CN104865043B - 一种lng低温流动特性实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG低温流动特性实验装置，包括LNG储罐、底部截止阀、LNG卸车入口、卸车截止阀、氮气入口、压力表、LNG泵、温度传感器、汽化器入口截止阀、汽化器、三通测试单元、弯头测试单元、阀门测试单元、保温测试单元、上部放空管、上端截止阀、顶端放空管、顶端截止阀、流态测试单元。本发明集观测LNG在管道内的流态及物性参数，测量流经弯头、阀门、三通阻力损失，测量不同保温材料的保温效果，测量LNG泵的特性参数等功能于一体，具有结构紧凑、通用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于液化天然气运输技术领域，具体的说，是涉及一种LNG低温流动特性实验装置，特别涉及一种测量LNG在低温状态下流态和流经弯头、阀门处阻力损失的实验装置。
背景技术
世界的能源结构发生变化，环境问题也日益突出，寻找更加清洁的能源逐渐成为各项研究的重点。天然气凭借其独特优点越来越受到各国的青睐，但最初主要是用于短途汽车的CNG(Compressed Natural Gas，CNG)；随着技术的发展，近年来液化天然气(liquefied natural gas，LNG)逐渐开始被人们所使用，LNG拓展了天然气的使用范围，并开始大量应用于长途货运汽车上，具有良好的社会效益。
伴随着LNG在长途货运汽车的使用，针对LNG的运输、储藏、加气等一系列问题亟待解决。尤其为了使LNG得到更广泛的应用，各地需要建设大量的LNG加气站。目前，国内的加气站多采用国外技术，国内LNG加气站设计开发还处于发展阶段。在LNG加气站的设计开发过程中，对于LNG管线的管路损失情况以及LNG介质流经阀门、弯头、三通的流动损失情况尚不存在准确的计算方法，因此提出LNG低温实验装置，可对LNG管路的管路损失及局部损失进行测量。
现有的LNG低温实验装置有：LNG试验罐装置和LNG自增压装置，但是LNG试验罐装置仅仅研究了保温层不同厚度的保温效果，LNG自增压装置也仅考虑了增压单一工况。由于在LNG加气站中需要进行管路特性与泵的匹配性研究，因此需要对管路损失情况进行准确的计算，而现有的实验装置对于LNG在高压、超低温流态，以及在管道内的流动损失的计算一直还没有准确的测试方法。
发明内容
本发明要解决的是目前对LNG在高压、超低温流态以及在管道内流动损失计算没有准确测试方法的技术问题，提供一种LNG低温流动特性实验装置，该实验装置集观测LNG在管道内的流态及物性参数，测量流经弯头、阀门、三通阻力损失，测量不同保温材料的保温效果，测量LNG泵的特性参数等功能于一体，具有结构紧凑、通用性强等优点。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种LNG低温流动特性实验装置，包括LNG储罐、底部截止阀、LNG卸车入口、卸车截止阀、氮气入口、压力表、LNG泵、温度传感器、汽化器入口截止阀、汽化器、三通测试单元、弯头测试单元、阀门测试单元、保温测试单元、上部放空管、上端截止阀、顶端放空管、顶端截止阀、流态测试单元；
LNG储罐的底部排液口连接LNG泵入口，且LNG储罐底部排液口与LNG泵入口之间的管道上依次布置有底部截止阀、LNG卸车入口、卸车截止阀和氮气入口；LNG泵的入口和出口分别设置有一套压力表和温度传感器，且LNG泵两端均为法兰连接；LNG泵出口并联连接汽化器进口和三通测试单元进口；LNG泵出口与汽化器进口之间的管道上布置有汽化器入口截止阀；LNG泵出口与三通测试单元进口之间的管道上布置有泵出口截止阀；汽化器出口连接LNG储罐顶部入口；三通测试单元出口并联连接流态测试单元进口和弯头测试单元进口，且三通测试单元出口与流态测试单元进口之间的管道上布置有三通出口截止阀；流态测试单元出口通过管道连接LNG储罐上部进口；弯头测试单元出口连接阀门测试单元进口，阀门测试单元出口连接保温测试单元进口，保温测试单元出口连接LNG储罐的上部进口。
其中，所述三通测试单元包括两端设置为法兰连接的测试三通，所述测试三通的入口、出口和侧支分别设置有一套压力表和温度传感器。
其中，所述弯头测试单元包括两端设置为法兰连接的测试弯头，所述测试弯头的入口和出口分别设置有一套压力表和温度传感器。
其中，所述阀门测试单元包括两端设置为法兰连接的测试阀门，所述测试阀门的入口和出口分别设置有一套压力表和温度传感器。
其中，所述保温测试单元包括两端设置为法兰连接的保温材料，所述保温材料的入口和出口分别设置有一套压力表和温度传感器。
其中，所述流态测试单元包括两端设置为法兰连接的透明管道，所述透明管道上设置有PIV脉冲激光源和PIV高速相机。
其中，所述LNG储罐顶部入口处的管道上布置有顶端放空管和顶端截止阀。
其中，所述LNG储罐上部进口处的管道上布置有上端截止阀和上端放空管。
本发明的有益效果是：
本发明的LNG低温流动特性实验装置能够进行LNG泵的性能、三通阻力损失、弯头阻力损失、保温材料保温效果、阀门的阻力损失、LNG流态的测量；同时可以方便测量不同型号LNG泵、不同的保温层、不同的三通、不同的弯头种类、不同的阀门种类、不同的管径流态，扩大了测量范围，各个构件之间采用法兰连接，更换方便简单，具有调节方便、功能全面的特点。
附图说明
图1是本发明提供的LNG低温流动特性实验装置的结构示意图；
图2是图1中三通测试单元的结构示意图；
图3是图1中弯头测试单元的结构示意图；
图4是图1中阀门测试单元的结构示意图；
图5是图1中保温测试单元的结构示意图；
图6是图1中流态测试单元的结构示意图。
图中：1—LNG储罐；2—底部截止阀；3—LNG卸车入口；4—卸车截止阀；5—氮气入口；6—压力表；7—LNG泵；8—温度传感器；9—汽化器入口截止阀；10—汽化器；11—三通测试单元；12—弯头测试单元；13—阀门测试单元；14—保温测试单元；15—上部放空管；16—上端截止阀；17—顶端放空管；18—顶端截止阀；19—流态测试单元；
1101-三通入口温度传感器；1102-测试三通；1103-三通出口温度传感器；1104-三通出口压力表；1105-三通侧支温度传感器；1106-三通侧支压力表；1107-三通入口压力表；
1201-弯头入口温度传感器；1202-测试弯头；1203-弯头出口温度传感器；1204-弯头出口压力表；1205-弯头入口压力表；
1301-阀门出口压力表；1302-阀门入口压力表；1303-阀门入口温度传感器；1304-测试阀门；1305-阀门出口温度传感器；
1401-保温出口压力表；1402-保温入口压力表；1403-保温入口温度传感器；1404-保温材料；1405-保温出口温度传感器；
1901-PIV脉冲激光源；1902-透明管道；1903-PIV高速相机。
具体实施方式
如图1所示，本实施例披露了一种LNG低温流动特性实验装置，包括LNG储罐1、底部截止阀2、LNG卸车入口3、卸车截止阀4、氮气入口5、压力表6、LNG泵7、温度传感器8、汽化器入口截止阀9、汽化器10、三通测试单元11、弯头测试单元12、阀门测试单元13、保温测试单元14、上部放空管15、上端截止阀16、顶端放空管17、顶端截止阀18、流态测试单元19。
LNG泵7的入口和出口分别设置有一套压力表6和温度传感器8，可以测量泵的流量、扬程。LNG泵7两端均为法兰连接，可以实现不同LNG泵7的测量。
如图2所示，三通测试单元11包括测试三通1102、设置在测试三通1102入口的三通入口温度传感器1101和三通入口压力表1107、设置在测试三通1102出口的三通出口温度传感器1103和三通出口压力表1104、设置在测试三通1102侧支的三通侧支温度传感器1105和三通侧支压力表1106。三通测试单元11可以测量测试三通1102的阻力损失，并且测试三通1102两端为法兰连接，可以实现不同三通的测量。
如图3所示，弯头测试单元12包括测试弯头1202、设置在测试弯头1202入口的弯头入口温度传感器1201和弯头入口压力表1205、设置在测试弯头1202出口的弯头出口温度传感器1203和弯头出口压力表1204。弯头试单元12可以测量测试弯头1202的阻力损失，并且测试弯头1202两端为法兰连接，可以实现不同弯头的测量。
如图4所示，阀门测试单元13包括测试阀门1304、设置在测试阀门1304入口的阀门入口压力表1302和阀门入口温度传感器1303、设置在测试阀门1304出口的阀门出口压力表1301和阀门出口温度传感器1305。阀门测试单元13可以测量测试阀门1304的阻力损失，并且测试阀门1304两端为法兰连接，可以实现不同阀门的测量。
如图5所示，保温测试单元14包括保温材料1404、设置在保温材料1404入口的保温入口压力表1402和保温入口温度传感器1403、设置在保温材料1404出口的保温出口压力表1401和保温出口温度传感器1405。保温测试单元14可以测量保温材料1404的保温效果，并且保温材料1404两端为法兰连接可以方便更换，能够实现不同材料保温效果的测量。
如图6所示，流态测试单元19包括透明管道1902，透明管道1902上设置有PIV脉冲激光源1901和PIV高速相机1903。流态测试单元19可以测量透明管道1902内LNG的流动状态，并且透明管道1902两端为法兰连接可以方便更换，能够实现不同管道流动状态的测量。
LNG储罐1的底部排液口连接LNG泵7入口，且LNG储罐1底部排液口与LNG泵7入口之间的管道上依次布置有底部截止阀2、LNG卸车入口3、卸车截止阀4和氮气入口5。
LNG泵7出口并联连接汽化器10进口和三通测试单元11进口。LNG泵7出口与汽化器10进口之间的管道上布置有汽化器入口截止阀9。LNG泵7出口与三通测试单元11进口之间的管道上布置有泵出口截止阀。
汽化器10出口通过管道连接LNG储罐1顶部入口，LNG储罐1顶部入口处的管道上布置有顶端放空管17和顶端截止阀18。
三通测试单元11出口并联连接流态测试单元19进口和弯头测试单元12进口，且三通测试单元11出口与流态测试单元19进口之间的管道上布置有三通出口截止阀。
流态测试单元19出口通过管道连接LNG储罐1上部进口，且LNG储罐1上部进口处的管道上布置有上端截止阀16。
弯头测试单元12出口连接阀门测试单元13进口，阀门测试单元13出口连接保温测试单元14进口，保温测试单元14出口连接LNG储罐1的上部进口。LNG储罐1上部进口处的管道上布置有上端截止阀16和上端放空管15。
下面简述本发明的工作过程：
重装工况下，关闭卸车截止阀4、顶端截止阀18、上端截止阀16，打开底部截止阀2，打开LNG卸车入口3的截止阀，进行LNG储罐1内LNG液体的充装，完成卸车后关闭LNG卸车入口3的截止阀。
氮气吹扫工况下，打开汽化器入口截止阀9、上部放空管15、顶端放空管17，然后打开氮气入口5的截止阀，进行整个装置的氮气吹扫，使得整个装置管道内空气被吹扫干净，并达到装置预冷的效果，最后关闭汽化器入口截止阀9、上部放空管15、顶端放空管17。
增压工况下，打开底部截止阀2、卸车截止阀4、顶端截止阀18、汽化器入口截止阀9，关闭上端截止阀16，使得LNG液体通过LNG泵7，然后到达汽化器10进行LNG汽化，最终返回到LNG储罐1，实现了LNG储罐1内的增压，关闭汽化器入口截止阀9、顶端截止阀18，打开顶端放空管17使得装置内残余LNG气体放空。
实验工况下，LNG液体经过LNG泵7后流经三通测试单元11、弯头测试单元12、阀门测试单元13、保温测试单元14、流态测试单元19，进行实验测量，LNG泵7测试单元测量LNG液体流经LNG泵7前后的压力变化与流量变化之间的关系，并测量功率的变化，最终得到泵的性能参数及泵的流量——扬程特性曲线；三通测试单元11测量LNG液体流经测试三通1102三个出口的压力变化，最终得到测试三通1102的局部阻力损失曲线；弯头测试单元12测量LNG液体流经测试弯头1202后进出口的压力变化以及相应的流量变化，最终得到测试弯头1202的局部阻力损失曲线；阀门测试单元13测量LNG液体流经测试阀门1304后进出口的压力变化以及相应的流量变化，最终得到测试阀门1304的局部阻力损失曲线；保温测试单元14测量LNG液体流经不同保温材料1404的管路后的进出口温度变化，最终得到不同材料及不同发泡工艺下材料的导热系数；流态测试单元19利用实验装置测量LNG液体在不同管径透明管路1902流态的变化，得到LNG液体的物性参数；分别记录各个测试单元的测试结果，得到最终的实验数据，测试完毕后关闭底部截止阀2、LNG泵7、上端截止阀16，然后打开上部放空管15，进行管道内流体的放空，保证实验的安全性。
尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，包括LNG储罐(1)、底部截止阀(2)、LNG卸车入口(3)、卸车截止阀(4)、氮气入口(5)、压力表(6)、LNG泵(7)、温度传感器(8)、汽化器入口截止阀(9)、汽化器(10)、三通测试单元(11)、弯头测试单元(12)、阀门测试单元(13)、保温测试单元(14)、上部放空管(15)、上端截止阀(16)、顶端放空管(17)、顶端截止阀(18)、流态测试单元(19)；
LNG储罐(1)的底部排液口连接LNG泵(7)入口，且LNG储罐(1)底部排液口与LNG泵(7)入口之间的管道上依次布置有底部截止阀(2)、LNG卸车入口(3)、卸车截止阀(4)和氮气入口(5)；LNG泵(7)的入口和出口均设置有一套压力表(6)和温度传感器(8)，且LNG泵(7)两端均为法兰连接；LNG泵(7)出口并联连接汽化器(10)进口和三通测试单元(11)进口；LNG泵(7)出口与汽化器(10)进口之间的管道上布置有汽化器入口截止阀(9)；LNG泵(7)出口与三通测试单元(11)进口之间的管道上布置有泵出口截止阀；汽化器(10)出口连接LNG储罐(1)顶部入口；三通测试单元(11)出口并联连接流态测试单元(19)进口和弯头测试单元(12)进口，且三通测试单元(11)出口与流态测试单元(19)进口之间的管道上布置有三通出口截止阀；流态测试单元(19)出口通过管道连接LNG储罐(1)上部进口；弯头测试单元(12)出口连接阀门测试单元(13)进口，阀门测试单元(13)出口连接保温测试单元(14)进口，保温测试单元(14)出口连接LNG储罐(1)的上部进口。
2.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述三通测试单元(11)包括两端设置为法兰连接的测试三通(1102)，所述测试三通(1102)的入口、出口和侧支均设置有一套压力表和温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述弯头测试单元(12)包括两端设置为法兰连接的测试弯头(1202)，所述测试弯头(1202)的入口和出口均设置有一套压力表和温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述阀门测试单元(13)包括两端设置为法兰连接的测试阀门(1304)，所述测试阀门(1304)的入口和出口均设置有一套压力表和温度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述保温测试单元(14)包括两端设置为法兰连接的保温材料(1404)，所述保温材料(1404)的入口和出口均设置有一套压力表和温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述流态测试单元(19)包括两端设置为法兰连接的透明管道(1902)，所述透明管道(1902)上设置有PIV脉冲激光源(1901)和PIV高速相机(1903)。
7.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述LNG储罐(1)顶部入口处的管道上布置有顶端放空管(17)和顶端截止阀(18)。
8.根据权利要求1所述的一种LNG低温流动特性实验装置，其特征在于，所述LNG储罐(1)上部进口处的管道上布置有上端截止阀(16)和上端放空管(15)。
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