CN113124320B - 一种低温介质管路系统的快速预冷方法 - Google Patents

一种低温介质管路系统的快速预冷方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低温介质管路的预冷工艺,具体涉及一种低温介质管路系统的快速预冷方法,用于解决现有技术所存在的预冷时间长、低温介质冷量利用效率较低的不足之处,而提供一种低温介质管路系统的快速预冷方法。该低温介质管路系统的快速预冷方法包括以下步骤:1)向低温容器内注入低温介质;2)采用高压小流量模式进行前期预冷;3)第一次模式切换;4)采用低压大流量模式进行中期预冷;5)第二次模式切换;6)采用低压小流量进行后期预冷。

Description

一种低温介质管路系统的快速预冷方法
技术领域
本发明涉及低温介质管路的预冷工艺,具体涉及一种低温介质管路系统的快速预冷方法。
背景技术
低温液体或气体流入常温管路、储罐,巨大的温差会导致管路和罐体急速收缩,由此产生的裂纹可能造成泄露危害,因此需要采用低温介质对管路、储罐进行预冷。
中国专利CN107843434A液体火箭发动机试验用低温小流量预冷系统及预冷方法,介绍的预冷方法步骤如下:1)管路预冷;2)排气;3)小流量排放;
4)温度判断;5)大流量排放。虽然进行了大小流量切换的方式预冷,但未充分使用容器余压,预冷过程低温介质消耗量依然较大,预冷时间较长。
中国专利CN110145684A一种低温储罐预冷系统及预冷方法,提到的预冷方法是自然预冷,预冷介质依次通过1号低温储罐、2号低温储罐、3号低温储罐,看似充分利用的了冷量,但预冷过程无流量和压力控制要求,通过自然对流换热的方式冷却储罐,预冷周期很长。
中国专利CN104482404A低温超大型液化天然气储罐的预冷工艺,将液化天然气通过储罐(1C)顶部喷淋环喷入储罐内,实现喷雾冷却罐体,一定程度提高了预冷效率,但无流量和压力控制要求,预冷消耗量较大,预冷时间较长。
以上现有系统和方法虽能达到预冷的目的,但均存在以下不足之处:1)预冷时间长;2)低温介质冷量利用效率较低。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术所存在的预冷时间长、低温介质冷量利用效率较低的不足之处,而提供一种低温介质管路系统的快速预冷方法。
为了解决上述现有技术所存在的不足之处,本发明提供了如下技术解决方案:
一种低温介质管路系统的快速预冷方法,所述低温介质管路系统包括:低温容器、低温管路和预冷排放管路;
所述低温容器顶部设有排气阀,底部设有注入孔和输出阀,输出阀与低温管路输入口相连;所述低温管路上设有质量流量计,低温管路输出口设有被试件连接口,低温管路上连接有预冷排放管路,预冷排放管路上靠近输入口设有压力传感器和温度传感器,输出口设有预冷调流阀;
其特殊之处在于,包括如下步骤:
步骤1):向低温容器内注入低温介质
打开排气阀,通过注入孔向低温容器内注入占容器体积90%低温介质后,关闭排气阀;
步骤2):采用高压小流量模式进行前期预冷
打开并调整输出阀和预冷流调阀,使低温介质管路系统以高压小流量模式开始工作;
所述高压小流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器检测到预冷排放管路的压力值大于0.8Mpa,且小于3Mpa;
B、低温管路的流速小于等于0.1m/s;
C、温度传感器监测到预冷排放管路的温度持续降低;
步骤3):第一次模式切换
当温度传感器监测到预冷排放管路的温度在-10~-50℃之间,若此时压力传感器监测到预冷排放管路的压力值小于等于0.8Mpa,则开始执行步骤4),否则打开并调整排气阀,至压力传感器监测到的压力值小于等于0.8Mpa后关闭排气阀,然后开始执行步骤4);
步骤4):采用低压大流量模式进行中期预冷
保持输出阀开度不变,逐渐增大预冷流调阀开度,使低温介质管路系统以低压大流量模式开始工作;
所述低压大流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器检测到预冷排放管路的压力值小于等于0.8Mpa;
B、低温管路的流速大于0.1m/s;
C、温度传感器监测到预冷排放管路的温度持续降低;
步骤5):第二次模式切换
定义预冷排放管路的温度下降速度等于0.2℃/min时的温度值为预设目标值;
当温度传感器监测到预冷排放管路的温度降低至预设目标值以上20℃~40℃,开始执行步骤6);
步骤6):采用低压小流量进行后期预冷
保持输出阀开度不变,逐渐减小预冷流调阀开度,使低温介质管路系统以低压小流量模式开始工作;
所述低压小流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器检测到预冷排放管路的压力值小于等于0.8Mpa;
B、低温管路的流速小于等于0.1m/s;
C、温度传感器监测到预冷排放管路的温度下降速度持续减小;
直至温度传感器监测到预冷排放管路的温度下降速度小于0.2℃/min,预冷结束,所述被试件连接口连接被测试件进行测试,之后保持预冷流调阀(11)开度不变。
进一步地,低温管路(2)的流速由
Figure BDA0003048967530000041
计算得出,式中m为质量流量计(7)检测到的低温介质质量流量,ρ为低温介质密度,d为低温管路内径。
进一步地,所述低温管路和预冷排放管路外表面裹覆有保冷层。
进一步地,所述低温介质是常压沸点低于-50℃的介质。
进一步地,所述预设目标值通过传热计算或调试等方式获得。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明充分利用容器自增压蒸汽压力和介质冷量,依据预冷阶段不同对流量和压力进行控制,提高了低温介质冷量利用效率,有效减少预冷过程介质消耗量。
(2)本发明通过设置质量流量计、压力传感器和温度传感器实时监测管路预冷状况,以便对流量和压力及时做出适应性调整,大大缩短预冷时间,提高了试验效率。
附图说明
图1为本发明管路快速预冷系统的结构示意图。
附图标记说明如下:1-低温容器,2-低温管路,3-预冷排放管路,4-排气阀,5-注入孔,6-输出阀,7-质量流量计,8-压力传感器,9-温度传感器,10-被试件连接口,11-预冷流调阀。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
参照图1,本发明提供一种低温介质管路系统的快速预冷方法,所述低温介质管路系统包括:低温容器1、低温管路2和预冷排放管路3;所述低温容器1顶部设有排气阀4,底部设有注入孔5和输出阀6,输出阀6与低温管路2输入口相连;所述低温管路2上设有质量流量计7,低温管路2输出口设有被试件连接口10,低温管路2上连接有预冷排放管路3,预冷排放管路3上靠近输入口设有压力传感器8和温度传感器9,输出口设有预冷调流阀11。
所述低温管路3和预冷排放管路3外表面裹覆有保冷层,其中低温管路2的规格为Φ42x6,预冷排放管路3的规格为Φ27x3.5,两者总长为12m,所使用的低温介质为液氧,在其他实施例中也可以采用其他常压沸点低于-50℃的介质。
所述低温介质管路系统的快速预冷方法包括如下步骤:
步骤1):向低温容器内注入低温介质
打开排气阀4,通过注入孔5向低温容器1注入占容器体积90%低温介质后关闭排气阀4;
步骤2):采用高压小流量模式进行前期预冷
打开并调整输出阀6和预冷流调阀11,压力传感器8监测到预冷排放管路3的压力值为1.5Mpa,质量流量计7监测到低温管路2的流量为50g/s,温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度持续降低,预冷系统以高压小流量模式开始工作;
所述高压小流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器8检测到预冷排放管路3的压力值大于0.8Mpa,且小于3Mpa;
B、利用
Figure BDA0003048967530000061
计算得出低温管路2的流速小于等于0.1m/s;
C、温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度持续降低;
步骤3):第一次模式切换
当温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度在-40℃,此时压力传感器8监测到预冷排放管路3的压力值为1Mpa,大于界限值0.8Mpa,因此打开排气阀4,使压力值降低至0.6Mpa后关闭排气阀4,然后开始执行步骤4);
步骤4):采用低压大流量模式进行中期预冷
保持输出阀6开度不变,逐渐增大预冷流调阀11开度,直至质量流量计7监测到低温管路2的流量为150g/s,保持预冷流调阀11开度不变,预冷系统以低压大流量模式开始工作;
所述低压大流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器8检测到预冷排放管路3的压力值小于等于0.8Mpa;
B、利用
Figure BDA0003048967530000071
计算得出低温管路2的流速大于0.1m/s;
C、温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度持续降低;
步骤5):第二次模式切换
由传热学计算得出温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度下降速度等于0.2℃/min时的温度值为-165℃,即预设目标值为-165℃,当温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度降低至-130℃,满足高于预设目标值20℃~40℃,开始执行步骤6);
步骤6):采用低压小流量进行后期预冷;
保持输出阀6开度不变,逐渐减小预冷流调阀11开度,直至温度下降速度小于0.2℃/min,此时温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度值小于-165℃,预冷结束,所述被试件连接口(10)连接被测试件进行测试,之后保持预冷流调阀11开度不变;
所述低压小流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器8检测到预冷排放管路3的压力值小于等于0.8Mpa;
B、利用
Figure BDA0003048967530000072
计算得出低温管路2的流速小于等于0.1m/s;
C、温度传感器9监测到预冷排放管路3的温度下降速度持续减小。
本实施例,预冷总时长约为35min,预冷消耗液氧约210kg。
在对比实施例中基于本发明的管路快速预冷系统,利用现有技术,将预冷流调阀11开到一定开度,进行预冷。低温容器1压力为0.7MPa,调整预冷流调阀11开度,保证低温管路2的预冷流量不低于80g/s,直至温度传感器9监测到预冷排放管路3温度低于-165℃,且温度下降速度小于0.2℃/min,则预冷结束。从开始预冷到预冷结束耗时65min,预冷消耗液氧约580kg。
相较于对比实施例,本发明一方面提高了低温介质冷量利用效率,有效减少预冷过程介质消耗量;另一方面大大缩短预冷时间,提高了试验效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,对于本领域的普通专业技术人员来说,可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种低温介质管路系统的快速预冷方法,所述低温介质管路系统包括:低温容器(1)、低温管路(2)和预冷排放管路(3);
所述低温容器(1)顶部设有排气阀(4),底部设有注入孔(5)和输出阀(6),输出阀(6)与低温管路(2)输入口相连;所述低温管路(2)上设有质量流量计(7),低温管路(2)输出口设有被试件连接口(10),低温管路(2)上连接有预冷排放管路(3),预冷排放管路(3)上靠近输入口设有压力传感器(8)和温度传感器(9),输出口设有预冷流调阀(11);
其特征在于,包括以下步骤:
步骤1):向低温容器内注入低温介质
打开排气阀(4),通过注入孔(5)向低温容器(1)内注入占容器体积90%低温介质后,关闭排气阀(4);
步骤2):采用高压小流量模式进行前期预冷
打开并调整输出阀(6)和预冷流调阀(11),使低温介质管路系统以高压小流量模式开始工作;
所述高压小流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器(8)检测到预冷排放管路(3)的压力值大于0.8Mpa,且小于3Mpa;
B、低温管路(2)的流速小于等于0.1m/s;
C、温度传感器(9)监测到预冷排放管路(3)的温度持续降低;
步骤3):第一次模式切换
当温度传感器(9)监测到预冷排放管路(3)的温度在-10~-50℃之间,若此时压力传感器(8)监测到预冷排放管路(3)的压力值小于等于0.8Mpa,则开始执行步骤4),否则打开并调整排气阀(4),至压力传感器(8)监测到的压力值小于等于0.8Mpa后关闭排气阀(4),然后开始执行步骤4);
步骤4):采用低压大流量模式进行中期预冷
保持输出阀(6)开度不变,逐渐增大预冷流调阀(11)开度,使低温介质管路系统以低压大流量模式开始工作;
所述低压大流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器(8)检测到预冷排放管路(3)的压力值小于等于0.8Mpa;
B、低温管路(2)的流速大于0.1m/s;
C、温度传感器(9)监测到预冷排放管路(3)的温度持续降低;
步骤5):第二次模式切换
定义预冷排放管路(3)的温度下降速度等于0.2℃/min时的温度值为预设目标值;
当温度传感器(9)监测到预冷排放管路(3)的温度降低至预设目标值以上20℃~40℃,开始执行步骤6);
步骤6):采用低压小流量进行后期预冷
保持输出阀(6)开度不变,逐渐减小预冷流调阀(11)开度,使低温介质管路系统以低压小流量模式开始工作;
所述低压小流量模式需同时满足以下条件:
A、压力传感器(8)检测到预冷排放管路(3)的压力值小于等于0.8Mpa;
B、低温管路(2)的流速小于等于0.1m/s;
C、温度传感器(9)监测到预冷排放管路(3)的温度下降速度持续减小;
直至温度传感器(9)监测到预冷排放管路(3)的温度下降速度小于0.2℃/min,预冷结束,所述被试件连接口(10)连接被测试件进行测试,之后保持预冷流调阀(11)开度不变。
2.根据权利要求1中所述的一种低温介质管路系统的快速预冷方法,其特征在于:所述低温管路(2)和预冷排放管路(3)外表面裹覆有保冷层。
3.根据权利要求1或2所述的一种低温介质管路系统的快速预冷方法,其特征在于:步骤2)、步骤4)和步骤6)中,所述低温管路(2)的流速由
Figure FDA0003596878590000031
计算得出,式中m为质量流量计(7)检测到的低温介质质量流量,ρ为低温介质密度,d为低温管路(2)内径。
4.根据权利要求3所述的一种低温介质管路系统的快速预冷方法,其特征在于:所述低温介质是常压沸点低于-50℃的低温介质。
5.根据权利要求4所述的一种低温介质管路系统的快速预冷方法,其特征在于:步骤5)中,所述预设目标值通过传热学计算或调试方式获得。
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