Nestabilní proces v přenosu

V procesu přepravy kryogenní kapaliny potrubím způsobují specifické vlastnosti a provozní proces kryogenní kapaliny řadu nestabilních procesů, které se liší od procesů u kapaliny s normální teplotou v přechodovém stavu před dosažením stabilního stavu. Nestabilní proces také přináší velké dynamické rázy na zařízení, což může způsobit poškození konstrukce. Například systém plnění kapalným kyslíkem transportní rakety Saturn V ve Spojených státech jednou způsobil prasknutí infuzního potrubí v důsledku nárazu nestabilního procesu při otevření ventilu. Kromě toho nestabilní proces častěji způsobil poškození dalších pomocných zařízení (jako jsou ventily, měchy atd.). Nestabilní proces v procesu přepravy kryogenní kapaliny potrubím zahrnuje především plnění slepé odbočky, plnění po přerušovaném vypouštění kapaliny do odtokového potrubí a nestabilní proces při otevření ventilu, který vytváří vzduchovou komoru v přední části. Tyto nestabilní procesy mají společné to, že jejich podstatou je plnění parní dutiny kryogenní kapalinou, což vede k intenzivnímu přenosu tepla a hmoty na dvoufázovém rozhraní, což má za následek prudké kolísání parametrů systému. Protože proces plnění po přerušovaném vypouštění kapaliny z odtokového potrubí je podobný nestabilnímu procesu při otevírání ventilu, který vytvořil vzduchovou komoru v přední části, v následující části se analyzuje nestabilní proces pouze při naplnění slepé odbočky potrubí a při otevření otevřeného ventilu.

Nestabilní proces plnění slepých odbočných trubek

Z důvodu bezpečnosti a řízení systému by měly být v potrubním systému kromě hlavního dopravního potrubí i některé pomocné odbočky. Kromě toho pojistný ventil, vypouštěcí ventil a další ventily v systému zavedou odpovídající odbočky. Pokud tyto odbočky nefungují, vytvářejí se pro potrubní systém slepé odbočky. Tepelné pronikání okolního prostředí do potrubí nevyhnutelně povede k existenci parních dutin ve slepé trubce (v některých případech se parní dutiny používají speciálně ke snížení tepelného pronikání kryogenní kapaliny z vnějšího světa). V přechodovém stavu se tlak v potrubí zvýší v důsledku seřízení ventilů a dalších důvodů. Působením tlakového rozdílu kapalina zaplní parní komoru. Pokud během procesu plnění plynové komory pára generovaná odpařováním kryogenní kapaliny v důsledku tepla nestačí k zpětnému pohybu kapaliny, kapalina bude plynovou komoru vždy zaplňovat. Nakonec po naplnění vzduchové dutiny dojde k rychlému brzdění v těsnění slepé trubky, což vede k prudkému tlaku v blízkosti těsnění.

Proces plnění slepé trubice je rozdělen do tří fází. V první fázi je kapalina poháněna k dosažení maximální rychlosti plnění působením tlakového rozdílu, dokud se tlak nevyrovná. Ve druhé fázi se kapalina v důsledku setrvačnosti dále plní. V tomto okamžiku zpětný tlakový rozdíl (tlak v plynové komoře se s procesem plnění zvyšuje) zpomalí kapalinu. Třetí fáze je fáze rychlého brzdění, ve které je tlakový dopad největší.

Snížení rychlosti plnění a zmenšení velikosti vzduchové dutiny lze použít k eliminaci nebo omezení dynamického zatížení generovaného během plnění slepé odbočky. U dlouhého potrubního systému lze zdroj průtoku kapaliny plynule předem nastavit, aby se snížila rychlost průtoku, a ventil se tak dlouho zavírá.

Z hlediska konstrukce můžeme použít různé vodicí části ke zlepšení cirkulace kapaliny v zaslepené odbočné trubce, zmenšení velikosti vzduchové dutiny, zavedení lokálního odporu na vstupu do zaslepené odbočné trubky nebo zvětšení průměru zaslepené odbočné trubky pro snížení rychlosti plnění. Kromě toho délka a montážní poloha trubky s Braillovým písmem bude mít vliv na sekundární vodní ráz, proto je třeba věnovat pozornost návrhu a uspořádání. Důvod, proč zvětšení průměru trubky sníží dynamické zatížení, lze kvalitativně vysvětlit následovně: u plnění zaslepené odbočné trubky je průtok odbočnou trubkou omezen průtokem hlavní trubky, který lze při kvalitativní analýze předpokládat jako pevnou hodnotu. Zvětšení průměru odbočné trubky je ekvivalentní zvětšení plochy průřezu, což je ekvivalentní snížení rychlosti plnění, a tím vede ke snížení zatížení.

Nestabilní proces otevírání ventilu

Když je ventil zavřený, pronikání tepla z okolí, zejména přes tepelný most, rychle vede k vytvoření vzduchové komory před ventilem. Po otevření ventilu se pára a kapalina začnou pohybovat, protože průtok plynu je mnohem vyšší než průtok kapaliny, pára ve ventilu se po evakuaci plně neotevře, což má za následek rychlý pokles tlaku. Kapalina je vlivem tlakového rozdílu tlačena dopředu. Když se kapalina blíží k neplně otevřenému ventilu, vznikají brzdné podmínky. V tomto okamžiku dochází k nárazům vody, které vytvářejí silné dynamické zatížení.

Nejúčinnějším způsobem, jak eliminovat nebo snížit dynamické zatížení generované nestabilním procesem otevírání ventilu, je snížit pracovní tlak v přechodovém stavu, aby se snížila rychlost plnění plynové komory. Kromě toho bude mít na snížení dynamického zatížení vliv použití vysoce regulovatelných ventilů, změna směru potrubí a zavedení speciálního obtokového potrubí s malým průměrem (pro zmenšení rozměrů plynové komory). Zejména je třeba poznamenat, že na rozdíl od snížení dynamického zatížení při plnění slepé odbočky zvětšením jejího průměru je pro nestabilní proces při otevírání ventilu ekvivalentní zvětšení průměru hlavní trubky snížení rovnoměrného odporu potrubí, což zvýší průtok naplněné vzduchové komory, a tím i hodnotu nárazu vody.

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.