CN115979821A - 一种换热器测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超低温测试技术领域，具体涉及一种换热器测试系统及测试方法，换热器测试系统包括：测试箱设有放置换热器的空腔；液氮罐与测试箱连接；惰性气体增压装置与测试箱连接，适于在测试箱内温度达到预设值后，向其充入惰性气体，直至达到检测压力值；换热器测试方法包括：将经预处理的换热器放入测试箱，先向测试箱充入液氮直至温度达到预设值后，再向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值；本申请利用液氮的可控温度为－180～－45℃，确保测试箱内获得换热器测试所需的超低温环境；将惰性气体充入测试箱内，保证换热器测试所需高压环境；进而完全模拟测试换热器在超低温状态下各焊缝实际耐压状况。

Description

一种换热器测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及超低温测试技术领域，具体涉及一种换热器测试系统及测试方法。

背景技术

随着氢能源的应用及发展，产生了较多的新产品。在氢能源应用的过程中，加氢机采用PCHE(印刷电路板式换热器)产品，以及LNG(液化天然气)也采用PCHE等。PCHE的应用也越来越广泛。除PCHE等换热器产品的生产制造技术之外，对其进行有效地检测验证和测试PCHE的可靠性也非常关键。

在某些特殊领域应用的换热器产品，如PCHE；在实际使用的过程中，其工况特点为超低温(一般要求为：－180～－100℃)和超高压(一般要求为：20～30MPa)，由于现有的耐压检测用液体均无法达到在－100℃的情况下不凝固的技术指标要求，导致无法采用超低温状态下液压测试的技术方案。

现有的检测方案为：利用超低温温值对应的材料强度变化系数转换为常温下的压力，然后再采用常温条件下，常规液压耐压检测的方式对此类PCHE等换热器产品进行测试，当耐压测试完成后再进行气密检测。

但是上述方案仅为理论可行的测试工艺方法，无法完全模拟PCHE等换热器产品在超低温状态下的各焊缝(焊缝的可靠性对产品的耐压性能影响非常大)的实际耐压能力状况，存在较大的检测技术缺陷。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中难以完全模拟PCHE等换热器产品在超低温状态下的测试工况的缺陷，基于以上情况，开发一种完全模拟PCHE等换热器产品在超低温状态下的测试工况的换热器测试系统十分必要。

为了实现上述目的，本发明提供一种换热器测试系统，包括：

测试箱，设有放置换热器的空腔；

液氮罐，与测试箱通过液氮阀连接；

惰性气体增压装置，与所述测试箱连接，适于在所述测试箱内的温度达到预设值后，向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值。

可选地，还包括：

氮气罐，设有减压阀，且通过第二阀门与测试箱连接；

第三阀门，一端与测试箱连接，另一端与设有泄压口的管路连接；

流量计，设置于第三阀门与泄压口之间的管路上。

可选地，所述惰性气体增压装置包括依次连接的惰性气体罐、第四阀门、气体增压泵和第一阀门；

所述第一阀门与测试箱连接，在所述第一阀门与测试箱连接的管路上设有第一压力表。

可选地，还包括：

第二压力表，设置在第三阀门与测试箱连接的管路上。

可选地，还包括：

第一加热件，设置于第一阀门与测试箱连接的管路上；

第二加热件，设置于流量计与测试箱连接的管路上；

温控器，与所述第一加热件、第二加热件均连接。

本发明还提供一种换热器测试方法，采用所述的换热器测试系统进行测试，包括以下步骤：将经过预处理的换热器放入测试箱的空腔中，先向测试箱中充入液氮直至所述测试箱内的温度达到预设值后，再向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值。

可选地，所述预处理包括先对所述换热器进行常温密气检测合格后，再进行烘干处理。

可选地，烘干温度为120～136℃，烘干时间Th按照下式计算，

Th＝L/3，

其中，L为换热器上的最长长度，单位为mm；Th的单位为min，且Th不小于30。

可选地，烘干后，对所述测试箱加热，并向测试箱内通入氮气。

可选地，控制从测试箱流出的氮气的流量在5～10L/min范围内。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的换热器测试系统，包括：测试箱，设有放置换热器的空腔；液氮罐，与测试箱通过液氮阀连接；惰性气体增压装置，与所述测试箱连接，适于在所述测试箱内的温度达到预设值后，向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值；本申请采用上述技术方案，利用液氮的可控温度为－180～－45℃，确保测试箱内获得换热器测试所需的超低温环境；同时利用惰性气体在低温高压状态下不会液化的特点，将惰性气体充入测试箱内，保证换热器测试所需的高压环境；进而完全模拟测试换热器产品在超低温状态下各焊缝的实际耐压能力状况。

2.本发明提供的换热器测试系统，还包括：氮气罐，设有减压阀，且通过第二阀门与测试箱连接；第三阀门，一端与测试箱连接，另一端与设有泄压口的管路连接；流量计，设置于第三阀门与泄压口之间的管路上；本申请采用上述技术方案，排出管路等内空气中的水分，防止换热器在降温冷冻的过程中，因管路内空气中的水分冷凝，而堵塞管路。

3.本发明所述惰性气体增压装置包括依次连接的惰性气体罐、第四阀门、气体增压泵和第一阀门；所述第一阀门与测试箱连接，在所述第一阀门与测试箱连接的管路上设有第一压力表；本申请采用上述技术方案，具体限定惰性气体增压装置的组成，通过第四阀门、气体增压泵和第一阀门为测试箱内提供所需的测试压力，并通过第一压力表准确显示提供的压力值。

4.本发明提供的换热器测试系统，还包括：第二压力表，设置在第三阀门与测试箱连接的管路上；本申请采用上述技术方案，设置第二压力表，保证测试箱前后端均有压力显示，确保测试过程中的压力显示可靠准确。

5.本发明提供的换热器测试系统，还包括：第一加热件，设置于第一阀门与测试箱连接的管路上；第二加热件，设置于流量计与测试箱连接的管路上；温控器，与所述第一加热件、第二加热件均连接；本申请采用上述技术方案，防止管路传导出的超低温影响压力表和阀门的可靠性；同时也防止换热器在降温冷冻的过程中，因管路内空气中的水分冷凝，而堵塞管路。

6.本发明还提供一种换热器测试方法，采用所述的换热器测试系统进行测试，包括以下步骤：将经过预处理的换热器放入测试箱的空腔中，先向测试箱中充入液氮直至所述测试箱内的温度达到预设值后，再向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值；本申请采用上述技术方案，利用液氮的可控温度为－180～－45℃，确保测试箱内获得换热器测试所需的超低温环境；同时利用惰性气体在低温高压状态下不会液化的特点，将惰性气体充入测试箱内，保证换热器测试所需的高压环境；进而完全模拟测试换热器产品在超低温状态下各焊缝的实际耐压能力状况。

7.本发明所述预处理包括先对所述换热器进行常温密气检测合格后，再进行烘干处理；本申请采用上述技术方案，确保换热器的腔体内完全烘干，无水分，防止换热器在测试时因低温结冰出现冻裂损伤。

8.本发明所述烘干温度为120～136℃，烘干时间Th按照下式计算，Th＝L/3，其中，L为换热器上的最长长度，单位为mm；Th的单位为min，且Th不小于30；本申请采用上述技术方案，不仅具体限定对换热器进行烘干的温度，而且根据换热器的大小，具体限定烘干时间的长短，换热器越大，烘干时间越长，确保换热器内外完全烘干烘透。

9.本发明在烘干后，对所述测试箱加热，并向测试箱内通入氮气；本申请采用上述技术方案，通过流通的氮气，排出空气中的水分，防止换热器在降温冷冻的过程中，因管路内空气中的水分冷凝，而堵塞管路。

10.本发明控制从测试箱流出的氮气的流量在5～10L/min范围内；本申请采用上述技术方案，保证氮气源源不断地流入流出，将空气中的水分排出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中提供的换热器测试系统的连接结构示意框图；

图2为本发明实施方式中提供的测试箱内的测试压力控制曲线示意图。

附图标记说明：

1、换热器；2、测试箱；3、第一加热件；4、第二加热件；5、温控器；6、第一阀门；7、第二阀门；8、第三阀门；9、氮气罐；10、液氮罐；11、第四阀门；12、惰性气体罐；13、气体增压泵；14、流量计；15、第一压力表；16、第二压力表；17、泄压口；18、安全阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图2所示的换热器测试系统的一种具体实施方式，用于测试处于超低温和超高压状态下的换热器1的焊缝耐压状况，包括：依次连接的氮气罐9、第二阀门7、测试箱2和第三阀门8，与测试箱2连接的液氮罐10和惰性气体增压装置等。

如图1所示，所述测试箱2设有放置换热器1的空腔，具体的，所述换热器1为PCHE；所述液氮罐10与测试箱2通过液氮阀连接；所述惰性气体增压装置适于在所述测试箱2内的温度达到预设值后，向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值，具体的，所述惰性气体为氦气；一般，液氮罐10对测试箱2内的可控温度为－180～－45℃；氦气的液化温度约为－268℃，可以确保在低温高压状态下的氦气不会液化。

所述氮气罐9设有减压阀，且通过第二阀门7与测试箱2连接，具体的，所述第二阀门7为高压针阀。所述第三阀门8的一端与测试箱2连接，另一端与设有泄压口17的管路连接，具体的，所述第三阀门8为高压针阀。在所述第三阀门8与泄压口17之间的管路上设有流量计14。所述惰性气体增压装置包括依次连接的惰性气体罐12、第四阀门11、气体增压泵13和第一阀门6；所述第一阀门6与测试箱2连接，在所述第一阀门6与测试箱2连接的管路上设有第一压力表15，所述第二阀门7接入第一阀门6与第一压力表15之间的管路上；具体的，所述第一阀门6为高压针阀；所述第四阀门11为气源球阀，所述气体增压泵13的压缩比为1：200；进一步的，在所述第一压力表15与测试箱2连接的管路上设有安全阀18，防止管路内的压力超压。在第三阀门8与测试箱2连接的管路上设有第二压力表16。在第一阀门6与测试箱2连接的管路上设有第一加热件3；在流量计14与测试箱2连接的管路上设有第二加热件4；所述第一加热件3、第二加热件4与温控器5均连接。

所述换热器测试系统的连接管路采用不锈钢高压管，接口尽量采用氩弧焊焊接连接，当无法采用氩弧焊焊接连接时，可以采用锥面硬密封连接。这是由于在超低温的状态下，钎焊连接工艺或密封圈工艺无法保证低温测试时的密封性能要求。

本发明还提供一种换热器测试方法，采用所述的换热器测试系统进行测试，包括以下步骤：

预处理：先对所述换热器1进行常温密气检测合格后，再进行烘干处理；

烘干温度为120～136℃，烘干时间Th按照式(1)计算，

Th＝L/3                        (1)

其中，L为换热器1上的最长长度，单位为mm；Th的单位为min，且Th不小于30；当换热器1上对角线的长度最长时，对角线的长度即为L。

将经过预处理的换热器1放入测试箱2的空腔中，安装连接管路；

通过温控器5开启第一加热件3和第二加热件4，加热管路，具体的，温控器5的设置温度为35～55℃。

关闭第一阀门6，开启第二阀门7和第三阀门8，通过氮气罐9中的氮气在管路中流通，直至通过泄压口17排出，以排出管路和测试箱2等内部空气中的水分；通过调节减压阀，使得流量计14的显示值控制在5～10L/min范围内。

开启液氮阀，通过液氮罐10向测试箱2中充入液氮，直至所述测试箱2内的温度达到预设值后，关闭第二阀门7和第三阀门8，开启第四阀门11，启动气体增压泵13，开启第一阀门6，通过惰性气体罐12再向测试箱2内部充入惰性气体，直至达到检测压力值。

具体的，按照图2所示测试箱2内的测试压力控制曲线示意图加压、保压和降压，简述如下：首先在0－5min时间范围内由0MPa加压至5MPa；然后在5－15min时间范围内由5MPa加压至20MPa；在20MPa下保压不少于10min，在本实施方式中保压10min；保压10min后，在25－30min时间范围内由20MPa加压至30MPa；在30MPa下保压不少于30min，在本实施方式中保压30min；保压30min后，在60－75min时间范围内由30MPa降压至20MPa；在20MPa下保压不少于10min，在本实施方式中保压25min；保压25min后，在100－115min时间范围内由20MPa降压至0MPa。

本申请所述换热器测试系统的使用过程简述如下：先对所述换热器1进行常温密气检测合格后，再进行烘干处理；将烘干后的换热器1放入测试箱2的空腔中；通过温控器5开启第一加热件3和第二加热件4，加热管路；关闭第一阀门6，开启第二阀门7和第三阀门8，通过氮气罐9排出空气中的水分；开启液氮阀，通过液氮罐10向测试箱2中充入液氮直至所述测试箱2内的温度达到预设值后，关闭第二阀门7和第三阀门8，开启第四阀门11，启动气体增压泵13，开启第一阀门6，通过惰性气体罐12再向测试箱2内部充入惰性气体，直至达到检测压力值。

作为替代的实施方式，将惰性气体罐12中的氦气替换为氖气。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种换热器测试系统，其特征在于，包括：

测试箱(2)，设有放置换热器(1)的空腔；

液氮罐(10)，与测试箱(2)通过液氮阀连接；

惰性气体增压装置，与所述测试箱(2)连接，适于在所述测试箱(2)内的温度达到预设值后，向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值。

2.根据权利要求1所述的换热器测试系统，其特征在于，还包括：

氮气罐(9)，设有减压阀，且通过第二阀门(7)与测试箱(2)连接；

第三阀门(8)，一端与测试箱(2)连接，另一端与设有泄压口(17)的管路连接；

流量计(14)，设置于第三阀门(8)与泄压口(17)之间的管路上。

3.根据权利要求2所述的换热器测试系统，其特征在于，

所述惰性气体增压装置包括依次连接的惰性气体罐(12)、第四阀门(11)、气体增压泵(13)和第一阀门(6)；

所述第一阀门(6)与测试箱(2)连接，在所述第一阀门(6)与测试箱(2)连接的管路上设有第一压力表(15)。

4.根据权利要求3所述的换热器测试系统，其特征在于，还包括：

第二压力表(16)，设置在第三阀门(8)与测试箱(2)连接的管路上。

5.根据权利要求3所述的换热器测试系统，其特征在于，还包括：

第一加热件(3)，设置于第一阀门(6)与测试箱(2)连接的管路上；

第二加热件(4)，设置于流量计(14)与测试箱(2)连接的管路上；

温控器(5)，与所述第一加热件(3)、第二加热件(4)均连接。

6.一种换热器测试方法，其特征在于，采用权利要求1－5任一项所述的换热器测试系统进行测试，包括以下步骤：将经过预处理的换热器(1)放入测试箱(2)的空腔中，先向测试箱(2)中充入液氮直至所述测试箱(2)内的温度达到预设值后，再向其内部充入惰性气体，直至达到检测压力值。

7.根据权利要求6所述的换热器测试方法，其特征在于，所述预处理包括先对所述换热器(1)进行常温密气检测合格后，再进行烘干处理。

8.根据权利要求7所述的换热器测试方法，其特征在于，烘干温度为120～136℃，烘干时间Th按照下式计算，

Th＝L/3，

其中，L为换热器(1)上的最长长度，单位为mm；Th的单位为min，且Th不小于30。

9.根据权利要求8所述的换热器测试方法，其特征在于，烘干后，对所述测试箱(2)加热，并向测试箱(2)内通入氮气。

10.根据权利要求9所述的换热器测试方法，其特征在于，

控制从测试箱(2)流出的氮气的流量在5～10L/min范围内。

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