הקדמהייצור

עם התפתחות הטכנולוגיה הקריוגנית, מוצרים נוזליים קריוגניים מילאו תפקיד חשוב בתחומים רבים כמו הכלכלה הלאומית, ההגנה הלאומית והמחקר המדעי. השימוש בנוזל קריוגני מבוסס על אחסון והובלה יעילים ובטוחים של מוצרים נוזליים קריוגניים, והובלת נוזלים קריוגניים בצנרת עוברת לאורך כל תהליך האחסון וההובלה. לכן, חשוב מאוד להבטיח את הבטיחות והיעילות של הובלת נוזלים קריוגניים בצנרת. עבור הובלת נוזלים קריוגניים, יש צורך להחליף את הגז בצנרת לפני ההובלה, אחרת הדבר עלול לגרום לכשל תפעולי. תהליך הקירור המוקדם הוא חוליה בלתי נמנעת בתהליך הובלת מוצרים נוזליים קריוגניים. תהליך זה יביא להלם לחץ חזק והשפעות שליליות אחרות על הצינור. בנוסף, תופעת הגייזר בצינור האנכי ותופעת חוסר היציבות של פעולת המערכת, כגון מילוי צינור הסתעפות עיוור, מילוי לאחר ניקוז מרווח ומילוי תא האוויר לאחר פתיחת השסתום, יביאו דרגות שונות של השפעות שליליות על הציוד והצינור. לאור זאת, מאמר זה עורך ניתוח מעמיק של הבעיות הנ"ל, ומקווה למצוא את הפתרון באמצעות הניתוח.

תזוזת גז בקו לפני ההולכה

עם התפתחות הטכנולוגיה הקריוגנית, מוצרים נוזליים קריוגניים מילאו תפקיד חשוב בתחומים רבים כמו הכלכלה הלאומית, ההגנה הלאומית והמחקר המדעי. השימוש בנוזל קריוגני מבוסס על אחסון והובלה יעילים ובטוחים של מוצרים נוזליים קריוגניים, והובלת נוזלים קריוגניים בצנרת עוברת לאורך כל תהליך האחסון וההובלה. לכן, חשוב מאוד להבטיח את הבטיחות והיעילות של הובלת נוזלים קריוגניים בצנרת. עבור הובלת נוזלים קריוגניים, יש צורך להחליף את הגז בצנרת לפני ההובלה, אחרת הדבר עלול לגרום לכשל תפעולי. תהליך הקירור המוקדם הוא חוליה בלתי נמנעת בתהליך הובלת מוצרים נוזליים קריוגניים. תהליך זה יביא להלם לחץ חזק והשפעות שליליות אחרות על הצינור. בנוסף, תופעת הגייזר בצינור האנכי ותופעת חוסר היציבות של פעולת המערכת, כגון מילוי צינור הסתעפות עיוור, מילוי לאחר ניקוז מרווח ומילוי תא האוויר לאחר פתיחת השסתום, יביאו דרגות שונות של השפעות שליליות על הציוד והצינור. לאור זאת, מאמר זה עורך ניתוח מעמיק של הבעיות הנ"ל, ומקווה למצוא את הפתרון באמצעות הניתוח.

תהליך הקירור המקדים של הצינור

בכל תהליך הולכת נוזלים קריוגניים, לפני יצירת מצב הולכה יציב, יתבצעו תהליכי קירור מקדים וחימום של מערכת הצנרת וציוד הקבלה, כלומר, תהליך קירור מקדים. בתהליך זה, הצינור וציוד הקבלה עומדים בפני לחץ התכווצות ולחץ פגיעה ניכרים, ולכן יש לשלוט בהם.

בואו נתחיל בניתוח של התהליך.

תהליך הקירור המוקדם כולו מתחיל בתהליך אידוי אלים, ולאחר מכן מופיעה זרימה דו-פאזית. לבסוף, מופיעה זרימה חד-פאזית לאחר שהמערכת מקוררת לחלוטין. בתחילת תהליך הקירור המוקדם, טמפרטורת הדופן עולה באופן ברור על טמפרטורת הרוויה של הנוזל הקריוגני, ואף עולה על טמפרטורת הגבול העליון של הנוזל הקריוגני - טמפרטורת התחממות יתר האולטימטיבית. עקב העברת חום, הנוזל ליד דופן הצינור מתחמם ומתאדה באופן מיידי ליצירת סרט אדים, המקיף לחלוטין את דופן הצינור, כלומר, מתרחשת הרתחת סרט. לאחר מכן, עם תהליך הקירור המוקדם, טמפרטורת דופן הצינור יורדת בהדרגה מתחת לטמפרטורת ההתחממות העל המגבילה, ואז נוצרים תנאים נוחים להרתחת מעבר והרתחת בועות. תנודות לחץ גדולות מתרחשות במהלך תהליך זה. כאשר הקירור המוקדם מתבצע עד לשלב מסוים, קיבולת החום של הצינור וחדירת החום של הסביבה לא יחממו את הנוזל הקריוגני לטמפרטורת הרוויה, ויופיע מצב של זרימה חד-פאזית.

בתהליך האידוי העז, ייווצרו תנודות דרמטיות בזרימה ובלחץ. בכל תהליך תנודות הלחץ, הלחץ המקסימלי שנוצר בפעם הראשונה לאחר שהנוזל הקריוגני נכנס ישירות לצינור החם הוא האמפליטודה המקסימלית בכל תהליך תנודות הלחץ, וגל הלחץ יכול לאמת את קיבולת הלחץ של המערכת. לכן, בדרך כלל נחקר רק גל הלחץ הראשון.

לאחר פתיחת השסתום, הנוזל הקריוגני נכנס במהירות לצינור תחת פעולת הפרש הלחצים, וסרט האדים שנוצר כתוצאה מאידוי מפריד את הנוזל מדופן הצינור ויוצר זרימה צירית קונצנטרית. מכיוון שמקדם ההתנגדות של האדים קטן מאוד, קצב הזרימה של הנוזל הקריוגני גדול מאוד. עם ההתקדמות קדימה, טמפרטורת הנוזל עולה בהדרגה עקב ספיגת חום, בהתאם לכך, לחץ הצינור עולה ומהירות המילוי מואטת. אם הצינור ארוך מספיק, טמפרטורת הנוזל חייבת להגיע לרוויה בשלב מסוים, ובנקודה זו הנוזל מפסיק להתקדם. החום מדופן הצינור אל הנוזל הקריוגני משמש כולו לאידוי, בשלב זה מהירות האידוי עולה מאוד, והלחץ בצינור עולה גם הוא, ויכול להגיע לפי 1.5 ~ 2 מלחץ הכניסה. תחת פעולת הפרש הלחצים, חלק מהנוזל יוזרם חזרה למיכל אחסון הנוזלים הקריוגניים, וכתוצאה מכך מהירות יצירת האדים קטנה יותר, ומכיוון שחלק מהאדים הנוצרים מיציאת הצינור יורדת לחץ הצינור, לאחר פרק זמן מסוים, הצינור יחזיר את הנוזל לתנאי הפרש הלחצים, התופעה תופיע שוב, ולכן תחזור על עצמה. עם זאת, בתהליך הבא, מכיוון שיש לחץ מסוים וחלק מהנוזל נמצא בצינור, עליית הלחץ הנגרמת על ידי הנוזל החדש קטנה, כך ששיא הלחץ יהיה קטן יותר מהשיא הראשון.

בכל תהליך הקירור המוקדם, המערכת לא רק צריכה לשאת פגיעת גל לחץ גדולה, אלא גם מאמץ התכווצות גדול עקב קור. הפעולה המשולבת של השניים עלולה לגרום נזק מבני למערכת, לכן יש לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט בכך.

מכיוון שקצב הזרימה של הקירור המוקדם משפיע ישירות על תהליך הקירור המוקדם ועל גודל מאמץ ההתכווצות הקור, ניתן לשלוט בתהליך הקירור המוקדם על ידי שליטה בקצב הזרימה של הקירור המוקדם. עקרון הבחירה הסביר של קצב הזרימה של הקירור המוקדם הוא לקצר את זמן הקירור המוקדם על ידי שימוש בקצב זרימה גדול יותר של הקירור המוקדם, מתוך הנחה שתנודות הלחץ ומאמץ ההתכווצות הקור לא יעלו על הטווח המותר של ציוד וצנרת. אם קצב הזרימה של הקירור המוקדם קטן מדי, ביצועי בידוד הצינור אינם טובים עבור הצינור, וייתכן שהוא לעולם לא יגיע למצב קירור.

בתהליך הקירור המוקדם, עקב התרחשות זרימה דו-פאזית, בלתי אפשרי למדוד את קצב הזרימה האמיתי בעזרת מד זרימה רגיל, ולכן לא ניתן להשתמש בו כדי להנחות את בקרת קצב הזרימה של הקירור המוקדם. אך ניתן לשפוט בעקיפין את גודל הזרימה על ידי ניטור לחץ הגב של כלי הקבלה. בתנאים מסוימים, ניתן לקבוע את הקשר בין לחץ הגב של כלי הקבלה לבין זרימת הקירור המוקדם באמצעות שיטה אנליטית. כאשר תהליך הקירור המוקדם מתקדם למצב זרימה חד-פאזי, ניתן להשתמש בזרימה בפועל הנמדדת על ידי מד הזרימה כדי להנחות את בקרת זרימת הקירור המוקדם. שיטה זו משמשת לעתים קרובות לשליטה על מילוי דלק נוזלי קריוגני עבור רקטות.

שינוי הלחץ האחורי של כלי הקבלה תואם לתהליך הקירור המוקדם כדלקמן, אשר ניתן להשתמש בו כדי להעריך באופן איכותי את שלב הקירור המוקדם: כאשר קיבולת הפליטה של ​​כלי הקבלה קבועה, לחץ הגב יגדל במהירות עקב אידוי אלים של הנוזל הקריוגני בהתחלה, ולאחר מכן יירד בהדרגה עם ירידת הטמפרטורה של כלי הקבלה והצינור. בשלב זה, קיבולת הקירור המוקדם עולה.

ממתינים לכתבה הבאה לשאלות נוספות!

ציוד קריוגני HL

חברת HL Cryogenic Equipment, שנוסדה בשנת 1992, היא מותג הקשור לחברת HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment מחויבת לתכנון וייצור של מערכות צנרת קריוגניות מבודדות בוואקום גבוה וציוד תומך נלווה כדי לענות על מגוון צרכים של לקוחות. הצינורות המבודדים בוואקום והצינורות הגמישים עשויים מחומרים מבודדים מיוחדים בעלי וואקום גבוה וממסכים מרובים, ועוברים סדרה של טיפולים טכניים מחמירים ביותר וטיפול בוואקום גבוה, המשמשים להעברת חמצן נוזלי, חנקן נוזלי, ארגון נוזלי, מימן נוזלי, הליום נוזלי, גז אתילן נוזלי LEG וגז טבעי נוזלי LNG.

סדרת המוצרים של צינורות במעיל ואקום, צינורות במעיל ואקום, שסתומים במעיל ואקום ומפרידי פאזות של חברת HL Cryogenic Equipment, שעברו סדרה של טיפולים טכניים מחמירים ביותר, משמשים להעברת חמצן נוזלי, חנקן נוזלי, ארגון נוזלי, מימן נוזלי, הליום נוזלי, LEG ו-LNG, ומוצרים אלה משמשים לציוד קריוגני (למשל, מיכלי קריוגניים, דיוארים וקופסאות קירור וכו') בתעשיות של הפרדת אוויר, גזים, תעופה, אלקטרוניקה, מוליכי-על, שבבים, הרכבת אוטומציה, מזון ומשקאות, בית מרקחת, בתי חולים, ביו-בנקים, גומי, ייצור חומרים חדשים, הנדסה כימית, ברזל ופלדה ומחקר מדעי וכו'.