Įžangadukcija

Tobulėjant kriogeninėms technologijoms, kriogeniniai skysti produktai vaidina svarbų vaidmenį daugelyje sričių, tokių kaip nacionalinė ekonomika, nacionalinė gynyba ir moksliniai tyrimai. Kriogeninių skysčių taikymas grindžiamas efektyviu ir saugiu kriogeninių skystų produktų saugojimu ir transportavimu, o kriogeninių skysčių transportavimas vamzdynu apima visą saugojimo ir transportavimo procesą. Todėl labai svarbu užtikrinti kriogeninių skysčių transportavimo vamzdynu saugą ir efektyvumą. Kriogeninių skysčių transportavimui prieš transportavimą būtina pakeisti dujas vamzdyne, kitaip gali sutrikti eksploatavimas. Išankstinio aušinimo procesas yra neišvengiama kriogeninių skystų produktų transportavimo proceso grandis. Šis procesas sukels stiprų slėgio šoką ir kitą neigiamą poveikį vamzdynui. Be to, geizerio reiškinys vertikaliame vamzdyne ir nestabilios sistemos veikimo sąlygos, pvz., aklųjų vamzdžių užpildymas, užpildymas po pertraukos išleidimo ir oro kameros užpildymas po vožtuvo atidarymo, sukels skirtingo laipsnio neigiamą poveikį įrangai ir vamzdynui. Atsižvelgiant į tai, šiame straipsnyje pateikiama išsami minėtų problemų analizė ir tikimasi rasti sprendimą atliekant analizę.

Dujų išstūmimas linijoje prieš perdavimą

Tobulėjant kriogeninėms technologijoms, kriogeniniai skysti produktai vaidina svarbų vaidmenį daugelyje sričių, tokių kaip nacionalinė ekonomika, nacionalinė gynyba ir moksliniai tyrimai. Kriogeninių skysčių taikymas grindžiamas efektyviu ir saugiu kriogeninių skystų produktų saugojimu ir transportavimu, o kriogeninių skysčių transportavimas vamzdynu apima visą saugojimo ir transportavimo procesą. Todėl labai svarbu užtikrinti kriogeninių skysčių transportavimo vamzdynu saugą ir efektyvumą. Kriogeninių skysčių transportavimui prieš transportavimą būtina pakeisti dujas vamzdyne, kitaip gali sutrikti eksploatavimas. Išankstinio aušinimo procesas yra neišvengiama kriogeninių skystų produktų transportavimo proceso grandis. Šis procesas sukels stiprų slėgio šoką ir kitą neigiamą poveikį vamzdynui. Be to, geizerio reiškinys vertikaliame vamzdyne ir nestabilios sistemos veikimo sąlygos, pvz., aklųjų vamzdžių užpildymas, užpildymas po pertraukos išleidimo ir oro kameros užpildymas po vožtuvo atidarymo, sukels skirtingo laipsnio neigiamą poveikį įrangai ir vamzdynui. Atsižvelgiant į tai, šiame straipsnyje pateikiama išsami minėtų problemų analizė ir tikimasi rasti sprendimą atliekant analizę.

Vamzdynų išankstinio aušinimo procesas

Visame kriogeninio skysčio perdavimo vamzdynu procese, prieš nustatant stabilią perdavimo būseną, bus atliekamas išankstinis vamzdynų sistemos ir priėmimo įrangos aušinimas ir karšto vandens tiekimas, t. y. išankstinio aušinimo procesas. Šio proceso metu vamzdynas ir priėmimo įranga turi atlaikyti didelį susitraukimo įtempį ir smūginį slėgį, todėl juos reikia kontroliuoti.

Pradėkime nuo proceso analizės.

Visas išankstinio aušinimo procesas prasideda nuo smarkaus garinimo, po kurio atsiranda dvifazis srautas. Galiausiai, sistemai visiškai atvėsus, atsiranda vienfazis srautas. Išankstinio aušinimo proceso pradžioje sienelės temperatūra akivaizdžiai viršija kriogeninio skysčio soties temperatūrą ir netgi viršija viršutinę kriogeninio skysčio ribinę temperatūrą – galutinę perkaitimo temperatūrą. Dėl šilumos perdavimo skystis prie vamzdžio sienelės įkaista ir akimirksniu išgaruoja, sudarydamas garų plėvelę, kuri visiškai apgaubia vamzdžio sienelę, t. y. įvyksta plėvelės virimas. Po to, vykstant išankstiniam aušinimo procesui, vamzdžio sienelės temperatūra palaipsniui nukrenta žemiau ribinės perkaitimo temperatūros, tada susidaro palankios sąlygos virimui ir burbuliavimui. Šio proceso metu vyksta dideli slėgio svyravimai. Kai išankstinis aušinimas atliekamas iki tam tikro etapo, vamzdyno šiluminė talpa ir aplinkos šilumos invazija nešildo kriogeninio skysčio iki soties temperatūros, ir atsiras vienfazio srauto būsena.

Intensyvaus garinimo procese susidarys dideli srauto ir slėgio svyravimai. Visame slėgio svyravimų procese maksimalus slėgis, susidarantis pirmą kartą po to, kai kriogeninis skystis tiesiogiai patenka į karštą vamzdį, yra didžiausios amplitudės visame slėgio svyravimo procese, o slėgio banga gali patvirtinti sistemos slėgio talpą. Todėl paprastai tiriama tik pirmoji slėgio banga.

Atidarius vožtuvą, kriogeninis skystis dėl slėgio skirtumo greitai patenka į vamzdyną, o garavimo metu susidariusi garų plėvelė atskiria skystį nuo vamzdžio sienelės, sudarydama koncentrinį ašinį srautą. Kadangi garų pasipriešinimo koeficientas yra labai mažas, kriogeninio skysčio srauto greitis yra labai didelis. Judant į priekį, skysčio temperatūra dėl šilumos absorbcijos palaipsniui kyla, todėl vamzdyno slėgis didėja, o pildymo greitis lėtėja. Jei vamzdis pakankamai ilgas, skysčio temperatūra tam tikru momentu turi pasiekti soties temperatūrą, o tada skystis nustoja tekėti. Šiluma iš vamzdžio sienelės į kriogeninį skystį sunaudojama garavimui, o garavimo greitis labai padidėja, o slėgis vamzdyne taip pat padidėja ir gali siekti 1,5–2 kartus didesnį nei įleidimo slėgis. Veikiant slėgio skirtumui, dalis skysčio bus grąžinta į kriogeninio skysčio kaupimo baką, todėl garų susidarymo greitis sumažės, ir kadangi dalis garų, susidariusių iš vamzdžio išleidimo angos, vamzdžio slėgis sumažės, po kurio laiko vamzdyne skystis vėl grįš į slėgio skirtumo sąlygas, ir šis reiškinys vėl pasirodys, todėl kartosis. Tačiau tolesniame procese, kadangi vamzdyje yra tam tikras slėgis ir dalis skysčio, naujo skysčio sukeltas slėgio padidėjimas bus nedidelis, todėl slėgio pikas bus mažesnis nei pirmasis pikas.

Viso išankstinio aušinimo proceso metu sistema turi atlaikyti ne tik didelį slėgio bangos poveikį, bet ir didelį susitraukimo įtempį dėl šalčio. Dėl bendro abiejų veiksnių poveikio sistema gali būti pažeista, todėl reikia imtis reikiamų priemonių jai kontroliuoti.

Kadangi išankstinio aušinimo srautas tiesiogiai veikia išankstinio aušinimo procesą ir šaltojo susitraukimo įtempio dydį, išankstinio aušinimo procesą galima valdyti kontroliuojant išankstinio aušinimo srautą. Protingas išankstinio aušinimo srauto parinkimo principas yra sutrumpinti išankstinio aušinimo laiką naudojant didesnį išankstinio aušinimo srautą, siekiant užtikrinti, kad slėgio svyravimai ir šaltojo susitraukimo įtempis neviršytų leistinų įrangos ir vamzdynų ribų. Jei išankstinio aušinimo srautas yra per mažas, vamzdyno izoliacijos charakteristikos nėra geros ir vamzdynas gali niekada nepasiekti aušinimo būsenos.

Išankstinio aušinimo procese dėl dvifazio srauto neįmanoma išmatuoti tikrojo srauto greičio įprastu srauto matuokliu, todėl jis negali būti naudojamas išankstinio aušinimo srauto greičiui valdyti. Tačiau srauto dydį galima netiesiogiai įvertinti stebint priimančiojo indo priešslėgį. Tam tikromis sąlygomis analitiniu metodu galima nustatyti priimančiojo indo priešslėgio ir išankstinio aušinimo srauto santykį. Kai išankstinio aušinimo procesas pereina į vienfazį srautą, srauto matuokliu išmatuotas tikrasis srautas gali būti naudojamas išankstinio aušinimo srautui valdyti. Šis metodas dažnai naudojamas kriogeninio skystojo kuro raketoms užpildymui valdyti.

Priėmimo indo priešslėgio pokytis atitinka išankstinio aušinimo procesą, kuris gali būti naudojamas kokybiškai įvertinti išankstinio aušinimo etapą: kai priėmimo indo išmetimo pajėgumas yra pastovus, priešslėgis iš pradžių sparčiai didėja dėl smarkaus kriogeninio skysčio garavimo, o vėliau palaipsniui mažėja, mažėjant priėmimo indo ir vamzdyno temperatūrai. Šiuo metu išankstinio aušinimo pajėgumas didėja.

Dėl kitų klausimų pereikite prie kito straipsnio!

HL kriogeninė įranga

„HL Cryogenic Equipment“ buvo įkurta 1992 m., ir yra prekės ženklas, susijęs su „HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.“. „HL Cryogenic Equipment“ yra įsipareigojusi projektuoti ir gaminti aukšto vakuumo izoliuotas kriogenines vamzdynų sistemas ir susijusią pagalbinę įrangą, kad patenkintų įvairius klientų poreikius. Vakuume izoliuoti vamzdžiai ir lanksčios žarnos yra pagamintos iš aukšto vakuumo ir daugiasluoksnių specialių izoliuotų medžiagų ir praeina itin griežtų techninių apdorojimo bei aukšto vakuumo apdorojimo seriją, kuri naudojama skysto deguonies, skysto azoto, skysto argono, skysto vandenilio, skysto helio, suskystintų etileno dujų (LEG) ir suskystintų gamtinių dujų (SGD) transportavimui.

„HL Cryogenic Equipment Company“ gaminami vakuuminiai vamzdžiai, žarnos, vožtuvai ir fazių separatoriai, praėję itin griežtus techninius apdorojimo procesus, naudojami skystam deguoniui, skystam azotui, skystam argonui, skystam vandeniliui, skystam heliui, LEG ir SGD transportuoti. Šie gaminiai yra skirti kriogeninei įrangai (pvz., kriogeninėms talpykloms, diuaro rezervuarams ir šaldymo dėžėms ir kt.) oro atskyrimo, dujų, aviacijos, elektronikos, superlaidininkų, lustų, automatikos surinkimo, maisto ir gėrimų, vaistinės, ligoninės, biobankų, gumos, naujų medžiagų gamybos, chemijos inžinerijos, geležies ir plieno, mokslinių tyrimų ir kt. pramonės šakose.