Niestabilny proces transmisji

W procesie przesyłu cieczy kriogenicznej rurociągiem, szczególne właściwości i sposób działania cieczy kriogenicznej powodują szereg niestabilnych procesów, różniących się od procesów zachodzących w normalnych temperaturach cieczy w stanie przejściowym przed osiągnięciem stanu stabilnego. Niestabilny proces powoduje również duże dynamiczne oddziaływanie na urządzenia, co może prowadzić do uszkodzeń konstrukcyjnych. Na przykład, system napełniania ciekłym tlenem rakiety transportowej Saturn V w Stanach Zjednoczonych spowodował kiedyś pęknięcie przewodu infuzyjnego z powodu uderzenia niestabilnego procesu podczas otwierania zaworu. Ponadto, niestabilny proces powodował uszkodzenia innych urządzeń pomocniczych (takich jak zawory, miechy itp.). Niestabilny proces w procesie przesyłu cieczy kriogenicznej rurociągiem obejmuje głównie napełnianie zaślepionego odgałęzienia, napełnianie po okresowym wypływie cieczy do rury spustowej oraz niestabilny proces podczas otwierania zaworu, który utworzył komorę powietrzną z przodu. Cechą wspólną tych niestabilnych procesów jest to, że ich istotą jest wypełnienie komory parowej cieczą kriogeniczną, co prowadzi do intensywnego transferu ciepła i masy na granicy faz, powodując gwałtowne wahania parametrów układu. Ponieważ proces napełniania po okresowym wypływie cieczy z rury spustowej jest podobny do procesu niestabilnego podczas otwierania zaworu, który utworzył komorę powietrzną z przodu, poniższy opis analizuje proces niestabilny tylko wtedy, gdy wypełniona jest ślepa rura odgałęziona i otwarty jest zawór.

Niestabilny proces napełniania rurek ślepych

Ze względów bezpieczeństwa i kontroli systemu, oprócz głównego rurociągu tłocznego, w systemie rurociągów powinny być zainstalowane dodatkowe odgałęzienia. Dodatkowo, zawory bezpieczeństwa, zawory spustowe i inne zawory w systemie wprowadzają odpowiednie odgałęzienia. Gdy te odgałęzienia nie działają, w systemie rurociągów tworzone są odgałęzienia ślepe. Przenikanie ciepła z otoczenia do rurociągu nieuchronnie prowadzi do powstania komór parowych w rurze ślepej (w niektórych przypadkach komory parowe są specjalnie stosowane w celu zmniejszenia przenikania ciepła przez ciecz kriogeniczną ze świata zewnętrznego). W stanie przejściowym ciśnienie w rurociągu rośnie z powodu regulacji zaworów i innych przyczyn. Pod wpływem różnicy ciśnień ciecz wypełnia komorę parową. Jeśli w procesie napełniania komory gazowej para wodna wytwarzana przez parowanie cieczy kriogenicznej pod wpływem ciepła nie jest wystarczająca do odwrócenia przepływu cieczy, ciecz zawsze wypełnia komorę gazową. Ostatecznie, po napełnieniu komory powietrznej, na uszczelnieniu rury ślepej następuje gwałtowne hamowanie, co prowadzi do gwałtownego wzrostu ciśnienia w pobliżu uszczelnienia.

Proces napełniania zaślepki składa się z trzech etapów. W pierwszym etapie ciecz jest napędzana do maksymalnej prędkości napełniania pod wpływem różnicy ciśnień, aż do momentu wyrównania się ciśnień. W drugim etapie, dzięki bezwładności, ciecz kontynuuje napełnianie do przodu. W tym czasie odwrotna różnica ciśnień (ciśnienie w komorze gazowej rośnie wraz z procesem napełniania) spowalnia ciecz. Trzeci etap to faza szybkiego hamowania, w której wpływ ciśnienia jest największy.

Zmniejszenie prędkości napełniania i rozmiaru komory powietrznej może być wykorzystane do wyeliminowania lub ograniczenia obciążenia dynamicznego generowanego podczas napełniania ślepej rury odgałęzionej. W przypadku długich rurociągów, źródło przepływu cieczy można płynnie regulować z wyprzedzeniem, aby zmniejszyć prędkość przepływu, a zawór pozostaje zamknięty przez długi czas.

Pod względem konstrukcyjnym możemy zastosować różne elementy prowadzące, aby poprawić cyrkulację cieczy w ślepej rurze odgałęzionej, zmniejszyć rozmiar komory powietrznej, wprowadzić lokalny opór na wejściu do ślepej rury odgałęzionej lub zwiększyć jej średnicę w celu zmniejszenia prędkości napełniania. Ponadto długość i pozycja instalacji rurki brajlowskiej będą miały wpływ na wtórny szok wodny, dlatego należy zwrócić uwagę na konstrukcję i układ. Powód, dla którego zwiększenie średnicy rury zmniejszy obciążenie dynamiczne, można jakościowo wyjaśnić w następujący sposób: w przypadku napełniania ślepej rury odgałęzionej przepływ w rurze odgałęzionej jest ograniczony przez przepływ w rurze głównej, który można przyjąć za wartość stałą podczas analizy jakościowej. Zwiększenie średnicy rury odgałęzionej jest równoważne zwiększeniu pola przekroju poprzecznego, co jest równoważne zmniejszeniu prędkości napełniania, co prowadzi do zmniejszenia obciążenia.

Niestabilny proces otwierania zaworu

Gdy zawór jest zamknięty, przenikanie ciepła z otoczenia, zwłaszcza przez mostek cieplny, szybko prowadzi do utworzenia się komory powietrznej przed zaworem. Po otwarciu zaworu para i ciecz zaczynają się poruszać, ponieważ natężenie przepływu gazu jest znacznie wyższe niż natężenie przepływu cieczy. Para w zaworze nie otwiera się całkowicie wkrótce po opróżnieniu, co powoduje gwałtowny spadek ciśnienia. Ciecz jest wypychana do przodu pod wpływem różnicy ciśnień. Gdy ciecz znajdzie się blisko nie całkowicie otwartego zaworu, nastąpi hamowanie. W tym momencie nastąpi uderzenie wody, powodując silne obciążenie dynamiczne.

Najbardziej skutecznym sposobem wyeliminowania lub zmniejszenia obciążenia dynamicznego generowanego przez niestabilny proces otwierania zaworu jest obniżenie ciśnienia roboczego w stanie przejściowym, tak aby zmniejszyć prędkość napełniania komory gazowej. Ponadto, zastosowanie zaworów o wysokiej sterowalności, zmiana kierunku przekroju rury i wprowadzenie specjalnego rurociągu obejściowego o małej średnicy (w celu zmniejszenia rozmiaru komory gazowej) wpłynie na zmniejszenie obciążenia dynamicznego. W szczególności należy zauważyć, że w przeciwieństwie do redukcji obciążenia dynamicznego, gdy ślepa rura odgałęziona jest napełniana poprzez zwiększenie jej średnicy, w przypadku niestabilnego procesu, gdy zawór jest otwarty, zwiększenie średnicy głównej rury jest równoważne zmniejszeniu równomiernego oporu rury, co zwiększy natężenie przepływu wypełnionej komory powietrznej, a tym samym zwiększy wartość uderzenia wody.

Sprzęt kriogeniczny HL

Firma HL Cryogenic Equipment, założona w 1992 roku, jest marką powiązaną z HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment zajmuje się projektowaniem i produkcją kriogenicznych systemów rurowych z izolacją wysokopróżniową oraz powiązanego sprzętu pomocniczego, aby sprostać zróżnicowanym potrzebom klientów. Rury i elastyczne przewody z izolacją próżniową są wykonane z wysokiej próżni i wielowarstwowych, wielowarstwowych, specjalnych materiałów izolacyjnych, a następnie poddawane szeregowi rygorystycznych procesów technicznych, w tym obróbce wysokopróżniowej, która jest wykorzystywana do przesyłu ciekłego tlenu, ciekłego azotu, ciekłego argonu, ciekłego wodoru, ciekłego helu, skroplonego etylenu (LEG) i skroplonego gazu ziemnego (LNG).

Seria produktów rur z płaszczem próżniowym, węży z płaszczem próżniowym, zaworów z płaszczem próżniowym i separatorów faz w firmie HL Cryogenic Equipment Company, które przeszły szereg niezwykle rygorystycznych obróbek technicznych, jest używana do przesyłu ciekłego tlenu, ciekłego azotu, ciekłego argonu, ciekłego wodoru, ciekłego helu, LEG i LNG. Produkty te są serwisowane w sprzęcie kriogenicznym (np. zbiornikach kriogenicznych, naczyniach Dewara i komorach chłodniczych itp.) w branżach związanych z separacją powietrza, gazami, lotnictwem, elektroniką, nadprzewodnikami, układami scalonymi, montażem automatyki, żywnością i napojami, farmacją, szpitalnictwem, biobankami, gumą, produkcją nowych materiałów, inżynierią chemiczną, hutnictwem i stalą oraz badaniami naukowymi itp.