CN106840952A - 车载lng气瓶绝热性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，(1)以瓶内LNG为测试介质；(2)将气瓶静置自然升压，固定时间间隔采集气瓶内压力P、外部环境温度T、大气压力P₀等测试参数；(3)根据测试参数计算压力梯度V，通过换热量计算推导出压力梯度V对应的称重法日蒸发率，既得到该气瓶的绝热性能评价指标静态日蒸发率α。有益效果是：采用瓶内LNG作为测试介质，以瓶内压力升高的速率(压力梯度)作为评价夹层绝热性能的特征指标，通过吸热量的计算转化得到其对应的静态日蒸发率；该检测方法避免放空气瓶中的LNG，因此不会对环境造成污染，也避免了浪费，测试时间相对较短，提高了测试效率。

Description

车载LNG气瓶绝热性能的检测方法

技术领域

本发明涉及一种低温气瓶绝热性能检测方法；特别是涉及一种车载LNG焊接绝热气瓶绝热性能的检测方法。

背景技术

车载LNG焊接绝热气瓶(以下简称车载LNG气瓶)采用高真空多层缠绕绝热结构，由内胆、外壳、绝热结构、支撑结构和刚性组件等组成。内胆用来储存低温液体，其外壁缠有多层绝热材料，夹层(内胆和外壳之间的空间)被抽成高真空，共同形成良好的绝热环境，可以有效地阻止热量进入内胆。为了减少进入内胆的热量，防止LNG受热汽化，使气瓶内压力不断升高，从而带来安全问题，必须保证车载LNG气瓶的绝热性能。

现行车载LNG气瓶定期检验时，其静态日蒸发率被认为是衡量车载LNG气瓶绝热性能的最直观、最重要的指标，静态日蒸发率测试方法分为流量法和称重法。流量法的试验原理是利用体积流量计或质量流量计测量单位时间内深冷液体的自然蒸发量来计算蒸发率；称重法是将容器置于衡器上，通过测量深冷液体蒸发的质量来计算蒸发率。两种测试方法均采用液氮作为试验介质，充液结束后应至少静置48h，静置期间打开放空阀，待内胆表压力接近为零时开始测量，记录的时间分别不小于24小时和48小时。上述检测方法存以如下缺陷，a.气瓶的拆卸、恢复安装比较繁琐且容易对气瓶造成损伤；b.气瓶中LNG的放空比较危险且造成环境污染；c.气瓶中LNG的放空及液氮的置换造成极大的浪费；d.测试所需时间较长，效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为克服上述缺陷，提供一种可间接对车载LNG焊接绝热气瓶绝热性能进行检测的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，

(1)以瓶内LNG为测试介质；

(2)将气瓶静置自然升压，固定时间间隔采集气瓶内压力P、外部环境温度T、大气压力P₀等测试参数；

(3)根据测试参数计算压力梯度V，通过换热量计算推导出压力梯度V对应的称重法日蒸发率，既得到该气瓶的绝热性能评价指标静态日蒸发率α。

所述(2)、(3)的具体实施方法为：

(1)关闭气瓶所有阀门，静置自然升压，记录初始状态下瓶内液位高度，记录固定时间间隔采集的气瓶内压力P、外部环境温度T、大气压力P₀和测试时间t；

(2)计算瓶内压力升高的压力梯度V；

(3)计算试验24小时后瓶内的压力P及其对应瓶内温度T_in；

(4)计算瓶内气液相介质的物质的量n_i；

(5)计算试验24小时的总吸热量Q_p；

(6)把总吸热量Q_p换算成等效称重法吸热量Q_weight；

(7)通过吸热量Q_weight计算称重法日蒸发率，既得到该气瓶的绝热性能评价指标静态日蒸发率α。

所述(3)中的气瓶内温度T_in为，

式中，T_in为瓶内温度；P为瓶内压力；

所述(4)中的气液相介质物质的量n_i的计算

由上式计算得到气相介质摩尔体积V_mol，则有

式中，n_i为气瓶内介质的物质的量；V_mol，i为气液相介质的摩尔体积；

所述(6)计算等效称重法吸热量，

式中，T_in为气瓶内的温度；T_out为气瓶外的温度；T_b为介质标准沸点；

所述(7)称重法日蒸发率计算，

式中，h₁为测试环境下饱和液体介质的汽化潜热。

所述(5)气瓶闭口法自然升压试验24小时总的吸热量Q_p为瓶内液相介质汽化的吸热量Q₂₁、瓶内压力势能Q₂₂、瓶内内能增量Q₂₃之和。

所述Q_p＝Q₂₁+Q₂₂+Q₂₃，

所述液相介质汽化的吸热量Q₂₁，

Q₂₁＝r₂₁·Δn₂₁

式中，r₂₁为介质的汽化潜热；Δn₂₁为汽化的介质的物质的量；

所述瓶内压力势能Q₂₂，

Q₂₂＝Δ(p·v)

式中，v为气相空间体积；

所述瓶内内能增量Q₂₃，

Q₂₃＝n_gasΔE_gas+n_liquidΔE_liquid

式中，ΔEgas和ΔEliquid分别为气液相内能增量。

本发明的有益效果是：采用瓶内LNG作为测试介质，以瓶内压力升高的速率(压力梯度)作为评价夹层绝热性能的特征指标，通过吸热量的计算转化得到其对应的静态日蒸发率；该检测方法避免放空气瓶中的LNG，因此不会对环境造成污染，也避免了浪费，测试时间相对较短，提高了测试效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明一种车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，包括以瓶内LNG为测试介质；以闭口法为检测方法；通过实测的压力梯度进行换热量计算，得到压力梯度与静态日蒸发率的对应关系。

(a)关闭气瓶所有阀门，静置自然升压，记录初始状态下瓶内液位高度，固定时间间隔采集气瓶内部压力值、环境温度、大气压力和测试时间t；

(b)通过气瓶内部初始压力和最终压力计算瓶内压力升高的速率，推导出气瓶初始压力为0时开始自然升压试验24小时后的压力值P；

(c)Antoine蒸汽压通用方程计算压力P对应的气瓶内部温度T_in；

式中，T_in为瓶内温度；P为瓶内压力；

(d)瓶内气液相介质的物质的量；

通过瓶内介质温度和压力，利用RK方程，得到气液相介质物质的量为

式中，为气瓶内介质的物质的量；V_mol，i为气液相介质的摩尔体积；

(e)计算自然升压试验24小时的吸热量Q_p为瓶内液相介质汽化的吸热量Q₂₁、瓶内压力势能Q₂₂、瓶内内能增量Q₂₃之和；

液相介质汽化的吸热量Q₂₁，

Q₂₁＝r₂₁·Δn₂₁

式中，r₂₁为介质的汽化潜热；Δn₂₁为汽化的介质的物质的量；

瓶内压力势能Q₂₂，

Q₂₂＝Δ(p·v)

式中，v为气相空间体积；

瓶内内能增量Q₂₃，

Q₂₃＝n_gasΔE_gas+n_liquidΔE_liquid

式中，ΔE_gas和ΔE_liquid分别为气液相内能增量。

(f)等效称重法吸热量的计算

设定一个表征气瓶绝热性能好坏的参数-表观热导率K，则吸热量Q可以通过气瓶内外部温度Tout、Tin和气瓶表观热导率K的函数关系式(如下)予以表征。

式中，T_in为气瓶内的温度；T_out为气瓶外的温度；T_b为介质标准沸点。

(g)称重法日蒸发率的计算

式中，h₁为测试环境下饱和液体介质的汽化潜热。

(h)计算得到气瓶内测试压力值P对应的称重法的静态蒸发率值。

实施例1

某车载LNG气瓶，公称容积330L，规格尺寸(长宽高)为2058*578*635mm，试验介质为LNG，介质重量为52KG，测试环境下的大气压力101KPa，环境温度25℃，部分测试数据如表1所示。

表1测试数据

(1)计算出气瓶初始压力为0时开始自然升压试验24小时后的压力值

P＝0.17448MPa；

(2)计算压力P对应的气瓶内部温度

T_in＝118.64K

(3)瓶内气液相介质的物质的量

n_gas＝38.07mol

n_liquid＝3211.93mol

(4)自然升压试验24小时的吸热量Q_p

液相介质汽化的吸热量

Q₂₁＝0.117KJ

瓶内压力势能

Q₂₂＝14.794KJ

瓶内内能增量

Q₂₃＝1270.789KJ

24小时的吸热量

Q_p＝1285.7KJ

(5)等效称重法吸热量

Q_weight＝1289.07KJ

(6)气瓶内测试压力值P对应的称重法日蒸发率

a＝1.82

静态蒸发率值与压力梯度V相对应，因此通过静态蒸发率值得到车载LNG焊接绝热气瓶的绝热性能指标。

本发明采用瓶内LNG作为测试介质，以瓶内压力升高的速率(压力梯度)作为评价夹层绝热性能的特征指标，通过吸热量的计算转化得到其对应的静态日蒸发率，因此对车载LNG气瓶绝热性能能够直观的获取，避免了气瓶的拆卸、恢复安装比较繁琐且容易对气瓶造成损伤的缺陷；该检测方法避免放空气瓶中的LNG，因此不会对环境造成污染，也避免了浪费，测试时间相对较短，提高了测试效率。

Claims (5)

1.一种车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，其特征在于：

(1)以瓶内LNG为测试介质；

(2)将气瓶静置自然升压，固定时间间隔采集气瓶内压力P、外部环境温度T、大气压力P₀等测试参数；

(3)根据测试参数计算压力梯度V，通过换热量计算推导出压力梯度V对应的称重法日蒸发率，既得到该气瓶的绝热性能评价指标静态日蒸发率α。

2.根据权利要求1所述的车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，其特征在于，所述(2)、(3)的具体实施方法为：

(1)关闭气瓶所有阀门，静置自然升压，记录初始状态下瓶内液位高度，记录固定时间间隔采集的气瓶内压力P、外部环境温度T、大气压力P₀和测试时间t；

(2)计算瓶内压力升高的压力梯度V；

(3)计算试验24小时后瓶内的压力P及其对应瓶内温度T_in；

(4)计算瓶内气液相介质的物质的量n_i；

(5)计算试验24小时的总吸热量Q_p；

(6)把总吸热量Q_p换算成等效称重法吸热量Q_weight；

(7)通过吸热量Q_weight计算称重法日蒸发率，既得到该气瓶的绝热性能评价指标静态日蒸发率α。

3.根据权利要求2所述的车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，其特征在于，所述(3)中的气瓶内温度T_in为，

$T_{in}=\frac{B}{A-\lg P}-C$

式中，T_in为瓶内温度；P为瓶内压力；

所述(4)中的气液相介质物质的量n_i的计算

$P=\frac{RT}{V_{mol}-b}-\frac{a}{T^{0.5}\·V_{mol}\·(V_{mol}+b)}$

由上式计算得到气相介质摩尔体积V_mol，则有

$n_i=\frac{V_i}{V_{mol,i}},i=gas,liquid$

式中，n_i为气瓶内介质的物质的量；V_mol，i为气液相介质的摩尔体积；

所述(6)计算等效称重法吸热量，

$Q_{weight}=K\frac{F_m}{\mathrm{\δ}}(T_{out}-T_b)=Q_p\frac{0.4({T_{out}}^4-{T_b}^4)+0.6(T_{out}-T_b)}{0.4({T_{out}}^4-{T_{in}}^4)+0.6(T_{out}-T_{in})}$

式中，T_in为气瓶内的温度；T_out为气瓶外的温度；T_b为介质标准沸点；

所述(7)称重法日蒸发率计算，

$a=\frac{Q_{weight}}{{\mathrm{\ρVh}}_1}$

式中，h₁为测试环境下饱和液体介质的汽化潜热。

4.根据权利要求2所述的车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，其特征在于，所述(5)气瓶闭口法自然升压试验24小时总的吸热量Q_p为瓶内液相介质汽化的吸热量Q₂₁、瓶内压力势能Q₂₂、瓶内内能增量Q₂₃之和。

5.根据权利要求4所述的车载LNG气瓶绝热性能的检测方法，其特征在于，所述Q_p＝Q₂₁+Q₂₂+Q₂₃，

所述液相介质汽化的吸热量Q₂₁，

Q₂₁＝r₂₁·Δn₂₁

式中，r₂₁为介质的汽化潜热；Δn₂₁为汽化的介质的物质的量；

所述瓶内压力势能Q₂₂，

Q₂₂＝Δ(p·v)

式中，v为气相空间体积；

所述瓶内内能增量Q₂₃，

Q₂₃＝n_gasΔE_gas+n_liquidΔE_liquid

式中，ΔE_gas和ΔE_liquid分别为气液相内能增量。