一种高低温介质循环测试装置及方法与流程

本发明涉及评价管道的耐高低温介质性能领域，尤其涉及一种高低温介质循环测试装置及方法。

背景技术：

评价内衬塑料防腐蚀管道元件耐高低温介质性能的方法主要是热胀冷缩试验，而以聚四氟乙烯为代表的内衬塑料防腐蚀管道元件的热胀冷缩试验所需的试验高温最高可达260℃，由于受加热装置(锅炉)的容积大小和水蒸气压以及安全因素的限制，常规的实验室内的高温介质为不超过150℃的水蒸气，当需要更高的温度时，需要选用大型的加热装置，这在很大程度上制约了设备厂家的产品设计方式和提高使用用户的成本。同时，现有技术在试验过程中，实现有效地解决试验介质的通断和温度测量与控制都是比较困难的。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种高低温介质循环测试装置及方法，可以实现高低温介质的自动切换、通断和控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高低温介质循环测试装置，包括高温介质发生器、低温介质发生器、样品连接装置、介质通断控制装置和控制系统；所述高温介质发生器和低温介质发生器分别通过管道与介质通断控制装置连接；所述样品连接装置的一端通过管道连接介质通断控制装置，另一端连接样品，且所述样品连接装置上配置有测量介质或样品表面温度的温度测量器；所述介质通断控制装置和温度测量器分别与控制系统电连接，所述控制系统通过接收温度测量器的温度信号用于控制介质通断控制装置的开启和关闭。

相对于现有技术，本发明通过温度测量器、介质通断控制装置和控制系统的协同作用，自动测量高温介质、低温介质和样品温度并进行判断，自动切换高温介质和低温介质，实现了整个试验过程的自动化。

进一步地，所述介质通断控制装置包括若干个单向控制阀，所述若干个单向控制阀分别设于介质通断控制装置与高温介质发生器、低温介质发生器、样品连接装置连接的管道上。

进一步地，所述温度测量器包括用于测量介质温度的介质温度测量器和用于测量样品表面温度的样品温度测量器，所述介质温度测量器设于样品连接装置与样品的连接接口内，所述样品温度测量器从连接接口引出并与样品表面连接。

进一步地，所述高温介质发生器包括高温水蒸气发生器和热水箱，所述高温水蒸气发生器包括通过管道连接的电加热锅炉和水蒸气加热器。采用小型化的电加热锅炉的热水加热方式和水蒸气加热器的气体再加热方式相结合，可以产生过饱和的高温水蒸气，最大温度可达300℃。高于100℃试验时，只开启高温水蒸气发生器，热水箱不开启，但需要连通，起接收和排放的作用。

进一步地，所述热水箱配置加热单元、进水阀和排水阀。

进一步地，所述低温介质发生器为冷水箱，所述冷水箱配置制冷机、进水阀和排水阀。

进一步地，所述高低温介质循环测试装置还包括压缩空气源，所述压缩空气源通过管道与介质通断控制装置连接。压缩空气源提供的压缩空气可用于排空样品及整个管路内残余的杂质和水分。

本发明还提供了一种高低温介质循环测试方法，该方法基于本发明所述的高低温介质循环测试装置，包括以下步骤：

S1：在控制系统中设置试验条件参数，所述试验条件参数包括试验方式、试验高温、试验低温和循环次数；

S2：开启高温介质通断控制装置，通入高温介质，直至温度测量器测得的温度达到设置的试验高温，关闭高温介质通断控制装置；

S3：开启低温介质通断控制装置，通入低温介质，直至温度测量器测得的温度达到设置的试验低温，关闭低温介质通断控制装置；

S4：重复步骤S2和步骤S3过程，循环通入高温介质和低温介质，直至完成设置的循环次数。

相对于现有技术，本发明采用程序控制实现了自动化的高低温介质循环测试过程，自动测量高温介质、低温介质和样品温度并进行判断，自动切换高温介质和低温介质，有效地解决了试验介质的通断和温度的测量与控制问题，实现了整个试验过程的自动化。

进一步地，所述试验方式为以样品内试验介质温度为判断方式或以样品表面温度为判断方式。

进一步地，所述温度测量器测得的温度为样品出口端试验介质温度或样品表面温度。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为实施例的高低温介质循环测试装置的结构示意图。

图2为实施例的高温水蒸气发生器的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，其为本实施例的高低温介质循环测试装置的结构示意图。该测试装置包括高温水蒸气发生器10、热水箱20、冷水箱30、样品连接装置40、介质通断控制装置50、压缩空气源60、样品环境箱70和和控制系统(图中未显示)。所述高温水蒸气发生器10、热水箱20、冷水箱30、样品连接装置40、压缩空气源60分别通过管道与介质通断控制装置50连接。待测试的样品80置于样品环境箱70内，所述样品环境箱70密闭透明，所述样品80的两端连接样品连接装置40。所述样品连接装置40配置有温度测量器(图中未显示)，用以测量介质或样品表面的温度。所述介质通断控制装置50、温度测量器分别与控制系统电连接，所述控制系统通过接收温度测量器的温度信号用于控制介质通断控制装置50的开启和关闭。

具体的，请参阅图2，其为高温水蒸气发生器10的结构示意图，所述高温水蒸气发生器10包括若干个普通水蒸气发生器11和水蒸气加热器12，所述水蒸气加热器12通过蒸气管道13与普通水蒸气发生器11连接；所述普通水蒸气发生器11和水蒸气加热器12均设有截止阀14和安全阀15，保证密封性和安全性。本实施例中，普通水蒸气发生器11为电加热锅炉，设有两个，采用电阻丝通电发热原理(对炉体材料种类选择要求不高，各类不锈钢材质均可)，对于150℃以上试验温度，可根据样品规格的大小开启一个或多个电加热锅炉(也可通过开启一组或多组加热电阻丝)产生足够量的水蒸气，再通过水蒸气加热器加热达到所需的温度，采用小型化的电加热锅炉的热水加热方式和水蒸气加热器的气体再加热方式相结合，可以产生过饱和的高温水蒸气，最高温度可达300℃。而对于150℃以下的试验温度，一般可以不需开启水蒸气加热器即可实现。

具体的，所述热水箱20配置加热单元、进水阀和排水阀，并配置输出管道和流回管道，分别与介质通断控制装置50连接。所述冷水箱30配置制冷机、进水阀和排水阀，并配置输出管道和流回管道，分别与介质通断控制装置50连接。

具体的，所述介质通断控制装置50包括若干个单向控制阀51和一个调节阀52，所述若干个单向控制阀51分别设于介质通断控制装置50与高温水蒸气发生器10、热水箱20、冷水箱30、样品连接装置40、压缩空气源60连接的管道上；所述调节阀52设于介质通断控制装置50与样品连接装置40的连接的管道上。

具体的，所述温度测量器包括用于测量介质温度的介质温度测量器和用于测量样品表面温度的样品温度测量器。所述介质温度测量器设有两个，设于样品连接装置40与样品80两端的连接接口内，以分别测量样品80的进口端和出口端的试验介质温度；所述样品温度测量器设有三个，从连接接口引出并靠近于样品80表面，以测量样品80中间外壳与两端法兰处的表面温度。

本实施例的工作原理是：采用高温水蒸气发生器或热水箱提供高温介质，采用冷水箱提供低温介质，采用温度测量器测量介质温度或样品温度，通过温度测量器、介质通断控制装置和控制系统的协同作用，控制系统监控试验过程中的温度并根据温度测量器测得的温度信号按照试验要求控制各单向控制阀的通断和调节阀的特征，实现自动化的高低温介质循环测试过程。

基于上述高低温介质循环测试装置，本实施例还提供了一种高低温介质循环测试方法，包括以下步骤：

(1)在控制系统中输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，所述试验条件参数至少包括试验方式、试验高温、试验低温和循环次数。具体的，所述试验方式可以是以样品内试验介质温度为判断方式或者以样品表面温度为判断方式。

(2)开启高温水蒸气发生器(或热水箱)和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路。

(3)打开高温介质控制阀门，通入高温介质，直至样品出口端试验介质的温度达到设置的试验高温或者直至样品出口端法兰温度与外壳温度偏差不超过±3℃，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气直至试验介质温度降低至100℃以下时，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端试验介质温度达到试验低温，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

本发明采用程序控制实现了自动化的高低温介质循环测试过程，自动测量高温介质、低温介质和样品温度并进行判断，自动切换高温介质和低温介质，有效地解决了试验介质的通断和温度的测量与控制问题，实现了整个试验过程的自动化。

下面基于上述高低温介质循环测试装置及方法进行具体试验，以进一步说明本发明。

试验1：以样品内试验介质温度为判断方式(260℃/50℃循环)

在控制系统界面输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，至少包括试验方式、试验高温、试验低温、循环次数；开启高温水蒸汽发生器(试验高温超过150℃时一般需启动水蒸汽加热器，根据样品规格大小启动加热单元数)和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温(260℃)和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路，打开高温介质控制阀门，通入高温介质(260℃)，直至样品出口端试验介质温度达到试验高温(260℃)，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气直至试验介质温度降低至100℃以下时，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端试验介质温度达到试验温度(50℃)，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

试验2：以样品表面温度为判断方式(260℃/50℃循环)

在控制系统界面输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，至少包括试验方式、样品表面允许温度差、试验高温、试验低温、循环次数。开启高温水蒸汽发生器(试验高温超过150℃时一般需启动水蒸汽加热器，根据样品规格大小启动加热单元数)和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温(260℃)和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路，打开高温介质控制阀门，通入高温介质(260℃)，直至样品出口端法兰温度与外壳温度偏差不超过±3℃，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气直至试验介质温度降低至100℃以下时，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端法兰温度与外壳温度均不超过50℃，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

试验3：以样品内试验介质温度为判断方式(80℃/50℃循环)

在控制系统界面输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，至少包括试验方式、试验高温、试验低温、循环次数；开启热水箱和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温(80℃)和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路，打开高温介质控制阀门，通入高温介质(80℃)，直至样品出口端试验介质温度达到试验高温(80℃)，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气，通气时间不小于5min，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端试验介质温度达到试验温度(50℃)，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

试验4：以样品表面温度为判断方式(80℃/50℃循环)

在控制系统界面输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，至少包括试验方式、样品表面允许温度差、试验高温、试验低温、循环次数。开启热水箱和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温(80℃)和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路，打开高温介质控制阀门，通入高温介质(80℃)，直至样品出口端法兰温度与外壳温度偏差不超过±3℃，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气，通气时间不小于5min，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端法兰温度与外壳温度均不超过50℃，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

试验5：以样品内试验介质温度为判断方式(120℃/50℃循环)

在控制系统界面输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，至少包括试验方式、试验高温、试验低温、循环次数；开启高温水蒸汽发生器(试验高温超过150℃时一般需启动水蒸汽加热器，根据样品规格大小启动加热单元数)和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温(120℃)和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路，打开高温介质控制阀门，通入高温介质(120℃)，直至样品出口端试验介质温度达到试验高温(120℃)，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气直至试验介质温度降低至100℃以下时，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端试验介质温度达到试验温度(50℃)，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

试验6：以样品表面温度为判断方式(120℃/50℃循环)

在控制系统界面输入样品基本信息，并设置相应的试验条件参数，至少包括试验方式、样品表面允许温度差、试验高温、试验低温、循环次数。开启高温水蒸汽发生器(试验高温超过150℃时一般需启动水蒸汽加热器，根据样品规格大小启动加热单元数)和制冷机，待加热装置内温度不低于试验高温(120℃)和低温水箱温度不高于30℃时，通入压缩空气排空样品及整个管路，打开高温介质控制阀门，通入高温介质(120℃)，直至样品出口端法兰温度与外壳温度偏差不超过±3℃，关闭高温介质控制阀门，并通压缩空气直至试验介质温度降低至100℃以下时，立即打开低温介质控制阀门，通过冷水(30℃以下)，直至样品出口端法兰温度与外壳温度均不超过50℃，关闭低温介质控制阀门，并通压缩空气排尽样品中残留的水，通气时间不小于5min；然后循环通入高温介质和低温介质过程，直至完成所需的循环次数或样品破坏，或如需中止时，停止试验即可。

相对于现有技术，本发明采用小型化的电加热锅炉的水加热方式和水蒸气再加热方式相结合，产生过饱和的高温水蒸气，最高温度可达300℃，实现内衬塑料防腐蚀管道元件在最高温度300℃和50℃以下冷水之间的高低温循环试验过程；采用程序控制自动测量高温端和低温端介质温度和样品温度并进行判断，继而自动切换高温介质(水蒸气和热水)和低温介质，实现整个试验过程的自动化；此外，采用程序控制高温介质阀门可保障试验安全。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。