CN106404239B - 用于应变片安装的lng储罐内罐预冷温度应力测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统，涉及多路电阻参数信号测控技术领域，包括：温度传感检测装置（2）和应力传感检测与温度补偿装置（6）；所述温度传感检测装置（2）具有引线，所述引线通过多孔法兰引线装置（3）与无纸记录仪（4）电性连接，所述无纸记录仪（4）与温度曲线存储装置（5）电性连接；所述应力传感检测与温度补偿装置（6）具有引线，所述引线通过平焊法兰引线装置（7）与转换箱与静态电阻应变仪（8）电性连接，所述转换箱与静态电阻应变仪（8）与应变转换应力装置（11）电性连接；本发明可以实时测量天然气储罐内罐在超低温环境下的温度值、应变值，实现对预冷过程进行调控。

Description

用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统
技术领域
本发明涉及多路电阻参数信号测控技术领域，具体说是用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统。
背景技术
LNG(LIQUEFIED NATURAL GAS，液化天然气)储罐在预冷过程中，温度逐渐降低导致结构产生热应力；预冷温度冷却速率过大时，存在热应力过大而使结构或其连接部位产生变形、损坏的问题，同时，测试元件和测试线路安装保护难度大。目前超低温预冷应力测试只应用于实验室，尚未有在复杂、封闭的LNG储罐内罐进行应力监控。
中国专利申请CN201610267116.0公开了一种“螺栓群应力测试”的方法，该方法在各螺栓安装孔的端面上设置应变计，通过施加受力拧紧螺栓，测试各螺栓安装孔处的应变值，进而间接地得出各螺栓的安全状况。但是该做法在常温下进行，不需要温度补偿；同时该做法是测试施加拧紧力矩产生结构应力，不是测试由温度冷却变化产生热应力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统，能保证超低温应变片安装的固化压力和固化温度，从而使得超低温应变片的电阻值、温度自补偿系数和温度补偿精度等各项性能指标满足使用要求而不遭受损。
用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统，其特征在于，包括：天然气储罐内罐，所述天然气储罐内罐的罐顶内侧、罐底内侧和罐壁外侧分别安装有温度传感检测装置，所述天然气储罐内罐的罐顶外侧、罐底外侧和罐壁外侧分别安装有应力传感检测与温度补偿装置；所述温度传感检测装置具有引线，所述引线通过多孔法兰引线装置与无纸记录仪电性连接，所述无纸记录仪与温度曲线存储装置电性连接；所述应力传感检测与温度补偿装置具有引线，所述引线通过平焊法兰引线装置与转换箱与静态电阻应变仪电性连接，所述转换箱与静态电阻应变仪与应变转换应力装置电性连接；
所述无纸记录仪用于将温度传感检测装置的测量信号转换为温度信号，并绘制温度曲线；
所述温度曲线存储装置用于存储所述无纸记录仪绘制的温度曲线；
所述转换箱与静态电阻应变仪用于将应力传感检测与温度补偿装置所测的信号转换为应变信号；
所述应变转换应力装置通过转换公式将应变信号转换为相应的应力值。
优选地，所述的用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统还包括：
接线箱，所述接线箱包括温度传感检测装置引线接线箱和应力传感检测与温度补偿装置引线接线箱；
温度传感检测装置引线接线箱，用于将通过多孔法兰引线装置的引线汇集到一起连接到无纸记录仪；
应力传感检测与温度补偿装置引线接线箱，用于将通过平焊法兰引线装置的引线汇集到一起连接到转换箱与静态电阻应变仪。
优选地，所述的用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统的天然气储罐内罐的具有内罐进口和内罐出口；所述天然气储罐内罐罐顶内侧安装有2个温度传感检测装置，一个安装在所述液化天然气储罐内罐内顶的中轴线位置，另一个安装在靠近所述内罐进口且距离天然气储罐内罐内顶中轴线位置的50cm处；
所述天然气储罐内罐罐顶外侧的应力传感检测与温度补偿装置与所述罐顶内侧的温度传感检测装置位置相对应；
所述天然气储罐内罐罐底内侧安装有等间距分布的温度传感检测装置；所述天然气储罐内罐罐底外侧的应力传感检测与温度补偿装置与所述罐底内侧温度传感检测装置位置相对应；
在距离所述内罐进口和内罐出口顶部50cm处的位置分别安装有温度传感检测装置和温度传感检测装置。
优选地，所述的用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统所述天然气储罐内罐罐壁外侧竖直方向等间距安装有温度传感检测装置，所述应力传感检测与温度补偿装置与所述罐壁外侧的温度传感检测装置交替排列，应力传感检测与温度补偿装置与所述温度传感检测装置的距离为5～30mm。
优选地，所述的用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统的应力传感检测与温度补偿装置和温度传感检测装置的引线为漆包线线芯为金属丝。
优选地，所述的用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统的转换箱与静态电阻应变仪(8)具有显示屏。
优选地，所述的用于应变片安装的LNG储罐内罐预冷温度应力测试系统的应力传感检测与温度补偿装置包括应力传感检测装置和温度补偿装置，所述应力传感检测装置和温度补偿装置的安装距离为15～20mm。
优选地，所述漆包线外具有内层保护管，所述内层保护管外具有外层保护管；
其中，所述内层保护管为钢管，所述外层保护管为PVC管或白钢管。
优选地，所述应力传感检测装置由3个超低温应变片组成，所述3个超低温应变片呈45°–3直角形应变花形状，通过应力转换公式转换为相应的应力值；
所述应力转换公式：
式中，σ1、σ2为最大、最小主应力；E为弹性模量；ν为泊松比；ε0为测量0°方向的应变值；ε45为测量45°方向的应变值；ε90为测量90°方向的应变值；
其中，45°-3是指在0°、45°和90°方向安装3个应变片，每两个应变片的夹角是45°；
其中，所述超低温应变片为可耐最低温度为-269℃。
本发明具有如下有益效果：
本发明可以实现监控LNG储罐预冷过程中预冷温度、应力变化情况，通过实时测量天然气储罐内罐在超低温环境下的温度值、应变值，实现对预冷过程进行调控，填补了工程中超低温环境下LNG储罐温度、应力测试的空白。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在图例中：
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明实施例的系统示意图；
图3是本发明实施例的引线保护图示意图。
具体实施方式
以下基于实例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也完全可以理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是是本发明的系统框图。如图1所示，温度传感检测装置2安装在液化天然气储罐内罐1的内顶、外壁和内底上，温度传感检测装置2具有引线，引线通过多孔法兰引线装置3连接到无纸记录仪4上，无纸记录仪4用于将采集的温度传感检测装置2的信号以时间为基轴绘制温度曲线记录在仪器内部的存储系统中，并记录在无纸记录仪4内部的存储数据区，温度曲线显示在无纸记录仪4的液晶屏上；温度曲线存储装置5保存无纸记录仪4绘制预冷时间的温度曲线，通过调节液氮进口阀门来控制每小时测点温度下降不超过5℃，若进口阀门的液氮流量过大，温度下降很快，产生的应力会很大，导致液化天然气储罐内罐1的材料会变形；若温度有升高则表明预冷量太小，则应增大进口阀门的液氮流量，保证预冷过程的安全运行。
如图1所示，应力传感检测与温度补偿装置6安装在温度传感检测装置2的临近位置，应力传感检测与温度补偿装置6也具有引线，引线通过平焊法兰引线装置7连接到转换箱与静态电阻应变仪8上，转换箱与静态电阻应变仪8将应力传感检测与温度补偿装置6所测的信号转换为应变信号，应变转换应力装置11通过转换公式将应变信号转换为相应的应力；通过应力可以得知液化天然气储罐内罐是否存在变成变形，一般应力超过材料的屈服强度385MPa认为液化天然气储罐内罐存在变形，液化天然气储罐则不可以再使用。
其中，多孔法兰引线装置3和平焊法兰引线装置7用于将温度传感检测装置2和应力传感检测与温度补偿装置6的引线穿过内罐，并隔离法兰内外部的空间以阻止其发生热交换。
图2是本发明实施例的系统示意图。如图2所示，温度传感检测装置2、液化天然气储罐内罐进口温度传感检测装置2a和液化天然气储罐内罐出口温度传感检测装置2b采用热电阻测温传感器和热电偶温度传感器其中的一种，温度传感检测装置2采用小电流点焊方式焊接在液化天然气储罐内罐1的内顶、外壁和内底上，液化天然气储罐内罐1的内顶焊接有2个温度传感检测装置2，其中1个温度传感检测装置2位于液化天然气储罐内罐1的内顶的中轴线位置，另一个温度传感检测装置2位于靠近液化天然气储罐内罐进口a且距离中轴线位置的传感器50cm处；在靠近液化天然气储罐内罐出口b的一侧，液化天然气储罐内罐1的外壁焊接有4个温度传感检测装置2，4个温度传感检测装置2在液化天然气储罐内罐1的外壁呈等间距分布，应力传感检测与温度补偿装置6安装在距离温度传感检测装置2的5～30mm处，4个温度传感检测装置2与4个应力传感检测与温度补偿装置6呈一条直线排列；液化天然气储罐内罐进口温度传感检测装置2a和液化天然气储罐内罐出口温度传感检测装置2b分别安装在液化天然气储罐内罐进口a和液化天然气储罐内罐出口b距离顶部50cm处；液化天然气储罐内罐1的罐底内侧安装有6个温度传感检测装置2，6个温度传感检测装置2呈等间距分布。应力传感检测与温度补偿装置6由应力传感检测装置61和温度补偿装置62组成，传感检测装置61和温度补偿装置62的距离为15～20mm。应力传感检测装置61采用超低温应变片，应力传感检测装置61实时测量安装部位应变数据，温度补偿装置62采用采用热电阻测温传感器和热电偶温度传感器其中的一种，用于消除掉电阻应变片自身在超低温(-160℃下)的应变对液化天然气储罐内罐1应变测量的影响。
安装超低温应变片时，需要对超低温应变片施加0.1～0.3MPa的固化压力，并在超低温应变片处升温至135℃，保持135℃温度2小时，然后降温到室温卸压，在超低温应变片处再升温至165℃，保温2小时，后降到室温。超低温应变片粘贴完成后，必须检查应变计粘贴前后阻值的变化、应变片绝缘电阻、片内是否有残余的气泡、贴片位置准确性、有否断路、短路或敏感栅变形等。
应力传感检测装置61由3个超低温应变片组成45°–3直角形应变花的方式对液化天然气储罐内罐1的应力进行测量；
应力转换公式：
式中，σ1、σ2为最大、最小主应力；E为弹性模量；ν为泊松比；ε0为测量0°方向的应变值；ε45为测量45°方向的应变值；ε90为测量90°方向的应变值。
其中，小电流点焊的焊接方式的小电流大小为焊条直径的25～35倍；其中，45°-3是指在0°、45°和90°方向安装3个应变片，每两个应变片的夹角是45°；超低温应变片为可耐最低温度为-269℃。
进一步地，温度传感检测装置2、液化天然气储罐内罐进口温度传感检测装置2a和液化天然气储罐内罐出口温度传感检测装置2b都具有引线，所有引线通过多孔法兰引线装置3，并经过温度传感检测装置引线接线箱9a连接到无纸记录仪4上，无纸记录仪4用于将采集的温度传感检测装置2的信号以时间为基轴绘制温度曲线记录在仪器内部的存储系统中，并记录在无纸记录仪4内部的存储数据区，温度曲线显示在无纸记录仪4的液晶屏上；温度曲线存储装置5保存无纸记录仪4绘制预冷时间的温度曲线，通过调节液氮进口阀门来控制每小时测点温度下降不超过5℃，若进口阀门的液氮流量过大，温度下降很快，产生的应力会很大，导致液化天然气储罐内罐1的材料会变形。
其中，多孔法兰引线装置3用于将温度传感检测装置2、液化天然气储罐内罐进口温度传感检测装置2a和液化天然气储罐内罐出口温度传感检测装置2b的引线穿过液化天然气储罐内罐1，并隔离多孔法兰引线装置3内外部的空间以阻止其发生热交换，引线为漆包线线芯为金属丝。
其中，温度传感检测装置引线接线箱9a用于将温度传感检测装置2、液化天然气储罐内罐进口温度传感检测装置2a和液化天然气储罐内罐出口温度传感检测装置2b引线汇集到一起，再经多芯信号线连接到无纸记录仪4。
更近一步地，应力传感检测与温度补偿装置6安装在温度传感检测装置2的临近位置，应力传感检测与温度补偿装置6也具有引线，引线通过平焊法兰引线装置7，并经过应力传感检测与温度补偿装置引线接线箱9b连接到转换箱与静态电阻应变仪8上，转换箱与静态电阻应变仪8将应力传感检测与温度补偿装置6所测的信号转换为应变信号，应变转换应力装置11通过转换公式将应变信号转换为相应的应力；通过应力可以得知液化天然气储罐内罐是否存在变成变形，一般应力超过材料的屈服强度385MPa认为液化天然气储罐内罐存在变形，液化天然气储罐则不可以再使用。
其中，平焊法兰引线装置7用于将应力传感检测与温度补偿装置6的引线穿过液化天然气储罐内罐1，并隔离平焊法兰引线装置7内外部的空间以阻止其发生热交换，引线为漆包线线芯为金属丝。
其中，应力传感检测与温度补偿装置引线接线箱9b将应力传感检测与温度补偿装置6的应力传感检测装置61和温度补偿装置62的引线汇集到一起，再经多芯信号线连接到转换箱与静态电阻应变仪8。
图3是本发明实施例的引线保护图示意图。如图3所示，并结合图2进行说明，内罐罐底应力传感检测与温度补偿装置6的引线1A穿入内层保护管2B，内层保护管2B穿入外层保护管3C，沿着工艺管线方向，引至外罐罐顶内侧，通过平焊法兰引线装置7对夹橡胶板的锥孔中通过，并接线至接线箱9b。
其中，内层保护管2B为橡胶管，外层保护管3C为PVC管或白钢管。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，包括：
天然气储罐内罐（1），所述天然气储罐内罐（1）的罐顶内侧、罐底内侧和罐壁外侧分别安装有温度传感检测装置（2），所述天然气储罐内罐（1）的罐顶外侧、罐底外侧和罐壁外侧分别安装有应力传感检测与温度补偿装置（6）；所述温度传感检测装置（2）具有引线，所述引线通过多孔法兰引线装置（3）与无纸记录仪（4）电性连接，所述无纸记录仪（4）与温度曲线存储装置（5）电性连接；所述应力传感检测与温度补偿装置（6）具有引线，所述引线通过平焊法兰引线装置（7）与转换箱与静态电阻应变仪（8）电性连接，所述转换箱与静态电阻应变仪（8）与应变转换应力装置（11）电性连接；
所述无纸记录仪（4）用于将所述温度传感检测装置（2）的测量信号转换为温度信号，并绘制温度曲线；
所述温度曲线存储装置（5）用于存储所述无纸记录仪（4）绘制的温度曲线；
所述转换箱与静态电阻应变仪（8）用于将应力传感检测与温度补偿装置（6）所测的信号转换为应变信号；
所述应变转换应力装置（11）通过转换公式将所述应变信号转换为相应的应力值；
通过所述应力值可以得知所述液化天然气储罐内罐是否存在变形；
其中，所述应力传感检测与温度补偿装置（6）包括应力传感检测装置（61）和温度补偿装置（62），所述应力传感检测装置（61）包括超低温应变片；
其中，所述超低温应变片为可耐最低温度为-269℃。
2.根据权利要求1 所述的一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，还包括：
接线箱（9），所述接线箱（9）包括温度传感检测装置引线接线箱（9a）和应力传感检测与温度补偿装置引线接线箱（9b）；
所述温度传感检测装置引线接线箱（9a），用于将通过所述多孔法兰引线装置（3）的引线汇集到一起连接到所述无纸记录仪（4）；
所述应力传感检测与温度补偿装置引线接线箱（9b），用于将通过所述平焊法兰引线装置（7）的引线汇集到一起连接到所述转换箱与静态电阻应变仪（8）。
3.根据权利要求1 或2 所述的一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，所述天然气储罐内罐（1）具有内罐进口（a）和内罐出口（b）；所述天然气储罐内罐（1）罐顶内侧安装有2 个温度传感检测装置（2），一个安装在所述液化天然气储罐内罐（1）内顶的中轴线位置，另一个安装在靠近所述内罐进口（a）且距离天然气储罐内罐（1）内顶中轴线位置的50cm处；
所述天然气储罐内罐（1）罐顶外侧的应力传感检测与温度补偿装置（6）与所述罐顶内侧的温度传感检测装置（2）位置相对应；
所述天然气储罐内罐（1）罐底内侧安装有等间距分布的温度传感检测装置（2）；所述天然气储罐内罐（1）罐底外侧的应力传感检测与温度补偿装置（6）与所述罐底内侧温度传感检测装置（2）位置相对应；
在距离所述内罐进口（a）和内罐出口（b）顶部50cm处的位置分别安装有温度传感检测装置（2a）和温度传感检测装置（2b）。
4.根据权利要求3 所述的一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，所述天然气储罐内罐（1）罐壁外侧竖直方向等间距安装有温度传感检测装置（2），所述应力传感检测与温度补偿装置（6）与所述罐壁外侧的温度传感检测装置（2）交替排列，所述应力传感检测与温度补偿装置（6）与所述温度传感检测装置（2）的距离为5～30mm。
5.根据权利要求4 所述的一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，所述引线为漆包线线芯为φ0.15mm金属丝。
6.根据权利要求5 所述的一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，所述转换箱与静态电阻应变仪（8）具有显示屏。
7.根据权利要求5 所述的一种液化天然气储罐内罐预冷温度、应力测试系统，其特征在于，所述漆包线外具有内层保护管（2B），所述内层保护管（2B）外具有外层保护管（3C）；
其中，所述内层保护管（2B）为橡胶管，所述外层保护管（3C）为PVC管或白钢管。
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