CN105259207B - 一种气体低温换热性能试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种气体低温换热性能试验方法，包括以下步骤：步骤1)、气密性检查；步骤2)、向冷却盘管中通入氧气；步骤3)、向腔体内将液氮并观察盘管出气的温度传感器，使氧气被冷却后的温度降至目标温度；步骤4)、记录此时温度、压力、流量，并记录此时液氮的液位H1；步骤5)、将氧气钢瓶换成氮气钢瓶，对管道进行置换；步骤6)、向冷却盘管中通入甲烷，调节第一调节阀、第三调节阀的开度，使压力、流量稳定在目标值；步骤7)、重复步骤3)和步骤4)，记录冷却甲烷对应的温度T2、压力P2、流量Q2，并记录此时液氮的液位H2。本发明传热方法是对流，避免了导热热阻大的难题。

Description

一种气体低温换热性能试验方法

技术领域

本发明涉及工业安全领域，特别涉及一种气体低温换热性能试验方法。

背景技术

我国煤层气资源储量丰富，发展潜力巨大。现开采的煤层气中多含有氮氧等空气组分，具有爆炸危险性。煤层气液化是煤层气主要的应用领域之一，在煤层气液化流程的提纯阶段，精馏塔内，随着甲烷的逐渐液化提纯，精馏塔顶部氧气、氮气含量逐渐增加，甲烷的含量较低，故在精馏塔“低温高压”的工况下，甲烷可能处于爆炸极限范围内，若遇残余重烃颗粒及粉尘碰撞产生的零星火花或外界热源影响，就有可能引发燃烧爆炸。因此，为了保障煤层气液化流程的安全性，必须对掌握含氧煤层气等可燃气体在超低温条件下的爆炸极限，以及爆炸过程中的压力、温度等参数的变化规律。很多学者和技术人员均在可燃气体爆炸特性方面进行研究，但其研究方向往往是集中在可燃气体常温常压或高温高压工况下，对于涉及可燃气体液化的低温工况的研究甚少。

超低温下可燃气体爆炸特性测试装置及方法，在试验罐外侧加了制冷装置，主要是测量超低温下可燃气体的爆炸特性、最小点火能量等。该装置因系统中装有填料，无法在试验罐内部加盘管进行降温，只能采用导热的办法，但热阻较大，可能无法直接进行降温。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种气体低温换热性能试验方法。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种气体低温换热性能试验方法，包括以下步骤：

步骤1)、气密性检查；

步骤2)、打开第三调节阀V3，缓慢打开第一调节阀V1通入氧气，调节第一调节阀V1、第三调节阀V3的开度，使压力稳定在第一目标压力，流量稳定在第一目标值；

步骤3)、打开第二调节阀V2，向腔体内注入液氮并观察盘管出口的温度传感器，使氧气被冷却后的温度降至第一目标温度；

步骤4)、当温度、压力、流量同时达到目标值后，使这三个数值保持一段时间不变，记录此时温度T1、压力P1、流量Q1，并记录此时液氮的液位H1；

步骤5)、关闭第二调节阀V2，将氧气钢瓶换成氮气钢瓶，对管道进行置换；

步骤6)、将氮气钢瓶换成甲烷钢瓶，打开第三调节阀V3，缓慢打开第一调节阀V1通入甲烷，调节第一调节阀V1、第三调节阀V3的开度，使压力稳定在第二目标压力，流量稳定在第二目标值；

步骤7)、重复步骤3)和步骤4)，待数据稳定一段时间后，记录冷却甲烷对应的温度T2、压力P2、流量Q2，并记录此时液氮的液位H2。

进一步，所述步骤7)后还包括步骤8)，

步骤8)、关闭第二调节阀V2，让液氮自由挥发，关闭第一调节阀V1，换成氮气钢瓶，通过氮气进行置换。

进一步，所述步骤1)具体方法为：打开第一调节阀V1、第三调节阀V3，持续向冷却盘管内通入氮气一段时间，关闭第三调节阀V3，持续通过第一调节阀V1充入氮气，待压力达到第三目标压力后，关闭第一调节阀V1，观察阀后压力的变化情况，一段时间后，若压力表的压降不超过第四目标压力，则密封性良好。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明传热方法是对流，避免了导热热阻大的难题。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所用系统的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种气体低温换热性能试验系统，包括腔体1、液氮发生器2、冷却盘管3、气体发生器4、流量计5、压力表6、温度传感器7、液位计9和保温层10。

腔体，作为试验用容器；采用不锈钢铁桶外加保温层即可。铁桶内径没有特殊要求，试验目的达到后将直径记录即可，移入巷道配气时就用这个铁桶。

冷却盘管：采购紫铜管和弯管器自行绕制，铜管规格φ10。绕制圈数暂定为30圈，试验成功后，记录盘管跨距，每一圈的直径。从液氮浴出来后的管段进行保温。

流量计：流量范围为0～100L/min(0℃，101325Pa，下同)，要求压力、流体组分的变化不影响结果的准确性，读数须有3个有效数字。

温度传感器：热电阻，采用扩管安装。

液氮发生器：采用常规175L的液氮杜瓦瓶即可。

气体发生器：包括氧气、甲烷、氮气钢瓶，普通40L钢瓶。

调压阀V1：普通调节阀，带有2个压力表，每个压力表可测量阀前和阀后的压力，尺寸根据管道进行选择。

调压阀V2、V3：采用低温电动调节阀，根据管道进行选型。

液位计：测量液氮，量程0～800mm。

与液氮发生器连接的管道伸入到腔体内，液氮发生器用于向腔体内注入液氮；所述冷却盘管设置于腔体内，冷却盘管的进气口与气体发生器连接，流经冷却盘管的气体由冷却盘管的出气口排出到腔体外，所述冷却盘管部分没入到液氮8下；与冷却盘管连接的管道上设置有温度传感器；所述液位计设置于腔体上，用于检测腔体内液氮的液位。

所述保温层10设置于腔体的外层；第一调压阀V1设置于连接冷却盘管与气体发生器的管道上；流量计5设置于连接冷却盘管与气体发生器的管道上；第二调压阀V2设置于连接液氮发生器与腔体的管道上；第三调压阀V3设置于与冷却盘管的出气口连接的管道上；压力表6设置于与冷却盘管的出气口连接的管道上；所述腔体上设置有压力表。

运用上述系统进行低温换热性能的试验，包括以下步骤：

(1)先气密性检查。装置安装好后，在钢瓶处接氮气钢瓶，打开第一调压阀V1、第三调压阀V3，采用氮气进行吹扫，直到干净无杂物后，关闭第三调压阀V3，持续通过第一调压阀V1充入氮气，待阀后压力达到第三目标压力(0.4MPa G)后，关闭调节阀，观察阀后压力的变化情况。一段时间(30min)后，若压力表的压降不超过第四目标压力(10KPa)，可认为试验系统密封性良好。若出现泄漏情况，对泄漏处进行密封处理。重复检漏，直至合格。

(2)将气体钢瓶换成氧气钢瓶，打开第三调压阀V3，缓慢打开第一调压阀V1通入氧气，调节第一调压阀V1、第三调压阀V3的开度，观察阀后压力表和质量流量计，使压力稳定在第一目标压力(0.173MPa G)，流量稳定在第一目标流量(48.88L/min)。

(3)打开阀V2，将液氮放入液氮浴，并观察预冷出口的温度传感器，使氧气被冷却后的温度降至第一目标温度(-170℃)。降温过程中，压力可能发生变化，需要调节第一调压阀V1、第三调压阀V3的开度，保证压力和流量稳定。温度降至目标值后，保持第二调压阀V2开度不变。

(4)当温度、压力、流量同时达到目标值后，观察各个传感器、仪表，使这三个数值保持一段时间(3min)不变，此时，记录这3个数据(T1、P1、Q1)，并记录液氮浴的液位，或在液氮浴的液面处作一个记号(即记录液位H1)，记号采用彩笔，在液氮浴外标出大致位置即可。如果压力无法稳定，则分别在第一调压阀V1后、第三调压阀V3前加一个缓冲罐稳压(该缓冲罐采用175L的空杜瓦瓶即可)。

(5)关闭第二调压阀V2，将氧气钢瓶换成氮气钢瓶，对管道进行置换。

(6)将氮气钢瓶换成甲烷钢瓶，打开第三调压阀V3，缓慢打开第一调压阀V1通入甲烷，调节第一调压阀V1、第三调压阀V3的开度，观察阀后压力表和质量流量计，使压力稳定在第二目标压力(0.389MPa G)，流量稳定在第二目标流量(73.64L/min)。

(7)重复步骤(3)和步骤(4)，待数据稳定3min后，记录冷却甲烷对应的T2、P2、Q2，并记录H2。

(8)试验结束，关闭第二调压阀V2，让液氮自由挥发。关第一调压阀V1，换成氮气钢瓶，通过氮气进行置换。置换完毕后，拆掉钢瓶及其他装置，移入巷道内进行低温瓦斯爆炸特性试验。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种气体低温换热性能试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)、气密性检查；

步骤2)、打开第三调节阀(V3)，缓慢打开第一调节阀(V1)通入氧气，调节第一调节阀(V1)、第三调节阀(V3)的开度，使压力稳定在第一目标压力，流量稳定在第一目标值；

步骤3)、打开第二调节阀(V2)，向腔体内注入液氮并观察盘管出口的温度传感器，使氧气被冷却后的温度降至第一目标温度；

步骤4)、当温度、压力、流量同时达到目标值后，使这三个数值保持一段时间不变，记录此时温度T1、压力P1、流量Q1，并记录此时液氮的液位H1；

步骤5)、关闭第二调节阀(V2)，将氧气钢瓶换成氮气钢瓶，对管道进行置换；

步骤6)、将氮气钢瓶换成甲烷钢瓶，打开第三调节阀(V3)，缓慢打开第一调节阀(V1)通入甲烷，调节第一调节阀(V1)、第三调节阀(V3)的开度，使压力稳定在第二目标压力，流量稳定在第二目标值；

步骤7)、重复步骤3)和步骤4)，待数据稳定一段时间后，记录冷却甲烷对应的温度T2、压力P2、流量Q2，并记录此时液氮的液位H2；

步骤8)、关闭第二调节阀(V2)，让液氮自由挥发，关闭第一调节阀(V1)，换成氮气钢瓶，通过氮气进行置换；

所述步骤1)具体方法为：打开第一调节阀(V1)、第三调节阀(V3)，持续向冷却盘管内通入氮气一段时间，关闭第三调节阀(V3)，持续通过第一调节阀(V1)充入氮气，待压力达到第三目标压力后，关闭第一调节阀(V1)，观察阀后压力的变化情况，一段时间后，若压力表的压降不超过第四目标压力，则密封性良好；

该试验方法利用低温换热性能试验系统进行，所述低温换热性能试验系统包括腔体(1)、液氮发生器(2)、冷却盘管(3)、气体发生器(4)、温度传感器(7)和液位计(9)；

与液氮发生器连接的管道伸入到腔体内，液氮发生器用于向腔体内注入液氮；

所述冷却盘管设置于腔体内，冷却盘管的进气口与气体发生器连接，流经冷却盘管的气体由冷却盘管的出气口排出到腔体外，所述冷却盘管部分没入到液氮(8)下；

与冷却盘管连接的管道上设置有温度传感器；

所述液位计设置于腔体上，用于检测腔体内液氮的液位。

2.根据权利要求1所述的气体低温换热性能试验方法，其特征在于：所述腔体的外层设置有保温层(10)。

3.根据权利要求1所述的气体低温换热性能试验方法，其特征在于：连接冷却盘管与气体发生器的管道上设置有第一调压阀(V1)。

4.根据权利要求3所述的气体低温换热性能试验方法，其特征在于：连接冷却盘管与气体发生器的管道上设置有流量计(5)。

5.根据权利要求1所述的气体低温换热性能试验方法，其特征在于：连接液氮发生器与腔体的管道上设置有第二调压阀(V2)。

6.根据权利要求1所述的气体低温换热性能试验方法，其特征在于：与冷却盘管的出气口连接的管道上设置有第三调压阀(V3)；与冷却盘管的出气口连接的管道上设置有压力表(6)。

7.根据权利要求1所述的气体低温换热性能试验方法，其特征在于：所述腔体上设置有压力表。