[发明专利]一种低温容器内层容器泄漏报警监测系统及方法

摘要

本发明公开一种低温容器内层容器泄漏报警监测系统及方法，所述系统包括外层壳体和设置于外层壳体内的内层壳体，外层壳体和内层壳体之间为真空夹层；真空夹层内设置有至少若干工质浓度传感器；在内层壳体内设置有压力传感器和温度传感器；若干工质浓度传感器、压力传感器和温度传感器连接监控主机。本发明在内层容器由于裂纹引起工质泄漏后：通过设置在真空夹层内的传感器可及时探测并报警；根据泄漏工质的浓度变化率折算工质泄漏流量，换算裂纹开口尺寸，与容器发生爆裂时的临界裂纹尺寸对比，确定裂纹的稳定状态，来判定是否有足够的时间停车、泄压或转注等，降低容器爆裂事故发生的可能。

主权项

1.一种低温容器内层容器泄漏报警监测方法，其特征在于，基于一种低温容器内层容器泄漏报警监测系统；所述低温容器内层容器泄漏报警监测系统，包括外层壳体(1)和设置于外层壳体(1)内的内层壳体(2)，外层壳体(1)和内层壳体(2)之间为真空夹层；真空夹层内设置有若干工质浓度传感器；在内层壳体(2)内设置有压力传感器(6)和温度传感器(7)；若干工质浓度传感器、压力传感器和温度传感器连接监控主机(8)；所述低温容器内层容器泄漏报警监测方法，包括以下步骤：1)、初始参数输入至监控主机，包括：低温容器几何参数：外层壳体的外径φo、厚度to、长度Lo；内层壳体的外径φ、厚度t、长度L；低温容器材料力学性能参数：屈服强度σs、弹性模量E、断裂韧度KIC；工质状态参数：压力P、温度T；初始裂纹尺寸a0；2)、采用监控主机对低温容器进行适用性评价：2.1)厚度评价：容器内层壳体厚度应大于材料屈服极限对应的厚度，t>PRm/σs，式中Rm为内层壳体中径；2.2)应力强度因子评价：穿透裂纹尖端的应力强度因子应小于材料的平面应力断裂韧度，K_I<K_ⅠC；式中K_I为穿透裂纹尖端的应力强度因子，如果所监测低温容器均满足2.1)和2.2)中的关系式，进行第3)步；3)、在役设备监控：泄漏工质浓度监控：工质浓度传感器报警值设置为可检测浓度下限值工质浓度传感器监测到工质浓度高于时进入步骤4)发出报警消息；泄漏工质浓度监控的同时同步进行压力、温度监控：通过内层壳体内部设置的压力和温度传感器，实时监控工质状态参数，当压力P、温度T超出设定的正常波动范围时，进入步骤4)发出报警信息；4)泄漏工质浓度监控和压力、温度监控同时发出报警信息后，进入步骤5)，否则重复步骤3)进行在役设备监控；5)、工质泄漏流量计算：5.1)夹层容积计算；5.2)泄漏工质浓度变化率计算：泄漏工质浓度变化率通过传感器检测数据计算；5.3)工质泄漏流量通过夹层容积V和泄漏工质浓度变化率计算；6)、裂纹开口面积计算：裂纹开口面积COA按两相流体经小孔泄漏的流量计算方法计算，其中泄漏流量等于工质泄漏流量7)、裂纹长度计算：假定裂纹穿透后的形状为矩形，则裂纹高度等于内层壳体厚度t，裂纹长度LC由矩形面积公式计算，其中矩形面积等于COA；8)、临界裂纹长度计算：临界裂纹长度LCr在已知初始裂纹尺寸a0的条件下，通过J‑a图或J‑T图或EPRI工程法得到；9)、裂纹稳定性判别：考虑多裂纹同时存在的影响，以及一定的安全裕度，取安全系数为α，则裂纹稳定的判据应为：αLC

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