專利名稱：一種觀察lng 水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(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)生過程的觀察平臺，更具體地說，涉及一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在LNG的海上運輸途中，泄漏出的LNG與水接觸，此時海水相對于LNG是高溫液體，會使得LNG瞬間大大超過其沸點而發(fā)生爆發(fā)沸騰，甚至導(dǎo)致強烈的爆炸現(xiàn)象，對設(shè)備及人員造成災(zāi)難性的損害。LNG水域爆發(fā)沸騰的主要特點是溫差較大(超過175K)，氣泡生長過程很快(毫秒至微妙量級)，溫升速率很高(超過105K/s)，發(fā)生位置與時間不確定。因此，用常規(guī)方法很難觀測到該沸騰狀態(tài)下氣泡的生長過程，并確定其發(fā)生機理。目前，在觀測爆發(fā)沸騰狀態(tài)下的氣泡生長過程中，采用單次閃光、重復(fù)拍照的方法可以實現(xiàn)高能量短脈沖加熱條件下，液氮爆發(fā)沸騰氣泡生長過程的記錄。相關(guān)文章包括:董兆一.飽和液氮爆發(fā)沸騰實驗與理論研究:(博士學(xué)位論文)；北京:中國科學(xué)院，2005.和尹鐵男.超極速爆發(fā)沸騰實驗研究:(碩士學(xué)位淪為)；北京:中國科學(xué)院，2008.)。相關(guān)專利文件包括:申請?zhí)枮?2140288，發(fā)明名稱為超急速沸騰狀態(tài)下汽泡生長過程的瞬態(tài)觀測系統(tǒng)及方法的發(fā)明專利；申請?zhí)枮?00510130767，發(fā)明名稱為微尺度爆發(fā)沸騰過程的可視化觀測與瞬態(tài)測量系統(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一些液體進行高能量瞬態(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。但對于低溫液體多相流過程中的爆發(fā)沸騰，要觀測其沸騰過程的氣泡行為，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)測信號進行判斷。同時，由于LNG的低溫特性和不安全性，以及考慮到實驗平臺可提供實驗條件的多樣性，都需要對系統(tǒng)進行相關(guān)特殊考慮與設(shè)計。目前，現(xiàn)有的研究爆發(fā)沸騰的實驗平臺，主要通過改變脈沖熱流強度來實現(xiàn)爆發(fā)沸騰現(xiàn)象，尚未發(fā)現(xiàn)有針對LNG噴射入水后爆發(fā)沸騰的可視化研究。如使用現(xiàn)有的研究平臺進行LNG可視化爆發(fā)沸騰實驗，會出現(xiàn)以下幾點問題:1)無法通過實驗平臺改變LNG噴射入水深度和水溫水流等條件；2)無法通過實驗平臺控制LNG組分變化，從而無法驗證LNG組分對爆發(fā)沸騰過程的影響；3)平臺無法使用在具有可燃性和可爆性的實驗對象中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(tǒng)。一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，包括:存放觀察對象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，通過控制注入的LN2來調(diào)節(jié)LNG管線中的LNG的溫度；設(shè)置于管線中，用于監(jiān)測進入鋼制熱交換器前管線中的實驗工質(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的沸騰過程的高速動態(tài)記錄儀；監(jiān)測鋼制熱交換器中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，控制高速動態(tài)記錄儀觸發(fā)信號，數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)時間和電磁閥控制器控制噴射時間，并記錄所采集的信息的計算機；LNG杜瓦中的LNG經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度后，通過管線到達鋼制熱交換器內(nèi)的噴嘴，電磁閥控制器控制LNG的噴射時間，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:將未達到實驗溫度的實驗工質(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。實施本發(fā)明的觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(tǒng)，具有以下有益效果:本發(fā)明的觀察系統(tǒng)通過溫度傳感器和壓力傳感器檢測，確定發(fā)生爆發(fā)沸騰的條件；通過熱交換器上的透光率不小于92.5%的透明窗口以及高速動態(tài)記錄儀，記錄沸騰過程；通過電磁閥控制器控制LNG的噴射時間；通過LNG溫度調(diào)節(jié)器改變LNG的溫度，進而控制LNG組分變化；通過可調(diào)高度板改變LNG噴射入水的深度；通過放氣閥將未達到實驗溫度的LNG排放至NG回收裝置；實現(xiàn)對沸騰狀態(tài)下氣泡群的生長變化過程的觀察，并對其壓力、溫度的變化進行監(jiān)測，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)因為實驗對象的可燃性和可爆性以及低溫液體多相流過程中發(fā)生位置和時刻的不確定性所導(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)生過程的觀察系統(tǒng)的一實施例的結(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、計算機；
6、高速動態(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)生過程的觀察系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的系統(tǒng)進行詳細說明。圖1是本發(fā)明觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示。系統(tǒng)包括:存放觀察對象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，通過控制注入的LN2來調(diào)節(jié)LNG管線中的LNG的溫度；設(shè)置于管線中，用于監(jiān)測進入鋼制熱交換器4前管線中的實驗工質(zhì)(實驗工質(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的沸騰過程高速動態(tài)記錄儀6 ;監(jiān)測鋼制熱交換器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)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儀7 ;與高速動態(tài)記錄儀6、數(shù)據(jù)采集儀7和電磁閥控制器8連接，控制高速動態(tài)記錄儀6觸發(fā)信號，數(shù)據(jù)采集儀7采集數(shù)據(jù)時間和電磁閥控制器8控制噴射時間，并記錄所采集的信息的計算機5 ;LNG杜瓦I中的LNG經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度后，通過管線到達鋼制熱交換器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通過管線與鋼制熱交換器4連接；將未達到實驗溫度的實驗工質(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)中無法通過實驗平臺改變LNG噴射入水深度和水溫水流等條件，從而無法驗證周圍水環(huán)境對爆發(fā)沸騰過程影響的技術(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管線外套接一個大容積的密封套管，LNG流過LNG管線，將LN2通入密封套管環(huán)隙中，利用改變LN2的溫度來改變LNG的溫度。LN2的溫度是通過利用N2經(jīng)過LN2熱交換器21后與LN2相混合的比例來控制的，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)測充入LNG溫度調(diào)節(jié)器3之前的LN2的壓力。此過程不但可以調(diào)節(jié)LNG的溫度，而且通過調(diào)節(jié)其溫度可以改變其組分。因為作為混合物的LNG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，每一沸點溫度下都會對應(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，這樣就可以通過改變其沸點溫度來達到觀察不同組分情況下對爆發(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)中無法通過實驗平臺控制LNG組分變化，從而無法驗證LNG組分對爆發(fā)沸騰過程影響的技術(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，以保證實驗的安全性，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，以保證實驗的安全性。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，通過電磁閥控制器8設(shè)定LNG的噴射持續(xù)時間，并且通過電磁閥控制器8控制低溫電磁閥10的觸發(fā)時間，使得數(shù)據(jù)采集儀7和高速動態(tài)記錄儀6開啟后，低溫電磁閥10延遲設(shè)定的時間后啟動，系統(tǒng)向鋼制熱交換器4中噴射LNG，以便高速動態(tài)記錄儀6能夠完全記錄鋼制熱交換器4中的實驗過程，數(shù)據(jù)采集儀7能夠完全采集實驗數(shù)據(jù)。低溫電磁閥10未開啟之前的未達到實驗溫度的實驗工質(zhì)通過管線放氣閥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)測氣相和液相區(qū)域狀態(tài)參數(shù)變化，輸出4-20mA電流信號，二者通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀7相連，將電流信號通過簡單線性換算為溫度和壓力信號，儲存到計算機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，使得高速動態(tài)記錄儀6能夠記錄鋼制熱交換器4中的沸騰過程的效果更好。
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氣體會對大氣造成污染，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，同時解決了現(xiàn)有技術(shù)平臺無法用于具有可燃性和可爆性的實驗對象中的缺陷。高速動態(tài)記錄儀6的鏡頭對準鋼制熱交換器4的透明窗口觀測發(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算機5進行處理和儲存，為達到滿意的拍攝效果，為其設(shè)置575W石英金屬鹵化物補光冷光源。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)時間和開啟持續(xù)時間，最短響應(yīng)時間為0.0IS，噴射壓力由壓力調(diào)節(jié)閥16控制，
0.1-ο.SMPa可調(diào)。計算機5還可同時控制高速動態(tài)記錄儀6和數(shù)據(jù)采集儀7的觸發(fā)時間。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，計算機5先觸發(fā)高速動態(tài)記錄儀6和數(shù)據(jù)采集儀7工作，進行圖像和溫度、壓力的采集，延時一定時間(具體的延遲時間根據(jù)情況設(shè)定)后再通過電磁閥控制器8觸發(fā)低溫電磁閥10開啟，進行LNG的噴射。通過低溫調(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)進行觀察的實驗過程如下:實驗之前的準備工作包括調(diào)整照明光源15的位置和高速動態(tài)記錄儀6的對焦操作，使得記錄的圖像清晰可見；往鋼制熱交換器4中注水并測量水溫等。實驗過程中，經(jīng)過LNG管線從LNG杜瓦I向鋼制熱交換器4中注入LNG，通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥16來調(diào)節(jié)噴射壓力；LNG液體流過LNG管線，其溫度可以通過改變密封套管中的LN2的流量和溫度來改變，而LN2的流量和溫度通過調(diào)節(jié)LN2杜瓦N2出口和LN2出口的開度來改變，流過LNG溫度調(diào)節(jié)器3的LN2被排放到LN2接收器17中。通過第二溫度傳感器T2和第二壓力傳感器P2對LNG管線中的LNG的溫度和壓力進行監(jiān)測，將未達到實驗溫度的實驗工質(zhì)通過管線放氣閥9排放至NG回收裝置13中，將達到實驗溫度的實驗工質(zhì)噴射至鋼制熱交換器4中。通過將未達到實驗溫度的LNG排放至NG回收裝置13解決了現(xiàn)有技術(shù)平臺無法用于具有可燃性和可爆性的實驗對象中的缺陷。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，并通過第一壓力傳感器Pl對鋼制熱交換器4內(nèi)的壓力進行監(jiān)測。鋼制熱交換器4通過進水管和排水管與循環(huán)水箱11連接，進水管和排水管上分別設(shè)置進水閥和排水閥，循環(huán)水箱11和循環(huán)水泵12連接，通過循環(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，并通過第一溫度傳感器Tl對鋼制熱交換器4內(nèi)的溫度進行監(jiān)測，同時調(diào)節(jié)可調(diào)高度板14入水的深度，從而克服了實驗平臺無法驗證周圍水環(huán)境和LNG噴射入水深度對爆發(fā)沸騰過程影響的技術(shù)缺陷。噴射過程以及沸騰過程將被高速動態(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，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀7進行采集，并將采集到的所有信息傳輸?shù)接嬎銠C5進行保存。在實驗過程中，可對以上操作進行調(diào)整，改變實驗條件，如LNG噴射壓力、溫度和噴射持續(xù)時間等，在完成一組實驗后，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)進行以上步驟，完成其他組實驗。實驗完成后，通過分析氣泡生長過程圖像和壓力、溫度變化規(guī)律，歸納總結(jié)LNG水域排放爆發(fā)沸騰發(fā)生機理。實驗完成后，通過鋼制熱交換器放氣閥20將實驗后的氣體排放至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LNG船舶在港口進行裝卸貨過程中，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。因為利用本實驗平臺中的壓力調(diào)節(jié)閥和LNG溫度調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)改變LNG噴射速度、壓力、溫度和組分等初始條件，同時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。改變實驗條件是為了探討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)沸騰對輸液管線、LNG儲罐和LNG船舶造成破壞性的影響。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，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)生過程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，包括: 存放觀察對象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，通過控制注入的LN2來調(diào)節(jié)LNG管線中的LNG的溫度； 設(shè)置于管線中，用于監(jiān)測進入鋼制熱交換器(4)前管線中的實驗工質(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的沸騰過程的高速動態(tài)記錄儀(6)； 監(jiān)測鋼制熱交換器(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)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儀(7); 與高速動態(tài)記錄儀(6 )、數(shù)據(jù)采集儀(7 )和電磁閥控制器(8 )連接，控制高速動態(tài)記錄儀(6)觸發(fā)信號，數(shù)據(jù)采集儀(7)采集數(shù)據(jù)時間和電磁閥控制器(8)控制噴射時間，并記錄所采集的信息的計算機(5); LNG杜瓦(I)中的LNG經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度后，通過管線到達鋼制熱交換器(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)生過程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)還包括:將未達到實驗溫度的實驗工質(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)生過程的觀察系統(tǒng)，其特征在于，觀察系統(tǒng)包括兩組監(jiān)測鋼制熱交換器(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)明公開了一種觀察LNG水域爆發(fā)沸騰發(fā)生過程的觀察系統(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)采集儀和計算機。實施本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的觀察系統(tǒng)通過第一溫度傳感器和第一壓力傳感器檢測，確定發(fā)生爆發(fā)沸騰的條件；通過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態(tài)記錄儀記錄沸騰過程；通過電磁閥控制器控制LNG的噴射速度；通過管線放氣閥將未達到實驗溫度的LNG排放至NG回收裝置；實現(xiàn)對沸騰狀態(tài)下氣泡群的生長變化過程的觀察，并對其壓力、溫度的變化進行監(jiān)測，為充分利用LNG冷能提供數(shù)值依據(jù)。
文檔編號G01N21/84GK103207180SQ20131008382
公開日2013年7月17日 申請日期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 申請人:大連海事大學(xué)