一种低温容器蒸发量的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及低温容器技术领域，尤指一种低温容器蒸发量的测量方法及系统。

背景技术

静态蒸发率是评定真空绝热低温容器绝热性能的最重要的技术参数，能够直观地反映低温容器的绝热性能。目前，对于真空绝热低温容器，均按照标准(真空绝热深冷设备性能试验方法GB/T 18443.5-2010：静态蒸发率测量)来测定静态蒸发率，通过湿式气体流量计或者质量流量计测定在单位时间内由低温容器中液体挥发后的瞬时气体流量，并计算得出静态蒸发率。

无论采取何种方法，整个测试系统均需要直接安装流量计，导致整个测试系统复杂；同时，测试系统对流量计的测量精度要求较高(测量不确定度≤2％)，而且流量计的额定量程需与被测低温容器蒸发的气体流量相适应，然而，不同绝热性能的低温容器由于蒸发量不同，可能需要安装不同额定量程的流量计，经济性较差。此外，在实际测定中，由于流量计安装不合理、零点漂移、标定工况与实际工况差别、管道振动等原因，使得测量的气体流量可能存在较大偏差，导致计算的静态蒸发率准确度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温容器蒸发量测量方法，本方法无需配备流量计，测试系统简单，通过测量环境压力以及环境温度即可计算得到蒸发量，计算准确度较高，实用性广、易于推广应用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供一种低温容器蒸发量的测量方法，用于确定低温容器的瞬时蒸发量，该测量方法包括以下步骤：

S1.待低温容器中充装低温介质后，打开放空阀并静置；静置后每隔一定的间隔时间获取一次低温容器出口的环境压力和环境温度T

S2.对记录的环境压力数据进行处理得到环境压力变化率

S3.根据步骤S1测量的环境温度T

S4.根据步骤S2得到的环境压力变化率

其中：

v

v

h

T

根据计算得到的液体饱和温度变化率

其中：

K

S5.根据步骤S3计算得到的容器内液体吸热量Q

其中：

h

在一些实施方式中，所述低温容器为真空绝热低温容器。

在一些实施方式中，所述低温介质选自液氧、液氮、液氢、LNG中的任意一种，优选液氮。

在一些实施方式中，所述步骤S1中的间隔时间为小于等于1小时，优选为30分钟；连续测量时间不少于24小时。

在一些实施方式中，所述步骤S1中的静置时间为大于等于48小时。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述获取的方式为在距离所述低温容器不超过100米的任一位置测量一次环境温度和环境压力，优选的，距离所述低温容器不超过10米的任一位置测量一次环境温度和环境压力。

在一些实施方式中，所述步骤S2进一步包括：采用高斯核平滑法，对记录的环境压力数据进行平滑处理，并进行三次样条插值拟合，得到环境压力与时间的变化函数；再对环境压力与时间的变化函数进行一阶求导，计算得到环境压力变化率

在一些实施方式中，步骤S3中，所述公式为：

Q

其中：

K

本发明还提供一种低温容器蒸发量的测量系统，其主要应用于所述低温容器蒸发量的测量方法中，所述测量系统包括：低温容器，放空管，放空阀，测试模块，所述低温容器与所述放空阀的一端通过所述放空管链接，所述放空阀的另一端与通过接管与环境连通；所述放空阀用于蒸发气体的截断；所述测试模块设置在与所述低温容器的距离不超过100米的任一位置，优选的，设置在与所述低温容器的距离不超过10米的任一位置。

在一些实施方式中，所述测试模块包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器为绝对压力传感器，所述压力传感器和所述温度传感器分别设置在与所述低温容器的距离不超过100米的任一位置，优选的，设置在与所述低温容器的距离不超过10米的任一位置，用于测量所述低温容器周围的环境压力和环境温度。

在一些实施方式中，所述低温容器中还设置有容器内温度传感器，所述容器内温度传感器用于测量所述低温容器内的容器液体温度。

与现有技术相比，本发明所提供的低温容器蒸发量的测量方法及系统，具有以下有益效果：

(1)本发明所提供的低温容器蒸发量的测量方法，只需要测量环境压力以及环境温度，不需要测量蒸发流量，可避免流量计所带来的测量偏差，计算结果准确度高，实用性广、易于推广应用。

(2)本发明所提供的低温容器蒸发量的测量方法，采用高斯核平滑法、三次样条插值拟合方法进行数据处理，可有效减少采集数据的噪点和失真。

(3)本发明所提供的低温容器蒸发量的测量系统，与传统的测量系统相比，无需配备流量计，系统简单可靠，提高了本发明的经济性和实用性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本申请具体实施例提供的一种真空绝热低温容器蒸发量的测量系统示意图；

图2是本申请具体实施例提供的一种真空绝热低温容器蒸发量的测量方法的流程示意图。

图3是本发明具体实施例中高斯核平滑处理后的环境压力数据与实测的环境压力数据对比结果图。

图4是本发明具体实施例中容器内液体吸热量随时间变化结果图。

图5是本发明具体实施例中容器内液体内能变化量随时间变化结果图。

图6是本发明具体实施例中采用本申请测量方法计算得到的瞬时蒸发量数据与现有技术中采用流量计直接测得的瞬时蒸发量数据对比结果图。

附图标号说明：

1、低温容器；2、放空管；3、放空阀；4、接管；5、压力传感器；6、温度传感器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的一个实施例中，参考说明书附图1，本发明所提供的低温容器蒸发量的测量系统，其主要应用于低温容器蒸发量的测量方法中，该测量系统包括：低温容器1，放空管2，放空阀3，测试模块，所述低温容器1与所述放空阀3的一端通过所述放空管2链接，所述放空阀3的另一端与通过接管4与环境连通；所述放空阀3用于蒸发气体的截断；所述测试模块设置在所述低温容器的周围，用于测量所述低温容器周围的环境压力和环境温度；所述测试模块包括压力传感器5和温度传感器6，所述压力传感器5为绝对压力传感器，所述压力传感器5和所述温度传感器6分别设置在与所述低温容器1的距离不超过100米的任一位置，优选的，设置在与所述低温容器1的距离不超过10米的任一位置，用于测量所述低温容器1周围的环境压力和环境温度。

参照图1，低温容器1蒸发气体依次流经放空管2、放空阀3、接管4之后，排放至环境中。压力传感器5采用绝对压力传感器，用于测量低温容器1周围环境压力；由于放空管2、放空阀3以及接管4流阻较小，而且静置后蒸发气体的流速很小，因此压力传感器5测量得到的压力值可以认为等同于低温容器1内的气相压力，温度传感器6用于测量低温容器1周围的环境温度。

图2是本申请具体实施例提供的一种真空绝热低温容器蒸发量的测量方法的流程示意图；本申请所提供的低温容器蒸发量的测量方法，可以包括以下步骤:

S1.低温容器1中充装液氮，打开放空阀，静置48小时后，每隔30分钟的间隔时间，采用压力传感器5和温度传感器6分别测量一次距离低温容器不超过100米，优选不超过10米的任一位置的环境压力和环境温度，连续测量时间不少于24小时，记录连续测量后的环境压力数据；

在一些实施方式中，低温容器1为真空绝热低温容器。

在一些实施方式中，步骤S1中的间隔时间为小于等于1小时。

在一些实施方式中，步骤S1中的静置时间为大于等于48小时，静置时间的设定是由于最初低温容器本身温度为常温，当低温容器内加入液氮后，其与液氮之间换热较为剧烈，液氮此时蒸发极不稳定，不能直接进行测量，一般工程上需要等待48小时，等待低温容器本身的温度降低至与液氮接近后，此时蒸发较为稳定，具备测量条件，此等待过程称为“静置”。

其中，放空阀的作用是蒸发气体排放管道的开关，在静置过程中、以及测量过程中，始终处于开启状态，测试结束后关闭。

S2.采用高斯核平滑法，对连续测量后的环境压力数据进行平滑处理，并进行三次样条插值拟合，得到环境压力与时间的变化函数；图3是本发明具体实施例中高斯核平滑处理后的环境压力数据与实测的环境压力数据对比结果图。采用高斯核平滑处理后，可以较为有效的消除压力传感器采集的环境压力数值的噪声和失真，图3结果表明，实测数据中的环境压力变化出现局部阶跃值，而经过高斯核平滑处理后的环境压力变化形成连续平滑的曲线，可以得到环境压力的连续值，从而可以计算后续公式中所需的压力变化率值。

S3.对环境压力与时间的变化函数进行一阶求导，计算得到环境压力变化率

S4.容器内液体吸热量Q

Q

其中：

K

T

S5.容器内液体内能变化量Q

其中：

v

v

h

T

再根据计算得到的液体饱和温度变化率

其中：

K

S6.热分析可知，瞬时蒸发量

其中：

h

在一具体实施例中，在低温容器1中充装低温介质，打开放空阀，静置48小时后，每间隔30分钟对采用流量计测量的瞬时蒸发量数据与采用本发明测量方法计算后得到的瞬时蒸发量数据分别进行采集，下表1中采集的数据是随机从静置78h后(即为表1中的采集时间为30h)开始采集，每间隔30分钟对上述数据进行采集一次，共采集了70个数据，其中，流量计测量的瞬时蒸发量是通过标准“真空绝热深冷设备性能试验方法GB/T 18443.5-2010：静态蒸发率测量”中所采用的试验方法测量得到；其次，测量偏差(％)＝(本发明的测量方法计算得到的瞬时蒸发量数据-流量计测得的瞬时蒸发量数据)/流量计测得的瞬时蒸发量数据*100％；具体结果如下表1所示：

表1

将上述表1所示的数据统计结果如图6所示，图6是本发明具体实施例中采用本申请测量方法计算得到的瞬时蒸发量数据与现有技术中采用流量计直接测得的瞬时蒸发量数据对比结果图；表1和图6的结果表明，在低温容器1中充装低温介质，打开放空阀，静置48小时后，采用本发明所提供的真空绝热低温容器蒸发量的测量方法得到的瞬时蒸发量计算结果与采用流量计直接测得的瞬时蒸发量结果相比，本发明提供的测量方法的测量误差均保持在10％以内，结果表明本发明提供的测量方法得到的计算结果偏差较小，准确度较高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。