CN117073904A - 二氧化碳高压容器泄露速度检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二氧化碳泄漏速度检测技术领域，且公开了一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，包括用于检测一个或若干个高压二氧化碳容器的二氧化碳泄漏速度的密封检测腔，密封检测腔内设置有用于测试腔内二氧化碳浓度的变化的二氧化碳浓度传感器、用于测试腔内温度变化的温度传感器、用于测试腔内二氧化碳压力的压力传感器，二氧化碳浓度传感器、温度传感器、压力传感器与数采系统连接。本发明采用上述二氧化碳高压容器泄露速度检测系统及方法，能够解决现有技术无法实现在不影响二氧化碳高压容器服役性能的情况下对其泄露速度的直接测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳泄漏速度检测技术领域，尤其是涉及一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统及方法。
背景技术
以高压二氧化碳为工质的储能系统、冷却系统、短时做功系统等具有清洁、成本低、效率高等特征和优势，二氧化碳工质在换热和做功等领域的应用越来越受世界各国的重视。超临界二氧化碳做功与冷却系统是一种典型的二氧化碳高压容器，其二氧化碳泄漏量是评判系统性能是否符合相关标准的重要指标。例如，部分二氧化碳高压容器在10年内的泄漏量不能超过10g，即每天的泄露量不能超过1/365g。这对二氧化碳高压容器泄露量检测精度和分辨率具有极高的要求。因此，研制二氧化碳高压容器泄露量的高精度检测技术对于超临界二氧化碳做功与冷却系统设计优化而言具有重要意义。
目前缺乏二氧化碳高压容器泄漏速度的直接检测方法。目前常用的高压容器泄露速度检测方法为间接检测法，即氦检法。氦检法测试二氧化碳高压容器泄漏量的主要缺点包括：(①氦气与二氧化碳分子量不同，通过氦检法换算得到的二氧化碳泄露量可能不准确；②氦检法进行泄露检测时需要将高压容器内的二氧化碳更换为氦气，而服役过程中的二氧化碳高压容器不允许对容器内气体介质进行更换，因此氦检法等间接检漏法无法检测服役二氧化碳高压容器的泄露速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统及方法，解决现有技术无法实现在不影响二氧化碳高压容器服役性能的情况下对其泄露速度的直接测量的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，包括用于检测一个或若干个高压二氧化碳容器的二氧化碳泄漏速度的密封检测腔，密封检测腔内设置有用于测试腔内二氧化碳浓度的变化的二氧化碳浓度传感器、用于测试腔内温度变化的温度传感器、用于测试腔内二氧化碳压力的压力传感器，二氧化碳浓度传感器、温度传感器、压力传感器与数采系统连接。
优选的，二氧化碳浓度传感器设置有1个或若干个。
优选的，温度传感器设置有1个或若干个。
优选的，压力传感器设置有1个或若干个。
一种二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，包括以下步骤：
步骤一，将n个待检测的高压二氧化碳容器放入密封检测腔，并封闭密封检测腔；
步骤二，启动数采系统，测试密封检测腔内温度、压力和二氧化碳浓度随时间的变化；
步骤三，当密封检测腔二氧化碳浓度上升趋势稳定时，停止试验；
步骤四，通过计算密封检测腔的测试腔容积、密封检测腔内初始气体摩尔数、密封检测腔内二氧化碳摩尔数、密封检测腔内二氧化碳质量得出二氧化碳的泄露速度。
优选的，计算密封检测腔的测试腔容积V0的计算公式为
V0＝V1-V2
其中，V1为密封检测腔的容积；V2为被测对象的体积。
优选的，任意时刻t密封检测腔内气体摩尔数n(t)的计算公式为
其中，P(t)为t时刻测得的气压；R为气体常数；T(t)为t时刻测得的绝对温度。
优选的，密封检测腔内二氧化碳摩尔数的计算公式为
其中，c(t)为t时刻测得的二氧化碳体积浓度。
优选的，密封检测腔内二氧化碳质量m(t)的计算公式为
其中，为二氧化碳摩尔质量。
优选的，通过上述公式得出二氧化碳泄露速度v(t)的计算公式为
其中，m(t)表示t时刻的二氧化碳气体质量，Δt为任意足够小的时间段。
因此，本发明采用上述二氧化碳高压容器泄露速度检测系统及方法，具有以下有益效果：
(1)本发明通过测试密封检测腔内二氧化碳工质的密度变化，可以直接地、准确地计算得到二氧化碳高压容器的泄露量，从而评价二氧化碳高压容器的密封特性，为以高压二氧化碳为工质的高压系统设计、优化提供指导意见；
(2)本发明的密封检测腔内压力小，系统结构设计简单，成本低；
(3)本发明通过降低V0的大小，可以提高二氧化碳泄露速度检测精度和分辨率，因此通过设计V0的大小，便于实现不同精度要求的二氧化碳泄露速度检测；
(4)本发明采用的检测方法测量过程容易实现，可操性强，具有更好的工程实施意义。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的密封腔内二氧化碳浓度变化示意图。
附图标记
1、密封检测腔；2、高压二氧化碳容器；3、二氧化碳浓度传感器；4、温度传感器；5、压力传感器。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
图1为本发明一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统实施例的结构示意图；图2为本发明实施例的密封腔内二氧化碳浓度变化示意图。
如图所示，本发明所述的一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，包括密封检测腔1，密封检测腔1可以检测一个或多个高压二氧化碳容器2的二氧化碳泄露速度。密封检测腔1内设置有二氧化碳浓度传感器3、温度传感器4、压力传感器5。二氧化碳浓度传感器3、温度传感器4、压力传感器5与数采系统连接，数采系统采用现有的数据采集系统。二氧化碳浓度传感器3、温度传感器4、压力传感器5可安装1个或多个。二氧化碳浓度传感器3用于测试密封检测腔1内二氧化碳浓度的变化，温度传感器4用于测试密封检测腔1内温度变化，压力传感器5用于测试密封检测腔1内二氧化碳压力。
本发明所述的一种二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，包括以下步骤：
步骤一，将n个待检测的高压二氧化碳容器2放入密封检测腔1，并封闭密封检测腔1。
步骤二，启动数采系统，测试密封检测腔1内温度、压力和二氧化碳浓度随时间的变化。密封检测腔1内二氧化碳的增加量即为二氧化碳高压容器的二氧化碳泄漏量。测试过程中，密封检测腔1内二氧化碳的状态始终为气态。
步骤三，当密封检测腔1二氧化碳浓度出现稳定的上升趋势时，停止试验。密封检测腔1二氧化碳浓度上升段的测试时间≥1小时。
步骤四，通过计算密封检测腔1的测试腔容积、密封检测腔1内初始气体摩尔数、密封检测腔1内二氧化碳摩尔数、密封检测腔1内二氧化碳质量得出二氧化碳的泄露速度。
计算密封检测腔1的测试腔容积V0的计算公式为
V0＝V1-V2
其中，V1为密封检测腔1的容积；V2为被测对象的体积。
任意时刻t密封检测腔1内气体摩尔数n(t)的计算公式为
其中，P(t)为t时刻测得的气压；R为气体常数；T(t)为t时刻测得的绝对温度。
密封检测腔1内二氧化碳摩尔数的计算公式为
其中，c(t)为t时刻测得的二氧化碳体积浓度。
密封检测腔1内二氧化碳质量m(t)的计算公式为
其中，为二氧化碳摩尔质量。
二氧化碳泄露速度v(t)的计算公式为
其中，m(t)表示t时刻的二氧化碳气体质量，Δt为任意足够小的时间段。
因此，本发明采用上述二氧化碳高压容器泄露速度检测系统及方法，能够解决现有技术无法实现在不影响二氧化碳高压容器服役性能的情况下对其泄露速度的直接测量的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，其特征在于：包括用于检测一个或若干个高压二氧化碳容器的二氧化碳泄漏速度的密封检测腔，密封检测腔内设置有用于测试腔内二氧化碳浓度的变化的二氧化碳浓度传感器、用于测试腔内温度变化的温度传感器、用于测试腔内二氧化碳压力的压力传感器，二氧化碳浓度传感器、温度传感器、压力传感器与数采系统连接。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，其特征在于：二氧化碳浓度传感器设置有1个或若干个。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，其特征在于：温度传感器设置有1个或若干个。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测系统，其特征在于：压力传感器设置有1个或若干个。
5.一种二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将n个待检测的高压二氧化碳容器放入密封检测腔，并封闭密封检测腔；
步骤二，启动数采系统，测试密封检测腔内温度、压力和二氧化碳浓度随时间的变化；
步骤三，当密封检测腔二氧化碳浓度上升趋势稳定时，停止试验；
步骤四，通过计算密封检测腔的测试腔容积、密封检测腔内初始气体摩尔数、密封检测腔内二氧化碳摩尔数、密封检测腔内二氧化碳质量得出二氧化碳的泄露速度。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，其特征在于：计算密封检测腔的测试腔容积ΔV的计算公式为
ΔV＝V1-V2
其中，V1为密封检测腔的容积；V2为被测对象的体积。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，其特征在于：任意时刻t密封检测腔内气体摩尔数n(t)的计算公式为
其中，P(t)为t时刻测得的气压；R为气体常数；T(t)为t时刻测得的绝对温度。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，其特征在于：密封检测腔内二氧化碳摩尔数的计算公式为
其中，c(t)为t时刻测得的二氧化碳体积浓度。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，其特征在于：密封检测腔内二氧化碳质量m(t)的计算公式为
其中，为二氧化碳摩尔质量。
10.根据权利要求9所述的二氧化碳高压容器泄露速度检测方法，其特征在于：通过上述公式得出二氧化碳泄露速度v(t)的计算公式为
其中，m(t)表示t时刻的二氧化碳气体质量。
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