Нестабільний процес передачі

У процесі транспортування кріогенної рідини трубопроводом, особливі властивості та хід процесу кріогенної рідини спричиняють низку нестабільних процесів, відмінних від процесів рідини нормальної температури в перехідному стані до встановлення стабільного стану. Нестабільний процес також завдає значного динамічного впливу на обладнання, що може призвести до структурних пошкоджень. Наприклад, система заправки рідким киснем транспортної ракети-носії «Сатурн-5» у Сполучених Штатах одного разу спричинила розрив інфузійної лінії через вплив нестабільного процесу під час відкриття клапана. Крім того, нестабільний процес частіше спричиняв пошкодження іншого допоміжного обладнання (такого як клапани, сильфони тощо). Нестабільний процес у процесі транспортування кріогенної рідини трубопроводом в основному включає заповнення глухого патрубка, заповнення після періодичного скидання рідини у зливну трубу та нестабільний процес під час відкриття клапана, що утворює повітряну камеру спереду. Спільним для цих нестабільних процесів є те, що їхня сутність полягає в заповненні парової порожнини кріогенною рідиною, що призводить до інтенсивного тепло- та масообміну на двофазному межі розділу, що призводить до різких коливань параметрів системи. Оскільки процес наповнення після періодичного скидання рідини з зливної труби подібний до нестабільного процесу під час відкриття клапана, що утворив повітряну камеру спереду, далі аналізується нестабільний процес лише під час заповнення глухого відгалуження та відкриття відкритого клапана.

Нестабільний процес заповнення глухих відгалужувальних труб

Для забезпечення безпеки та керування системою, окрім основної транспортної труби, у трубопровідній системі слід обладнати деякі допоміжні відгалуження. Крім того, запобіжний клапан, випускний клапан та інші клапани в системі вводять відповідні відгалуження. Коли ці відгалуження не працюють, для трубопровідної системи утворюються глухі відгалуження. Теплове проникнення навколишнього середовища в трубопровід неминуче призведе до появи парових порожнин у глухій трубі (у деяких випадках парові порожнини спеціально використовуються для зменшення теплового проникнення кріогенної рідини із зовнішнього світу). У перехідному стані тиск у трубопроводі зростатиме через регулювання клапана та інші причини. Під дією різниці тисків рідина заповнить парову камеру. Якщо в процесі заповнення газової камери пари, що утворюється внаслідок випаровування кріогенної рідини завдяки теплу, недостатньо для зворотного руху рідини, рідина завжди заповнюватиме газову камеру. Нарешті, після заповнення повітряної порожнини, у місці ущільнення глухої труби утворюється умова швидкого гальмування, що призводить до різкого тиску поблизу ущільнення.

Процес наповнення сліпої трубки поділяється на три етапи. На першому етапі рідина під дією різниці тисків рухається до максимальної швидкості наповнення, доки тиск не зрівняється. На другому етапі, завдяки інерції, рідина продовжує рухатися вперед. У цей час зворотна різниця тисків (тиск у газовій камері збільшується з процесом наповнення) уповільнює рідину. Третій етап - це етап швидкого гальмування, на якому вплив тиску є найбільшим.

Зменшення швидкості наповнення та зменшення розміру повітряної порожнини може бути використано для усунення або обмеження динамічного навантаження, що виникає під час наповнення глухого патрубка. Для довгої трубопровідної системи джерело потоку рідини можна плавно регулювати заздалегідь, щоб зменшити швидкість потоку, а клапан залишати закритим на тривалий час.

Щодо конструкції, ми можемо використовувати різні напрямні частини для покращення циркуляції рідини в глухому відгалуженні, зменшення розміру повітряної порожнини, створення місцевого опору на вході в глухе відгалуження або збільшення діаметра глухого відгалуження для зменшення швидкості наповнення. Крім того, довжина та положення встановлення труби Брайля впливатимуть на вторинний водяний удар, тому слід звернути увагу на конструкцію та компонування. Причину, чому збільшення діаметра труби зменшить динамічне навантаження, можна якісно пояснити наступним чином: для заповнення глухого відгалуження потік у відгалуженні обмежується потоком у основній трубі, який можна вважати фіксованим значенням під час якісного аналізу. Збільшення діаметра відгалуження еквівалентно збільшенню площі поперечного перерізу, що еквівалентно зменшенню швидкості наповнення, що призводить до зменшення навантаження.

Нестабільний процес відкриття клапана

Коли клапан закритий, проникнення тепла з навколишнього середовища, особливо через тепловий міст, швидко призводить до утворення повітряної камери перед клапаном. Після відкриття клапана пара та рідина починають рухатися, оскільки швидкість потоку газу значно вища за швидкість потоку рідини, пара в клапані не відкривається повністю одразу після евакуації, що призводить до швидкого падіння тиску, рідина під дією різниці тисків рухається вперед. Коли рідина закривається, щоб клапан не був повністю відкритий, виникають умови гальмування. У цей час відбувається удар води, що створює сильне динамічне навантаження.

Найефективнішим способом усунення або зменшення динамічного навантаження, що виникає внаслідок нестабільного процесу відкриття клапана, є зниження робочого тиску в перехідному стані, що зменшить швидкість заповнення газової камери. Крім того, використання висококерованих клапанів, зміна напрямку перерізу труби та впровадження спеціального обвідного трубопроводу малого діаметра (для зменшення розміру газової камери) вплине на зменшення динамічного навантаження. Зокрема, слід зазначити, що на відміну від зменшення динамічного навантаження під час заповнення глухого відгалуження шляхом збільшення його діаметра, для нестабільного процесу, коли клапан відкрито, збільшення діаметра основної труби еквівалентне зменшенню рівномірного опору труби, що збільшить швидкість потоку заповненої повітряної камери, а отже, збільшить величину удару води.

Кріогенне обладнання HL

Компанія HL Cryogenic Equipment, заснована в 1992 році, є брендом, що входить до складу компанії HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment займається проектуванням та виробництвом високовакуумних ізольованих кріогенних трубопровідних систем та пов'язаного з ними допоміжного обладнання для задоволення різних потреб клієнтів. Вакуумно ізольовані труби та гнучкі шланги виготовлені з високовакуумних та багатошарових багатоекранних спеціальних ізольованих матеріалів і проходять серію надзвичайно суворих технічних обробок та високовакуумної обробки, які використовуються для передачі рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкого водню, рідкого гелію, зрідженого етилену (LEG) та зрідженого природного газу (LNG).

Серія продуктів компанії HL Cryogenic Equipment Company, що пройшла серію надзвичайно суворих технічних обробок, таких як труби з вакуумною оболонкою, шланги з вакуумною оболонкою, клапани з вакуумною оболонкою та фазові роздільники, використовується для перекачування рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкого водню, рідкого гелію, рідких газів та зрідженого природного газу (ЛЕГ) і зрідженого природного газу (ЗПГ). Ці продукти обслуговуються для кріогенного обладнання (наприклад, кріогенних резервуарів, ємностей Дьюара та холодних боксів тощо) у галузях розділення повітря, газів, авіації, електроніки, надпровідника, мікросхем, автоматизованого складання, харчової промисловості та виробництва напоїв, фармацевтики, лікарень, біобанків, гуми, хімічного машинобудування, виробництва чорних металів, а також наукових досліджень тощо.