CN105510140A - 一种低温深冷压力容器与管道耐压爆破试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温深冷压力容器与管道耐压爆破试验系统及试验方法。本发明包括耐压爆破子系统、低温深冷环境子系统、容器内填充子系统和控制子系统；耐压爆破子系统包含彼此连通的试验介质存储装置和待测容器，待测容器固定设置在低温深冷环境箱中；待测容器的内侧设置有撑托装置；低温深冷环境子系统包括彼此连通的低温深冷环境箱和冷媒储罐；容器内填充子系统包含向待测容器供油的油罐。本试验系统和方法能够进行低温深冷环境下(-269℃～0℃)压力容器的耐压试验和爆破试验，测试低温深冷环境下压力容器的强度、气密性和爆破压力；且该系统通过在容器内添加填充物，冷媒和压力介质的回收再利用等措施，最大限度地减少了能耗，降低了试验成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐压爆破试验系统及方法，特别涉及一种低温深冷环境下，对压力容器与管道进行耐压爆破的低能耗试验系统及方法。
背景技术
随着工业的发展，低温深冷压力容器的应用越加广泛，由于低温深冷容器一般盛装液化天然气等易燃易爆介质，且深冷环境对材料的力学性能等指标影响较大，一旦出现泄漏或破裂将导致严重后果，因此对此类容器的强度与安全使用要求相比一般容器更加严苛。国家标准中规定容器在制造完成后出厂前需进行耐压试验，有些承压设备还要求做爆破试验，但通常是在常温下进行，计算耐压试验压力时需乘以容器材料在试验温度与设计温度下的许用应力比值，而设计温度下容器在耐压试验时所表现出的强度和气密性等性能却无法直接反映；尤其是爆破试验，常温下的实测值难以表征设计使用温度下容器的极限强度。因此，设计开发低温深冷压力容器耐压爆破试验系统及方法来测试低温深冷环境下容器的强度、气密性和爆破压力等性能显得尤为必要。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术条件的不足，提供一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统及方法，本试验系统和方法能够进行低温深冷环境下(-269℃～0℃)压力容器的耐压试验和爆破试验，测试低温深冷环境下压力容器的强度、气密性和爆破压力；本发明结构简单，且测试结果准确可靠。
为实现上述目的，本发明中的试验系统采用了以下技术方案：
一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，本试验系统包括耐压爆破子系统、低温深冷环境子系统、容器内填充子系统和监控调节上述各子系统的控制子系统；
所述耐压爆破子系统包含用于试验介质存储装置和待测容器，所述待测容器固定设置在低温深冷环境箱中，试验介质存储装置经具有耐压绝热保温功能的介质连接管路与待测容器相连通；所述介质连接管路上自试验介质存储装置至待测容器一侧依次设置有具有正向增压和反向增压功能的增压泵组和连接截止阀；所述连接截止阀和待测容器之间的介质连接管路上设置有压力传感器；所述待测容器的顶部设置有排空截止阀和人孔，底部设置排空/液截止阀，所述待测容器的内侧设置有撑托装置；
所述低温深冷环境子系统包括具有绝热保温功能的低温深冷环境箱和冷媒储罐，所述冷媒储罐通过冷媒连接管路与所述低温深冷环境箱相连通，所述冷媒连接管路上设置有电磁阀；所述冷媒连接管路的处于低温深冷环境箱内部的管口处设置有喷嘴；所述低温深冷环境箱上设置有温度传感器；
所述容器内填充子系统包含油罐，所述油罐经供油管路与待测容器相连通，所述供油管路上设置有供油截止阀；
所述控制子系统包括控制器，所述增压泵组、压力传感器、温度传感器以及电磁阀分别通过相应的控制线路与控制器相连。
优选的，所述排空/液截止阀的进口处设置有三通，此三通通过液压油回收管路与油罐相连，且液压油回收管路上沿油的流动方向依次设置有回收截止阀和回收油泵；所述待测容器的底部设置有排液管，且排液管的管口位于待测容器的容器壁最底部处，排液管的伸出在待测容器底部的管路上设置有指示截止阀，所述排液管的管直径小于排空/液截止阀所在管路的管直径。
优选的，所述试验介质存储装置为氦气瓶组；当试验温度在-196℃～0℃之间时，所述冷媒储罐中的冷媒采用液氮，当试验温度在-269℃～-196℃之间时，所述冷媒储罐中的冷媒采用液氦。
优选的，所述喷嘴沿着待测容器的周向呈环绕状均匀分散排布。
优选的，所述撑托装置设置为托盘或油箱，所述托盘或油箱设置在供油管路的出油口下侧。
本发明还提供了一种采用上述试验系统的测试方法，其包括如下步骤：
S1、将待测容器固定设置于低温深冷环境箱中，操作人员通过人孔将撑托装置放置在待测容器的底面上；打开排空/液截止阀和连接截止阀，关闭排空截止阀、供油截止阀、回收截止阀和指示截止阀，启动增压泵组，试验介质存储装置中的试验介质缓慢注入待测容器中，与待测容器中的空气进行置换，将待测容器中的空气通过排空/液截止阀排净；
S2、关闭排空/液截止阀和连接截止阀，打开排空截止阀和供油截止阀，将油罐中的液压油缓慢灌入待测容器中，当灌入的液压油容积达到设定容积时，关闭供油截止阀和排空截止阀；
S3、将低温深冷环境箱密封好，开启电磁阀，把冷媒储罐中的冷媒经喷嘴喷洒在待测容器外壁，通过控制器设置低温深冷环境箱的温度T0，该温度T0小于液压油的熔点，待低温深冷环境箱中的温度达到温度T0后，保温并使待测容器中的液压油完全凝固；
S4、关闭电磁阀，打开低温深冷环境箱，开启排空/液截止阀和指示截止阀，使温度上升到液压油熔点以上，待发现指示截止阀无液压油流出或者液压油流出呈点滴状时，关闭排空/液截止阀和指示截止阀；
S5、将低温深冷环境箱密封好，开启电磁阀，把冷媒储罐中的冷媒经喷嘴喷洒在待测容器外壁，在控制器上设置低温深冷环境箱的温度T，该温度T即为待测容器的试验温度；通过控制器对温度传感器的监控和电磁阀的动态开闭调节，使低温深冷环境箱的温度T保持稳定；
S6、打开连接截止阀，启动增压泵组，将试验介质存储装置中的试验介质增压后注入待测容器中，压力传感器实时记录待测容器中的压力，待达到试验压力P时，控制器关闭增压泵组17；
S7、试验结束后，通过控制器将增压泵组调节为反向增压功能，将待测容器中的试验介质回收到试验介质存储装置中，当压力传感器采集到的压力降到大气压力时，关闭增压泵组；
S8、关闭电磁阀，打开低温深冷环境箱，温度逐件恢复到室温，待待测容器中的液压油完全熔化为液态后，打开回收截止阀，将待测容器中的液压油回收到油罐中。
本发明的有益效果在于：
1)本发明提供了一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统及方法，本试验系统和方法能够进行低温深冷环境(-269℃～0℃)各个温度下的压力容器的耐压试验和爆破试验，测试低温深冷环境下压力容器的强度、气密性和爆破压力，填补了行业空白。
2)本发明中的容器内填充子系统通过在待测容器内填充液压油，液压油在低温深冷环境下凝固来占据待测容器内容积的方式，大大减少了试验介质氦气的用量，同时也使得试验的危险性和破坏性得到极大程度的削弱，降低了试验成本。
3)本发明中的介质回收子系统将试验介质氦气和填充介质液压油进行回收再利用，节约了资源，降低了试验成本，最大限度地实现了低能耗。
附图说明
图1、2均为本发明中试验系统的结构示意图。
图中标注符号的含义如下：
1—试验介质存储装置2—低温深冷环境箱3—待测容器
4—鞍座5—排空/液截止阀6—冷媒储罐7—电磁阀
8—喷嘴9—供油截止阀10—油罐11—排空截止阀
12—温度传感器13—控制器14—压力传感器
15—连接截止阀16—控制线路17—增压泵组
18—介质连接管路19—冷媒连接管路20—人孔
21—撑托装置211—托盘212—油箱
22—指示截止阀23—回收截止阀24—液压油回收管路
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，本试验系统包括耐压爆破子系统、低温深冷环境子系统、容器内填充子系统和监控调节各子系统的控制子系统。
所述耐压爆破子系统包含储存试验介质的试验介质存储装置1，本实施例中的试验介质存储装置1即为氦气瓶组，氦气瓶组经具有耐压绝热保温功能的介质连接管路18与卧置在低温深冷环境箱2中的待测容器3相连，所述介质连接管路18沿着供气方向依次设置有增压泵组17和连接截止阀15，所述连接截止阀15和待测容器3之间的介质连接管路18上设置有压力传感器14。待测容器3由两个鞍座4支撑，所述待测容器3的顶部设置有排空截止阀11和人孔20，底部设置排空/液截止阀5，所述待测容器3的内侧设置有撑托装置21。
如图1所示，所述撑托装置21可以设置为托盘211；或者如图2所示，所述撑托装置21也可以设置为油箱212。所述托盘211或者油箱212可以由操作人员从人孔20处运入材料并在待测容器3中拼接组装而成。
所述低温深冷环境子系统包括低温深冷环境箱2和储存冷媒的冷媒储罐6。当试验温度在-196℃～0℃之间时，所述冷媒储罐6为液氮储罐，当试验温度在-269℃～-196℃之间时，所述冷媒储罐6为液氦储罐。
冷媒储罐6通过冷媒连接管路19进入到具有绝热保温功能的低温深冷环境箱2中，经喷嘴8对所述低温深冷环境箱2进行深冷降温。所述冷媒连接管路19上设置有电磁阀7，所述喷嘴8在所述低温深冷环境箱2内部沿所述待测容器3的周向均匀分散布置，以确保冷媒喷洒的均匀性。
所述容器内填充子系统包含储存液压油介质的油罐10，液压油经供油管路进入待测容器3，所述供油管路上设置有供油截止阀9，所述托盘211或油箱212设置在供油管路的出油口下侧。液压油在试验结束后经排空/液截止阀5放出。
如图1、2所示，所述排空/液截止阀5的进口处设置有三通，此三通通过液压油回收管路24与油罐10相连，且液压油回收管路24上沿油的流动方向依次设置有回收截止阀23和回收油泵(图中未示出)。
所述待测容器3的底部设置有排液管，且排液管的管口位于待测容器3的容器壁最底部处，排液管的伸出在待测容器3底部的管路上设置有指示截止阀22，所述排液管的管直径小于排空/液截止阀5所在管路的管直径。
如图1、2所示，所述控制子系统包括控制器13，所述增压泵组17、压力传感器14、温度传感器12以及电磁阀7分别通过相应的控制线路16与控制器13相连，从而控制器13便于进行实时监控和调节。
此外，所述增压泵组17有正向增压和反向增压功能，正反向通过控制器13进行调节。带有增压泵组17和连接截止阀15的介质连接管路18、带有回收截止阀23和回收油泵的液压油回收管路24、排空截止阀11和排空/液截止阀5共同构成介质回收子系统。
所述低温深冷环境箱2可设置成一系列不同体积大小的环境箱，从而根据待测容器3的体积可以选择合适大小的低温深冷环境箱2。
一种低温深冷压力容器耐压爆破试验方法，包括以下步骤：
S1、将待测容器3固定设置于低温深冷环境箱2中的两个鞍座4上，操作人员通过人孔20将撑托装置21放置在待测容器3的底面上；打开排空/液截止阀5和连接截止阀15，关闭排空截止阀11、供油截止阀9、回收截止阀22和指示截止阀22，启动增压泵组17，试验介质存储装置1即氦气瓶组中的氦气缓慢注入待测容器3中，与待测容器3中的空气进行置换，将待测容器3中的空气通过排空/液截止阀5排净；
S2、关闭排空/液截止阀5和连接截止阀15，打开排空截止阀11和供油截止阀9，将油罐10中的液压油缓慢灌入待测容器3中，当灌入的液压油容积达到设定容积时，关闭供油截止阀9和排空截止阀11；
由于所述托盘211或油箱212设置在供油管路的出油口下侧，因此，当油罐10中的液压油缓慢灌入待测容器3中时，液压油将首先积聚在托盘211或油箱212中。所述液压油容积可以人为设定，比如可以达到待测容器3容积的0.9倍，当然也可以将液压油的容积设置为油箱212的容积；
S3、将低温深冷环境箱2密封好，开启电磁阀7，把冷媒储罐6中的冷媒经喷嘴8喷洒在待测容器2外壁，通过控制器13设置低温深冷环境箱2的温度T0，该温度T0小于液压油的熔点，待低温深冷环境箱2中的温度达到温度T0后，保温并使待测容器3中的液压油完全凝固；
S4、关闭电磁阀7，打开低温深冷环境箱2，开启排空/液截止阀5和指示截止阀24，使温度上升到液压油熔点以上，待发现指示截止阀24无液压油流出或者液压油流出呈点滴状时，关闭排空/液截止阀5和指示截止阀24；
如果灌入待测容器3的液压油容积设定为油箱212的容积，则液压油全部容纳在油箱212中，而此时无论温度如何变化，液压油都不会溢出油箱212中，此时待测容器3的内侧壁面不与液压油相接触，且指示截止阀24和排空/液截止阀5均无液压油流出；若待测容器3中的撑托装置21设置为托盘211时，或者当灌入待测容器3的液压油容积大于油箱212的容积时，此时液压油将至少覆盖待测容器3的底部，当温度上升时，凝固的液压油从表面开始融化，融化后的液压油沿着排空/液截止阀5和指示截止阀24外排，由于指示截止阀24所在排液管的管口位于待测容器3的容器壁最底部处，同时排液管的管直径小于排空/液截止阀5所在管路的管直径，因此当指示截止阀24中无液压油流出或者流出的液压油呈点滴状时，即可判定已无液压油覆盖在待测容器3的内侧壁面上。当然，此时的托盘211上或油箱212中仍然存在有固态的、未及融化的液压油。
S5、将低温深冷环境箱2密封好，开启电磁阀7，把冷媒储罐6中的冷媒经喷嘴8喷洒在待测容器2外壁，在控制器13上设置低温深冷环境箱2的温度T，该温度T即为待测容器3的试验温度；通过控制器13对温度传感器12的监控和电磁阀7的动态开闭调节，使低温深冷环境箱2的温度T保持稳定；此时待测容器3中的液压油将保持凝固状态，并占据一定的待测容器3内的体积。
S6、打开连接截止阀15，启动增压泵组17，将氦气瓶组中的氦气增压后注入待测容器3中，压力传感器14实时记录待测容器3中的压力，待达到试验压力P时，控制器13关闭增压泵组17；由于此时待测容器3中还存有凝固的液压油，因此大大减少了试验介质氦气的用量，同时也使得试验的危险性和破坏性得到极大程度的削弱，降低了试验成本。
S7、试验结束后，通过控制器13将增压泵组17调节为反向增压功能，将待测容器3中的氦气回收到氦气瓶组中，当压力传感器14采集到的压力降到大气压力时，关闭增压泵组17；
S8、关闭电磁阀7，打开低温深冷环境箱2，温度逐件恢复到室温，待待测容器3中的液压油完全熔化为液态后，打开回收截止阀24，将待测容器3中的液压油回收到油罐10中。
Claims (6)
1.一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，其特征在于：本试验系统包括耐压爆破子系统、低温深冷环境子系统、容器内填充子系统和监控调节上述各子系统的控制子系统；
所述耐压爆破子系统包含用于试验介质存储装置(1)和待测容器(3)，所述待测容器(3)固定设置在低温深冷环境箱(2)中，试验介质存储装置(1)经具有耐压绝热保温功能的介质连接管路(18)与待测容器(3)相连通；所述介质连接管路(18)上自试验介质存储装置(1)至待测容器(3)一侧依次设置有具有正向增压和反向增压功能的增压泵组(17)和连接截止阀(15)；所述连接截止阀(15)和待测容器(3)之间的介质连接管路(18)上设置有压力传感器(14)；所述待测容器(3)的顶部设置有排空截止阀(11)和人孔(20)，底部设置排空/液截止阀(5)，所述待测容器(3)的内侧设置有撑托装置(21)；
所述低温深冷环境子系统包括具有绝热保温功能的低温深冷环境箱(2)和冷媒储罐(6)，所述冷媒储罐(6)通过冷媒连接管路(19)与所述低温深冷环境箱(2)相连通，所述冷媒连接管路(19)上设置有电磁阀(7)；所述冷媒连接管路(19)的处于低温深冷环境箱(2)内部的管口处设置有喷嘴(8)；所述低温深冷环境箱(2)上设置有温度传感器(12)；
所述容器内填充子系统包含油罐(10)，所述油罐(10)经供油管路与待测容器(3)相连通，所述供油管路上设置有供油截止阀(9)；
所述控制子系统包括控制器(13)，所述增压泵组(17)、压力传感器(14)、温度传感器(12)以及电磁阀(7)分别通过相应的控制线路(16)与控制器(13)相连。
2.根据权利要求1所述的一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，其特征在于：所述排空/液截止阀(5)的进口处设置有三通，此三通通过液压油回收管路(24)与油罐(10)相连，且液压油回收管路(24)上沿油的流动方向依次设置有回收截止阀(23)和回收油泵；所述待测容器(3)的底部设置有排液管，且排液管的管口位于待测容器(3)的容器壁最底部处，排液管的伸出在待测容器(3)底部的管路上设置有指示截止阀(22)，所述排液管的管直径小于排空/液截止阀(5)所在管路的管直径。
3.根据权利要求2所述的一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，其特征在于：所述试验介质存储装置(1)为氦气瓶组；当试验温度在-196℃～0℃之间时，所述冷媒储罐(6)中的冷媒采用液氮，当试验温度在-269℃～-196℃之间时，所述冷媒储罐(6)中的冷媒采用液氦。
4.根据权利要求2所述的一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，其特征在于：所述喷嘴(8)沿着待测容器(3)的周向呈环绕状均匀分散排布。
5.根据权利要求2所述的一种低温深冷压力容器耐压爆破试验系统，其特征在于：所述撑托装置(21)设置为托盘(211)或油箱(212)，所述托盘(211)或油箱(212)设置在供油管路的出油口下侧。
6.一种采用如权利要求2～5任一项所述的低温深冷压力容器与管道耐压爆破试验系统的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将待测容器(3)固定设置于低温深冷环境箱(2)中，操作人员通过人孔(20)将撑托装置(21)放置在待测容器(3)的底面上；打开排空/液截止阀(5)和连接截止阀(15)，关闭排空截止阀(11)、供油截止阀(9)、回收截止阀(22)和指示截止阀(22)，启动增压泵组(17)，试验介质存储装置(1)中的试验介质缓慢注入待测容器(3)中，与待测容器(3)中的空气进行置换，将待测容器(3)中的空气通过排空/液截止阀(5)排净；
S2、关闭排空/液截止阀(5)和连接截止阀(15)，打开排空截止阀(11)和供油截止阀(9)，将油罐(10)中的液压油缓慢灌入待测容器(3)中，当灌入的液压油容积达到设定容积时，关闭供油截止阀(9)和排空截止阀(11)；
S3、将低温深冷环境箱(2)密封好，开启电磁阀(7)，把冷媒储罐(6)中的冷媒经喷嘴(8)喷洒在待测容器(2)外壁，通过控制器(13)设置低温深冷环境箱(2)的温度T0，该温度T0小于液压油的熔点，待低温深冷环境箱(2)中的温度达到温度T0后，保温并使待测容器(3)中的液压油完全凝固；
S4、关闭电磁阀(7)，打开低温深冷环境箱(2)，开启排空/液截止阀(5)和指示截止阀(24)，使温度上升到液压油熔点以上，待发现指示截止阀(24)无液压油流出或者液压油流出呈点滴状时，关闭排空/液截止阀(5)和指示截止阀(24)；
S5、将低温深冷环境箱(2)密封好，开启电磁阀(7)，把冷媒储罐(6)中的冷媒经喷嘴(8)喷洒在待测容器(2)外壁，在控制器(13)上设置低温深冷环境箱(2)的温度T，该温度T即为待测容器(3)的试验温度；通过控制器(13)对温度传感器(12)的监控和电磁阀(7)的动态开闭调节，使低温深冷环境箱(2)的温度T保持稳定；
S6、打开连接截止阀(15)，启动增压泵组(17)，将试验介质存储装置(1)中的试验介质增压后注入待测容器(3)中，压力传感器(14)实时记录待测容器(3)中的压力，待达到试验压力P时，控制器(13)关闭增压泵组17；
S7、试验结束后，通过控制器(13)将增压泵组(17)调节为反向增压功能，将待测容器(3)中的试验介质回收到试验介质存储装置(1)中，当压力传感器(14)采集到的压力降到大气压力时，关闭增压泵组(17)；
S8、关闭电磁阀(7)，打开低温深冷环境箱(2)，温度逐件恢复到室温，待待测容器(3)中的液压油完全熔化为液态后，打开回收截止阀(22)，将待测容器(3)中的液压油回收到油罐(10)中。
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