Nestabilan proces u prijenosu

U procesu prijenosa kriogene tekućine cjevovodom, posebna svojstva i procesni rad kriogene tekućine uzrokovat će niz nestabilnih procesa koji se razlikuju od procesa fluida normalne temperature u prijelaznom stanju prije uspostavljanja stabilnog stanja. Nestabilni proces također donosi veliki dinamički utjecaj na opremu, što može uzrokovati strukturna oštećenja. Na primjer, sustav punjenja tekućim kisikom transportne rakete Saturn V u Sjedinjenim Državama jednom je uzrokovao puknuće infuzijske cijevi zbog utjecaja nestabilnog procesa prilikom otvaranja ventila. Osim toga, nestabilni proces je češći uzrok oštećenja druge pomoćne opreme (poput ventila, mijeha itd.). Nestabilni procesi u procesu prijenosa kriogene tekućine cjevovodom uglavnom uključuju punjenje slijepe cijevi, punjenje nakon povremenog ispuštanja tekućine u odvodnu cijev i nestabilan proces prilikom otvaranja ventila koji je formirao zračnu komoru sprijeda. Ono što je zajedničko ovim nestabilnim procesima jest da je njihova bit punjenje parne šupljine kriogenom tekućinom, što dovodi do intenzivnog prijenosa topline i mase na dvofaznom graničnom području, što rezultira naglim fluktuacijama parametara sustava. Budući da je proces punjenja nakon povremenog ispuštanja tekućine iz odvodne cijevi sličan nestabilnom procesu pri otvaranju ventila koji je formirao zračnu komoru sprijeda, u nastavku se analizira nestabilni proces samo kada je slijepa grana cijevi napunjena i kada je otvoreni ventil.

Nestabilan proces punjenja slijepih cijevi

Radi sigurnosti i upravljanja sustavom, uz glavnu transportnu cijev, u cjevovodni sustav treba postaviti i neke pomoćne ogranke cijevi. Osim toga, sigurnosni ventil, ispusni ventil i drugi ventili u sustavu uvodit će odgovarajuće ogranke cijevi. Kada te ogranke ne rade, za cjevovodni sustav formiraju se slijepe ogranke. Toplinska invazija okolnog okoliša u cjevovod neizbježno će dovesti do postojanja parnih šupljina u slijepoj cijevi (u nekim slučajevima, parne šupljine se posebno koriste za smanjenje toplinske invazije kriogene tekućine iz vanjskog svijeta). U prijelaznom stanju, tlak u cjevovodu će porasti zbog podešavanja ventila i drugih razloga. Pod djelovanjem razlike tlaka, tekućina će ispuniti parnu komoru. Ako tijekom procesa punjenja plinske komore para stvorena isparavanjem kriogene tekućine zbog topline nije dovoljna za obrnuti pogon tekućine, tekućina će uvijek ispuniti plinsku komoru. Konačno, nakon punjenja zračne šupljine, na brtvi slijepe cijevi stvara se stanje brzog kočenja, što dovodi do naglog tlaka u blizini brtve.

Proces punjenja slijepe cijevi podijeljen je u tri faze. U prvoj fazi, tekućina se pod djelovanjem razlike tlaka pomiče do maksimalne brzine punjenja sve dok se tlak ne izjednači. U drugoj fazi, zbog inercije, tekućina se nastavlja puniti prema naprijed. U ovom trenutku, obrnuta razlika tlaka (tlak u plinskoj komori raste s procesom punjenja) usporit će tekućinu. Treća faza je faza brzog kočenja, u kojoj je utjecaj tlaka najveći.

Smanjenje brzine punjenja i smanjenje veličine zračne šupljine može se koristiti za uklanjanje ili ograničavanje dinamičkog opterećenja nastalog tijekom punjenja slijepe grane cijevi. Za dugi cjevovodni sustav, izvor protoka tekućine može se glatko podesiti unaprijed kako bi se smanjila brzina protoka, a ventil se zatvara dulje vrijeme.

Što se tiče strukture, možemo koristiti različite vodeće dijelove za poboljšanje cirkulacije tekućine u slijepoj ogranku cijevi, smanjenje veličine zračne šupljine, uvođenje lokalnog otpora na ulazu u slijepu ogranku cijevi ili povećanje promjera slijepe ogranke cijevi kako bismo smanjili brzinu punjenja. Osim toga, duljina i položaj ugradnje cijevi za Brailleovo pismo utjecat će na sekundarni vodeni udar, stoga treba obratiti pozornost na dizajn i raspored. Razlog zašto povećanje promjera cijevi smanjuje dinamičko opterećenje može se kvalitativno objasniti na sljedeći način: za punjenje slijepe ogranke cijevi, protok ogranka cijevi ograničen je protokom glavne cijevi, što se može pretpostaviti kao fiksna vrijednost tijekom kvalitativne analize. Povećanje promjera ogranka cijevi ekvivalentno je povećanju površine poprečnog presjeka, što je ekvivalentno smanjenju brzine punjenja, što dovodi do smanjenja opterećenja.

Nestabilan proces otvaranja ventila

Kada je ventil zatvoren, prodor topline iz okoline, posebno kroz toplinski most, brzo dovodi do stvaranja zračne komore ispred ventila. Nakon otvaranja ventila, para i tekućina počinju se kretati, jer je brzina protoka plina mnogo veća od brzine protoka tekućine, para u ventilu se ne otvara u potpunosti ubrzo nakon evakuacije, što rezultira brzim padom tlaka, tekućina se pomiče naprijed pod djelovanjem razlike tlaka, a kada tekućina zatvori ventil, a ventil se ne otvori u potpunosti, stvorit će se uvjeti kočenja. U tom trenutku dolazi do udara vode, što stvara snažno dinamičko opterećenje.

Najučinkovitiji način uklanjanja ili smanjenja dinamičkog opterećenja generiranog nestabilnim procesom otvaranja ventila je smanjenje radnog tlaka u prijelaznom stanju, kako bi se smanjila brzina punjenja plinske komore. Osim toga, korištenje visoko upravljivih ventila, promjena smjera dijela cijevi i uvođenje posebnog obilaznog cjevovoda malog promjera (za smanjenje veličine plinske komore) utjecat će na smanjenje dinamičkog opterećenja. Posebno treba napomenuti da se, za razliku od smanjenja dinamičkog opterećenja kada se slijepa grana cijevi puni povećanjem promjera slijepe grane cijevi, za nestabilan proces kada se ventil otvara, povećanje promjera glavne cijevi ekvivalentno je smanjenju jednoličnog otpora cijevi, što će povećati brzinu protoka napunjene zračne komore, a time i vrijednost udara vode.

HL kriogena oprema

HL Cryogenic Equipment, osnovan 1992. godine, robna je marka povezana s HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment posvećen je dizajnu i proizvodnji visokovakuumski izoliranih kriogenih cjevovodnih sustava i povezane prateće opreme kako bi zadovoljio različite potrebe kupaca. Vakuumski izolirane cijevi i fleksibilna crijeva izrađeni su od visokovakuumskih i višeslojnih višeslojnih specijalnih izoliranih materijala te prolaze kroz niz izuzetno strogih tehničkih obrada i visokovakuumske obrade, koja se koristi za prijenos tekućeg kisika, tekućeg dušika, tekućeg argona, tekućeg vodika, tekućeg helija, ukapljenog etilena (LEG) i ukapljenog prirodnog plina (LNG).

Serija proizvoda vakuumski obloženih cijevi, vakuumski obloženih crijeva, vakuumski obloženih ventila i faznih separatora tvrtke HL Cryogenic Equipment Company, koja je prošla niz izuzetno strogih tehničkih obrada, koristi se za prijenos tekućeg kisika, tekućeg dušika, tekućeg argona, tekućeg vodika, tekućeg helija, LEG-a i LNG-a, a ovi se proizvodi servisiraju za kriogenu opremu (npr. kriogene spremnike, Dewarove posude i hladne kutije itd.) u industrijama odvajanja zraka, plinova, zrakoplovstva, elektronike, supravodiča, čipova, automatizacije, prehrambene i pićarske industrije, farmacije, bolnica, biobanki, gume, proizvodnje novih materijala, kemijskog inženjerstva, željeza i čelika te znanstvenih istraživanja itd.