mécanisme d'inversion de coupure 11, dans lequel une conduite à l'extrémité de sortie de la vanne 6 à tester est communiquée avec une conduite secondaire, et la quantité de fuite au siège de la vanne 6 à tester peut être détectée par le compteur de bulles d'alcool 9 et le débitmètre ; le sous- système de remplacement et de récupération de l'hydrogène comprend un pipeline de récupération de l'hydrogène 10 et un pipeline de remplacement de la purge 13, le pipeline de récupération de l'hydrogène 10 comprend une pompe de surpression 12, le mécanisme d'inversion d'arrêt 11 de l'invention BE2024/5164 peut adopter une vanne d'arrêt à trois voies, lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la vanne testée 6 est supérieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, le gaz s'écoulant de l'extrémité de sortie de la vanne testée 6 peut être contrôlé pour entrer dans le pipeline de remplacement de la purge 13 ou dans le pipeline de récupération de l'hydrogène 10, et lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la soupape testée 6 est inférieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, le passage entre la canalisation d'extrémité de sortie de la soupape testée 6 et le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène est fermé, de sorte que la canalisation d'extrémité de sortie de la soupape testée 6 et le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène ne communiquent pas, et que la détection des fuites internes est facilitée.
Plus précisément, le mécanisme d'inversion d'arrêt 11 peut adopter une vanne d'arrêt à trois voies, l'extrémité de la conduite de sortie de la vanne testée 6 est respectivement connectée à la conduite de récupération d'hydrogène 10 et à la conduite de remplacement de purge 13, ou le mécanisme d'inversion d'arrêt 11 peut également adopter une vanne électromagnétique à trois voies pour remplacer la vanne d'arrêt à trois voies, et pendant ce temps, une vanne électromagnétique est également installée sur la conduite de sortie de la vanne testée 6 pour contrôler la marche-arrêt, et une vanne électromagnétique est également installée séparément sur la conduite de l'extrémité de sortie de la vanne testée 6, le pipeline de récupération d'hydrogène 10 et le pipeline de remplacement de purge 13 pour remplacer la vanne d'arrêt à trois voies, de sorte que la marche-arrêt et linversion de chaque pipeline peuvent être réalisées, et lorsque le mécanisme d'inversion d'arrêt 11 à l'extrémité de sortie de la vanne testée 6 est ouvert, le gaz peut être divisé en deux voies, L'une des voies du gazoduc est en communication avec le pipeline de récupération d'hydrogène 10, l'autre voie du gazoduc est en communication avec le pipeline de remplacement de purge 13, et la commutation du pipeline de remplacement de purge 13 et du pipeline de récupération d'hydrogène 10 est réalisée en inversant les directions du mécanisme d'arrêt et d'inversion 11. L'autre extrémité de la canalisation de récupération d'hydrogène 10 est reliée à un réservoir tampon 3 du sous-système d'alimentation en hydrogène par BE2024/5164 l'intermédiaire d'une pompe de surpression 12, le réservoir tampon 3 est utilisé en même temps comme dispositif de récupération d'hydrogène, et l'hydrogène récupéré peut entrer à nouveau dans le système de refroidissement à deux étages pour être utilisé comme milieu de test, ce qui permet de réduire considérablement le coût du test.
[0024] Le sous-système de surveillance et de contrôle comprend plusieurs capteurs, un débitmètre, une caméra antidéflagrante, un instrument d'alarme de concentration d'hydrogène, un instrument d'alarme de concentration d'oxygène, un instrument d'acquisition de données 14, un ordinateur, une plate- forme de contrôle PLC 15, etc. Les signaux de débit, de température et de pression sont acquis par un débitmètre, un capteur de température et un capteur de pression, les informations relatives à la condensation et au givrage et les conditions anormales du site sont surveillées par une caméra antidéflagrante et les surfaces des pipelines, et les concentrations d'hydrogène et d'oxygène du site sont surveillées et signalées par un instrument d'alarme de concentration d'hydrogène et d'oxygène. La plate-forme de commande PLC 15 est utilisée pour contrôler l'ouverture et la fermeture de la vanne d'arrêt pneumatique 21 et de la vanne électromagnétique, de sorte que le sous- système de surveillance et de contrôle puisse surveiller et contrôler les états de fonctionnement du sous-système d'alimentation en hydrogène, du sous- système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène, du sous-système de détection de la performance d'étanchéité de la vanne et du sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène.
[0025] Afin d'améliorer les effets de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène, l'invention conçoit de manière innovante une structure de refroidissement en deux étapes, et en particulier, le sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène comprend un réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide 16 et un dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide 17, dans lequel le réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide 16 est un corps de réservoir avec une structure à double couche, une couche d'isolation thermique est remplie entre la paroi intérieure et la paroi extérieure du réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide 16, et un couvercle d'extrémité de préservation de la chaleur de BE2024/5164 type ouvert-fermé 18 est disposé au sommet du réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide 16 de manière à le rendre étanche ; le réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide 16 est rempli intérieurement d'azote liquide à basse température et est relié à un module d'alimentation automatique en azote liquide sur la base d'un signal de surveillance du niveau de liquide ; un premier échangeur de chaleur à serpentin 19 est placé dans le réservoir de refroidissement primaire à l'azote liquide 16, et le sous-système d'alimentation en hydrogène est relié au premier échangeur de chaleur à serpentin 19 par l'intermédiaire d'une canalisation.
Le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide 17 est un conteneur de type bouteille ouverte avec une couche intermédiaire sous vide, de l'hélium liquide à basse température est contenu dans le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide 17, et un module d'ajout automatique de liquide à l'hélium liquide basé sur un signal de surveillance du niveau de liquide est communiqué avec le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide ; le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide 17 est placé dans le réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide 16, un trou rond de type couplage est formé dans un couvercle d'extrémité de préservation de la chaleur de type ouvert-fermé 18 du réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide 16, et la partie goulot d'étranglement du dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide 17 passe à travers le trou rond de type couplage dans un mode de scellement ; le deuxième échangeur de chaleur à serpentin 20 est disposé dans le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide 17, l'extrémité arrière du premier échangeur de chaleur à serpentin 19 est communiquée avec le deuxième échangeur de chaleur à serpentin 20 par l'intermédiaire d'une canalisation, et l'extrémité arrière du deuxième échangeur de chaleur à serpentin 20 est communiquée avec le sous-système de détection des performances d'étanchéité de la vanne par l'intermédiaire d'une canalisation ; en adoptant un mode combinant le refroidissement primaire à l'azote liquide et le refroidissement secondaire à l'hélium liquide, l'hydrogène à haute pression est refroidi et liquéfié sur un site d'essai, et une grande quantité d'hydrogène liquide peut être obtenue en continu, de sorte que l'essai d'étanchéité à basse température de la soupape testée dans un environnement réel d'hydrogène BE2024/5164 liquide est réalisé. L'hydrogène à haute pression est dépressurisé par une vanne de dépressurisation 2 et collecté par un réservoir tampon 3, puis entre dans un premier échangeur de chaleur à serpentin 19 immergé dans un réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide 16 pour le refroidissement primaire, et entre ensuite dans un deuxième échangeur de chaleur à serpentin 20 immergé dans un dispositif de refroidissement secondaire d'hélium liquide 17 pour le refroidissement secondaire et la liquéfaction. L'hydrogène liquide soumis à un refroidissement et à une liquéfaction en deux étapes pénètre dans la vanne 6 à tester, de sorte que la méthode de refroidissement interne est utilisée pour refroidir la vanne 6 à tester, et par rapport à la méthode conventionnelle de refroidissement par trempage, la méthode peut obtenir le gradient de température dans la même direction que la condition d'utilisation réelle de la vanne ; afin de garantir l'efficacité de refroidissement de la méthode de refroidissement interne, la cavité d'essai sous vide 4 est utilisée pour isoler la vanne testée 6, de sorte que l'hydrogène liquide peut être empêché de bouillir en raison d'une fuite de chaleur lorsqu'il circule à travers la vanne testée 6.
[0026] Par rapport à un dispositif commun d'essai d'étanchéité à basse température pour la vanne d'hydrogène liquide, le dispositif fourni par l'invention adopte un mode de combinaison du refroidissement primaire de l'azote liquide et du refroidissement secondaire de l'hélium liquide, et peut être utilisé pour refroidir et liquéfier l'hydrogène à haute pression dans un site d'essai, de sorte qu'une grande quantité d'hydrogène liquide peut être obtenue en continu, que le problème du transport de l'hydrogène liquide entre une usine de liquéfaction de l'hydrogène et un mécanisme d'essai actuellement en Chine est résolu, et que l'essai d'étanchéité à basse température pour la vanne testée dans l'environnement réel du milieu de l'hydrogène liquide est réalisé. La méthode de refroidissement interne est utilisée pour refroidir la vanne 6 à tester, et par rapport à la méthode de refroidissement par trempage conventionnelle, le gradient de température dans la même direction que les conditions de fonctionnement réelles de la vanne peut être obtenu ; afin de garantir l'efficacité de refroidissement de la méthode de refroidissement interne, la cavité d'essai sous vide 4 est utilisée pour isoler la vanne testée, de sorte que l'hydrogène liquide peut être empêché de bouillir en raison d'une fuite de chaleur lors de BE2024/5164 l'écoulement à travers la vanne. En outre, le dispositif fourni par l'invention a la capacité de détecter les fuites internes à basse température et les fuites externes de la vanne d'hydrogène liquide, la conception de la cavité d'essai sous vide 4 peut éliminer l'interférence de l'hydrogène dans l'air sur le résultat de la détection, et la conception du système de récupération de l'hydrogène peut recycler l'hydrogène qui n'est pas liquéfié dans l'étape de pré- refroidissement du système, de sorte que le coût du fluide est grandement réduit. L'invention peut améliorer la capacité de détection des performances d'étanchéité de la vanne 6 dans un environnement réel. Dans la description de la présente invention, il convient de noter que les directions ou les relations de position indiquées par les termes "centre", "haut", "bas", "gauche", "droite", vertical", "horizontal", "intérieur", "extérieur", etc. sont basés sur les directions ou les relations de position illustrées dans les dessins, sont simplement destinés à faciliter la description de la présente invention et à simplifier la description, et n'indiquent pas ou n'impliquent pas que les dispositifs ou les éléments mentionnés doivent avoir une orientation spécifique, être configurés et fonctionner dans une orientation spécifique, et ne doivent donc pas être interprétés comme limitant la présente invention. En outre, les termes "premier", "deuxième" et autres sont utilisés à des fins descriptives uniquement et ne doivent pas être interprétés comme indiquant ou impliquant une importance relative.
[0027] Les principes et les réalisations de la présente invention ont été décrits en détail en référence à des exemples spécifiques, qui sont fournis pour faciliter la compréhension de la méthode et des idées fondamentales de la présente invention ; en outre, la présente invention est susceptible d'être modifiée par ceux qui ont des compétences ordinaires dans l'art à la lumière des présents enseignements. Compte tenu de ce qui précède, la présente description ne doit pas être interprétée comme limitant l'invention.
Claims (8)
1. Dispositif d'essai de performances d'étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide, caractérisé en ce que, il comprend un sous-système d'alimentation en hydrogène pour fournir de l'hydrogène ; l'extrémité d'entrée d'air du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène est communiquée avec le sous-système d'alimentation en hydrogène par l'intermédiaire d'un pipeline et est utilisée pour refroidir et liquéfier l'hydrogène dans le pipeline ; le sous-système de détection des performances d'étanchéité des vannes est relié à l'extrémité de sortie du liquide du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène par l'intermédiaire d'une canalisation, et une vanne détectée reliée à la canalisation est disposée dans le sous-système de détection des performances d'étanchéité des vannes, de sorte que la vanne détectée peut être soumise respectivement à une détection de fuite interne et à une détection de fuite externe dans un environnement d'hydrogène liquide par l'adoption d'une méthode de refroidissement interne ; le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène est relié à l'extrémité arrière du sous-système de détection des performances d'étanchéité de la vanne et peut récupérer l'hydrogène qui n'est pas liquéfié lors de la phase de pré-refroidissement de la vanne à détecter ; le sous-système de surveillance et de contrôle est utilisé pour surveiller et contrôler les états de fonctionnement du sous-système d'alimentation en hydrogène, du sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène, du sous-système de détection de l'étanchéité de la vanne et du sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène.
2. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide selon la revendication 1, dans lequel : le sous-système d'alimentation en hydrogène comprend un groupe de bouteilles d'hydrogène à haute pression, le groupe de bouteilles d'hydrogène à haute pression est relié à un réservoir tampon par l'intermédiaire d'un pipeline, et une sortie d'air du réservoir tampon est reliée au sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène par l'intermédiaire d'un pipeline.
3. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne BE2024/5164 d'hydrogène liquide selon la revendication 2, dans lequel : et un détendeur de pression est disposé sur une canalisation entre le groupe de bouteilles d'hydrogène à haute pression et le réservoir tampon et est connecté électriquement au sous-système de surveillance et de contrôle.
4. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide selon la revendication 1, dans lequel : le sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène comprend un réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide, le réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide est un corps de réservoir avec une structure à double couche, une couche d'isolation thermique est remplie entre la paroi intérieure et la paroi extérieure du réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide, et un couvercle d'extrémité de préservation de la chaleur de type ouvert-fermé est disposé au sommet du réservoir de refroidissement primaire d'azote liquide de manière étanche ; le réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide est rempli intérieurement d'azote liquide à basse température et est relié à un module d'alimentation automatique en azote liquide sur la base d'un signal de surveillance du niveau de liquide ; le réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide est équipé intérieurement d'un premier échangeur de chaleur à serpentin, et le sous-système d'alimentation en hydrogène est relié au premier échangeur de chaleur à serpentin par l'intermédiaire d'une canalisation.
5. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide selon la revendication 4, dans lequel : le sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène comprend en outre un dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide, dans lequel le dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide est un récipient ouvert en forme de bouteille avec une couche intermédiaire sous vide, de 'hélium liquide à basse température est contenu dans le dispositif de refroidissement secondaire de l'hélum liquide, et un module d'ajout automatique de liquide d'hélium liquide basé sur des signaux de surveillance du niveau de liquide est communiqué avec le dispositif de refroidissement secondaire de l'hélium liquide ; le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide est placé dans le réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide, un trou rond de type couplage est formé dans un couvercle BE2024/5164 d'extrémité de préservation de la chaleur de type ouvert-fermé du réservoir de refroidissement primaire de l'azote liquide, et la partie goulot d'étranglement du dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide passe à travers le trou rond de type couplage dans un mode d'étanchéité ; le dispositif de refroidissement secondaire à l'hélium liquide est équipé intérieurement d'un deuxième échangeur de chaleur à bobines, l'extrémité arrière du premier échangeur de chaleur à bobines est reliée au deuxième échangeur de chaleur à bobines par une canalisation, et l'extrémité arrière du deuxième échangeur de chaleur à bobines est reliée au sous-système de détection des performances d'étanchéité de la vanne par une canalisation.
6. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide selon la revendication 1, dans lequel : le sous-système de détection des performances d'étanchéité des vannes comprend une cavité d'essai sous vide, et une pompe à vide est connectée extérieurement à la cavité d'essai sous vide ; la vanne à tester est fixée dans la cavité d'essai sous vide par une bride supérieure ; le sous-système de détection des performances d'étanchéité des vannes comprend en outre un module de détection d'étanchéité, dans lequel le module de détection d'étanchéité comprend un module de détection des fuites externes, et le module de détection des fuites externes comprend un spectromètre de masse à hélium communiqué avec l'intérieur de la cavité d'essai sous vide.
7. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide selon la revendication 6, dans lequel : le module de détection de l'étanchéité comprend en outre un module de détection des fuites internes, le module de détection des fuites internes comprend une vanne d'arrêt pneumatique, un compteur de bulles d'alcool et un débitmêtre, la vanne d'arrêt pneumatique et le débitmètre sont disposés sur une canalisation de dérivation, lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la vanne détectée est inférieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, la vanne d'arrêt pneumatique est ouverte, l'extrémité de sortie de la vanne détectée est communiquée avec le compteur de bulles d'alcool par l'intermédiaire d'une canalisation de dérivation, l'extrémité finale de la canalisation de dérivation s'étend dans le compteur de bulles d'alcool, et la partie supérieure du compteur BE2024/5164 de bulles d'alcool est reliée à une canalisation de sortie d'air ; la vanne d'arrêt pneumatique et le débitmètre sont respectivement reliés au sous-système de surveillance et de contrôle.
8. Dispositif d'essai de performances d’étanchéité d'une vanne d'hydrogène liquide selon la revendication 2, dans lequel : le sous-système de remplacement et de récupération de l'hydrogène comprend une conduite de remplacement de purge, une conduite de récupération de l'hydrogène et un mécanisme d'inversion de coupure, et la conduite de récupération de l'hydrogène comprend une pompe de surpression ; lorsque la température du fluide à l'extrémité de sortie de la vanne à tester est supérieure à la température de l'hydrogène liquide sous pression, l'extrémité de sortie de la vanne à tester divise le gaz en deux voies par l'intermédiaire du mécanisme d'inversion de coupure, une voie du gazoduc est communiquée avec le gazoduc de récupération d'hydrogène, l'autre voie du gazoduc est communiquée avec le gazoduc de remplacement de purge, et la commutation entre le gazoduc de remplacement de purge et le gazoduc de récupération d'hydrogène est réalisée en commutant la direction du mécanisme d'inversion de coupure ; l'autre extrémité du pipeline de récupération d'hydrogène communique avec un réservoir tampon du sous-système d'alimentation en hydrogène par l'intermédiaire d'une vanne électromagnétique et d'une pompe de surpression ; le réservoir tampon est utilisé en même temps comme dispositif de récupération d'hydrogène, et l'hydrogène récupéré peut entrer à nouveau dans le sous-système de refroidissement et de liquéfaction de l'hydrogène pour être utilisé en tant que milieu d'essai.
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| BE20245164A BE1031096A1 (fr) | 2023-09-20 | 2024-03-19 | Dispositif d’essai de performances d'étanchéité d'une vanne à hydrogène liquide |
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| CN117288397A (zh) | 2023-12-26 |
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