低温闭式试验系统及设备的制作方法

本申请涉及低温闭式试验领域，具体涉及一种低温闭式试验系统及设备。

背景技术：

1、液化天然气(liquified natural gas，简称lng)作为优质、高效的清洁能源，在优化中国能源消费结构、控制温室气体排放、改善大气环境等方面发挥着越来重要的作用，近年来，lng产业建设得到蓬勃发展。lng产业链的自主可控发展是我国迈向“双碳”战略目标的重要一步。日本、韩国、美国、欧洲都在大规模新建lng接收站，组建lng运输船队。在船舶加注、运输或装卸lng的过程中，因外热侵入和船舶的晃动，液货舱中的部分lng蒸发形成蒸发气(boil-off gas,简称bog)。bog的产生使液货舱内压力升高，过高的压力会破坏液货舱结构，因此必须对bog进行处理。

2、lng是一种易燃、易爆、易泄露的物质，因此船舶能否安全、高效地储存、运输、利用lng取决于能否对过程中产生的bog进行妥善处理。针对bog的处理，包括供双燃料主机的动力燃料，装卸时的返岸再液化，运输时的货舱内再液化，都涉及低温bog的压缩、膨胀过程，需要动设备的支持。处理bog的动设备面临严苛的低温要求。

3、其中，低温压缩机、膨胀机作为直接接触超低温气体的特种机械设备，传统的针对低温压缩机、膨胀机等特种机械设备的试验方法是直接注入液氮，通过液氮蒸发制造低温冷气环境，但这一方法无法维持长周期的低温运行试验，且成本高企。因此，针对低温压缩机、膨胀机的试验需求，需要开发出一种能够实现连续闭式运行、能耗经济且易于调节的低温闭式试验系统。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种低温闭式试验系统及设备，其能够解决现有试验方法中存在的无法维持长周期的低温运行试验和成本高企的问题。

2、为了解决上述问题，本申请提供了一种低温闭式试验系统，其包括：空气过滤器，空气过滤器的入口用于与环境大气连通；多级离心压缩机，与空气过滤器连接；冷水机，与多级离心压缩机连接；吸附式干燥机，与冷水机连接；回热器，与吸附式干燥机连接，回热器具有热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口，热侧入口与吸附式干燥机连接；高压缓冲罐，与热侧出口连接；膨胀压缩机，膨胀压缩机具有膨胀端和压缩端，膨胀端与高压缓冲罐连接；冷侧入口与膨胀端连接，压缩端与冷侧出口连接；低压缓冲罐，与压缩端连接，低压缓冲罐的出口与多级离心压缩机的入口连接；放空消音器，与低压缓冲罐连接，放空消音器的出口用于与环境大气连通；以及低温加热器，连接于冷侧出口与压缩端之间或者连接于压缩端与低压缓冲罐之间。

3、在一些实施例中，高压缓冲罐具有第一出口和第二出口；膨胀端与第一出口连接，膨胀端与第一出口之间设有第一减压阀和第二快速切断阀；冷侧入口与第二出口连接，冷侧入口与第二出口之间设有第二减压阀。

4、在一些实施例中，低压缓冲罐的出口通过第一支管与多级离心压缩机的入口连接，第一支管上设有第一自动切断阀；低压缓冲罐具有第一入口和第二入口；第一入口与压缩端连接，第一入口与压缩端之间设有第一止回阀；第二入口通过第二支管与多级离心压缩机的出口连接，第二支管上设有第二自动切断阀。

5、在一些实施例中，吸附式干燥机通过第三支管与高压缓冲罐连接，第三支管上设有第三自动切断阀。

6、在一些实施例中，低温加热器连接于冷侧出口与压缩端之间，低温加热器的出口的气温为-30～0℃；低温加热器通过第四支管与低压缓冲罐连接，第四支管上设有第四自动切断阀；和/或低温加热器通过第五支管与低压缓冲罐连接，第五支管上设有第二止回阀。

7、在一些实施例中，低温加热器连接于压缩端与低压缓冲罐之间，低温加热器的出口的气温为0～40℃；冷侧出口通过第四支管与低温加热器连接，第四支管上设有第四自动切断阀；和/或冷侧出口通过第五支管与低温加热器连接，第五支管上设有第二止回阀。

8、在一些实施例中，回热器包括：高温回热器，其具有第一热侧入口、第一热侧出口、第一冷侧入口和第一冷侧出口；以及低温回热器，其具有第二热侧入口、第二热侧出口、第二冷侧入口和第二冷侧出口；其中，第一热侧入口与吸附式干燥机连接，第二热侧入口与第一热侧出口连接，第二热侧出口与高压缓冲罐的入口连接；其中，第二冷侧入口与膨胀端的出口连接，第一冷侧入口与第二冷侧出口连接，压缩端与第一冷侧出口连接。

9、在一些实施例中，低温闭式试验系统还包括：第一管道过滤器，连接于空气过滤器与多级离心压缩机之间，其与空气过滤器之间设有进气阀，其与多级离心压缩机之间设有第一快速切断阀；第二管道过滤器，连接于吸附式干燥机与回热器之间；第三管道过滤器，连接于高压缓冲罐与膨胀端之间；其中，低压缓冲罐与放空消音器之间设有放空阀。

10、在一些实施例中，空气过滤器的进口的气压为0.2～0.5mpaa，多级离心压缩机的入口的气压为0.1～0.2mpaa，多级离心压缩机的出口的气压为0.6～1.1mpaa，多级离心压缩机的级间冷却器的出口的气温和多级离心压缩机的后冷却器的出口的气温均为20～40℃。

11、在一些实施例中，冷水机的出口的气温为8～12℃，冷水机的冷媒介质的温度为4～7℃。

12、在一些实施例中，吸附式干燥机的出口的气体的常压露点温度低于或等于-60℃。

13、在一些实施例中，热侧出口的气温为-90～-60℃，高压缓冲罐的入口的气压为0.5～1.0mpaa，膨胀端的出口的气压为0.1～0.18mpaa，膨胀端的出口的气温为-155～-100℃，冷侧出口的气温为-40～-10℃。

14、在一些实施例中，压缩端的出口的气压为0.13～0.25mpaa，压缩端的出口的气温为0～50℃。

15、为了解决上述问题，本申请提供了一种低温闭式试验设备，其包括待试验组件以及本申请的低温闭式试验系统；其中，待试验组件包括：螺杆式低温压缩机，设置于低温加热器和压缩端之间；或者离心式低温压缩机，设置于膨胀端与冷侧入口之间。

16、本申请的优点是：本申请利用膨胀压缩机制冷，相较于传统的j-t阀制冷，利用压缩端制动膨胀端，将膨胀压缩机的膨胀端的输出功直接用于膨胀压缩机的压缩端进行消耗，将膨胀端和压缩端进行组合形成一体化的膨胀压缩机，结构紧凑，提高膨胀端的能量利用效率，降低多级离心压缩机的能耗，降低成本。

17、本申请采用干燥空气作为低温闭式试验系统的低温工质，因此系统在运行时可从环境补气，或向环境排气，且空气也是安全工质，提高了操作便捷性。

技术特征：

1.一种低温闭式试验系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述高压缓冲罐(7)具有第一出口(701)和第二出口(702)；

3.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述低压缓冲罐(9)的出口通过第一支管(27)与所述多级离心压缩机(2)的入口连接，所述第一支管(27)上设有第一自动切断阀(21)；

4.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述吸附式干燥机(4)通过第三支管(29)与所述高压缓冲罐(7)连接，所述第三支管(29)上设有第三自动切断阀(23)。

5.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述低温加热器(11)连接于所述冷侧出口与所述压缩端(802)之间，所述低温加热器(11)的出口的气温为-30～0℃；

6.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述低温加热器(11)连接于所述压缩端(802)与所述低压缓冲罐(9)之间，所述低温加热器(11)的出口的气温为0～40℃；

7.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述回热器(5)包括：

8.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述空气过滤器(1)的进口的气压为0.2～0.5mpaa，所述多级离心压缩机(2)的入口的气压为0.1～0.2mpaa，所述多级离心压缩机(2)的出口的气压为0.6～1.1mpaa，所述多级离心压缩机(2)的级间冷却器的出口的气温和所述多级离心压缩机(2)的后冷却器的出口的气温均为20～40℃。

10.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述冷水机(3)的出口的气温为8～12℃，所述冷水机(3)的冷媒介质的温度为4～7℃。

11.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述吸附式干燥机(4)的出口的气体的常压露点温度低于或等于-60℃。

12.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述热侧出口的气温为-90～-60℃，所述高压缓冲罐(7)的入口的气压为0.5～1.0mpaa，所述膨胀端(801)的出口的气压为0.1～0.18mpaa，所述膨胀端(801)的出口的气温为-155～-100℃，所述冷侧出口的气温为-40～-10℃。

13.根据权利要求1所述的低温闭式试验系统，其特征在于，所述压缩端(802)的出口的气压为0.13～0.25mpaa，所述压缩端(802)的出口的气温为0～50℃。

14.一种低温闭式试验设备，其特征在于，包括待试验组件(300)以及权利要求1-13中任一项所述的低温闭式试验系统；

技术总结本发明涉及一种低温闭式试验系统及设备。低温闭式试验系统包括：空气过滤器、多级离心压缩机、冷水机、吸附式干燥机、回热器、高压缓冲罐、膨胀压缩机、低压缓冲罐、放空消音器以及低温加热器。本发明利用膨胀压缩机制冷，相较于传统的J‑T阀制冷，利用压缩端制动膨胀端，将膨胀压缩机的膨胀端的输出功直接用于膨胀压缩机的压缩端进行消耗，将膨胀端和压缩端进行组合形成一体化的膨胀压缩机，结构紧凑，提高膨胀端的能量利用效率，降低多级离心压缩机的能耗，降低成本。同时利用单级压缩机制动膨胀机本发明采用干燥空气作为低温闭式试验系统的低温工质，因此系统在运行时可从环境补气，或向环境排气，且空气也是安全工质，提高了操作便捷性。技术研发人员：赵程杰,周伟,袁龙健,金其龙,杨小强,王玉莉,刁安娜受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一一研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25