Introductie

Met de ontwikkeling van cryogene technologie spelen cryogene vloeistoffen een belangrijke rol in diverse sectoren, zoals de nationale economie, defensie en wetenschappelijk onderzoek. De toepassing van cryogene vloeistoffen is afhankelijk van de effectieve en veilige opslag en het transport ervan. Het transport via pijpleidingen omvat het gehele proces van opslag en transport. Daarom is het van groot belang de veiligheid en efficiëntie van het transport via pijpleidingen te waarborgen. Voor het transport van cryogene vloeistoffen is het noodzakelijk om het gas in de pijpleiding te vervangen voordat het transport begint, anders kan dit leiden tot storingen. Het voorkoelingsproces is een onvermijdelijke schakel in het transport van cryogene vloeistoffen. Dit proces kan echter leiden tot sterke drukschokken en andere negatieve effecten op de pijpleiding. Daarnaast kunnen geiserverschijnselen in verticale pijpleidingen en instabiele systeemverschijnselen, zoals het vullen van blinde aftakkingen, het vullen na tussentijdse aftappen en het vullen van luchtkamers na het openen van kleppen, in verschillende mate nadelige gevolgen hebben voor de apparatuur en de pijpleiding. Gezien het voorgaande, analyseert dit artikel de bovengenoemde problemen diepgaand en hoopt het via deze analyse een oplossing te vinden.

Verplaatsing van gas in de leiding vóór transport

Met de ontwikkeling van cryogene technologie spelen cryogene vloeistoffen een belangrijke rol in diverse sectoren, zoals de nationale economie, defensie en wetenschappelijk onderzoek. De toepassing van cryogene vloeistoffen is afhankelijk van de effectieve en veilige opslag en het transport ervan. Het transport via pijpleidingen omvat het gehele proces van opslag en transport. Daarom is het van groot belang de veiligheid en efficiëntie van het transport via pijpleidingen te waarborgen. Voor het transport van cryogene vloeistoffen is het noodzakelijk om het gas in de pijpleiding te vervangen voordat het transport begint, anders kan dit leiden tot storingen. Het voorkoelingsproces is een onvermijdelijke schakel in het transport van cryogene vloeistoffen. Dit proces kan echter leiden tot sterke drukschokken en andere negatieve effecten op de pijpleiding. Daarnaast kunnen geiserverschijnselen in verticale pijpleidingen en instabiele systeemverschijnselen, zoals het vullen van blinde aftakkingen, het vullen na tussentijdse aftappen en het vullen van luchtkamers na het openen van kleppen, in verschillende mate nadelige gevolgen hebben voor de apparatuur en de pijpleiding. Gezien het voorgaande, analyseert dit artikel de bovengenoemde problemen diepgaand en hoopt het via deze analyse een oplossing te vinden.

Het voorkoelingsproces van de pijpleiding

Tijdens het transport van cryogene vloeistoffen via een pijpleiding vindt, voordat een stabiele transporttoestand is bereikt, een voorkoelings- en opwarmproces plaats voor het leidingsysteem en de ontvangende apparatuur. Dit proces, ook wel voorkoeling genoemd, is essentieel. De pijpleiding en de ontvangende apparatuur moeten tijdens dit proces aanzienlijke krimpspanningen en stootdruk weerstaan, waardoor het nauwkeurig gecontroleerd moet worden.

Laten we beginnen met een analyse van het proces.

Het hele voorkoelingsproces begint met een heftig verdampingsproces, waarna een tweefasenstroom ontstaat. Uiteindelijk ontstaat er een eenfasenstroom nadat het systeem volledig is afgekoeld. Aan het begin van het voorkoelingsproces overschrijdt de wandtemperatuur duidelijk de verzadigingstemperatuur van de cryogene vloeistof, en zelfs de bovengrens van de temperatuur van de cryogene vloeistof – de uiteindelijke oververhittingstemperatuur. Door warmteoverdracht wordt de vloeistof nabij de buiswand verwarmd en onmiddellijk verdampt, waardoor een dampfilm ontstaat die de buiswand volledig omhult; dit wordt filmkoken genoemd. Vervolgens daalt de temperatuur van de buiswand tijdens het voorkoelingsproces geleidelijk onder de grenstemperatuur van de oververhitting, waardoor gunstige omstandigheden ontstaan ​​voor overgangskoken en bellenkoken. Tijdens dit proces treden grote drukschommelingen op. Wanneer de voorkoeling een bepaald stadium heeft bereikt, zullen de warmtecapaciteit van de leiding en de warmte-invloed van de omgeving de cryogene vloeistof niet langer tot de verzadigingstemperatuur verwarmen, waardoor een eenfasenstroom ontstaat.

Tijdens het intense verdampingsproces ontstaan ​​dramatische stroom- en drukschommelingen. De maximale druk die ontstaat nadat de cryogene vloeistof direct de hete buis binnenstroomt, is de drukgolf met de grootste amplitude gedurende het hele proces. Deze drukgolf kan de drukcapaciteit van het systeem aantonen. Daarom wordt doorgaans alleen de eerste drukgolf bestudeerd.

Nadat de klep is geopend, stroomt de cryogene vloeistof onder invloed van het drukverschil snel de pijpleiding in. De dampfilm die door verdamping ontstaat, scheidt de vloeistof van de pijpwand, waardoor een concentrische axiale stroming ontstaat. Omdat de weerstandscoëfficiënt van de damp zeer klein is, is de stroomsnelheid van de cryogene vloeistof zeer hoog. Naarmate de vloeistof verder stroomt, stijgt de temperatuur door warmteabsorptie geleidelijk, waardoor de druk in de pijpleiding toeneemt en de vulsnelheid afneemt. Als de pijpleiding lang genoeg is, zal de vloeistoftemperatuur op een gegeven moment verzadiging bereiken, waarna de vloeistof niet verder stroomt. De warmte van de pijpwand wordt volledig aan de cryogene vloeistof afgegeven voor verdamping, waardoor de verdampingssnelheid sterk toeneemt en de druk in de pijpleiding stijgt, mogelijk tot 1,5 à 2 keer de inlaatdruk. Onder invloed van het drukverschil wordt een deel van de vloeistof teruggedreven naar de cryogene vloeistofopslagtank, waardoor de snelheid van de dampvorming afneemt. Omdat een deel van de gegenereerde damp via de uitlaat van de leiding wordt afgevoerd, daalt de druk in de leiding. Na verloop van tijd ontstaat er opnieuw een drukverschil in de leiding, waardoor dit fenomeen zich herhaalt. In het vervolgproces is de drukverhoging door de nieuwe vloeistof echter gering, omdat er al een bepaalde druk in de leiding aanwezig is en er nog een deel van de vloeistof in de leiding aanwezig is. Daardoor zal de drukpiek lager zijn dan de eerste piek.

Tijdens het voorkoelingsproces wordt het systeem niet alleen blootgesteld aan een grote drukgolf, maar ook aan een aanzienlijke krimp als gevolg van de kou. De gecombineerde werking van beide kan structurele schade aan het systeem veroorzaken, daarom moeten er noodzakelijke maatregelen worden genomen om dit te beheersen.

Omdat de voorkoelingsdebiet direct van invloed is op het voorkoelingsproces en de omvang van de krimpspanning, kan het voorkoelingsproces worden beheerst door het voorkoelingsdebiet te regelen. Het verstandige principe voor het kiezen van het voorkoelingsdebiet is om de voorkoelingstijd te verkorten door een hoger debiet te gebruiken, met dien verstande dat de drukschommelingen en de krimpspanning de toelaatbare limieten van de apparatuur en leidingen niet overschrijden. Als het voorkoelingsdebiet te laag is, is de isolatieprestatie van de leiding onvoldoende en bereikt deze mogelijk nooit de gewenste koeltoestand.

Tijdens het voorkoelproces is het, vanwege de tweefasige stroming, onmogelijk om de werkelijke stroomsnelheid te meten met een standaard debietmeter. Deze kan dus niet worden gebruikt om de voorkoelstroom te regelen. We kunnen de stroomsnelheid echter indirect inschatten door de tegendruk in het opvangvat te meten. Onder bepaalde omstandigheden kan de relatie tussen de tegendruk in het opvangvat en de voorkoelstroom analytisch worden bepaald. Wanneer het voorkoelproces overgaat in een eenfasige stroming, kan de werkelijke stroomsnelheid, gemeten met de debietmeter, worden gebruikt om de voorkoelstroom te regelen. Deze methode wordt vaak gebruikt om het vullen van cryogene vloeibare drijfstof voor raketten te regelen.

De verandering van de tegendruk in het opvangvat komt overeen met het voorkoelingsproces zoals hieronder beschreven. Dit kan worden gebruikt om de voorkoelingsfase kwalitatief te beoordelen: wanneer de afvoercapaciteit van het opvangvat constant is, zal de tegendruk aanvankelijk snel toenemen door de heftige verdamping van de cryogene vloeistof, en vervolgens geleidelijk afnemen naarmate de temperatuur van het opvangvat en de leiding daalt. Op dit moment neemt de voorkoelingscapaciteit toe.

Lees het volgende artikel voor meer vragen!

HL Cryogene Apparatuur

HL Cryogenic Equipment, opgericht in 1992, is een merk dat gelieerd is aan HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment is toegewijd aan het ontwerpen en produceren van vacuümgeïsoleerde cryogene leidingsystemen en bijbehorende ondersteunende apparatuur om aan de uiteenlopende behoeften van klanten te voldoen. De vacuümgeïsoleerde leidingen en flexibele slangen worden vervaardigd in een vacuümomgeving met meerlaagse, speciale isolatiematerialen en ondergaan een reeks uiterst strenge technische behandelingen en vacuümbehandelingen. Ze worden gebruikt voor het transport van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, vloeibaar ethyleengas (LEG) en vloeibaar aardgas (LNG).

De productserie vacuümgeïsoleerde buizen, vacuümgeïsoleerde slangen, vacuümgeïsoleerde kleppen en fasescheiders van HL Cryogenic Equipment Company, die een reeks uiterst strenge technische behandelingen heeft ondergaan, wordt gebruikt voor het transport van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, LEG en LNG. Deze producten worden toegepast in cryogene apparatuur (bijv. cryogene tanks, dewars en coldboxen, enz.) in industrieën zoals luchtseparatie, gassen, luchtvaart, elektronica, supergeleiders, chips, automatiseringsassemblage, voedingsmiddelen en dranken, farmacie, ziekenhuizen, biobanken, rubber, productie van nieuwe materialen, chemische technologie, ijzer en staal en wetenschappelijk onderzoek, enz.