1、 I 江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 学院 机械工程学院 专业 机械电子工程 学生姓名 班级学号 指导教师 二零一六年六月 II 江苏科技大学本科毕业论文 气瓶静态蒸发率测试系统设计 Design of static evaporation rate measurement system for LNG gas cylinders III 毕业设计（论文）题目： 气瓶静态蒸发率测试系统设计 一、 毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等） 1 提供条件： 气瓶静态蒸发率测试系统功能要求； 2 设计内容与要求 : (1) 调研收集分析有关资料，了解气瓶静态
2、蒸发率的主要测试参数，总结测试系统的设计特点； (2) 了解气瓶静态蒸发率的测试方法，确定测试系统的总体设计方案，利用三维制图软件完成系统台架设计； (3) 设计测试系统气动回路，完成回路各部分元件的选型及相关计算分析，根据所选硬件绘制电气回路图； (4) 开发用于气瓶静态蒸发率检测的软件。主要内容包括：软件流程图、程序界面、控制代码等。 二、 完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等） 1. 毕业设计论文一份（不少于 1.5 万字）； 2. 外文译文一篇（不少于 5000 英文单词）； 3. 设计图纸和软件。 IV 三、 完成日期及进度 2016 年 3 月 19 日至 2016 年 6 月
3、 1 日。 进度安排： 1. 3 月 19 日 3 月 24 日完成参考文献和资料的收集，完成文献综述与开题报告；完成开题报告审核； 2. 3 月 25 日 4 月 20 日确定测试系统的总体设计方案，完成系统台架三维图绘制；设计测试系统气动回路，完成回路各部分元件的选型及相关计算分析； 3. 4 月 21 日 5 月 31 日完成电气图绘制，完成检测控制软件设计。主要内容包括：软件流程图、程序界面、控制代码等，撰写并修改毕业论文； 6. 6 月 1 日 6 月 5 日完成毕业设计论文答辩。 四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等） : 1 气动电子技术 . 机械工业出版社 . 2014
4、年 2 徐炳辉 . 气动手册 M. 上海科学技术出版社， 2005. 3 GBT 18443.5-2010 真空绝热深冷设备性能试验方法第 5 部分：静态蒸发率测量 . 4 现代实用气动技术（第 3 版） . 机械工业出版社 2008 年 5Hao Liu et al., Research and Development of a Test System for the Dynamic Performance Testing of Pneumatic Solenoid Valves. Applied V Mechanics and Materials, 278-280, 897-902, 20
5、13 6 ISO6358： Pneumatic Fluid Power-Components Using Compressible Fluids-Determination of Flow-rate Characteristics, 1989. 7 , 江苏科技大学本科毕业设计（论文） VI 摘要 LNG (Liquefied Natural Gas 的简写 )就是将矿场生产的天然气经过净化、制冷、液化等措施后，在常压、 -160下成为液态的天然气。天然气在液化时除去了杂质，故 LNG 是一种清洁、高效的能源，是优质的工业与民用燃料。 LNG 气瓶作为 LNG储存系统的核心设备，其良好的性能是
6、保证整个系统安全运行的关键。蒸发率作为气瓶的主要性能指标，如何高效简易地进行采集对实际生产有着重要的影响。为开展LNG 气瓶定期检验，实现气瓶绝热性能有效快速测试，必须实现该类气瓶的在线不拆卸检测。而为了实现该项绝热性能测试，有必要开发适用于 LNG 气瓶的蒸发率测试系统。本课题针对 LNG 气瓶的以上特点，开发了利用压力计、温度计、流量计等采集数据，通过永宏 PLC 接收处理后，上传至昆仑通泰触摸屏进行人机交互的测试系统。该系统具有便携、体积小、操作简易、响应快、成本低等优点，适合小批 量的气瓶检测，并在实际测试中取得较好的测试效果。 关键词： LNG 气瓶；蒸发率 ； PLC；触摸屏 江苏
7、科技大学本科毕业设计（论文） VII Abstract LNG (short of liquefied natural gas ) is liquefied natural gas ,which the natural gas from the field after purification, refrigeration, liquefaction and other measures, at atmospheric pressure and -160 is turn into . Natural gas has been removed the impurities after lique
8、faction, so LNG is a kind of clean, efficient energy and high-quality industrial and civilian fuel.LNG cylinders as LNG storage system core equipment, its good performance is the key to ensure the safe operation of the system. The rate of evaporation as the main performance index of the cylinders, h
9、ow to collect efficiently and simply has an important influence on the actual production. For development of LNG cylinder regular inspection to achieve insulation cylinder performance of fast and effective testing, must realize the cylinders online without disassembling detection. In order to achiev
10、e the insulation test, necessary to develop suitable in LNG tank evaporation rate test system. This topic for the LNG cylinders of the above characteristic, developed by means of pressure gauge, thermometer and flow meter data acquisition, through permanent Hong PLC after receiving and processing, u
11、pload to the Kunlun Tongtai touch screen human-computer interaction systems were tested. The system has the advantages of portability, small size, simple operation, fast response, low cost, suitable for small quantities of gas cylinder testing, and achieved in the actual test better Test results. Ke
12、yword： LNG cylinder； Evaporation rate； PLC； Touch screen江苏科技大学本科毕业设计（论文） VIII 目录 第一章绪论 . 1 1.1LNG 气瓶静态蒸发率测试系统设计的背景 . 1 1.2 LNG 气瓶静态蒸发率测试系统设计在国内的发展现状 . 1 1.3 LNG 气瓶静态蒸发率测试系统设计的目的和意义 . 3 第二章静态蒸发率的测量方法 . 5 2.1 GB/T 18443.5-2010真空绝热深冷设备性能试验方法介绍 . 5 2.1.1 适用范围 . 5 2.1.2 试验原理与方法 . 5 2.2 气体质量流量计法 . 6 2.2.1
13、 试验装置、设备和仪器 . 6 2.2.2 试验条件与试验准备 . 6 2.2.3 实验步骤 . 7 2.2.4 数据处理 . 7 第三章测试系统的总体设计方案 . 8 3.1 低温绝热气瓶的检验流程 . 8 3.2 系统需 求分析 . 8 3.2.1 系统功能需求的分析 . 8 3.2.2 系统性能需求的分析 . 9 3.3 系统设计方案 . 10 3.3.1 系统总体结构设计 . 10 3.3.2 系统设计各部分的初步方案 . 11 第四章测试系统台架的设计 . 13 4.1 测试系统台架设计方案 . 13 4.2 测试系统台架及组件的示意图 . 13 第五章测试系统气动回路的设计 . 1
14、8 5.1 测试系统气动回路方案 . 18 5.2 压力阀的设计 . 18 5.2.1 压力阀功能分析 . 18 5.3 压力阀部件选择 . 20 5.3.1 质量流量计的选择 . 20 5.3.2 数字流量积算仪的选择 . 20 5.4 焊接绝热气瓶蒸发率检测气动回路使用应注意的问题 . 20 第六章测试系统控制部分的设计 . 22 6.1 测试系统控制部分结构方案 . 22 6.2 PLC 的控制部分设计 . 22 6.2.1 PLC 的选型与说明 . 22 江苏科技大学本科毕业设计（论文） IX 6.2.2 关于 FBs-B2A1D 的详细介绍 . 23 6.2.3 WinProladd
15、er 的介绍与 PLC 的编程 . 28 6.3 触摸屏的控制部分设计 . 30 6.3.1 触摸屏的选型与说明 . 30 6.3.2 MCGS 嵌入版组态软件的介绍 . 30 6.3.3 触摸屏组态软件的开发 . 34 结论 . 45 致谢 . 46 参考文献 . 47 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 1 第一章绪论 1.1 LNG 气瓶静态蒸发率测试系统设计的背景 LNG 即人们常说的液化天然气。是将矿场生产的天然气，通过净化、制冷、液化等一系列步骤后，在常压和 -160的条件下转变为液态的天然气。 天然气是当今和未来的一种重要能源。根据国际能源机构，“对天然气的需求年增长率超过 50%
16、，是化石燃料中的最快速率，同时越来越灵活的全球液化天然气（ LNG）贸易也提供了一些保护措施以防供应中断的风险。”在这种情况下，液化天然气及其储藏设备的相关参数的准确测定在储藏转移的过程中变得越来越重要。 天然气的主要成分是甲烷，在常压下沸点为 -160，在空气中可燃极限为 5-15，气态与液态体 积比为 600： 1，是一种低温、易燃、可压缩的气体。根据以上的物理特性， LNG 储罐通过降低温度和增加压力的方法将天然气转化为液体进行存储，因具有贮存压力较低、安全可靠、产品纯度高 (不含水分及硫化物 )、占地面积小、维修方便、安装操作简单等多种优点而被广泛应用。 实际生产中， LNG 是一种多
17、组分的混合物，由不同分子结构的碳氢化合物组成，其温度和组分的变化会引起很多问题，比如储罐中的 LNG 分层和翻滚问题、蒸发问题等等。为了解决以上的一些问题，就有必要了解 LNG 分层和翻滚的变化规律，搞清楚LNG储罐内各温度场分布、压力 及蒸发等发生的规律以及 LNG储罐的主要性能指标。因本文针对测试 LNG 气瓶的静态蒸发率进行开发，后文着重描述静态蒸发率的详情。 LNG 储罐的主要性能指标有静态蒸发率、真空度、漏率、漏放气速率、漏放热等。静态蒸发率是指绝热深冷压力容器在装有大于有效体积 1 2 低温液体时，使其静置达到热平衡后， 24h 内自然蒸发损失的低温液体质量与容器有效体积下低温液体质量的百分比，经换算后即在标准环境 (20， 101325Pa)下的蒸发率值。储罐的静态蒸发率可以直观地反映储罐在使用中的保冷性能，因此在各种不同规格的 LNG 储罐出厂前一定要先进行静态蒸发率的测量试验。当然在 LNG 储罐后续的检修过程中，其静态蒸发率也是判定它是否符合使用标准的依据之一。 1.2 LNG 气瓶静态蒸发率测试系统设计在国内的发展现状 国内对于 LNG 气瓶静态蒸发率测试这方面的资料不可谓多，甚至在测试系统设计上只有寥寥几篇论文以供参考，同领域的参考资料也乏善可陈、捉襟见肘。在石油
