Úvoddukce

S rozvojem kryogenní technologie hrají kryogenní kapalné produkty důležitou roli v mnoha oblastech, jako je národní hospodářství, národní obrana a vědecký výzkum. Aplikace kryogenních kapalin je založena na efektivním a bezpečném skladování a přepravě kryogenních kapalných produktů a přeprava kryogenních kapalin potrubím probíhá celým procesem skladování a přepravy. Proto je velmi důležité zajistit bezpečnost a efektivitu přepravy kryogenních kapalin potrubím. Pro přepravu kryogenních kapalin je nutné před přepravou vyměnit plyn v potrubí, jinak může dojít k provozní poruše. Proces předchlazování je nevyhnutelným článkem v procesu přepravy kryogenních kapalných produktů. Tento proces způsobuje silné tlakové rázy a další negativní účinky na potrubí. Kromě toho jev gejzíru ve vertikálním potrubí a jev nestabilního provozu systému, jako je plnění slepých odboček potrubí, plnění po intervalovém odvodnění a plnění vzduchové komory po otevření ventilu, způsobí různé stupně nepříznivých účinků na zařízení a potrubí. Vzhledem k tomu tento článek provádí hloubkovou analýzu výše uvedených problémů a doufá, že prostřednictvím analýzy najde řešení.

Přemístění plynu v potrubí před přenosem

S rozvojem kryogenní technologie hrají kryogenní kapalné produkty důležitou roli v mnoha oblastech, jako je národní hospodářství, národní obrana a vědecký výzkum. Aplikace kryogenních kapalin je založena na efektivním a bezpečném skladování a přepravě kryogenních kapalných produktů a přeprava kryogenních kapalin potrubím probíhá celým procesem skladování a přepravy. Proto je velmi důležité zajistit bezpečnost a efektivitu přepravy kryogenních kapalin potrubím. Pro přepravu kryogenních kapalin je nutné před přepravou vyměnit plyn v potrubí, jinak může dojít k provozní poruše. Proces předchlazování je nevyhnutelným článkem v procesu přepravy kryogenních kapalných produktů. Tento proces způsobuje silné tlakové rázy a další negativní účinky na potrubí. Kromě toho jev gejzíru ve vertikálním potrubí a jev nestabilního provozu systému, jako je plnění slepých odboček potrubí, plnění po intervalovém odvodnění a plnění vzduchové komory po otevření ventilu, způsobí různé stupně nepříznivých účinků na zařízení a potrubí. Vzhledem k tomu tento článek provádí hloubkovou analýzu výše uvedených problémů a doufá, že prostřednictvím analýzy najde řešení.

Proces předchlazování potrubí

V celém procesu přepravy kryogenní kapaliny potrubím, než se dosáhne stabilního stavu přepravy, probíhá proces předběžného chlazení a ohřevu potrubí a přijímacího zařízení, tj. proces předběžného chlazení. V tomto procesu potrubí a přijímací zařízení odolávají značnému smršťovacímu namáhání a rázovému tlaku, proto je třeba je kontrolovat.

Začněme analýzou procesu.

Celý proces předchlazování začíná prudkým odpařováním a poté se objevuje dvoufázový tok. Po úplném ochlazení systému se konečně objeví jednofázový tok. Na začátku procesu předchlazování teplota stěny zjevně překročí teplotu nasycení kryogenní kapaliny a dokonce překročí horní mezní teplotu kryogenní kapaliny – konečnou teplotu přehřátí. V důsledku přenosu tepla se kapalina v blízkosti stěny trubky zahřívá a okamžitě se odpařuje za vzniku parního filmu, který zcela obklopuje stěnu trubky, tj. dochází k filmovému varu. Poté, během procesu předchlazování, teplota stěny trubky postupně klesá pod mezní teplotu přehřátí a vznikají příznivé podmínky pro přechodový a bublinkový var. Během tohoto procesu dochází k velkým tlakovým výkyvům. Když je předchlazování provedeno do určitého stupně, tepelná kapacita potrubí a tepelný vpád prostředí nezahřejí kryogenní kapalinu na teplotu nasycení a dojde k jednofázovému proudění.

V procesu intenzivního odpařování dochází k dramatickým výkyvům proudění a tlaku. V celém procesu kolísání tlaku je maximální tlak vytvořený poprvé po přímém vstupu kryogenní kapaliny do horké trubky maximální amplitudou v celém procesu kolísání tlaku a tlaková vlna může ověřit tlakovou kapacitu systému. Proto se obecně studuje pouze první tlaková vlna.

Po otevření ventilu kryogenní kapalina v důsledku tlakového rozdílu rychle vstoupí do potrubí a film páry vytvořený odpařováním odděluje kapalinu od stěny potrubí a vytváří soustředné axiální proudění. Protože koeficient odporu páry je velmi malý, je průtok kryogenní kapaliny velmi velký. S postupem vpřed se teplota kapaliny v důsledku absorpce tepla postupně zvyšuje, a proto se zvyšuje tlak v potrubí a rychlost plnění se zpomaluje. Pokud je potrubí dostatečně dlouhé, teplota kapaliny musí v určitém bodě dosáhnout nasycení, načež se kapalina zastaví. Teplo ze stěny potrubí do kryogenní kapaliny se veškerá využívá k odpařování. V tomto okamžiku se rychlost odpařování výrazně zvyšuje a zvyšuje se i tlak v potrubí, který může dosáhnout 1,5 až 2násobku vstupního tlaku. Působením tlakového rozdílu je část kapaliny vrácena zpět do kryogenní nádrže na kapalinu, což má za následek snížení rychlosti tvorby páry. Vzhledem k tomu, že část páry generované na výstupu z potrubí klesá, tlak v potrubí po určité době obnoví tlakový rozdíl v kapalině a jev se znovu objeví a opakuje. V následujícím procesu je však kvůli určitému tlaku a části kapaliny v potrubí nárůst tlaku způsobený novou kapalinou malý, takže tlakový vrchol bude menší než první vrchol.

Během celého procesu předchlazování musí systém nést nejen velký dopad tlakové vlny, ale také velké smršťovací napětí v důsledku chladu. Kombinované působení obou faktorů může způsobit strukturální poškození systému, proto je třeba přijmout nezbytná opatření k jeho zvládnutí.

Protože průtok předchlazování přímo ovlivňuje proces předchlazování a velikost smršťovacího napětí za studena, lze proces předchlazování řídit regulací průtoku předchlazování. Rozumným principem volby průtoku předchlazování je zkrácení doby předchlazování použitím většího průtoku předchlazování za předpokladu, že kolísání tlaku a smršťovací napětí za studena nepřekročí povolený rozsah zařízení a potrubí. Pokud je průtok předchlazování příliš malý, izolační výkon potrubí není pro potrubí dobrý a nemusí nikdy dosáhnout stavu ochlazování.

V procesu předchlazování není možné kvůli výskytu dvoufázového proudění měřit skutečný průtok běžným průtokoměrem, takže jej nelze použít k řízení průtoku předchlazování. Velikost průtoku však můžeme nepřímo posoudit sledováním protitlaku v přijímací nádobě. Za určitých podmínek lze vztah mezi protitlakem v přijímací nádobě a průtokem předchlazování určit analytickou metodou. Když proces předchlazování postupuje do stavu jednofázového proudění, lze skutečný průtok naměřený průtokoměrem použít k řízení průtoku předchlazování. Tato metoda se často používá k řízení plnění kryogenního kapalného paliva pro rakety.

Změna protitlaku v přijímací nádobě odpovídá procesu předchlazování následovně, což lze použít ke kvalitativnímu posouzení fáze předchlazování: když je odsávací kapacita přijímací nádoby konstantní, protitlak se nejprve rychle zvýší v důsledku prudkého odpařování kryogenní kapaliny a poté s poklesem teploty v přijímací nádobě a potrubí postupně klesne. V tomto okamžiku se zvyšuje předchlazovací kapacita.

Naladěno na další článek s dalšími otázkami!

Kryogenní zařízení HL

Společnost HL Cryogenic Equipment, založená v roce 1992, je značkou přidruženou ke společnosti HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Společnost HL Cryogenic Equipment se zabývá návrhem a výrobou kryogenních potrubních systémů s vysokou vakuovou izolací a souvisejícího podpůrného zařízení, aby splňovala různé potřeby zákazníků. Vakuově izolované potrubí a flexibilní hadice jsou vyrobeny ze speciálních izolačních materiálů s vysokou vakuovou izolací a vícevrstvou strukturou a procházejí řadou extrémně přísných technických úprav a zpracování vysokou vakuem, které se používají k přenosu kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalného vodíku, kapalného hélia, zkapalněného ethylenu (LEG) a zkapalněného přírodního plynu LNG.

Produktová řada vakuově opláštěných trubek, vakuově opláštěných hadic, vakuově opláštěných ventilů a fázových separátorů od společnosti HL Cryogenic Equipment Company, která prošla řadou extrémně přísných technických úprav, se používá k přenosu kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalného vodíku, kapalného hélia, LEG a LNG. Tyto produkty jsou servisovány pro kryogenní zařízení (např. kryogenní nádrže, Dewarovy nádoby a chladicí boxy atd.) v odvětvích separace vzduchu, plynů, letectví, elektroniky, supravodičů, čipů, automatizace, potravinářství a nápojárenství, farmacie, nemocnic, biobank, gumáren, výroby nových materiálů, chemického inženýrství, železářství a ocelářství a vědeckého výzkumu atd.