一种低温传输管线漏热测试系统

本发明属于低温工程领域，具体涉及到一种低温传输管线漏热测试系统。

背景技术：

1、低温传输管线广泛应用于各种低温系统中，用来传输低温工质，其主要特点是漏热较小。低温工质与环境之间存在温差，通过传导、热辐射等机理进行热传递。低温传输管线的设计主要是通过降低热传递来有效降低漏热，漏热的大小是评估低温传输管线的重要指标之一。准确测量低温传输管线的漏热，有助于优化低温系统的流程设计、系统布局以及核心设备的选型，所以低温管线漏热的测量尤为重要。

2、低温传输管线主要分为单通道传输管线和多通道传输管线，所传输的工质一般包括低温液体和低温气体，所包含的工质状态主要过冷态、饱和态、两相流以及气态。不同的工质相态在多通道传输管线中流动时漏热也不相同。除此之外相对于单通道传输管线，多通道传输管线中的内管布局、温度梯度分布、绝热材料的包扎和冷屏布置也会影响管线的漏热，因此低温管线漏热的测量有助于低温传输管线的流体工质分布和结构设计。

3、由于低温传输管线的漏热测试的重要性，有必要提供一套准确测量、易于操作、适用性广泛的低温传输管线漏热测试系统。

技术实现思路

1、鉴于上述分析，本发明旨在提出一种低温传输管线漏热测试系统，用于解决以上背景技术介绍的问题。

2、本发明的技术方案为：

3、一种低温传输管线漏热测试系统，其特征在于，包括数据处理单元、主阀箱001、后置连接箱002、排气测量装置003、测试样段004；所述主阀箱001经所述测试样段004与所述排气测量装置003密闭连接；

4、所述主阀箱001内设有低温工质输入管线、低温工质输出管线、冷屏介质输入管线和冷屏介质输出管线；所述低温工质输入管线上设有低温阀门005，用于控制低温传输管线中传输的低温工质的流量q；所述低温工质输入管线上设有加热器006，用于控制低温传输管线中传输的低温工质的温度；所述低温工质输入管线上设有压力变送器007，用于测量低温传输管线中传输的低温工质的压力p；所述低温工质输入管线上设有温度传感器008，用于测量低温传输管线中传输的低温工质的温度t；

5、所述测试样段004内设有两段待测试漏热的低温传输管线，所述后置连接箱002内设有低温工质回路管线；其中两段低温传输管线的一端分别与低温工质输入管线、低温工质输出管线连接，两段低温传输管线的另一端分别与低温工质回路管线的两端连接，形成低温工质传输通道；每段所述低温传输管线的两端设有温度传感器008，用于测量低温传输管线内低温工质的温差；所述后置连接箱002内设有加热器006，用于控制低温工质回路管线中传输的低温工质的温度；

6、所述测试样段004内设有两段冷屏介质传输管线，所述后置连接箱002内设有冷屏介质回路管线；其中两段冷屏介质传输管线的一端分别与冷屏介质输入管线、冷屏介质输出管线连接，两段冷屏介质传输管线的另一端分别与冷屏介质回路管线的两端连接，形成冷屏介质传输通道，为所述低温工质传输通道提供冷屏；

7、所述低温工质输出管线经所述排气测量装置003与回收气囊014连接，用于实现对低温工质的回收；

8、所述数据处理单元，用于根据低温传输管线内低温工质的温度t和压力p得到低温工质在低温传输管线出口的焓hout、低温工质在低温传输管线入口的焓hin，通过公式计算得到低温传输管线的漏热值q。

9、进一步的，所述低温工质输入管线上设有安全阀009，用于当压力p达到起跳压力阈值时起跳，实现对低温传输管线漏热测试的安全保护。

10、进一步的，所述冷屏介质输入管线上设有低温阀门005、加热器006、压力变送器007、温度传感器008。

11、进一步的，所述主阀箱001内设有备用输入管线、备用输出管线；所述备用输入管线上设有低温阀门005、加热器006、压力变送器007、温度传感器008和安全阀009；所述测试样段004内设有两段备用传输管线，所述后置连接箱002内设有备用回路管线；两段备用传输管线的一端可以分别通过波纹管与备用输入管线、备用输出管线连接，两段备用传输管线的另一端可以分别通过波纹管与备用回路管线的两端连接，形成备用传输通道。

12、进一步的，所述排气测量装置003内含有排气管线，所述排气管线上设有加热器006、压力变送器007、温度传感器008、常温阀门013、流量控制器010。

13、进一步的，所述冷屏介质输入管线中传输的冷屏介质为两相流或气态的氮工质；所述低温工质为低温气态的氦工质。

14、进一步的，所述后置连接箱002内的加热器006设置在所述低温工质回路管线上；所述冷屏介质回路管线上设有加热器006，用于控制冷屏介质回路管线中传输的冷屏介质的温度。

15、进一步的，所述主阀箱001、所述后置连接箱002均为真空容器。

16、进一步的，两段低温传输管线的一端分别通过波纹管与低温工质输入管线、低温工质输出管线连接，两段低温传输管线的另一端分别通过波纹管与低温工质回路管线的两端连接，形成低温工质传输通道；两段冷屏介质传输管线的一端分别通过波纹管与冷屏介质输入管线、冷屏介质输出管线连接，两段冷屏介质传输管线的另一端分别通过波纹管与冷屏介质回路管线的两端连接，形成冷屏介质传输通道。

17、本技术的低温传输管线漏热测试系统包括数据处理单元，主阀箱001、后置连接箱002、排气测量装置003、测试样段004；主阀箱001经测试样段004与排气测量装置003密闭连接；

18、主阀箱001，用于集成管线、低温阀门005、加热器006、压力变送器007、温度传感器008和安全阀009，实现低温工质的传输和流量、温度(t)、压力(p)控制。

19、所述主阀箱001上设有三个低温阀门005，分别用于调节各管路内低温流体的流量和压力。

20、所述主阀箱001上设有加热器006，用于调节和控制管路内低温流体的来流温度。

21、所述主阀箱001上设有压力变送器007和温度传感器008，用于监视管路内低温流体的压力和温度。

22、所述主阀箱001上设有安全阀009，用于管路内低温流体的压力达到起跳压力阈值时起跳，实现对系统的安全保护。

23、所述主阀箱001上设有注入口012，用于加注相应的低温工质的冷屏介质输入管线；冷屏介质输入管线采用规格为dn20的管线，输入口输入液氮(ln2)主要作为测试样段的冷屏，冷屏介质输出管线采用规格为dn40的管线，出口排空，测试漏热的低温工质输入管线是规格为dn32，低温工质输出管线是规格为dn50的管线，连接排气测量装置003。

24、所述主阀箱001上设有备用注入口011，采用规格为dn50的备用输入管线、备用输出管线，根据待测样段的结构来确定是否使用。

25、后置连接箱002，用来连接测试样段004，内置加热器006用来控制回气温度；所述后置连接箱002上设有加热器006，用于调节和控制管路内低温流体的回流温度。

26、排气测量装置003，用来集成回气管路、加热器006、压力变送器007、温度传感器008、流量控制器010、常温阀门013，实现对出口流体的控制。

27、数据处理单元，用于根据低温传输管线内低温工质的温度t和压力p得到低温工质在低温传输管线出口的焓hout、低温工质在低温传输管线入口的焓hin，通过公式计算得到低温传输管线的漏热值q。

28、所述排气测量装置003上设有加热器006用于加热排出的低温流体，保证排气温度大于零度。

29、所述排气测量装置003上设有压力变送器007和温度传感器008用于监视排气温度的压力和温度。

30、所述排气测量装置003上设有流量控制器010和常温阀门013，用于测量、调节和控制管路内流体的流量。

31、所述排气测量装置003出口管路连接回收气囊014，用于实现氦气的回收。

32、所述测试样段004，内部设有所要测试漏热的低温传输管线作为核心管线，其上设有温度传感器008，用于测量管路内流体的温差便于计算管路漏热。

33、测试样段004内还设有冷屏介质输入管线，起到冷屏作用，降低核心管线的漏热。

34、测试样段004内还设有两段备用传输管线。

35、进一步的，所述主阀箱001是一个真空容器，可以控制低温流体来流的温度和流量。

36、进一步的，所述后置连接箱002是一个真空容器，可以控制低温流体回流温度。

37、进一步的，所述排气测量装置003可以保证排气温度大于零度，避免结冰结露的现象，同时又可以协同控制管路内的流体流量。

38、进一步的，所要测试漏热的低温传输管线的漏热是测量温度和压力进而得到流体的焓值，通过流体的焓值和质量流量得到低温传输管线的漏热。

39、进一步的，为保护系统安全，过低容易频繁起跳，过高会导致系统损坏，所述安全阀009起跳压力阈值为4.5bara。考虑到低温传输管线的流量范围和测量精度，所述流量控制器的控制范围为0-10g/s。

40、进一步的，所述主阀箱001的温度控制范围为5-60k，所述后置连接箱的温度控制范围为40-90k。主阀箱001的温度大于5k后，低温流体一般为气态，传输过程中没有相变，易于测量；温度过高后比如大于90k，测量其漏热的意义不大。

41、进一步的，所述主阀箱001和后置连接箱002的出口管路设置波纹管，方便管路连接同时又可补偿冷缩。

42、进一步的，所述低温传输管线漏热测试系统最多可测六通道低温管线，最少可测单通道低温管线。

43、进一步的，所述低温管线传输漏热测试系统实现整个测试过程中的氦气回收。

44、本发明一较佳的实施方式中，通过的加热器006可以有效的调节和控制流体的来流温度、回流温度和排气温度。

45、本发明一较佳的实施方式中，通过的低温阀门005、常温阀门013和流量控制器010可以有效的控制和调节流体的流量。

46、本发明一较佳的实施方式中，根据测量测试样段004中所要测试漏热的低温传输管线内的低温流体的压力和温差进而得到焓差，之后结合低温流体的质量流量，通过计算可以得到测试样段中所要测试漏热的低温传输管线的漏热。

47、本发明一较佳的实施方式中，主阀箱001和后置连接箱002的管路接口都是铟丝密封的法兰活接口，可以接1-6通道的低温测试样段004。

48、本发明一较佳的实施方式中，主阀箱设置机械式的安全阀009，当管路内压力大于该4.5bara时，安全阀起跳快速泄压，保证系统安全。

49、本发明一较佳的实施方式中，整个管路系统关键节点都布置了压力变送器007和温度传感器008。

50、相较于现有技术，本发明提供的一种低温传输管线漏热测试系统具有如下优点：

51、第一，通过的加热器006可以有效的调节和控制流体的来流温度，回流温度和排气温度；第二，通过的低温阀门005、常温阀门013和流量控制器010可以有效的控制和调节流体的流量；

52、第三，根据测量测试样段004中所要测试漏热的低温传输管线内的低温流体的压力和温差进而得到焓差，之后结合低温流体的流量，通过计算可以得到测试样段中低温传输管线的漏热，这样相比于常规的静态蒸发漏热测量更为准确。

53、第四，排气测量装置上设置加热器006，使主阀箱001排出的低温流体加热至0℃以上，防止管路结冰结霜影响进而影响流量控制器010和常温阀门013的性能。

54、第五，主阀箱和后置连接箱的管路接口都是铟丝密封的法兰活接口，可以接1-6通道的低温测试样段。

55、第六，主阀箱设置机械式的安全阀，当管路内压力大于该4.5bara时，安全阀起跳快速泄压，保证系统安全。

56、第七，测试回气连接回收气囊，可以通过回收纯化系统纯化后循环使用。