Wprowadzenieindukcja

Wraz z rozwojem technologii kriogenicznej, produkty ciekłe kriogeniczne odgrywają ważną rolę w wielu dziedzinach, takich jak gospodarka narodowa, obrona narodowa i badania naukowe. Zastosowanie cieczy kriogenicznej opiera się na efektywnym i bezpiecznym przechowywaniu i transporcie produktów ciekłych kriogenicznych, a przesył cieczy kriogenicznej rurociągiem przebiega przez cały proces przechowywania i transportu. Dlatego bardzo ważne jest zapewnienie bezpieczeństwa i wydajności przesyłu rurociągiem cieczy kriogenicznej. W przypadku przesyłu cieczy kriogenicznych konieczna jest wymiana gazu w rurociągu przed przesyłem, w przeciwnym razie może to spowodować awarię eksploatacyjną. Proces wstępnego schładzania jest nieuniknionym ogniwem w procesie transportu kriogenicznego produktu ciekłego. Proces ten spowoduje silny szok ciśnieniowy i inne negatywne skutki dla rurociągu. Ponadto zjawisko gejzeru w rurociągu pionowym oraz niestabilne zjawiska pracy systemu, takie jak ślepe napełnianie odgałęzień, napełnianie po opróżnianiu okresowym i napełnianie komory powietrznej po otwarciu zaworu, będą powodować różne stopnie niekorzystnego wpływu na urządzenia i rurociąg . Mając to na uwadze, w niniejszym artykule dokonano dogłębnej analizy powyższych problemów i mamy nadzieję znaleźć rozwiązanie w drodze tej analizy.

Wypieranie gazu w linii przed przesyłem

Wraz z rozwojem technologii kriogenicznej, produkty ciekłe kriogeniczne odgrywają ważną rolę w wielu dziedzinach, takich jak gospodarka narodowa, obrona narodowa i badania naukowe. Zastosowanie cieczy kriogenicznej opiera się na efektywnym i bezpiecznym przechowywaniu i transporcie produktów ciekłych kriogenicznych, a przesył cieczy kriogenicznej rurociągiem przebiega przez cały proces przechowywania i transportu. Dlatego bardzo ważne jest zapewnienie bezpieczeństwa i wydajności przesyłu rurociągiem cieczy kriogenicznej. W przypadku przesyłu cieczy kriogenicznych konieczna jest wymiana gazu w rurociągu przed przesyłem, w przeciwnym razie może to spowodować awarię eksploatacyjną. Proces wstępnego schładzania jest nieuniknionym ogniwem w procesie transportu kriogenicznego produktu ciekłego. Proces ten spowoduje silny szok ciśnieniowy i inne negatywne skutki dla rurociągu. Ponadto zjawisko gejzeru w rurociągu pionowym oraz niestabilne zjawiska pracy systemu, takie jak ślepe napełnianie odgałęzień, napełnianie po opróżnianiu okresowym i napełnianie komory powietrznej po otwarciu zaworu, będą powodować różne stopnie niekorzystnego wpływu na urządzenia i rurociąg . Mając to na uwadze, w niniejszym artykule dokonano dogłębnej analizy powyższych problemów i mamy nadzieję znaleźć rozwiązanie w drodze tej analizy.

Proces wstępnego schładzania rurociągu

W całym procesie przesyłu rurociągiem cieczy kriogenicznej, przed ustaleniem stabilnego stanu przesyłu, nastąpi proces wstępnego chłodzenia i gorącego rurociągu oraz proces urządzeń odbiorczych, czyli proces wstępnego chłodzenia. W tym procesie rurociąg i urządzenia odbiorcze wytrzymują znaczne naprężenia skurczowe i ciśnienie udarowe, dlatego należy je kontrolować.

Zacznijmy od analizy procesu.

Cały proces wstępnego schładzania rozpoczyna się od gwałtownego procesu odparowania, po czym następuje przepływ dwufazowy. Wreszcie przepływ jednofazowy pojawia się po całkowitym ochłodzeniu układu. Na początku procesu wstępnego chłodzenia temperatura ścianek wyraźnie przekracza temperaturę nasycenia cieczy kriogenicznej, a nawet przekracza górną granicę temperatury cieczy kriogenicznej – ostateczną temperaturę przegrzania. W wyniku wymiany ciepła ciecz w pobliżu ścianki rury jest podgrzewana i natychmiast odparowuje, tworząc warstwę pary, która całkowicie otacza ściankę rury, to znaczy następuje wrzenie filmu. Następnie w procesie wstępnego schładzania temperatura ścianki rury stopniowo spada poniżej granicznej temperatury przegrzania i tworzą się korzystne warunki dla wrzenia przejściowego i wrzenia pęcherzykowego. Podczas tego procesu występują duże wahania ciśnienia. Gdy wstępne chłodzenie zostanie przeprowadzone do pewnego etapu, pojemność cieplna rurociągu i inwazja ciepła z otoczenia nie podgrzeją cieczy kriogenicznej do temperatury nasycenia i pojawi się stan przepływu jednofazowego.

W procesie intensywnego odparowywania generowane będą gwałtowne wahania przepływu i ciśnienia. W całym procesie wahań ciśnienia maksymalne ciśnienie powstałe po raz pierwszy po bezpośrednim wejściu cieczy kriogenicznej do gorącej rury jest maksymalną amplitudą w całym procesie wahań ciśnienia, a fala ciśnienia może zweryfikować zdolność ciśnieniową układu. Dlatego na ogół bada się tylko pierwszą falę ciśnienia.

Po otwarciu zaworu ciecz kriogeniczna szybko przedostaje się do rurociągu pod wpływem różnicy ciśnień, a warstewka pary powstająca w wyniku odparowania oddziela ciecz od ścianki rury, tworząc koncentryczny przepływ osiowy. Ponieważ współczynnik oporu pary jest bardzo mały, więc natężenie przepływu cieczy kriogenicznej jest bardzo duże, wraz z postępem temperatura cieczy w wyniku absorpcji ciepła i stopniowo rośnie, odpowiednio wzrasta ciśnienie w rurociągu, prędkość napełniania maleje w dół. Jeśli rura jest wystarczająco długa, temperatura cieczy musi w pewnym momencie osiągnąć nasycenie, po czym ciecz przestaje się napływać. Ciepło ze ścianki rury do cieczy kriogenicznej jest wykorzystywane do odparowania. W tym czasie prędkość parowania znacznie wzrasta, wzrasta również ciśnienie w rurociągu, które może osiągnąć 1,5 ~ 2-krotność ciśnienia wlotowego. Pod wpływem różnicy ciśnień część cieczy zostanie zatłoczona z powrotem do zbiornika cieczy kriogenicznej, co spowoduje zmniejszenie szybkości wytwarzania pary, a ponieważ część pary powstałej na wylocie rury, ciśnienie w rurze spadnie po po pewnym czasie rurociąg przywróci ciecz do warunków różnicy ciśnień, zjawisko pojawi się ponownie, więc będzie powtarzane. Jednakże w następnym procesie, ponieważ w rurze znajduje się określone ciśnienie i część cieczy, wzrost ciśnienia spowodowany nową cieczą jest niewielki, więc szczyt ciśnienia będzie mniejszy niż pierwszy szczyt.

W całym procesie wstępnego chłodzenia system nie tylko musi wytrzymywać duże uderzenia fali ciśnienia, ale także musi wytrzymywać duże naprężenia skurczowe pod wpływem zimna. Połączone działanie tych dwóch może spowodować uszkodzenie strukturalne systemu, dlatego należy podjąć niezbędne środki w celu jego kontroli.

Ponieważ natężenie przepływu wstępnego chłodzenia wpływa bezpośrednio na proces wstępnego chłodzenia i wielkość naprężenia skurczowego na zimno, proces wstępnego chłodzenia można kontrolować poprzez kontrolowanie natężenia przepływu wstępnego chłodzenia. Rozsądną zasadą doboru natężenia przepływu chłodzenia wstępnego jest skrócenie czasu chłodzenia wstępnego poprzez zastosowanie większego natężenia przepływu chłodzenia wstępnego przy założeniu, że wahania ciśnienia i naprężenia skurczowe na zimno nie przekraczają dopuszczalnego zakresu urządzeń i rurociągów. Jeśli natężenie przepływu podczas wstępnego chłodzenia jest zbyt małe, izolacja rurociągu nie jest dobra dla rurociągu i może on nigdy nie osiągnąć stanu chłodzenia.

W procesie schładzania, ze względu na występowanie przepływu dwufazowego, nie ma możliwości pomiaru rzeczywistego natężenia przepływu za pomocą zwykłego przepływomierza, zatem nie można go wykorzystać do sterowania natężeniem przepływu schładzania wstępnego. Możemy jednak pośrednio ocenić wielkość przepływu, monitorując przeciwciśnienie w zbiorniku odbiorczym. W pewnych warunkach zależność pomiędzy przeciwciśnieniem w zbiorniku odbiorczym a przepływem wstępnego chłodzenia można określić metodą analityczną. Kiedy proces wstępnego chłodzenia przechodzi do stanu przepływu jednofazowego, rzeczywisty przepływ mierzony przez przepływomierz może być wykorzystany do sterowania przepływem wstępnego chłodzenia. Metodę tę często stosuje się do kontroli napełniania kriogenicznego ciekłego paliwa rakietowego.

Zmiana przeciwciśnienia w zbiorniku odbiorczym odpowiada procesowi wstępnego chłodzenia w następujący sposób, który można wykorzystać do jakościowej oceny etapu wstępnego chłodzenia: gdy wydajność wylotowa zbiornika odbiorczego jest stała, przeciwciśnienie szybko wzrośnie z powodu gwałtownego najpierw odparowuje ciecz kriogeniczną, a następnie stopniowo spada wraz ze spadkiem temperatury zbiornika odbiorczego i rurociągu. W tym momencie wzrasta wydajność wstępnego chłodzenia.

Dostrojony do następnego artykułu w przypadku innych pytań！

Sprzęt kriogeniczny HL

Firma HL Cryogenic Equipment została założona w 1992 roku i jest marką stowarzyszoną z firmą HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. Firma HL Cryogenic Equipment zajmuje się projektowaniem i produkcją systemu rurociągów kriogenicznych izolowanych pod wysokim ciśnieniem i powiązanym sprzętem pomocniczym, aby sprostać różnorodnym potrzebom klientów. Izolowana próżniowo rura i elastyczny wąż są zbudowane z wielowarstwowych, wielowarstwowych, specjalnych materiałów izolowanych o wysokiej próżni i przechodzą szereg niezwykle rygorystycznych obróbek technicznych oraz obróbkę w wysokiej próżni, która służy do przenoszenia ciekłego tlenu i ciekłego azotu , ciekły argon, ciekły wodór, ciekły hel, skroplony gaz etylenowy LEG i skroplony gaz ziemny LNG.

Seria produktów obejmująca rurę z płaszczem próżniowym, wąż z płaszczem próżniowym, zawór z płaszczem próżniowym i separator faz w firmie HL Cryogenic Equipment Company, która przeszła szereg niezwykle rygorystycznych obróbek technicznych, służy do przesyłania ciekłego tlenu, ciekłego azotu, ciekłego argonu, ciekły wodór, ciekły hel, LEG i LNG, a produkty te przeznaczone są do serwisu urządzeń kriogenicznych (np. zbiorniki kriogeniczne, Dewara i coldboxy itp.) w branżach separacji powietrza, gazów, lotnictwa, elektroniki, nadprzewodniki, chipy, montaż automatyki, żywność i napoje, apteka, szpital, biobank, guma, produkcja nowych materiałów, inżynieria chemiczna, żelazo i stal oraz badania naukowe itp.