本發(fā)明涉及氣體置換特性試驗，具體涉及一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統。

背景技術：

1、在石油化工、氫能裝備、天然氣輸送以及環(huán)境監(jiān)測領域，小型管道系統被廣泛應用于氣體的傳輸和處理。在這些應用中，管道內氣體的置換效率、流動特性、以及滯留現象對系統的運行安全具有重要影響。氣體置換的過程中，管道系統中可能存在的死腔區(qū)域會嚴重影響置換效率，從而導致生產效率降低、資源浪費、甚至潛在的安全隱患。

2、死腔指的是在氣體置換過程中，管道內某些氣體流動速度較慢或幾乎靜止的區(qū)域。由于氣體在死腔中滯留，導致新注入氣體難以有效替換掉原有氣體，進而降低了整體的置換效率。死腔的存在不僅影響氣體置換效率，還可能導致出口產品成分不均、易燃易爆有毒氣體安全隱患問題。

3、現有氣體置換特性研究多針對大型天然氣管網或長距離天然氣傳輸管路。例如公開號為cn118218334a的中國專利公開了一種lng管道的吹掃裝置及方法，包括連接到高壓泵入口管道中的吹掃管道以及相關調節(jié)閥門；公開號為cn208662011u的中國專利公開了一種槽罐車裝卸管道用氮氣吹掃結構。然而，傳統的氣體置換特性研究多采用特定結構的管道或簡單的實驗裝置進行測試。這些測試裝置通常無法得到實際工況中復雜死腔結構中的氣體濃度變化，因而難以得出死腔氣體置換規(guī)律。對于死腔的不同優(yōu)化形式，傳統固定式的管道測試系統難以快速對比不同死腔結構的置換效率。

技術實現思路

1、本發(fā)明解決了傳統氣體置換特性測試裝置無法得到實際工況中復雜死腔結構中的氣體濃度變化，因而難以得出死腔氣體置換規(guī)律的問題，提出一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，更精確地模擬和研究氣體在不同結構和置換條件下的置換特性。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下的技術方案：一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，包括氣源組件，所述氣源組件通過管道連接有供氣管道，所述供氣管道依次連接有被測死腔管道和排氣管道，所述氣源組件和供氣管道之間分別設置有流量控制單元和溫度控制單元，所述被測死腔管道的末端連接測量模塊，所述排氣管道連接有壓力控制單元。

3、本申請?zhí)岢龅囊环N基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統能夠測量不同置換氣體、置換模式、氣體壓力、氣體溫度下死腔管道的氣體置換特性，實現死腔管道結構的測試和優(yōu)化。

4、本發(fā)明還進一步設置為：所述氣源組件包括背景氣高壓氣瓶和置換氣高壓氣瓶，所述背景氣高壓氣瓶的出口連接有背景氣調節(jié)閥和背景氣氣瓶壓力表；所述置換氣高壓氣瓶的出口連接有置換氣調節(jié)閥和置換氣氣瓶壓力表。

5、本技術方案中，背景氣高壓氣瓶為整個置換管道提供背景氣，置換氣高壓氣瓶為整個置換管道提供置換氣，背景氣高壓氣瓶的供氣壓力由背景氣氣瓶壓力表和背景氣調節(jié)閥監(jiān)測控制；置換氣高壓氣瓶的供氣壓力由置換氣氣瓶壓力表和置換氣調節(jié)閥監(jiān)測控制。

6、本發(fā)明還進一步設置為：所述被測死腔管道包括與供氣管道法蘭連接的第一管道以及與排氣管道法蘭連接的第三管道，所述第一管道和第三管道的連接處相交設置有第二管道，所述第二管道的末端連接測量模塊。

7、本技術方案中，被測死腔管道呈現模塊化的設置，方便更換和調試；便于拆卸的被測死腔管道塊可以實現死腔結構的快速更換，從而調節(jié)死腔長度、死腔直徑、軸向夾角和周向角度的參數。

8、本發(fā)明還進一步設置為：所述流量控制單元包括流量調節(jié)閥和與流量調節(jié)閥相連的氣體流量計，通過氣體流量計反饋調節(jié)流量調節(jié)閥開度以控制管路流量。

9、本技術方案中，流量調節(jié)閥和氣體流量計能夠對氣體的供氣流量進行監(jiān)測控制。

10、本發(fā)明還進一步設置為：所述溫度控制單元包括三通調節(jié)閥，所述三通調節(jié)閥依次連接有液體槽和溫度傳感器，通過控制液體槽中的換熱介質溫度，并利用溫度傳感器反饋調節(jié)三通調節(jié)閥開度以控制氣體介質溫度。

11、本技術方案中，氣體通過三通調節(jié)閥之后分為兩路，一路進入液體槽，其出口溫度為液體槽的溫度，并與另一路進行混合，通過調節(jié)三通調節(jié)閥的開度，控制兩路氣體比例，以實現氣體溫度的控制。

12、本發(fā)明還進一步設置為：所述溫度控制單元包括電加熱器和與電加熱器相連的溫度傳感器，通過溫度傳感器檢測氣體溫度，并反饋控制電加熱器的電源功率以控制氣體介質溫度。

13、本技術方案中，溫度控制單元的表現形式還可以是電加熱器和溫度傳感器的組合。

14、本發(fā)明還進一步設置為：所述測量模塊包括氣相色譜儀，所述氣相色譜儀還連接有控制平臺，所述氣相色譜儀能夠將測量結果傳輸至控制平臺。

15、本技術方案中，死腔末端氣體濃度通過氣相色譜儀測量后將結果傳輸至控制平臺進行記錄。

16、本發(fā)明還進一步設置為：所述壓力控制單元包括壓力傳感器，所述壓力傳感器連接有壓力調節(jié)閥，所述壓力調節(jié)閥的另一端分別連接有第一截止閥和第二截止閥，所述第二截止閥的另一端連接有真空泵。

17、本技術方案中，利用壓力傳感器反饋調節(jié)壓力調節(jié)閥開度，從而控制被測死腔管道內壓力，并通過截止閥、截止閥和真空泵控制被測死腔管道的置換模式。

18、本發(fā)明還進一步設置為：所述被測死腔管道具體與氣相色譜儀的取樣口進行固定連接。

19、本技術方案中，被測死腔管道的末端與氣相色譜儀取樣口可通過螺紋連接、法蘭連接、焊接、溝槽連接、卡套連接或者卡壓連接。

20、所述第二管道包括主管道和與主管道固定連接的副管道，所述主管道和副管道相交設置。

21、本技術方案中，被測死腔管道不僅僅可以是一級死腔結構，也可以是包括主管道和副管道的二級死腔結構。

22、本發(fā)明能夠帶來如下的有益效果：

23、1、本發(fā)明提出的管道氣體置換特性試驗系統可以測量不同置換氣體、置換模式、氣體壓力、氣體溫度下死腔管道的氣體置換特性，實現死腔管道結構的測試與優(yōu)化；

24、2、本發(fā)明提出了一種方便更換調試的模塊化死腔管道結構，便于在管道氣體置換特性測試系統中快速對死腔管道結構進行調整和更換。

技術特征：

1.一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，包括氣源組件，所述氣源組件通過管道連接有供氣管道（12），所述供氣管道（12）依次連接有被測死腔管道（13）和排氣管道（16），所述氣源組件和供氣管道（12）之間分別設置有流量控制單元和溫度控制單元，所述被測死腔管道（13）的末端連接測量模塊，所述排氣管道（16）連接有壓力控制單元。

2.根據權利要求1所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述氣源組件包括背景氣高壓氣瓶（1）和置換氣高壓氣瓶（4），所述背景氣高壓氣瓶（1）的出口連接有背景氣調節(jié)閥（2）和背景氣氣瓶壓力表（3）；所述置換氣高壓氣瓶（4）的出口連接有置換氣調節(jié)閥（5）和置換氣氣瓶壓力表（6）。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述被測死腔管道（13）包括與供氣管道（12）法蘭連接的第一管道（131）以及與排氣管道（16）法蘭連接的第三管道（133），所述第一管道（131）和第三管道（133）的連接處相交設置有第二管道（132），所述第二管道（132）的末端連接測量模塊。

4.根據權利要求1所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述流量控制單元包括流量調節(jié)閥（7）和與流量調節(jié)閥（7）相連的氣體流量計（8），通過氣體流量計（8）反饋調節(jié)流量調節(jié)閥（7）開度以控制管路流量。

5.根據權利要求1或4所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述溫度控制單元包括三通調節(jié)閥（9），所述三通調節(jié)閥（9）依次連接有液體槽（10）和溫度傳感器（11），通過控制液體槽（10）中的換熱介質溫度，并利用溫度傳感器（11）反饋調節(jié)三通調節(jié)閥（9）開度以控制氣體介質溫度。

6.根據權利要求1或4所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述溫度控制單元包括電加熱器（22）和與電加熱器（22）相連的溫度傳感器（11），通過溫度傳感器（11）檢測氣體溫度，并反饋控制電加熱器（10）的電源功率以控制氣體介質溫度。

7.根據權利要求1或2所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述測量模塊包括氣相色譜儀（14），所述氣相色譜儀（14）還連接有控制平臺（15），所述氣相色譜儀（14）能夠將測量結果傳輸至控制平臺（15）。

8.根據權利要求1或2或4所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述壓力控制單元包括壓力傳感器（17），所述壓力傳感器（17）連接有壓力調節(jié)閥（18），所述壓力調節(jié)閥（18）的另一端分別連接有第一截止閥（19）和第二截止閥（20），所述第二截止閥（20）的另一端連接有真空泵（21）。

9.根據權利要求7所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述被測死腔管道（13）具體與氣相色譜儀（14）的取樣口進行固定連接。

10.根據權利要求3所述的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，其特征在于，所述第二管道（132）包括主管道（1321）和與主管道（1321）固定連接的副管道（1322），所述主管道（1321）和副管道（1322）相交設置。

技術總結
本發(fā)明公開一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，涉及氣體置換特性試驗技術領域，旨在解決傳統氣體置換特性測試裝置無法得到實際工況中復雜死腔結構中的氣體濃度變化，因而難以得出死腔氣體置換規(guī)律的問題，包括氣源組件，氣源組件通過管道連接有供氣管道，供氣管道依次連接有被測死腔管道和排氣管道，氣源組件和供氣管道之間分別設置有流量控制單元和溫度控制單元，被測死腔管道的末端連接測量模塊，排氣管道連接有壓力控制單元。本發(fā)明的一種基于模塊化死腔的管道氣體置換特性試驗系統，更精確地模擬和研究氣體在不同結構和置換條件下的置換特性。

技術研發(fā)人員：邱國毅,方凱,秦剛華,厲勁風,顧陳杰,周霞,於曄鴻,孫籠籠,肖然
受保護的技術使用者：浙江省白馬湖實驗室有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28