Een instabiel proces bij transmissie

Tijdens het transport van cryogene vloeistoffen via pijpleidingen veroorzaken de specifieke eigenschappen en de procesvoering van cryogene vloeistoffen een reeks instabiele processen die verschillen van die van vloeistoffen op normale temperatuur. Deze instabiele processen treden op in de overgangsfase voordat een stabiele toestand wordt bereikt. Deze instabiele processen hebben ook een grote dynamische impact op de apparatuur, wat structurele schade kan veroorzaken. Zo scheurde bijvoorbeeld de toevoerleiding van het vloeibare zuurstofvulsysteem van de Saturn V-raket in de Verenigde Staten door de impact van een instabiel proces bij het openen van een klep. Daarnaast komt schade aan andere hulpapparatuur (zoals kleppen, balgen, enz.) door deze instabiele processen vaker voor. De instabiele processen tijdens het transport van cryogene vloeistoffen via pijpleidingen omvatten hoofdzakelijk het vullen van blinde aftakkingen, het vullen na intermitterende afvoer van vloeistof in de afvoerleiding en het instabiele proces bij het openen van een klep waarbij zich een luchtkamer heeft gevormd. Wat deze instabiele processen gemeen hebben, is dat ze in essentie bestaan ​​uit het vullen van de dampruimte met cryogene vloeistof. Dit leidt tot intense warmte- en massaoverdracht aan het tweefasengrensvlak, met als gevolg scherpe schommelingen in de systeemparameters. Aangezien het vulproces na intermitterende afvoer van vloeistof uit de afvoerbuis vergelijkbaar is met het instabiele proces bij het openen van de klep die de luchtkamer aan de voorzijde heeft gevormd, wordt in het vervolg alleen het instabiele proces geanalyseerd dat optreedt bij het vullen van de blinde aftakking en bij het openen van de klep.

Het instabiele proces van het vullen van blinde aftakbuizen

Met het oog op de systeemveiligheid en -controle moeten, naast de hoofdtransportleiding, enkele hulpaftakkingen in het leidingsysteem worden aangebracht. Daarnaast zullen veiligheidskleppen, afvoerkleppen en andere kleppen in het systeem corresponderende aftakkingen introduceren. Wanneer deze aftakkingen niet in werking zijn, ontstaan ​​er blinde aftakkingen in het leidingsysteem. De thermische invloed van de omgeving op de leiding zal onvermijdelijk leiden tot de vorming van dampholtes in de blinde buis (in sommige gevallen worden dampholtes specifiek gebruikt om de warmte-indringing van de cryogene vloeistof van buitenaf te verminderen). In deze overgangsfase zal de druk in de leiding stijgen als gevolg van klepafstellingen en andere oorzaken. Onder invloed van het drukverschil zal de vloeistof de dampkamer vullen. Als tijdens het vullen van de dampkamer de stoom die ontstaat door de verdamping van de cryogene vloeistof door warmte onvoldoende is om de vloeistof terug te drijven, zal de vloeistof de dampkamer blijven vullen. Uiteindelijk, na het vullen van de dampkamer, ontstaat er een snelle remtoestand bij de afdichting van de blinde buis, wat leidt tot een scherpe drukverhoging nabij de afdichting.

Het vulproces van de blinde buis is verdeeld in drie fasen. In de eerste fase wordt de vloeistof onder invloed van het drukverschil naar de maximale vulsnelheid gedreven totdat de druk in evenwicht is. In de tweede fase blijft de vloeistof door de traagheid verder stromen. Op dit moment vertraagt ​​het omgekeerde drukverschil (de druk in de gaskamer neemt toe tijdens het vulproces) de vloeistof. De derde fase is de snelle remfase, waarin de drukimpact het grootst is.

Door de vulsnelheid te verlagen en de grootte van de luchtkamer te verkleinen, kan de dynamische belasting die ontstaat tijdens het vullen van de blinde aftakkingsleiding worden geëlimineerd of beperkt. Bij lange leidingsystemen kan de bron van de vloeistofstroom vooraf geleidelijk worden aangepast om de stroomsnelheid te verlagen en de klep gedurende langere tijd gesloten te houden.

Qua structuur kunnen we verschillende geleidingsonderdelen gebruiken om de vloeistofcirculatie in de blinde aftakking te verbeteren, de grootte van de luchtholte te verkleinen, lokale weerstand te introduceren bij de ingang van de blinde aftakking of de diameter van de blinde aftakking te vergroten om de vulsnelheid te verlagen. Daarnaast hebben de lengte en de installatiepositie van de blinde aftakking invloed op de secundaire waterschok, dus moet hier aandacht aan worden besteed bij het ontwerp en de lay-out. De reden waarom een ​​grotere pijpdiameter de dynamische belasting vermindert, kan kwalitatief als volgt worden verklaard: bij het vullen van de blinde aftakking wordt de stroom in de aftakking beperkt door de stroom in de hoofdleiding, die tijdens de kwalitatieve analyse als een vaste waarde kan worden beschouwd. Het vergroten van de diameter van de aftakking komt overeen met het vergroten van de dwarsdoorsnede, wat gelijk staat aan het verlagen van de vulsnelheid en dus leidt tot een vermindering van de belasting.

Het instabiele proces van klepopening

Wanneer de klep gesloten is, leidt warmte-indringing vanuit de omgeving, met name via de thermische brug, snel tot de vorming van een luchtkamer vóór de klep. Nadat de klep is geopend, beginnen de stoom en vloeistof te bewegen. Omdat de gasstroom veel hoger is dan de vloeistofstroom, opent de stoom in de klep zich niet volledig direct na het ontluchten, wat resulteert in een snelle drukdaling. De vloeistof wordt door het drukverschil naar voren gedreven. Wanneer de vloeistof de klep nadert, maar deze nog niet volledig heeft geopend, ontstaat er een remmende werking. Op dat moment treedt er waterpercussie op, wat een sterke dynamische belasting veroorzaakt.

De meest effectieve manier om de dynamische belasting die ontstaat door het instabiele proces van het openen van de klep te elimineren of te verminderen, is door de werkdruk in de overgangsfase te verlagen, waardoor de vulsnelheid van de gaskamer afneemt. Daarnaast dragen het gebruik van zeer nauwkeurig regelbare kleppen, het veranderen van de richting van het leidinggedeelte en het aanleggen van een speciale bypassleiding met een kleine diameter (om de gaskamer te verkleinen) bij aan de vermindering van de dynamische belasting. In het bijzonder moet worden opgemerkt dat, in tegenstelling tot de vermindering van de dynamische belasting bij het vullen van een blinde aftakking door de diameter van die blinde aftakking te vergroten, het vergroten van de diameter van de hoofdleiding bij het instabiele proces van het openen van de klep gelijk staat aan het verlagen van de uniforme leidingweerstand. Dit verhoogt de stroomsnelheid van de gevulde luchtkamer en daarmee de waterinslagwaarde.

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.