Introduccióducció

Amb el desenvolupament de la tecnologia criogènica, els productes líquids criogènics han jugat un paper important en molts camps com l'economia nacional, la defensa nacional i la investigació científica. L'aplicació de líquids criogènics es basa en l'emmagatzematge i el transport eficaços i segurs de productes líquids criogènics, i la transmissió per canonada de líquids criogènics passa per tot el procés d'emmagatzematge i transport. Per tant, és molt important garantir la seguretat i l'eficiència de la transmissió de líquids criogènics per canonades. Per a la transmissió de líquids criogènics, cal substituir el gas de la canonada abans de la transmissió, ja que en cas contrari pot causar fallades operatives. El procés de prerefredament és un vincle inevitable en el procés de transport de productes líquids criogènics. Aquest procés provocarà forts xocs de pressió i altres efectes negatius a la canonada. A més, el fenomen del guèiser a la canonada vertical i el fenomen inestable del funcionament del sistema, com ara l'ompliment de canonades de branca cega, l'ompliment després del drenatge a intervals i l'ompliment de la cambra d'aire després de l'obertura de la vàlvula, comportaran diferents graus d'efectes adversos sobre l'equip i la canonada. Tenint en compte això, aquest article fa una anàlisi en profunditat dels problemes anteriors i espera trobar la solució mitjançant l'anàlisi.

Desplaçament de gas en línia abans de la transmissió

Amb el desenvolupament de la tecnologia criogènica, els productes líquids criogènics han jugat un paper important en molts camps com l'economia nacional, la defensa nacional i la investigació científica. L'aplicació de líquids criogènics es basa en l'emmagatzematge i el transport eficaços i segurs de productes líquids criogènics, i la transmissió per canonada de líquids criogènics passa per tot el procés d'emmagatzematge i transport. Per tant, és molt important garantir la seguretat i l'eficiència de la transmissió de líquids criogènics per canonades. Per a la transmissió de líquids criogènics, cal substituir el gas de la canonada abans de la transmissió, ja que en cas contrari pot causar fallades operatives. El procés de prerefredament és un vincle inevitable en el procés de transport de productes líquids criogènics. Aquest procés provocarà forts xocs de pressió i altres efectes negatius a la canonada. A més, el fenomen del guèiser a la canonada vertical i el fenomen inestable del funcionament del sistema, com ara l'ompliment de canonades de branca cega, l'ompliment després del drenatge a intervals i l'ompliment de la cambra d'aire després de l'obertura de la vàlvula, comportaran diferents graus d'efectes adversos sobre l'equip i la canonada. Tenint en compte això, aquest article fa una anàlisi en profunditat dels problemes anteriors i espera trobar la solució mitjançant l'anàlisi.

El procés de prerefredament de la canonada

En tot el procés de transmissió de líquids criogènics per canonades, abans d'establir un estat de transmissió estable, hi haurà un sistema de canonades de prerefrigeració i un procés d'equip receptor, és a dir, el procés de prerefrigeració. En aquest procés, la canonada i l'equip receptor han de suportar una tensió de contracció i una pressió d'impacte considerables, per la qual cosa s'ha de controlar.

Comencem amb una anàlisi del procés.

Tot el procés de prerefredament comença amb un procés de vaporització violent, i després apareix un flux bifàsic. Finalment, apareix un flux monofàsic després que el sistema s'hagi refredat completament. Al començament del procés de prerefredament, la temperatura de la paret supera òbviament la temperatura de saturació del líquid criogènic, i fins i tot supera la temperatura límit superior del líquid criogènic, la temperatura màxima de sobreescalfament. A causa de la transferència de calor, el líquid proper a la paret del tub s'escalfa i es vaporitza instantàniament per formar una pel·lícula de vapor, que envolta completament la paret del tub, és a dir, es produeix l'ebullició de la pel·lícula. Després d'això, amb el procés de prerefredament, la temperatura de la paret del tub baixa gradualment per sota de la temperatura límit de sobreescalfament, i aleshores es formen condicions favorables per a l'ebullició de transició i l'ebullició de bombolles. Durant aquest procés es produeixen grans fluctuacions de pressió. Quan el prerefredament es duu a terme fins a una determinada etapa, la capacitat calorífica de la canonada i la invasió de calor de l'entorn no escalfaran el líquid criogènic a la temperatura de saturació, i apareixerà l'estat de flux monofàsic.

En el procés de vaporització intensa, es generaran fluctuacions dràstiques de flux i pressió. En tot el procés de fluctuacions de pressió, la pressió màxima formada per primera vegada després que el líquid criogènic entri directament a la canonada calenta és l'amplitud màxima en tot el procés de fluctuació de pressió, i l'ona de pressió pot verificar la capacitat de pressió del sistema. Per tant, generalment només s'estudia la primera ona de pressió.

Després d'obrir la vàlvula, el líquid criogènic entra ràpidament a la canonada sota l'acció de la diferència de pressió, i la pel·lícula de vapor generada per la vaporització separa el líquid de la paret de la canonada, formant un flux axial concèntric. Com que el coeficient de resistència del vapor és molt petit, el cabal del líquid criogènic és molt gran, amb l'avanç, la temperatura del líquid a causa de l'absorció de calor augmenta gradualment, en conseqüència, la pressió de la canonada augmenta i la velocitat d'ompliment disminueix. Si la canonada és prou llarga, la temperatura del líquid ha d'arribar a la saturació en algun punt, moment en què el líquid deixa d'avançar. La calor de la paret de la canonada cap al líquid criogènic s'utilitza tota per a l'evaporació, en aquest moment la velocitat d'evaporació augmenta considerablement, la pressió a la canonada també augmenta, pot arribar a 1,5 ~ 2 vegades la pressió d'entrada. Sota l'acció de la diferència de pressió, part del líquid serà impulsat de tornada al tanc d'emmagatzematge de líquid criogènic, cosa que farà que la velocitat de generació de vapor disminueixi, i com que part del vapor generat per la descàrrega de sortida de la canonada, la pressió de la canonada disminueix, després d'un període de temps, la canonada restablirà el líquid en les condicions de diferència de pressió, el fenomen tornarà a aparèixer, de manera que es repetirà. Tanmateix, en el procés següent, a causa d'una certa pressió i part del líquid a la canonada, l'augment de pressió causat pel nou líquid és petit, de manera que el pic de pressió serà menor que el primer pic.

En tot el procés de prerefredament, el sistema no només ha de suportar un gran impacte d'ona de pressió, sinó que també ha de suportar una gran tensió de contracció a causa del fred. L'acció combinada dels dos pot causar danys estructurals al sistema, per la qual cosa s'han de prendre les mesures necessàries per controlar-ho.

Com que el cabal de prerefredament afecta directament el procés de prerefredament i la mida de la tensió de contracció en fred, el procés de prerefredament es pot controlar controlant el cabal de prerefredament. El principi de selecció raonable del cabal de prerefredament és escurçar el temps de prerefredament utilitzant un cabal de prerefredament més gran amb la premissa de garantir que la fluctuació de pressió i la tensió de contracció en fred no superin el rang permès dels equips i les canonades. Si el cabal de prerefredament és massa petit, el rendiment de l'aïllament de la canonada no és bo per a la canonada, i és possible que mai no arribi a l'estat de refredament.

En el procés de prerefredament, a causa de l'aparició d'un flux bifàsic, és impossible mesurar el cabal real amb un cabalímetre comú, per la qual cosa no es pot utilitzar per guiar el control del cabal de prerefredament. Però podem jutjar indirectament la mida del cabal monitoritzant la contrapressió del recipient receptor. En determinades condicions, la relació entre la contrapressió del recipient receptor i el cabal de prerefredament es pot determinar mitjançant un mètode analític. Quan el procés de prerefredament progressa cap a l'estat de flux monofàsic, el cabal real mesurat pel cabalímetre es pot utilitzar per guiar el control del cabal de prerefredament. Aquest mètode s'utilitza sovint per controlar l'ompliment de propel·lent líquid criogènic per a coets.

El canvi de la contrapressió del recipient receptor correspon al procés de prerefredament de la següent manera, que es pot utilitzar per jutjar qualitativament l'etapa de prerefredament: quan la capacitat d'escapament del recipient receptor és constant, la contrapressió augmentarà ràpidament a causa de la vaporització violenta del líquid criogènic al principi, i després disminuirà gradualment amb la disminució de la temperatura del recipient receptor i la canonada. En aquest moment, la capacitat de prerefredament augmenta.

Atenció al següent article per a altres preguntes!

Equipament criogènic HL

HL Cryogenic Equipment, fundada el 1992, és una marca afiliada a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment es compromet amb el disseny i la fabricació del sistema de canonades criogèniques aïllades d'alt buit i els equips de suport relacionats per satisfer les diverses necessitats dels clients. La canonada aïllada al buit i la mànega flexible estan construïdes amb materials aïllats especials d'alt buit i multicapa multipantalla, i passen per una sèrie de tractaments tècnics extremadament estrictes i tractament d'alt buit, que s'utilitza per a la transferència d'oxigen líquid, nitrogen líquid, argó líquid, hidrogen líquid, heli líquid, gas etilè liquat LEG i gas natural liquat GNL.

La sèrie de productes de canonades amb jaqueta de buit, mànegues amb jaqueta de buit, vàlvules amb jaqueta de buit i separadors de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que han passat per una sèrie de tractaments tècnics extremadament estrictes, s'utilitzen per a la transferència d'oxigen líquid, nitrogen líquid, argó líquid, hidrogen líquid, heli líquid, LEG i GNL, i aquests productes es reparteixen amb equips criogènics (per exemple, tancs criogènics, Dewars i caixes frigorífiques, etc.) en indústries de separació d'aire, gasos, aviació, electrònica, superconductors, xips, muntatge automatitzat, aliments i begudes, farmàcia, hospitals, biobancs, cautxú, fabricació de nous materials, enginyeria química, ferro i acer i investigació científica, etc.