專利名稱：一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于熱力性能檢測技術領域，特別涉及一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統及應用。
背景技術：
熱力管道是集中供熱系統輸送熱水、蒸汽等熱媒的重要組成部分。近年來，國內外主流熱力管道所輸送熱媒溫度由150-250°C左右提高到600°C以上，蒸汽壓力達到2. 5Mpa 以上，由于熱力管道的熱媒壓力的增高和熱媒溫度的提升，在高溫熱力管道中設置真空復合保溫層是提高管道保溫性能、保證所輸運熱媒的熱力參數、增強管道防腐性能和動態監測泄漏的新技術。國內外2004年開始應用采用低中真空度的真空層復合保溫直埋管道，測定該類具有真空層的多層復合保溫結構的熱阻、導熱系數等參數對于衡量該類保溫管道熱力性能具有重要意義。以往所采用的熱力管道熱力性能測試系統無法準確檢測新型真空層復合保溫直埋管道的整體保溫性能和復合保溫結構中各層實際熱工性能，特別是該類管道工作時其真空層絕對壓力通常在20mbar至1013mbar內波動變化，目前尚無檢測不同真空壓力條件下該類復合管道熱工性能的監測系統。該類保溫管道傳熱過程包括復合保溫結構內固體保溫材料固相導熱、保溫材料內殘留空氣的導熱、對流和輻射換熱，以及低中真空下真空層的導熱、對流和輻射換熱三部分，而檢測復合保溫結構內保溫材料纖維和保溫材料內殘留空氣、 真空層三者的綜合傳熱特性能夠真實地反映管道整體的保溫性能，是優化管道復合保溫結構、評價各型保溫結構性能以及確定保溫管熱損失的關鍵。從目前國內外公開報導的文獻來看，僅見到各種材料物性測試裝置以及墻體整體熱工性能測試裝置的報導，而未見到復合保溫管道整體保溫結構熱阻測試裝置的報導，特別是帶有低中真空度的真空層和適用于熱媒溫度高達200-350°C及以上的復合保溫管道整體保溫結構熱阻測試裝置的報導。
發明內容
本發明針對上述缺陷公開了一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統及應用。一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統由控制與數據采集系統、導熱油循環系統和恒溫小室構成。所述控制與數據采集系統的結構如下工業控制計算機分別連接打印機和RS232 總線，RS232/485轉換器分別連接RS232總線和RS485總線，RS485總線均通過信號電纜分別與第1溫度傳感器-第48溫度傳感器、第1熱流傳感器-第16熱流傳感器、第1電量模塊-第3電量模塊和第1智能調節器-第3智能調節器連接；第1溫度傳感器-第47溫度傳感器分別與第1熱電偶-第47熱電偶直接安裝在一起，第48溫度傳感器與測量儀器直接安裝在一起，第1熱流傳感器-第16熱流傳感器分別與第1熱流計-第16熱流計直接安裝在一起；
所述導熱油循環系統的結構如下導熱油罐、導熱油加熱裝置、第1油泵和閥門通過油管裝配在一起，導熱油加熱裝置、第2油泵、第1接頭、第2接頭和閥門通過油管裝配在一起，導熱油罐、柔性金屬管、第1接頭、第2接頭和閥門通過油管裝配在一起；導熱油罐上方安裝有第2真空壓力計，下方通過油管與閥門連接；導熱油加熱裝置、第1放氣閥和閥門通過油管裝配在一起，導熱油加熱裝置的上方安裝液位計和第1溫度測試模塊，下方通過油管與閥門連接；恒溫小室左右兩側的油管上分別安裝有第2溫度測試模塊和第3溫度測試模塊，RS485總線通過信號電纜分別與第1油泵、液位計、第1溫度測試模塊、導熱油加熱裝置、第2油泵、第2溫度測試模塊以及第3溫度測試模塊連接；所述恒溫小室的結構如下測試室位于內層、補償圍護結構位于外層，通風室位于補償圍護結構的右側，控制室位于補償圍護結構和通風室的下方；測試管段沿測試室對角線方向布置于測試室中部，其兩端分別安裝有第1接頭和第2接頭，在測試管段上依次安裝著抽氣接口、第1熱電偶-第47熱電偶、第1熱流計-第 16熱流計和第1真空壓力計，第2接頭與第2放氣閥裝配在一起，測量儀器位于測試室中， 它由濕度計和熱電偶組成；補償圍護結構與測試室的間距為0. 3-0. 5m ；通風室內風速為0. 1 0. 5m/s，風機分別通過兩個空氣電加熱器與兩個空氣冷卻器裝配在一起，風機通過送風管道與測試室裝配在一起，兩個空氣冷卻器通過回風管道與測試室裝配在一起；電源和控制臺安裝在控制室內。所述測試室呈長方體形狀，采用鋼材加工而成，其內部尺寸為 0士0. 2) X 0士0. 2) X O. 8士0. 2)m ；組成測試室的6個面的任意兩面熱阻相差不超過20 %，，測試室的每一個面分別由8個矩形小風道拼成，測試室內部實際尺寸為 3. 98X3. 98X2. 8m ；測試室的換氣次數為0. 02次/h ；所述補償圍護結構的6個面的傳熱系數不大于0. 58ff/(m2 ·Κ)；補償圍護結構由門和墻體密封而制成，補償圍護結構的門與墻體有相同的熱阻；墻體均采用玻璃棉板制備，在補償圍護結構的天棚下吊玻璃棉板；送風管道和小風道共同構成送風系統；小風道的一端與送風管道相連，另一端為測試室的空氣入口，每條小風道設置有面積可變的多孔板和蝶閥，多孔板和蝶閥采用法蘭連接方式安裝在小風道上。所述測試管段的結構如下兩個輔助測試管段安裝在測試管段主體的兩端，輔助測試管段長度為1000mm，測試管段主體長度為2000mm ；輔助測試管段與測試管段主體的結構相同，兩者在徑向上均分為五層，從內到外依次為工作鋼管、保溫材料層、真空層、剛外護管和防腐層；在輔助測試管段工作鋼管內安裝輔助性加熱器，在測試管段主體工作鋼管內安裝主加熱器；測試管段主體上設置有第1測試截面和第2測試截面，第1測試截面距測試管段主體左端500mm，第2測試截面距測試管段主體左端IOOOmm ；第1測試截面和第2測試截面均設置有溫度測點和熱流計測點；所述溫度測點和熱流計測點的布置情況如下第1測試截面的溫度測點分布在第1測試截面的右半圓周內，在第1測試截面的工作鋼管外表面、保溫材料層外表面、剛外護管外表面和防腐層外表面上設置溫度測點，當
7鋼外護管采用直徑為DN500及以上型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π/2、 π /3、π /6、0、- π /6、- π /3、- π /2方向各布置1個溫度測點；鋼外護管采用直徑為DN500 以下型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈η/2、π/3、0、-π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；在對第1測試截面的溫度進行測量時，在第1熱電偶-第47熱電偶中任意選取觀個熱電偶或20個熱電偶，將選取的這些熱電偶分別安裝在第1測試截面的溫度測點上；第2測試截面的溫度測點分布在第2測試截面的左半圓周內，在第2測試截面的工作鋼管外表面、保溫材料層外表面、剛外護管外表面和防腐層外表面上設置溫度測點，當鋼外護管采用直徑為DN500及以上型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π/2、 π /3、π /6、0、- π /6、- π /3、- π /2方向各布置1個溫度測點；鋼外護管采用直徑為DN500 以下型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈η/2、π/3、0、-π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；在對第2測試截面的溫度進行測量時，在第1熱電偶-第47熱電偶中任意選取觀個熱電偶或20個熱電偶，將選取的這些熱電偶分別安裝在第2測試截面的溫度測點上；第1測試截面的熱流計測點分布在第1測試截面的左半圓周內，在第1測試截面的防腐層外表面上設置熱流計測點，當鋼外護管采用直徑為DN500及以上型號管道時，在防腐層外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、Ji/6、0、-Ji/6、-Ji/3、-Ji/2方向各布置1個熱流計測點；當鋼外護管采用直徑為DN500以下型號管道時，在防腐層外表面與水平方向夾角呈31/2、31/3、0、-31/3、-31/2方向各布置1個熱流計測點；在對第1測試截面的徑向熱遷移量進行測量時，在第1熱流計-第16熱流計任意選取7個熱流計或5個熱流計，將選取的這些熱流計分別安裝在第1測試截面的熱流計測點上；第2測試截面的熱流計測點分布在第2測試截面的右半圓周內，在第2測試截面的防腐層外表面上設置熱流計測點，當鋼外護管采用直徑為DN500及以上型號管道時，在防腐層外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、Ji/6、0、-Ji/6、-Ji/3、-Ji/2方向各布置1個熱流計測點；當鋼外護管采用直徑為DN500以下型號管道時，在防腐層外表面與水平方向夾角呈π /2、π /3、0、_ π /3、- π /2方向各布置1個熱流計測點；在對第2測試截面的徑向熱遷移量進行測量時，在第1熱流計-第16熱流計任意選取7個熱流計或5個熱流計，將選取的這些熱流計分別安裝在第2測試截面的熱流計測點上。一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統的應用包括以下步驟1)導熱油在導熱油加熱裝置中進行加熱，升溫后的導熱油通過閥門、第2油泵、油管和第2接頭進入測試管段，導熱油通過第1接頭、閥門和油管回到導熱油加熱裝置再次加熱實現循環；導熱油存儲于導熱油罐內，經第1油泵、閥門和油管輸送入導熱油加熱裝置， 測試管段的真空層的的壓力通過第1真空壓力計進行監測；2)測試室采用空氣作為熱媒來實現供冷和供熱調節風機送風進入送風管道，兩個空氣冷卻器和空氣電加熱器調節送風的溫度，送風管道分別向天棚、四個豎壁和地面送風，送風方向分別為水平、豎直和水平方向，然后在地面實現水平回風，最后通過回風管道回到風機；測試室的空氣溫度和濕度采用測量儀器進行計量，若測試室空氣溫度高于環境溫度，則開啟空氣冷卻器降低送風溫度；若測試室空氣溫度低于環境溫度，則開啟空氣電加熱器，最終使測試室空氣溫度等于環境溫度；CN 102539470 A利用多孔板和每一條風道上的蝶閥，調整測試室6個面的送風量，使測試室內每個方位的空氣都具有同樣的溫度，提高測試室外側的放熱系數，從而提高了測試室內外的溫度變化響應速度，縮短了測試室內溫度達到恒定的時間；送風量恒定后，改變送風溫度， 使測試室內溫度與環境溫度的差值維持在士2°C ；3)控制與數據采集系統實現如下功能實現測試管段的工作鋼管溫度的自動控制，通過第1電量模塊調節導熱油加熱裝置內的電加熱器功率，經過第1智能調節器將流入測試管段內導熱油溫度控制在200 V、 250°C或300°C ；并通過第1熱電偶-第47熱電偶監測輔助測試管段工作鋼管的溫度，從而實現自動控制，通過第2電量模塊和第3電量模塊調節輔助性加熱器的電功率，利用第2智能調節器和第3智能調節器調節兩個輔助測試管段工作鋼管的溫度Tnk2和Tnk3，使上述兩者與測試管段主體工作鋼管溫度Tnkl相等，防止測試管段兩端的軸向熱損失；測試所需實現測試管段內的真空層壓力為101. 3kpa-2kpa，工業控制計算機通過 RS232總線、RS485總線和RS232/485轉換器監測測試管段的真空層絕對壓力并實時控制真空泵的開閉，保持測試管段的真空層壓力恒定；第1溫度傳感器-第48溫度傳感器通過工業控制計算機控制，采用鉬電阻測得測試管段上溫度測點的溫度信號，然后通過RS485總線、RS232/485轉換器和RS232總線傳遞到工業控制計算機存儲，并通過打印機輸出；第1電量模塊通過工業控制計算機控制，將單位時間內導熱油加熱裝置內的電加熱器的輸出功率信號，通過RS485總線、RS232/485轉換器和RS232總線傳遞到工業控制計算機存儲，并通過打印機輸出；在測量測試管段的工作鋼管的溫度時，將第1熱電偶-第47熱電偶分別安裝在兩個輔助測試管段工作鋼管和測試管段主體工作鋼管外表面上，實時檢測這些位置的溫度信號，然后，根據兩個輔助測試管段和測試管段主體的溫度控制導熱油加熱裝置內電加熱器輸入功率；溫度信號和電功率信號的實時采集工作，由控制與數據采集系統來完成；第1溫度傳感器-第48溫度傳感器采用可吸附在工作鋼管上的鉬電阻，主加熱器由高穩定度的 YJ-43型直流穩壓電源供電，通過測量標準電阻標上的電壓降值，計算出主加熱器回路的電流，計算一段時間內的主加熱器和輔助性加熱器工作時消耗的功率，可推算出單位時間內測試管段的精確熱損失值第1熱流傳感器-第16熱流傳感器從第1熱流計-第16熱流計獲得熱流信號， RS485總線、RS232/485轉換器和RS232總線將熱流信號傳遞到工業控制計算機存儲，并通過打印機輸出；4)工作結束后開啟第2放氣閥，使測試管段的真空層的壓力恢復至一個大氣壓。本發明的有益效果為1)該集成系統和應用方法適用于測試熱媒溫度在350°C以下、具有中低真空度真空層的復合保溫熱力管道的真空層及各保溫結構的熱工性能，測試誤差小于士5% ；2)壓力控制系統可模擬真空層的復合保溫熱力管道工作時真空層絕對壓力在 20mbar至1013mbar之間波動的實際情況，溫度、電能、真空層壓力控制系統組成的控制系統與數據采集系統可實現全程全部測試參數自動控制和測試數據自動記錄；
3)該系統恒溫小室的圍護結構、供熱供冷系統均經特別優化設計，保證測試管段所處環境恒溫，環境溫度誤差不高于1。c，可準確分析和研究保溫管道測試管段傳熱過程， 模擬管道運行時所處的穩態工況，并保證測試數據的可靠性和最終研究結果的準確性。4)該系統在溫度和熱流測點布置充分考慮并實現對含有真空層的復合保溫結構的各層熱阻的測量，并采取了針對300°C以上高溫熱媒工況時監測管道熱損失，對比測量單位時間內電加熱器輸出熱功率和通過熱流計測得的熱流；另一方面是獲得沿測試管段防腐層外表面圓周方向熱流的分布情況，以便于研究具有真空層的復合保溫管道傳熱過程和機理。
圖1是控制與數據采集系統示意圖2是導熱油循環系統示意圖3是恒溫小室示意圖4是測試管段中選取的測試截面設計示意圖，
圖5是工作鋼管外表面溫度測點布置的結構示意圖，
圖6是保溫材料層外表面溫度測點布置的結構示意圖，
圖7是防腐層外表面溫度測點布置的結構示意圖，
圖8是防腐層外表面熱流測點布置的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統由控制與數據采集系統、導熱油循環系統和恒溫小室構成。如圖1所示，所述控制與數據采集系統的結構如下工業控制計算機分別連接打印機和RS232總線1，RS232/485轉換器分別連接RS232總線1和RS485總線21，RS485總線21通過信號電纜8分別與第1溫度傳感器Tl-第48溫度傳感器T48、第1熱流傳感器 Ql-第16熱流傳感器Q16、第1電量模塊DLl-第3電量模塊DL3和第1智能調節器Trkl-第 3智能調節器Trk3連接，；第1溫度傳感器Tl-第47溫度傳感器T47分別與第1熱電偶Kl-第47熱電偶 K47直接安裝在一起(與每個熱電偶的兩個熱電極直接相連)，第48溫度傳感器T48與測量儀器10直接安裝在一起(與測量儀器10中的熱電偶的兩個熱電極直接相連)，第1熱流傳感器Ql-第16熱流傳感器Q16分別與第1熱流計Rl-第16熱流計R16直接安裝在一起 (熱流計的兩個熱電極與熱流傳感器直接相連)。如圖2所示，所述導熱油循環系統的結構如下導熱油罐、導熱油加熱裝置、第1油泵2和閥門通過油管裝配在一起，導熱油加熱裝置、第2油泵5、第1接頭13、第2接頭27 和閥門通過油管裝配在一起，導熱油罐、柔性金屬管6、第1接頭13、第2接頭27和閥門通過油管裝配在一起；導熱油罐上方安裝有第2真空壓力計23，下方通過油管與閥門連接 ’導熱油加熱裝置、第1放氣閥4和閥門通過油管裝配在一起，導熱油加熱裝置的上方安裝液位計3和第1溫度測試模塊24，下方通過油管與閥門連接；恒溫小室左右兩側的油管上分別安裝有第2溫度測試模塊25和第3溫度測試模塊26，RS485總線21通過信號電纜8分別與第1油泵2、液位計3、第1溫度測試模塊24、導熱油加熱裝置、第2油泵5、第2溫度測試模塊25以及第3溫度測試模塊沈連接；如圖3所示，所述恒溫小室的結構如下測試室位于內層、補償圍護結構20位于外層，通風室位于補償圍護結構20的右側，控制室位于補償圍護結構20和通風室的下方；測試管段14沿測試室對角線方向布置于測試室中部，測試管段14置于特制的測試管段架上，架子與測試管段接觸位置設置良好保溫，避免在架子和測試管段的防腐層形成熱橋。其兩端分別安裝有第1接頭13和第2接頭27，在測試管段14上依次安裝著抽氣接口 7、第1熱電偶Kl-第47熱電偶K47、第1熱流計Rl-第16熱流計R16和第1真空壓力計11，第2接頭27與第2放氣閥12裝配在一起，測量儀器10位于測試室中，它由濕度計和熱電偶組成；抽氣接口 7通過軟管與真空泵的抽氣接口連接，真空泵設置于測試室外；補償圍護結構20與測試室的間距為0. 3-0. 5m ；通風室內風速為0. 1 0. 5m/s，風機18分別通過兩個空氣電加熱器19與兩個空氣冷卻器17裝配在一起，風機18通過送風管道16與測試室裝配在一起，兩個空氣冷卻器 17通過回風管道15與測試室裝配在一起；對空氣冷卻器17的制冷裝置說明如下制冷裝置采用并聯的兩臺2F6. 3型壓縮式制冷機，每臺制冷機配有油分離器，兩臺壓縮機上還有潤滑油平衡管。其中一臺制冷機配有調速電機，改變電動機轉數及制冷劑運行臺數，從而連續改變制冷量適應不同的試驗工況需要。在空調工況下，制冷機制冷量應為6000kCal/h以上。電源和控制臺安裝在控制室內。所述測試室呈長方體形狀，采用鋼材加工而成(以減少壁面材料的熱阻)，其內部尺寸(長X寬X高)為44士0.2)\0士0.2)\0.8士0.2)!11;組成測試室的6個面的任意兩面熱阻相差不超過20%，(室內外無明顯的氣流交換)，測試室的每一個面分別由8 個矩形小風道拼成，測試室內部實際尺寸為3. 98X3. 98X2. 8m ；使測試室六個面的熱阻相等，可以均勻冷卻，地面有一定的承載能力；測試室的換氣次數(換氣次數=每小時測試室送風量/測試室體積)為0. 02次/h ；所述補償圍護結構20與測試室之間應由均勻的送排風系統使空氣循環，補償圍護結構20的6個面的傳熱系數不大于0. 58ff/(m2 ·Κ)；補償圍護結構20由門和墻體密封而制成，補償圍護結構20的門與墻體有相同的熱阻；墻體均采用玻璃棉板制備，在補償圍護結構20的天棚下吊玻璃棉板(玻璃棉板起保溫隔熱的作用，降低補償圍護結構通過天棚的熱損失)；送風管道16和小風道共同構成送風系統；小風道的一端與送風管道相連，另一端為測試室的空氣入口，每條小風道設置有面積可變的多孔板和蝶閥，多孔板和蝶閥采用法蘭連接方式安裝在小風道上。所述測試管段14的結構如下兩個輔助測試管段安裝在測試管段主體的兩端，輔助測試管段長度為1000mm，測試管段主體長度為2000mm ；輔助測試管段與測試管段主體的結構相同，兩者在徑向上均分為五層，從內到外依次為工作鋼管30、保溫材料層31、真空層32、剛外護管33和防腐層34 ；輔助測試管段與測試管段主體的保溫材料層的31的厚度相同，在輔助測試管段工作鋼管30內安裝輔助性加熱器，在測試管段主體工作鋼管30內安裝主加熱器，(工作鋼管30采用無縫鋼管制造，作用為承受熱媒壓力并輸送熱媒；保溫材料層31采用玻璃棉材料，作用為保溫隔熱；真空層32作用為提升保溫材料層保溫隔熱效果和防腐；鋼外護管33采用無縫鋼管制造，作用為承受真空壓力和土荷載；防腐層34采用三層 pe，作用為防腐)如圖4所示，測試管段主體上設置有第1測試截面A和第2測試截面B，第1測試截面A距測試管段主體左端500mm，第2測試截面B距測試管段主體左端IOOOmm ；第1測試截面A和第2測試截面B均設置有溫度測點和熱流計測點；沿測試管段14軸向方向布置2個測試截面的作用一方面是布置足夠多的溫度測點，以便掌握復合結構徑向方向傳熱機理；另一方面是測試過程中若產生沿測試管段軸向方向的熱流，獲得第1測試截面A和第2測試截面B的溫度測點對比數據，便于在后續研究中分析軸向熱流對保溫管道傳熱過程的影響，使獲得的傳熱機理研究成果更準確。溫度測點和熱流計測點的布置情況如下如圖5-圖7所示，第1測試截面A的溫度測點分布在第1測試截面A的右半圓周內，在第1測試截面A的工作鋼管30外表面、保溫材料層31外表面、剛外護管33外表面和防腐層34外表面上設置溫度測點(圖5-圖7黑點所示)，當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈五丨1、π/3、π/6、 0、- π /6、- π /3、- π Λ方向各布置1個溫度測點；鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈η/2、π/3、0、-π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；在對第1測試截面A的溫度進行測量時，在第1熱電偶Kl-第47熱電偶Κ47中任意選取觀個熱電偶(當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道時)或20個熱電偶(當鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道時)，將選取的這些熱電偶分別安裝在第1測試截面A的溫度測點上；第2測試截面B的溫度測點分布在第2測試截面B的左半圓周內，在第2測試截面B的工作鋼管30外表面、保溫材料層31外表面、剛外護管33外表面和防腐層34外表面上設置溫度測點，當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈η/2、π/3、π/6、0、_ π/6、-π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π /2、π /3、 0、- π /3、- π /2方向各布置1個溫度測點；在對第2測試截面B的溫度進行測量時，在第1 熱電偶Kl-第47熱電偶Κ47中任意選取觀個熱電偶(當鋼外護管33采用直徑為DN500 及以上型號管道時)或20個熱電偶(當鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道時)， 將選取的這些熱電偶分別安裝在第2測試截面B的溫度測點上；在進行第1測試截面A和第2測試截面B的溫度測點布置時，保溫材料31外表面、 鋼外護管33外表面、防腐層34外表面上溫度因低于150°C，利用導熱硅膠等具有良好貼附性的物質，使熱電偶固定在相關的溫度測點上。因工作鋼管30的溫度在300°C以上，為了防止因導熱硅膠失效原因等造成熱電偶的溫度探頭從工作鋼管的溫度測點上脫落，應采用預制的磁性溫度探頭的熱電阻產品，利用溫度探頭的磁性吸附在工作鋼管30表面溫度測點上。在測試管段14防腐層34外表面布置熱流計的目的一方面是監測管道熱損失，對比測量單位時間內電加熱器輸出熱功率和通過熱流計測得的熱流；另一方面是獲得沿測試管段14防腐層34外表面圓周方向熱流的分布情況，以便于研究保溫管道傳熱過程和機理。
第1測試截面A的熱流計測點分布在第1測試截面A的左半圓周內，在第1測試截面A的防腐層34外表面上設置熱流計測點，當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道時，在防腐層34外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、π/6、0、_ π/6、-π/3、-π/2 方向各布置1個熱流計測點；當鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道吋，在防腐層 34外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、0、_ π/3、-π/2方向各布置1個熱流計測點；在對第1測試截面A的徑向熱遷移量進行測量吋，在第1熱流計Rl-第16熱流計R16任意選取7個熱流計(當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道時)或5個熱流計(當鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道時)，將選取的這些熱流計分別安裝在第1測試截面A的熱流計測點上；如圖8所示，第2測試截面B的熱流計測點分布在第2測試截面B的右半圓周內， 在第2測試截面B的防腐層34外表面上設置熱流計測點(圖8三角形點所示)，當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道吋，在防腐層34外表面與水平方向夾角呈π /2、 π /3、π /6、0、_ π /6、- π /3、- π /2方向各布置1個熱流計測點；當鋼外護管33采用直徑為 DN500以下型號管道吋，在防腐層34外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、0、- π/3、- π/2 方向各布置1個熱流計測點；在對第2測試截面B的徑向熱遷移量進行測量吋，在第1熱流計Rl-第16熱流計R16任意選取7個熱流計(當鋼外護管33采用直徑為DN500及以上型號管道時)或5個熱流計(當鋼外護管33采用直徑為DN500以下型號管道時)，將選取的這些熱流計分別安裝在第2測試截面B的熱流計測點上。以下是本發明的相關設備參數列表表1本發明的設備參數列表
1權利要求
1.一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統，其特征在于，它由控制與數據采集系統、導熱油循環系統和恒溫小室構成；所述控制與數據采集系統的結構如下工業控制計算機分別連接打印機和RS232總線 (1)，RS232/485轉換器分別連接RS232總線(1)和RS485總線(21)，RS485總線(21)均通過信號電纜(8)分別與第1溫度傳感器(Tl)-第48溫度傳感器(T48)、第1熱流傳感器 Oil)-第16熱流傳感器0^16)、第1電量模塊(DLl)-第3電量模塊(DL3)和第1智能調節器(Trkl)-第3智能調節器(Trk3)連接；第1溫度傳感器(Tl)-第47溫度傳感器(T47)分別與第1熱電偶(Kl)-第47熱電偶 (K47)直接安裝在一起，第48溫度傳感器(T48)與測量儀器(10)直接安裝在一起，第1熱流傳感器Oil)-第16熱流傳感器0 16)分別與第1熱流計(Rl)-第16熱流計(R16)直接安裝在一起；所述導熱油循環系統的結構如下導熱油罐、導熱油加熱裝置、第1油泵(2)和閥門通過油管裝配在一起，導熱油加熱裝置、第2油泵(5)、第1接頭(13)、第2接頭(XT)和閥門通過油管裝配在一起，導熱油罐、柔性金屬管(6)、第1接頭(13)、第2接頭(XT)和閥門通過油管裝配在一起；導熱油罐上方安裝有第2真空壓力計(23)，下方通過油管與閥門連接； 導熱油加熱裝置、第1放氣閥(4)和閥門通過油管裝配在一起，導熱油加熱裝置的上方安裝液位計C3)和第1溫度測試模塊(M)，下方通過油管與閥門連接；恒溫小室左右兩側的油管上分別安裝有第2溫度測試模塊0 和第3溫度測試模塊06)，RS485總線Ql)通過信號電纜(8)分別與第1油泵(2)、液位計(3)、第1溫度測試模塊04)、導熱油加熱裝置、 第2油泵( 、第2溫度測試模塊0 以及第3溫度測試模塊06)連接；所述恒溫小室的結構如下測試室位于內層、補償圍護結構OO)位于外層，通風室位于補償圍護結構OO)的右側，控制室位于補償圍護結構OO)和通風室的下方；測試管段(14)沿測試室對角線方向布置于測試室中部，其兩端分別安裝有第1接頭 (13)和第2接頭(27)，在測試管段(14)上依次安裝著抽氣接口(7)、第1熱電偶(Kl)-第 47熱電偶(K47)、第1熱流計(Rl)-第16熱流計(R16)和第1真空壓力計(11)，第2接頭 (27)與第2放氣閥(12)裝配在一起，測量儀器(10)位于測試室中，它由濕度計和熱電偶組成；補償圍護結構OO)與測試室的間距為0. 3-0. 5m ；通風室內風速為0. 1 0. 5m/s，風機(18)分別通過兩個空氣電加熱器(19)與兩個空氣冷卻器(17)裝配在一起，風機(18)通過送風管道(16)與測試室裝配在一起，兩個空氣冷卻器(17)通過回風管道(1 與測試室裝配在一起；電源和控制臺安裝在控制室內。
2.根據根據權利要求1所述的一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統，其特征在于，所述測試室呈長方體形狀，采用鋼材加工而成，其內部尺寸為 0士0. 2) X 0士0. 2) X (2. 8士0. 2)m ；組成測試室的6個面的任意兩面熱阻相差不超過20 %，，測試室的每一個面分別由8個矩形小風道拼成，測試室內部實際尺寸為 3. 98X3. 98X2. 8m ；測試室的換氣次數為0. 02次/h ；所述補償圍護結構OO)的6個面的傳熱系數不大于0.58W/(m2· ；補償圍護結構 (20)由門和墻體密封而制成，補償圍護結構OO)的門與墻體有相同的熱阻；墻體均采用玻璃棉板制備，在補償圍護結構00)的天棚下吊玻璃棉板；送風管道(16)和小風道共同構成送風系統；小風道的一端與送風管道相連，另一端為測試室的空氣入口，每條小風道設置有面積可變的多孔板和蝶閥，多孔板和蝶閥采用法蘭連接方式安裝在小風道上。
3.根據根據權利要求1所述的一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統， 其特征在于，所述測試管段(14)的結構如下兩個輔助測試管段安裝在測試管段主體的兩端，輔助測試管段長度為1000mm，測試管段主體長度為2000mm ；輔助測試管段與測試管段主體的結構相同，兩者在徑向上均分為五層，從內到外依次為工作鋼管(30)、保溫材料層 (31)、真空層(32)、剛外護管(33)和防腐層(34)；在輔助測試管段工作鋼管(30)內安裝輔助性加熱器，在測試管段主體工作鋼管(30)內安裝主加熱器，測試管段主體上設置有第1測試截面(A)和第2測試截面(B)，第1測試截面(A)距測試管段主體左端500mm，第2測試截面(B)距測試管段主體左端IOOOmm ；第1測試截面(A) 和第2測試截面(B)均設置有溫度測點和熱流計測點；
4.根據根據權利要求3所述的一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統，其特征在于，所述溫度測點和熱流計測點的布置情況如下第1測試截面(A)的溫度測點分布在第1測試截面(A)的右半圓周內，在第1測試截面(A)的工作鋼管(30)外表面、保溫材料層(31)外表面、剛外護管(33)外表面和防腐層 (34)外表面上設置溫度測點，當鋼外護管(3 采用直徑為DN500及以上型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、Ji/6、0、_ π/6、-π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；鋼外護管(33)采用直徑為DN500以下型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、0、_ π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；在對第1測試截面㈧的溫度進行測量時，在第1熱電偶(Kl)-第47熱電偶(Κ47)中任意選取觀個熱電偶或20個熱電偶，將選取的這些熱電偶分別安裝在第1測試截面(A)的溫度測點上；第2測試截面(B)的溫度測點分布在第2測試截面(B)的左半圓周內，在第2測試截面(B)的工作鋼管(30)外表面、保溫材料層(31)外表面、剛外護管(33)外表面和防腐層 (34)外表面上設置溫度測點，當鋼外護管(3 采用直徑為DN500及以上型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、π/6、0、_ π/6、-π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；鋼外護管(33)采用直徑為DN500以下型號管道時，在上述任一表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、0、_ π/3、-π/2方向各布置1個溫度測點；在對第2測試截面⑶的溫度進行測量時，在第1熱電偶(Kl)-第47熱電偶(Κ47)中任意選取觀個熱電偶或20個熱電偶，將選取的這些熱電偶分別安裝在第2測試截面(B)的溫度測點上；第1測試截面㈧的熱流計測點分布在第1測試截面㈧的左半圓周內，在第1 測試截面(A)的防腐層(34)外表面上設置熱流計測點，當鋼外護管(3 采用直徑為 DN500及以上型號管道時，在防腐層(34)外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、π/6、 0、-π/6、-π/3、-π/2方向各布置1個熱流計測點；當鋼外護管(33)采用直徑為DN500以下型號管道時，在防腐層(34)外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、0、-π/3、-π/2方向各布置1個熱流計測點；在對第1測試截面(A)的徑向熱遷移量進行測量時，在第1熱流計 (Rl)-第16熱流計(R16)任意選取7個熱流計或5個熱流計，將選取的這些熱流計分別安裝在第1測試截面(A)的熱流計測點上；第2測試截面⑶的熱流計測點分布在第2測試截面⑶的右半圓周內，在第2測試截面(B)的防腐層(34)外表面上設置熱流計測點，當鋼外護管(3 采用直徑為 DN500及以上型號管道時，在防腐層(34)外表面與水平方向夾角呈π/2、π/3、π/6、 0、-π/6、-π/3、-π/2方向各布置1個熱流計測點；當鋼外護管(33)采用直徑為DN500以下型號管道時，在防腐層(34)外表面與水平方向夾角呈π/2、31/3、0、-31/3、-31/2方向各布置1個熱流計測點；在對第2測試截面(B)的徑向熱遷移量進行測量時，在第1熱流計 (Rl)-第16熱流計(R16)任意選取7個熱流計或5個熱流計，將選取的這些熱流計分別安裝在第2測試截面(B)的熱流計測點上。
5. 一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統的應用，其特征在于，它包括以下步驟1)導熱油在導熱油加熱裝置中進行加熱，升溫后的導熱油通過閥門、第2油泵(5)、油管和第2接頭(XT)進入測試管段(14)，導熱油通過第1接頭(13)、閥門和油管回到導熱油加熱裝置再次加熱實現循環；導熱油存儲于導熱油罐內，經第1油泵O)、閥門和油管輸送入導熱油加熱裝置，測試管段(14)的真空層(3 的的壓力通過第1真空壓力計(11)進行監測；2)測試室采用空氣作為熱媒來實現供冷和供熱調節風機(18)送風進入送風管道 (16)，兩個空氣冷卻器(17)和空氣電加熱器(19)調節送風的溫度，送風管道(16)分別向天棚、四個豎壁和地面送風，送風方向分別為水平、豎直和水平方向，然后在地面實現水平回風，最后通過回風管道(1 回到風機(18)；測試室的空氣溫度和濕度采用測量儀器(10) 進行計量，若測試室空氣溫度高于環境溫度，則開啟空氣冷卻器(17)降低送風溫度；若測試室空氣溫度低于環境溫度，則開啟空氣電加熱器(19)，最終使測試室空氣溫度等于環境溫度；利用多孔板和每一條風道上的蝶閥，調整測試室6個面的送風量，使測試室內每個方位的空氣都具有同樣的溫度，提高測試室外側的放熱系數，從而提高了測試室內外的溫度變化響應速度，縮短了測試室內溫度達到恒定的時間；送風量恒定后，改變送風溫度，使測試室內溫度與環境溫度的差值維持在士2°C ；3)控制與數據采集系統實現如下功能實現測試管段(14)的工作鋼管(30)溫度的自動控制，通過第1電量模塊(DLl)調節導熱油加熱裝置內的電加熱器功率，經過第1智能調節器(Trkl)將流入測試管段(14)內導熱油溫度控制在200°C、250°C或300°C ；并通過第1熱電偶(Kl)-第47熱電偶(K47)監測輔助測試管段工作鋼管(30)的溫度，從而實現自動控制，通過第2電量模塊(DL2)和第 3電量模塊(DL3)調節輔助性加熱器的電功率，利用第2智能調節器(Trk2)和第3智能調節器(TrM)調節兩個輔助測試管段工作鋼管(30)的溫度Tnk2和Tnk3，使上述兩者與測試管段主體工作鋼管(30)溫度Tnkl相等，防止測試管段(14)兩端的軸向熱損失；測試所需實現測試管段內的真空層壓力為101.3kpa-2kpa，工業控制計算機通過 RS232總線(1)、RS485總線(2)和RS232/485轉換器監測測試管段(14)的真空層(32)絕對壓力并實時控制真空泵的開閉，保持測試管段(14)的真空層(32)壓力恒定；第1溫度傳感器(Tl)-第48溫度傳感器(T48)通過工業控制計算機控制，采用鉬電阻測得測試管段(14)上溫度測點的溫度信號，然后通過RS485總線Ol)、RS232/485轉換器和RS232總線(1)傳遞到工業控制計算機存儲，并通過打印機輸出；第1電量模塊(DLl)通過工業控制計算機控制，將單位時間內導熱油加熱裝置內的電加熱器的輸出功率信號，通過RS485總線Ql)、RS232/485轉換器和RS232總線(1)傳遞到工業控制計算機存儲，并通過打印機輸出；在測量測試管段(14)的工作鋼管(30)的溫度時，將第1熱電偶(Kl)-第47熱電偶 (K47)分別安裝在兩個輔助測試管段工作鋼管(30)和測試管段主體工作鋼管(30)外表面上，實時檢測這些位置的溫度信號，然后，根據兩個輔助測試管段和測試管段主體的溫度控制導熱油加熱裝置內電加熱器輸入功率；溫度信號和電功率信號的實時采集工作，由控制與數據采集系統來完成；第1溫度傳感器(Tl)-第48溫度傳感器(T48)采用可吸附在工作鋼管(30)上的鉬電阻，主加熱器由高穩定度的YJ-43型直流穩壓電源供電，通過測量標準電阻標上的電壓降值，計算出主加熱器回路的電流，計算一段時間內的主加熱器和輔助性加熱器工作時消耗的功率，可推算出單位時間內測試管段的精確熱損失值第1熱流傳感器Oil)-第16熱流傳感器(Q16)從第1熱流計(Rl)-第16熱流計(R16) 獲得熱流信號，RS485總線Ol)、RS232/485轉換器和RS232總線(1)將熱流信號傳遞到工業控制計算機存儲，并通過打印機輸出；
全文摘要
本發明公開了屬于熱力性能檢測技術領域的一種低中真空復合保溫管道熱力性能集成檢測系統及應用。該集成檢測系統由控制與數據采集系統、導熱油循環系統和恒溫小室構成。控制與數據采集系統一方面采集溫度、電加熱器輸出功率和熱流等數據，另一方面控制工作鋼管溫度、調節電加熱器輸出功率以及控制真空層壓力；導熱油循環系統為試驗管段提供一定溫度的導熱油；恒溫小室將試驗管段溫度保持在一定范圍內。本發明的有益效果為實現了對溫度、電加熱器輸出功率和熱流等參數的自動記錄和自動控制，測試結果準確并具有較高的可靠性，有助于研究該類保溫管道的傳熱機理。
文檔編號G01N25/20GK102539470SQ201110421189
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月30日 優先權日2012年1月30日
發明者史永征, 宋艷, 李德英, 那威 申請人:北京建筑工程學院