專利名稱：一種觀察lng 水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種觀察低溫液體爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察平臺(tái)，更具體地說(shuō)，涉及一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在LNG的海上運(yùn)輸途中，泄漏出的LNG與水接觸，此時(shí)海水相對(duì)于LNG是高溫液體，會(huì)使得LNG瞬間大大超過(guò)其沸點(diǎn)而發(fā)生爆發(fā)沸騰，甚至導(dǎo)致強(qiáng)烈的爆炸現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備及人員造成災(zāi)難性的損害。LNG水域爆發(fā)沸騰的主要特點(diǎn)是溫差較大(超過(guò)175K)，氣泡生長(zhǎng)過(guò)程很快(毫秒至微妙量級(jí))，溫升速率很高(超過(guò)105K/s)，發(fā)生位置與時(shí)間不確定。因此，用常規(guī)方法很難觀測(cè)到該沸騰狀態(tài)下氣泡的生長(zhǎng)過(guò)程，并確定其發(fā)生機(jī)理。目前，在觀測(cè)爆發(fā)沸騰狀態(tài)下的氣泡生長(zhǎng)過(guò)程中，采用單次閃光、重復(fù)拍照的方法可以實(shí)現(xiàn)高能量短脈沖加熱條件下，液氮爆發(fā)沸騰氣泡生長(zhǎng)過(guò)程的記錄。相關(guān)文章包括:董兆一.飽和液氮爆發(fā)沸騰實(shí)驗(yàn)與理論研究:(博士學(xué)位論文)；北京:中國(guó)科學(xué)院，2005.和尹鐵男.超極速爆發(fā)沸騰實(shí)驗(yàn)研究:(碩士學(xué)位淪為)；北京:中國(guó)科學(xué)院，2008.)。相關(guān)專利文件包括:申請(qǐng)?zhí)枮?2140288，發(fā)明名稱為超急速沸騰狀態(tài)下汽泡生長(zhǎng)過(guò)程的瞬態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)及方法的發(fā)明專利；申請(qǐng)?zhí)枮?00510130767，發(fā)明名稱為微尺度爆發(fā)沸騰過(guò)程的可視化觀測(cè)與瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)明專利。這些專利和論文的研究主要集中在使用高能量短脈沖加熱方法對(duì)一些液體進(jìn)行高能量瞬態(tài)加熱，可以較好的觀察到該條件下的爆發(fā)沸騰特征情況。但對(duì)于低溫液體多相流過(guò)程中的爆發(fā)沸騰，要觀測(cè)其沸騰過(guò)程的氣泡行為，確定其發(fā)生爆發(fā)沸騰的條件，由于其發(fā)生位置和時(shí)刻的不確定性，不但需要采用高速攝影技術(shù)，而且需要借助溫度和壓力傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行判斷。同時(shí)，由于LNG的低溫特性和不安全性，以及考慮到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可提供實(shí)驗(yàn)條件的多樣性，都需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)特殊考慮與設(shè)計(jì)。目前，現(xiàn)有的研究爆發(fā)沸騰的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要通過(guò)改變脈沖熱流強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)爆發(fā)沸騰現(xiàn)象，尚未發(fā)現(xiàn)有針對(duì)LNG噴射入水后爆發(fā)沸騰的可視化研究。如使用現(xiàn)有的研究平臺(tái)進(jìn)行LNG可視化爆發(fā)沸騰實(shí)驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)以下幾點(diǎn)問(wèn)題:1)無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改變LNG噴射入水深度和水溫水流等條件；2)無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制LNG組分變化，從而無(wú)法驗(yàn)證LNG組分對(duì)爆發(fā)沸騰過(guò)程的影響；3)平臺(tái)無(wú)法使用在具有可燃性和可爆性的實(shí)驗(yàn)對(duì)象中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)。一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，包括:存放觀察對(duì)象LNG的LNG杜瓦；存放LN2的LN2杜瓦；與LNG杜瓦和LN2杜瓦連接的LNG溫度調(diào)節(jié)器，在LNG溫度調(diào)節(jié)器中，通過(guò)控制注入的LN2來(lái)調(diào)節(jié)LNG管線中的LNG的溫度；設(shè)置于管線中，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)入鋼制熱交換器前管線中的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)的溫度和壓力的第二溫度傳感器T2和第二壓力傳感器P2 ；與LNG溫度調(diào)節(jié)器連接的鋼制熱交換器，所述鋼制熱交換器提供LNG與水接觸沸騰換熱空間，所述鋼制熱交換器上設(shè)置有透明窗口 ；鏡頭正對(duì)鋼制熱交換器透明窗口設(shè)置，用于拍攝鋼制熱交換器中LNG的沸騰過(guò)程的高速動(dòng)態(tài)記錄儀；監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl，所述第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl的探頭設(shè)置于鋼制熱交換器內(nèi)；與高速動(dòng)態(tài)記錄儀、第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl連接，采集控制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儀；與高速動(dòng)態(tài)記錄儀、數(shù)據(jù)采集儀和電磁閥控制器連接，控制高速動(dòng)態(tài)記錄儀觸發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)時(shí)間和電磁閥控制器控制噴射時(shí)間，并記錄所采集的信息的計(jì)算機(jī)；LNG杜瓦中的LNG經(jīng)過(guò)溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度后，通過(guò)管線到達(dá)鋼制熱交換器內(nèi)的噴嘴，電磁閥控制器控制LNG的噴射時(shí)間，壓力調(diào)節(jié)閥控制LNG的噴射速度。優(yōu)選地，觀察系統(tǒng)還包括:用于回收LNG的氣態(tài)工質(zhì)的NG回收裝置，NG回收裝置通過(guò)管線與鋼制熱交換器連接。優(yōu)選地，觀察系統(tǒng)還包括:將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)排放至NG回收裝置的管線放氣閥，管線放氣閥設(shè)置于LNG溫度調(diào)節(jié)器與鋼制熱交換器之間的管線上。優(yōu)選地，鋼制熱交換器可承受壓力不小于4Mpa，鋼制熱交換器上的透明窗口的透光率不小于92.5%。優(yōu)選地，鋼制熱交換器上的透明窗口采用25mm的亞克力板制成。優(yōu)選地，鋼制熱交換器外設(shè)置有照明光源，照明區(qū)域至少覆蓋鋼制熱交換器內(nèi)部發(fā)生爆發(fā)沸騰區(qū)域。優(yōu)選地，觀察系統(tǒng)還包括壓力泄放閥，壓力泄放閥設(shè)置于鋼制熱交換器和NG回收裝置之間，通過(guò)壓力泄放閥可以調(diào)節(jié)鋼制熱交換器內(nèi)的壓力。優(yōu)選地，觀察系統(tǒng)還包括設(shè)置于鋼制熱交換器內(nèi)并置于噴嘴正下方的可調(diào)高度板，可調(diào)高度板用于限制LNG噴射入水的深度。優(yōu)選地，觀察系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)鋼制熱交換器內(nèi)液體溫度的循環(huán)水箱和循環(huán)水泵，循環(huán)水箱通過(guò)水管與鋼制熱交換器連接，循環(huán)水箱和循環(huán)水泵連接。優(yōu)選地，觀察系統(tǒng)包括兩組監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器P1，其中一組第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl設(shè)置于水液面上方，另一組第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl設(shè)置于水液面下方。實(shí)施本發(fā)明的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，具有以下有益效果:本發(fā)明的觀察系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器檢測(cè)，確定發(fā)生爆發(fā)沸騰的條件；通過(guò)熱交換器上的透光率不小于92.5%的透明窗口以及高速動(dòng)態(tài)記錄儀，記錄沸騰過(guò)程；通過(guò)電磁閥控制器控制LNG的噴射時(shí)間；通過(guò)LNG溫度調(diào)節(jié)器改變LNG的溫度，進(jìn)而控制LNG組分變化；通過(guò)可調(diào)高度板改變LNG噴射入水的深度；通過(guò)放氣閥將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的LNG排放至NG回收裝置；實(shí)現(xiàn)對(duì)沸騰狀態(tài)下氣泡群的生長(zhǎng)變化過(guò)程的觀察，并對(duì)其壓力、溫度的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為充分利用LNG冷能提供數(shù)值依據(jù)。從而克服現(xiàn)有觀察系統(tǒng)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)對(duì)象的可燃性和可爆性以及低溫液體多相流過(guò)程中發(fā)生位置和時(shí)刻的不確定性所導(dǎo)致不能觀察到低溫液體多相流爆發(fā)沸騰過(guò)程的缺陷。


圖1是本發(fā)明觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、LNG杜瓦；2、LN2杜瓦；3、LNG溫度調(diào)節(jié)器；4、鋼制熱交換器；5、計(jì)算機(jī)；
6、高速動(dòng)態(tài)記錄儀；7、數(shù)據(jù)采集儀；8、電磁閥控制器；9、管線放氣閥；10、低溫電磁閥；11、循環(huán)水箱；12、循環(huán)水泵；13、NG回收裝置；14、可調(diào)高度板；15、照明光源；16、壓力調(diào)節(jié)器；17、LN2接收器；18、壓力泄放閥；19、噴嘴；20、鋼制熱交換器放氣閥；21、LN2熱交換器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示。系統(tǒng)包括:存放觀察對(duì)象LNG的LNG杜瓦I ;存放LN2的LN2杜瓦2 ;與LNG杜瓦I和LN2杜瓦2連接的LNG溫度調(diào)節(jié)器3，在LNG溫度調(diào)節(jié)器3中，通過(guò)控制注入的LN2來(lái)調(diào)節(jié)LNG管線中的LNG的溫度；設(shè)置于管線中，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)入鋼制熱交換器4前管線中的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)(實(shí)驗(yàn)工質(zhì)指用于觀察反應(yīng)的各種狀態(tài)的LNG或NG)的溫度和壓力的第二溫度傳感器T2和第二壓力傳感器P2 ;與LNG溫度調(diào)節(jié)器3連接的鋼制熱交換器4，所述鋼制熱交換器4提供LNG與水接觸沸騰換熱空間，所述鋼制熱交換器4上設(shè)置有透明窗口 ；鏡頭正對(duì)鋼制熱交換器4透明窗口設(shè)置，用于拍攝鋼制熱交換器4中LNG的沸騰過(guò)程高速動(dòng)態(tài)記錄儀6 ;監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器4中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl，所述第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl的探頭設(shè)置于鋼制熱交換器4內(nèi)；與高速動(dòng)態(tài)記錄儀6、第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl連接，采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儀7 ;與高速動(dòng)態(tài)記錄儀6、數(shù)據(jù)采集儀7和電磁閥控制器8連接，控制高速動(dòng)態(tài)記錄儀6觸發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集儀7采集數(shù)據(jù)時(shí)間和電磁閥控制器8控制噴射時(shí)間，并記錄所采集的信息的計(jì)算機(jī)5 ;LNG杜瓦I中的LNG經(jīng)過(guò)溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度后，通過(guò)管線到達(dá)鋼制熱交換器4內(nèi)的噴嘴19，電磁閥控制器8控制LNG的噴射時(shí)間；用于回收LNG的氣態(tài)工質(zhì)的NG回收裝置13，NG回收裝置13通過(guò)管線與鋼制熱交換器4連接；將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)排放至NG回收裝置13的管線放氣閥9，管線放氣閥9設(shè)置于LNG溫度調(diào)節(jié)器3與鋼制熱交換器4之間的管線上；鋼制熱交換器4外設(shè)置有照明光源15，照明區(qū)域至少覆蓋鋼制熱交換器4內(nèi)部發(fā)生爆發(fā)沸騰區(qū)域；置于鋼制熱交換器4內(nèi)并置于噴嘴正下方的可調(diào)高度板14，可調(diào)高度板14用于限制LNG噴射入水的深度；用于調(diào)節(jié)鋼制熱交換器4內(nèi)液體溫度的循環(huán)水箱11和循環(huán)水泵12，循環(huán)水箱11通過(guò)水管與熱交換器連接，循環(huán)水箱11和循環(huán)水泵12連接?？烧{(diào)高度板14、循環(huán)水箱11和循環(huán)水泵12的設(shè)置解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改變LNG噴射入水深度和水溫水流等條件，從而無(wú)法驗(yàn)證周圍水環(huán)境對(duì)爆發(fā)沸騰過(guò)程影響的技術(shù)缺陷。LNG溫度調(diào)節(jié)器3的結(jié)構(gòu)與套管式熱交換器的結(jié)構(gòu)相似，即在LNG管線外套接一個(gè)大容積的密封套管，LNG流過(guò)LNG管線，將LN2通入密封套管環(huán)隙中，利用改變LN2的溫度來(lái)改變LNG的溫度。LN2的溫度是通過(guò)利用N2經(jīng)過(guò)LN2熱交換器21后與LN2相混合的比例來(lái)控制的，使用后的LN2被排放到LN2接收器17中。LNG杜瓦I和LNG溫度調(diào)節(jié)器3之間設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器16，用于調(diào)節(jié)LNG溫度調(diào)節(jié)器3中管線內(nèi)LNG的壓力，從而可以改變LNG噴射速度。LN2杜瓦和LNG溫度調(diào)節(jié)器3之間的連接管線上設(shè)置有LN2熱交換器21、第三溫度傳感器T3和第三壓力傳感器P3，LN2熱交換器用于調(diào)節(jié)LN2的溫度，第三溫度傳感器T3用于監(jiān)測(cè)充入LNG溫度調(diào)節(jié)器3之前的LN2的溫度，第三壓力傳感器P3用于監(jiān)測(cè)充入LNG溫度調(diào)節(jié)器3之前的LN2的壓力。此過(guò)程不但可以調(diào)節(jié)LNG的溫度，而且通過(guò)調(diào)節(jié)其溫度可以改變其組分。因?yàn)樽鳛榛旌衔锏腖NG中，甲烷含量不低于75%，而氮的含量不高于5%，除此之外還有部分的乙烷和丙烷等，每一沸點(diǎn)溫度下都會(huì)對(duì)應(yīng)不同的組分組成情況，這可以根據(jù)其物性變化表格查出，這樣就可以通過(guò)改變其沸點(diǎn)溫度來(lái)達(dá)到觀察不同組分情況下對(duì)爆發(fā)沸騰的影響情況。LNG溫度調(diào)節(jié)器3的設(shè)置解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制LNG組分變化，從而無(wú)法驗(yàn)證LNG組分對(duì)爆發(fā)沸騰過(guò)程影響的技術(shù)缺陷。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，鋼制熱交換器4可承受壓力不小于4Mpa，以保證實(shí)驗(yàn)的安全性，鋼制熱交換器4上的透明窗口的透光率不小于92.5%，以便于觀察。鋼制熱交換器4上的透明窗口采用25mm的亞克力板制成，以保證實(shí)驗(yàn)的安全性。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，通過(guò)電磁閥控制器8設(shè)定LNG的噴射持續(xù)時(shí)間，并且通過(guò)電磁閥控制器8控制低溫電磁閥10的觸發(fā)時(shí)間，使得數(shù)據(jù)采集儀7和高速動(dòng)態(tài)記錄儀6開(kāi)啟后，低溫電磁閥10延遲設(shè)定的時(shí)間后啟動(dòng)，系統(tǒng)向鋼制熱交換器4中噴射LNG，以便高速動(dòng)態(tài)記錄儀6能夠完全記錄鋼制熱交換器4中的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，數(shù)據(jù)采集儀7能夠完全采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。低溫電磁閥10未開(kāi)啟之前的未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)通過(guò)管線放氣閥9釋放到NG回收裝置13中。鋼制熱交換器4上設(shè)置有溫度傳感器接口和壓力傳感器接口，所述第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl的探頭通過(guò)溫度傳感器接口和壓力傳感器接口設(shè)置于鋼制熱交換器4內(nèi)，從而監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器4中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，觀察系統(tǒng)包括兩組監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器4中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器P1，其中一組第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl設(shè)置于水液面上方，另一組第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl設(shè)置于水液面下方，以便更精確的監(jiān)測(cè)水液面上方的溫度、壓力以及水液面下方的溫度、壓力。第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl的探頭至于鋼制熱交換器4內(nèi)，監(jiān)測(cè)氣相和液相區(qū)域狀態(tài)參數(shù)變化，輸出4-20mA電流信號(hào)，二者通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀7相連，將電流信號(hào)通過(guò)簡(jiǎn)單線性換算為溫度和壓力信號(hào)，儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)5。本發(fā)明的技術(shù)方案在鋼制熱交換器4外設(shè)置照明光源15，照明區(qū)域至少覆蓋鋼制熱交換器4內(nèi)部發(fā)生爆發(fā)沸騰區(qū)域，使得高速動(dòng)態(tài)記錄儀6能夠記錄鋼制熱交換器4中的沸騰過(guò)程的效果更好。
鋼制熱交換器4上還設(shè)置有LNG噴射器接口、安全閥和放氣閥接口等，其中放氣閥接口在連接放氣閥后，通過(guò)管線連接到NG回收裝置13。觀察系統(tǒng)也可以不設(shè)置NG回收裝置13，但直接釋放到大氣中的LNG氣體會(huì)對(duì)大氣造成污染，并有可能導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。因此，設(shè)置NG回收裝置13，具有防止大氣污染和預(yù)防火災(zāi)與爆炸的有益效果，同時(shí)解決了現(xiàn)有技術(shù)平臺(tái)無(wú)法用于具有可燃性和可爆性的實(shí)驗(yàn)對(duì)象中的缺陷。高速動(dòng)態(tài)記錄儀6的鏡頭對(duì)準(zhǔn)鋼制熱交換器4的透明窗口觀測(cè)發(fā)生爆發(fā)沸騰區(qū)域，幀速532-17045幀/s可調(diào)，分辨率1280 X 1024-1280 X 32可調(diào)，記錄的圖像傳輸入計(jì)算機(jī)5進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，為達(dá)到滿意的拍攝效果，為其設(shè)置575W石英金屬鹵化物補(bǔ)光冷光源。電磁閥控制器8、低溫電磁閥10置于LNG噴射器前，由電磁閥控制器8控制低溫電磁閥10觸發(fā)時(shí)間和開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，最短響應(yīng)時(shí)間為0.0IS，噴射壓力由壓力調(diào)節(jié)閥16控制，
0.1-ο.SMPa可調(diào)。計(jì)算機(jī)5還可同時(shí)控制高速動(dòng)態(tài)記錄儀6和數(shù)據(jù)采集儀7的觸發(fā)時(shí)間。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，計(jì)算機(jī)5先觸發(fā)高速動(dòng)態(tài)記錄儀6和數(shù)據(jù)采集儀7工作，進(jìn)行圖像和溫度、壓力的采集，延時(shí)一定時(shí)間(具體的延遲時(shí)間根據(jù)情況設(shè)定)后再通過(guò)電磁閥控制器8觸發(fā)低溫電磁閥10開(kāi)啟，進(jìn)行LNG的噴射。通過(guò)低溫調(diào)節(jié)閥10設(shè)定LNG的噴射壓力。利用本發(fā)明的觀察系統(tǒng)進(jìn)行觀察的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:實(shí)驗(yàn)之前的準(zhǔn)備工作包括調(diào)整照明光源15的位置和高速動(dòng)態(tài)記錄儀6的對(duì)焦操作，使得記錄的圖像清晰可見(jiàn)；往鋼制熱交換器4中注水并測(cè)量水溫等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)LNG管線從LNG杜瓦I向鋼制熱交換器4中注入LNG，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥16來(lái)調(diào)節(jié)噴射壓力；LNG液體流過(guò)LNG管線，其溫度可以通過(guò)改變密封套管中的LN2的流量和溫度來(lái)改變，而LN2的流量和溫度通過(guò)調(diào)節(jié)LN2杜瓦N2出口和LN2出口的開(kāi)度來(lái)改變，流過(guò)LNG溫度調(diào)節(jié)器3的LN2被排放到LN2接收器17中。通過(guò)第二溫度傳感器T2和第二壓力傳感器P2對(duì)LNG管線中的LNG的溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)通過(guò)管線放氣閥9排放至NG回收裝置13中，將達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)噴射至鋼制熱交換器4中。通過(guò)將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的LNG排放至NG回收裝置13解決了現(xiàn)有技術(shù)平臺(tái)無(wú)法用于具有可燃性和可爆性的實(shí)驗(yàn)對(duì)象中的缺陷。鋼制熱交換器4和NG回收裝置13之間連接壓力泄放閥18，通過(guò)壓力泄放閥18可以調(diào)節(jié)鋼制熱交換器4內(nèi)的壓力，并通過(guò)第一壓力傳感器Pl對(duì)鋼制熱交換器4內(nèi)的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。鋼制熱交換器4通過(guò)進(jìn)水管和排水管與循環(huán)水箱11連接，進(jìn)水管和排水管上分別設(shè)置進(jìn)水閥和排水閥，循環(huán)水箱11和循環(huán)水泵12連接，通過(guò)循環(huán)水泵12和循環(huán)水箱11，改變鋼制熱交換器4內(nèi)的水的溫度，并通過(guò)第一溫度傳感器Tl對(duì)鋼制熱交換器4內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)調(diào)節(jié)可調(diào)高度板14入水的深度，從而克服了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)無(wú)法驗(yàn)證周圍水環(huán)境和LNG噴射入水深度對(duì)爆發(fā)沸騰過(guò)程影響的技術(shù)缺陷。噴射過(guò)程以及沸騰過(guò)程將被高速動(dòng)態(tài)記錄儀6所記錄，鋼制熱交換器4內(nèi)的壓力和溫度變化也將由布置在鋼制熱交換器4內(nèi)的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl所監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀7進(jìn)行采集，并將采集到的所有信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)5進(jìn)行保存。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可對(duì)以上操作進(jìn)行調(diào)整，改變實(shí)驗(yàn)條件，如LNG噴射壓力、溫度和噴射持續(xù)時(shí)間等，在完成一組實(shí)驗(yàn)后，可更換噴嘴19以改變噴射口徑，并更換鋼制熱交換器4中的水，改變注入水的水溫與重新調(diào)節(jié)可調(diào)高度板14入水的深度等，重復(fù)進(jìn)行以上步驟，完成其他組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后，通過(guò)分析氣泡生長(zhǎng)過(guò)程圖像和壓力、溫度變化規(guī)律，歸納總結(jié)LNG水域排放爆發(fā)沸騰發(fā)生機(jī)理。實(shí)驗(yàn)完成后，通過(guò)鋼制熱交換器放氣閥20將實(shí)驗(yàn)后的氣體排放至NG回收裝置13，鋼制熱交換器放氣閥20通過(guò)管線設(shè)置于鋼制熱交換器4和NG回收裝置13之間。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案獲取的結(jié)論可應(yīng)用于指導(dǎo)LNG泄漏事故的處理，即當(dāng)LNG船舶在港口進(jìn)行裝卸貨過(guò)程中，一旦發(fā)生LNG泄漏事故，采用什么手段可以預(yù)防發(fā)生LNG水域爆發(fā)沸騰現(xiàn)象。因?yàn)槔帽緦?shí)驗(yàn)平臺(tái)中的壓力調(diào)節(jié)閥和LNG溫度調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)改變LNG噴射速度、壓力、溫度和組分等初始條件，同時(shí)還可以借助與鋼制熱交換器連接的循環(huán)水泵和循環(huán)水箱改變水溫和水流條件，鋼制熱交換器內(nèi)的可調(diào)高度板模擬不同水深條件。改變實(shí)驗(yàn)條件是為了探討LNG水域排放發(fā)生爆發(fā)沸騰的決定條件，完善爆發(fā)沸騰理論，并將此作為制定LNG船舶港口裝卸貨作業(yè)安全導(dǎo)則的理論指導(dǎo)，根據(jù)LNG的組分來(lái)決定LNG裝卸貨的速度，限制LNG輸液管線鋪設(shè)位置的高度以及管線下方水深和水流情況等，預(yù)防發(fā)生LNG水域爆發(fā)沸騰對(duì)輸液管線、LNG儲(chǔ)罐和LNG船舶造成破壞性的影響。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，包括: 存放觀察對(duì)象LNG的LNG杜瓦(I); 存放LN2的LN2杜瓦(2)； 與LNG杜瓦(I)和LN2杜瓦(2 )連接的LNG溫度調(diào)節(jié)器(3 )，在LNG溫度調(diào)節(jié)器(3 )中，通過(guò)控制注入的LN2來(lái)調(diào)節(jié)LNG管線中的LNG的溫度； 設(shè)置于管線中，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)入鋼制熱交換器(4)前管線中的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)的溫度和壓力的第二溫度傳感器T2和第二壓力傳感器P2 ； 與LNG溫度調(diào)節(jié)器(3)連接的鋼制熱交換器(4)，所述鋼制熱交換器(4)提供LNG與水接觸沸騰換熱空間，所述鋼制熱交換器(4)上設(shè)置有透明窗口 ； 鏡頭正對(duì)鋼制熱交換器(4)透明窗口設(shè)置，用于拍攝鋼制熱交換器(4)中LNG的沸騰過(guò)程的高速動(dòng)態(tài)記錄儀(6)； 監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器(4)中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl，所述第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl的探頭設(shè)置于鋼制熱交換器(4)內(nèi)； 與高速動(dòng)態(tài)記錄儀(6)、第一溫度 傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl連接，采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儀(7); 與高速動(dòng)態(tài)記錄儀(6 )、數(shù)據(jù)采集儀(7 )和電磁閥控制器(8 )連接，控制高速動(dòng)態(tài)記錄儀(6)觸發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集儀(7)采集數(shù)據(jù)時(shí)間和電磁閥控制器(8)控制噴射時(shí)間，并記錄所采集的信息的計(jì)算機(jī)(5); LNG杜瓦(I)中的LNG經(jīng)過(guò)溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度后，通過(guò)管線到達(dá)鋼制熱交換器(4)內(nèi)的噴嘴，電磁閥控制器(8)控制LNG的噴射時(shí)間，壓力調(diào)節(jié)閥(16)控制LNG的噴射速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)還包括:用于回收LNG的氣態(tài)工質(zhì)的NG回收裝置(13)，NG回收裝置(13)通過(guò)管線與鋼制熱交換器(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)還包括:將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的實(shí)驗(yàn)工質(zhì)排放至NG回收裝置(13)的管線放氣閥(9)，管線放氣閥(9)設(shè)置于LNG溫度調(diào)節(jié)器(3)與鋼制熱交換器(4)之間的管線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，鋼制熱交換器(4)可承受壓力不小于4Mpa，鋼制熱交換器(4)上的透明窗口的透光率不小于92.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，鋼制熱交換器(4)上的透明窗口采用25mm的亞克力板制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，鋼制熱交換器(4)外設(shè)置有照明光源(15)，照明區(qū)域至少覆蓋鋼制熱交換器(4)內(nèi)部發(fā)生爆發(fā)沸騰區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)還包括壓力泄放閥(18)，壓力泄放閥(18)設(shè)置于鋼制熱交換器(4)和NG回收裝置(13)之間，通過(guò)壓力泄放閥(18)可以調(diào)節(jié)鋼制熱交換器(4)內(nèi)的壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)還包括設(shè)置于鋼制熱交換器(4)內(nèi)并置于噴嘴正下方的可調(diào)高度板(14)，可調(diào)高度板(14)用于限制LNG噴射入水的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)鋼制熱交換器(4)內(nèi)液體溫度的循環(huán)水箱(11)和循環(huán)水泵(12)，循環(huán)水箱(11)通過(guò)水管與鋼制熱交換器連接，循環(huán)水箱(11)和循環(huán)水泵(12)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)包括兩組監(jiān)測(cè)鋼制熱交換器(4)中LNG的氣相和液相區(qū)域溫度和壓力變化的第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl，其中一組第一溫度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl設(shè)置于水液面上方，另一組第一溫 度傳感器Tl和第一壓力傳感器Pl設(shè)置于水液面下方。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過(guò)程的觀察系統(tǒng)，系統(tǒng)包括LNG杜瓦、LN2杜瓦、LNG溫度調(diào)節(jié)器、鋼制熱交換器、高速動(dòng)態(tài)記錄儀、第一溫度傳感器T1、第一壓力傳感器P1、數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)。實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的觀察系統(tǒng)通過(guò)第一溫度傳感器和第一壓力傳感器檢測(cè)，確定發(fā)生爆發(fā)沸騰的條件；通過(guò)鋼制熱交換器上的透光率不小于92.5%的透明窗口以及高速動(dòng)態(tài)記錄儀記錄沸騰過(guò)程；通過(guò)電磁閥控制器控制LNG的噴射速度；通過(guò)管線放氣閥將未達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的LNG排放至NG回收裝置；實(shí)現(xiàn)對(duì)沸騰狀態(tài)下氣泡群的生長(zhǎng)變化過(guò)程的觀察，并對(duì)其壓力、溫度的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為充分利用LNG冷能提供數(shù)值依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N21/84GK103207180SQ20131008382
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者張彬, 吳宛青, 于桂峰, 王彬彬, 封星 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)