Bevezetésdukció

A kriogén technológia fejlődésével a kriogén folyékony termékek fontos szerepet játszanak számos területen, például a nemzetgazdaságban, a nemzetvédelemben és a tudományos kutatásban. A kriogén folyadékok alkalmazása a kriogén folyékony termékek hatékony és biztonságos tárolásán és szállításán alapul, és a kriogén folyadék csővezetékes szállítása a tárolási és szállítási folyamat teljes folyamatán végigvonul. Ezért nagyon fontos a kriogén folyadékok csővezetékes szállításának biztonságának és hatékonyságának biztosítása. A kriogén folyadékok szállításához a szállítás előtt ki kell cserélni a csővezetékben lévő gázt, ellenkező esetben működési meghibásodást okozhat. Az előhűtési folyamat elkerülhetetlen láncszem a kriogén folyékony termékek szállítási folyamatában. Ez a folyamat erős nyomáslökést és egyéb negatív hatásokat okoz a csővezetékben. Ezenkívül a függőleges csővezetékben fellépő gejzír jelenség és a rendszer működésének instabil jelenségei, mint például a vak elágazású cső feltöltése, az időközönkénti leeresztés utáni feltöltés és a légkamra feltöltése a szelepnyitás után, különböző mértékű káros hatásokat gyakorolnak a berendezésekre és a csővezetékre. Ennek fényében ez a tanulmány mélyreható elemzést végez a fenti problémákról, és az elemzés révén megoldást kíván találni.

A gáz elmozdulása a vezetékben az átvitel előtt

A kriogén technológia fejlődésével a kriogén folyékony termékek fontos szerepet játszanak számos területen, például a nemzetgazdaságban, a nemzetvédelemben és a tudományos kutatásban. A kriogén folyadékok alkalmazása a kriogén folyékony termékek hatékony és biztonságos tárolásán és szállításán alapul, és a kriogén folyadék csővezetékes szállítása a tárolási és szállítási folyamat teljes folyamatán végigvonul. Ezért nagyon fontos a kriogén folyadékok csővezetékes szállításának biztonságának és hatékonyságának biztosítása. A kriogén folyadékok szállításához a szállítás előtt ki kell cserélni a csővezetékben lévő gázt, ellenkező esetben működési meghibásodást okozhat. Az előhűtési folyamat elkerülhetetlen láncszem a kriogén folyékony termékek szállítási folyamatában. Ez a folyamat erős nyomáslökést és egyéb negatív hatásokat okoz a csővezetékben. Ezenkívül a függőleges csővezetékben fellépő gejzír jelenség és a rendszer működésének instabil jelenségei, mint például a vak elágazású cső feltöltése, az időközönkénti leeresztés utáni feltöltés és a légkamra feltöltése a szelepnyitás után, különböző mértékű káros hatásokat gyakorolnak a berendezésekre és a csővezetékre. Ennek fényében ez a tanulmány mélyreható elemzést végez a fenti problémákról, és az elemzés révén megoldást kíván találni.

A csővezeték előhűtési folyamata

A kriogén folyadékok csővezetékes szállításának teljes folyamata során, mielőtt stabil szállítási állapotot hozna létre, előhűtési és melegítési csővezeték-rendszerre és fogadóberendezésre kerül sor, azaz előhűtési folyamatra. Ebben a folyamatban a csővezetéknek és a fogadóberendezésnek jelentős zsugorodási és ütési nyomásnak kell ellenállnia, ezért szabályozottnak kell lennie.

Kezdjük a folyamat elemzésével.

A teljes előhűtési folyamat egy heves párologtatással kezdődik, majd megjelenik a kétfázisú áramlás. Végül, a rendszer teljes lehűlése után, egyfázisú áramlás jelenik meg. Az előhűtési folyamat kezdetén a falhőmérséklet nyilvánvalóan meghaladja a kriogén folyadék telítési hőmérsékletét, sőt, a kriogén folyadék felső határhőmérsékletét – a végső túlmelegedési hőmérsékletet – is meghaladja. A hőátadás miatt a csőfal közelében lévő folyadék felmelegszik és azonnal elpárolog, gőzfilmet képezve, amely teljesen körülveszi a csőfalat, azaz filmforrás következik be. Ezt követően az előhűtési folyamat során a csőfal hőmérséklete fokozatosan a túlhevítési határhőmérséklet alá csökken, majd kedvező feltételek alakulnak ki az átmeneti forráshoz és a buborékos forráshoz. A folyamat során nagy nyomásingadozások lépnek fel. Amikor az előhűtés egy bizonyos szakaszig megtörténik, a csővezeték hőkapacitása és a környezet hőbeáramlása nem melegíti fel a kriogén folyadékot a telítési hőmérsékletre, és megjelenik az egyfázisú áramlás állapota.

Az intenzív párologtatás folyamatában drámai áramlási és nyomásingadozások keletkeznek. A nyomásingadozás teljes folyamatában a kriogén folyadék forró csőbe való közvetlen belépése után először kialakuló maximális nyomás a maximális amplitúdójú a nyomásingadozás teljes folyamatában, és a nyomáshullám igazolhatja a rendszer nyomáskapacitását. Ezért általában csak az első nyomáshullámot vizsgálják.

A szelep kinyitása után a kriogén folyadék a nyomáskülönbség hatására gyorsan belép a csővezetékbe, és a párolgás során keletkező gőzfilm elválasztja a folyadékot a csőfaltól, koncentrikus axiális áramlást képezve. Mivel a gőz ellenállási együtthatója nagyon kicsi, a kriogén folyadék áramlási sebessége nagyon nagy, és az előrehaladással a folyadék hőmérséklete a hőfelvétel miatt fokozatosan emelkedik, ennek megfelelően a csővezeték nyomása növekszik, a töltési sebesség pedig lelassul. Ha a cső elég hosszú, a folyadék hőmérsékletének egy bizonyos ponton el kell érnie a telítettséget, ekkor a folyadék előrehaladása leáll. A csőfalból a kriogén folyadékba jutó hő teljes mértékben a párologtatásra fordítódik, ekkor a párolgási sebesség jelentősen megnő, és a csővezetékben lévő nyomás is megnő, elérheti a bemeneti nyomás 1,5–2-szeresét. A nyomáskülönbség hatására a folyadék egy része visszakerül a kriogén folyadéktároló tartályba, aminek következtében a gőzképződés sebessége csökken. Mivel a cső kimeneténél keletkező gőz egy része csőnyomásesés miatt távozik, egy idő után a csővezetékben lévő folyadék visszaáll a nyomáskülönbség állapotába, és a jelenség újra megjelenik, megismétlődik. A következő folyamatban azonban, mivel van egy bizonyos nyomás, és a folyadék egy része a csőben van, az új folyadék okozta nyomásnövekedés kicsi, így a nyomáscsúcs kisebb lesz, mint az első csúcs.

Az előhűtés teljes folyamata során a rendszernek nemcsak nagy nyomáshullám-hatást kell elviselnie, hanem a hideg miatti nagy zsugorodási feszültséget is. A kettő együttes hatása szerkezeti károsodást okozhat a rendszerben, ezért meg kell tenni a szükséges intézkedéseket ennek szabályozására.

Mivel az előhűtési áramlási sebesség közvetlenül befolyásolja az előhűtési folyamatot és a hidegzsugorodási feszültség nagyságát, az előhűtési folyamat az előhűtési áramlási sebesség szabályozásával szabályozható. Az előhűtési áramlási sebesség ésszerű kiválasztási elve az előhűtési idő lerövidítése nagyobb előhűtési áramlási sebesség alkalmazásával, annak biztosításával, hogy a nyomásingadozás és a hidegzsugorodási feszültség ne lépje túl a berendezések és csővezetékek megengedett tartományát. Ha az előhűtési áramlási sebesség túl kicsi, a csővezeték szigetelési teljesítménye nem jó, és előfordulhat, hogy soha nem éri el a hűtési állapotot.

Az előhűtés folyamatában a kétfázisú áramlás miatt lehetetlen mérni a tényleges áramlási sebességet a hagyományos áramlásmérővel, így az nem használható az előhűtés áramlási sebességének szabályozására. A fogadóedény ellennyomásának megfigyelésével azonban közvetve meg tudjuk ítélni az áramlás nagyságát. Bizonyos körülmények között a fogadóedény ellennyomása és az előhűtés áramlása közötti kapcsolat analitikus módszerrel meghatározható. Amikor az előhűtési folyamat egyfázisú áramlási állapotba kerül, az áramlásmérő által mért tényleges áramlás felhasználható az előhűtés áramlásának szabályozására. Ezt a módszert gyakran használják a rakéták kriogén folyékony hajtóanyagának töltésének szabályozására.

A fogadóedény ellennyomásának változása az alábbiak szerint felel meg az előhűtési folyamatnak, amely alapján kvalitatívan megítélhető az előhűtési szakasz: amikor a fogadóedény elszívókapacitása állandó, az ellennyomás először gyorsan növekszik a kriogén folyadék heves párolgása miatt, majd fokozatosan visszaesik a fogadóedény és a csővezeték hőmérsékletének csökkenésével. Ekkor az előhűtési kapacitás növekszik.

További kérdésekért lapozz a következő cikkre!

HL kriogén berendezések

Az 1992-ben alapított HL Cryogenic Equipment a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.-hez kapcsolódó márka. A HL Cryogenic Equipment elkötelezett a nagyvákuumú szigetelésű kriogén csőrendszerek és a kapcsolódó támogató berendezések tervezése és gyártása iránt, hogy kielégítse az ügyfelek változatos igényeit. A vákuumszigetelt csövek és flexibilis tömlők nagyvákuumú és többrétegű, speciális szigetelt anyagokból készülnek, és számos rendkívül szigorú műszaki kezelésen és nagyvákuumú kezelésen esnek át, amelyeket folyékony oxigén, folyékony nitrogén, folyékony argon, folyékony hidrogén, folyékony hélium, cseppfolyósított etiléngáz (LEG) és cseppfolyósított földgáz (LNG) szállítására használnak.

A HL Cryogenic Equipment Company vákuumköpenyes csövekből, vákuumköpenyes tömlőkből, vákuumköpenyes szelepekből és fázisszétválasztókból álló termékcsaládja, amely rendkívül szigorú műszaki kezeléseken esett át, folyékony oxigén, folyékony nitrogén, folyékony argon, folyékony hidrogén, folyékony hélium, LEG és LNG szállítására szolgál, és ezeket a termékeket kriogén berendezésekhez (pl. kriogén tartályok, Dewar-tartályok és hűtőládák stb.) szervizelik a levegőszétválasztás, gázok, repülés, elektronika, szupravezető, chipek, automatizálási összeszerelés, élelmiszer- és italgyártás, gyógyszeripar, kórház, biobank, gumiipar, új anyaggyártás, vegyipar, vas- és acélipar, valamint tudományos kutatás stb. iparágakban.