Введениепроизводство

С развитием криогенных технологий криогенные жидкие продукты играют важную роль во многих областях, таких как национальная экономика, национальная оборона и научные исследования. Применение криогенных жидкостей основано на эффективном и безопасном хранении и транспортировке криогенных жидких продуктов, а трубопроводная транспортировка криогенных жидкостей включает в себя весь процесс хранения и транспортировки. Поэтому крайне важно обеспечить безопасность и эффективность трубопроводной транспортировки криогенных жидкостей. Для транспортировки криогенных жидкостей необходимо предварительное заполнение трубопровода газом, иначе это может привести к сбоям в работе. Процесс предварительного охлаждения является неизбежным звеном в процессе транспортировки криогенных жидких продуктов. Этот процесс вызывает сильные скачки давления и другие негативные последствия для трубопровода. Кроме того, явление гейзера в вертикальном трубопроводе и нестабильность работы системы, такие как заполнение глухих ответвлений, заполнение после интервального слива и заполнение воздушной камеры после открытия клапана, оказывают различное негативное воздействие на оборудование и трубопровод. В связи с этим в данной работе проводится углубленный анализ вышеуказанных проблем и предлагается найти решения на основе проведенного анализа.

Вытеснение газа в трубопроводе перед транспортировкой.

С развитием криогенных технологий криогенные жидкие продукты играют важную роль во многих областях, таких как национальная экономика, национальная оборона и научные исследования. Применение криогенных жидкостей основано на эффективном и безопасном хранении и транспортировке криогенных жидких продуктов, а трубопроводная транспортировка криогенных жидкостей включает в себя весь процесс хранения и транспортировки. Поэтому крайне важно обеспечить безопасность и эффективность трубопроводной транспортировки криогенных жидкостей. Для транспортировки криогенных жидкостей необходимо предварительное заполнение трубопровода газом, иначе это может привести к сбоям в работе. Процесс предварительного охлаждения является неизбежным звеном в процессе транспортировки криогенных жидких продуктов. Этот процесс вызывает сильные скачки давления и другие негативные последствия для трубопровода. Кроме того, явление гейзера в вертикальном трубопроводе и нестабильность работы системы, такие как заполнение глухих ответвлений, заполнение после интервального слива и заполнение воздушной камеры после открытия клапана, оказывают различное негативное воздействие на оборудование и трубопровод. В связи с этим в данной работе проводится углубленный анализ вышеуказанных проблем и предлагается найти решения на основе проведенного анализа.

Процесс предварительного охлаждения трубопровода

В процессе транспортировки криогенных жидкостей по трубопроводам, до установления стабильного состояния транспортировки, происходит предварительное охлаждение и нагрев трубопровода и приемного оборудования, то есть процесс предварительного охлаждения. В этом процессе трубопровод и приемное оборудование подвергаются значительным усадочным напряжениям и ударным нагрузкам, поэтому его необходимо контролировать.

Начнём с анализа процесса.

Весь процесс предварительного охлаждения начинается с интенсивного испарения, после чего появляется двухфазное течение. Наконец, после полного охлаждения системы возникает однофазное течение. В начале процесса предварительного охлаждения температура стенки заметно превышает температуру насыщения криогенной жидкости и даже верхнюю предельную температуру криогенной жидкости — предельную температуру перегрева. В результате теплопередачи жидкость вблизи стенки трубки нагревается и мгновенно испаряется, образуя паровую пленку, которая полностью обволакивает стенку трубки, то есть происходит пленочное кипение. После этого, в процессе предварительного охлаждения, температура стенки трубки постепенно падает ниже предельной температуры перегрева, и формируются благоприятные условия для переходного кипения и пузырькового кипения. В ходе этого процесса происходят большие колебания давления. Когда предварительное охлаждение осуществляется до определенной стадии, теплоемкость трубопровода и тепловое воздействие окружающей среды не позволяют нагреть криогенную жидкость до температуры насыщения, и возникает состояние однофазного течения.

В процессе интенсивного испарения возникают резкие колебания потока и давления. На протяжении всего процесса колебаний давления максимальное давление, впервые образовавшееся после непосредственного поступления криогенной жидкости в горячую трубу, имеет максимальную амплитуду, и эта волна давления позволяет оценить пропускную способность системы. Поэтому обычно изучается только первая волна давления.

После открытия клапана криогенная жидкость быстро поступает в трубопровод под действием разницы давлений, и образующаяся в результате испарения паровая пленка отделяет жидкость от стенки трубы, формируя концентрический осевой поток. Поскольку коэффициент сопротивления пара очень мал, скорость потока криогенной жидкости очень велика, и по мере продвижения вперед температура жидкости за счет поглощения тепла постепенно повышается, соответственно, давление в трубопроводе увеличивается, а скорость заполнения замедляется. Если труба достаточно длинная, температура жидкости должна достичь насыщения в какой-то момент, после чего движение жидкости прекращается. Тепло от стенки трубы, передаваемое криогенной жидкости, полностью используется для испарения, в это время скорость испарения значительно возрастает, а давление в трубопроводе также увеличивается и может достигать 1,5–2 раз выше входного давления. Под действием перепада давления часть жидкости будет вытеснена обратно в криогенный резервуар, в результате чего скорость образования пара уменьшится, и поскольку часть пара, образующегося на выходе из трубы, выйдет наружу, давление в трубе упадет, через некоторое время в трубопроводе снова возникнет перепад давления, и это явление повторится. Однако в последующем процессе, поскольку в трубе будет определенное давление и часть жидкости, увеличение давления, вызванное новой жидкостью, будет незначительным, поэтому пиковое значение давления будет меньше, чем первое.

В процессе предварительного охлаждения система подвергается не только воздействию сильных ударных волн, но и значительным усадочным напряжениям, возникающим из-за низких температур. Совместное воздействие этих двух факторов может привести к повреждению конструкции, поэтому необходимо принять соответствующие меры для предотвращения подобных проблем.

Поскольку расход охлаждающей жидкости напрямую влияет на процесс предварительного охлаждения и величину напряжения холодной усадки, процесс предварительного охлаждения можно контролировать, регулируя расход охлаждающей жидкости. Разумный принцип выбора расхода охлаждающей жидкости заключается в сокращении времени предварительного охлаждения за счет использования большего расхода охлаждающей жидкости при условии, что колебания давления и напряжение холодной усадки не превышают допустимый диапазон для оборудования и трубопроводов. Если расход охлаждающей жидкости слишком мал, теплоизоляционные свойства трубопровода ухудшаются, и он может никогда не достичь состояния охлаждения.

В процессе предварительного охлаждения, из-за возникновения двухфазного потока, невозможно измерить реальный расход с помощью обычного расходомера, поэтому его нельзя использовать для регулирования расхода предварительного охлаждения. Однако мы можем косвенно оценить размер потока, контролируя противодавление в приемном сосуде. При определенных условиях зависимость между противодавлением в приемном сосуде и расходом предварительного охлаждения может быть определена аналитическим методом. Когда процесс предварительного охлаждения переходит в состояние однофазного потока, фактический расход, измеренный расходомером, может быть использован для регулирования расхода предварительного охлаждения. Этот метод часто используется для контроля заполнения криогенным жидким топливом для ракет.

Изменение противодавления в приемном сосуде соответствует процессу предварительного охлаждения следующим образом, что позволяет качественно оценить стадию предварительного охлаждения: при постоянной производительности отвода из приемного сосуда противодавление сначала быстро возрастает из-за интенсивного испарения криогенной жидкости, а затем постепенно снижается по мере уменьшения температуры приемного сосуда и трубопровода. В это время производительность предварительного охлаждения увеличивается.

Оставайтесь с нами, чтобы задать другие вопросы в следующей статье!

Криогенное оборудование HL

Компания HL Cryogenic Equipment, основанная в 1992 году, является брендом, принадлежащим HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment занимается проектированием и производством высоковакуумных изолированных криогенных трубопроводных систем и сопутствующего вспомогательного оборудования для удовлетворения разнообразных потребностей клиентов. Вакуумные изолированные трубы и гибкие шланги изготавливаются в условиях высокого вакуума с использованием многослойных многоэкранных специальных изоляционных материалов и проходят ряд чрезвычайно строгих технических обработок и высоковакуумной обработки. Они используются для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного этилена (LEG) и сжиженного природного газа (СПГ).

Серия вакуумных труб с рубашкой охлаждения, вакуумных шлангов с рубашкой охлаждения, вакуумных клапанов с рубашкой охлаждения и фазовых сепараторов компании HL Cryogenic Equipment Company, прошедшая ряд чрезвычайно строгих технических испытаний, используется для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного природного газа и СПГ. Эти изделия используются в криогенном оборудовании (например, криогенных резервуарах, сосудах Дьюара и холодильных камерах и т. д.) в таких отраслях, как разделение воздуха, газовая промышленность, авиация, электроника, сверхпроводники, микросхемы, автоматизированная сборка, пищевая промышленность, фармацевтика, больницы, биобанки, резиновая промышленность, производство новых материалов, химическая промышленность, металлургия, научные исследования и т. д.