Sissejuhatusinduktsioon

Krüogeense tehnoloogia arenguga on krüogeensed vedelad tooted mänginud olulist rolli paljudes valdkondades, näiteks rahvamajanduses, riigikaitses ja teadusuuringutes. Krüogeensete vedelike kasutamine põhineb krüogeensete vedelate toodete tõhusal ja ohutul ladustamisel ja transportimisel ning krüogeensete vedelike torujuhtmeülekanne hõlmab kogu ladustamis- ja transpordiprotsessi. Seetõttu on väga oluline tagada krüogeensete vedelike torujuhtme ülekande ohutus ja efektiivsus. Krüogeensete vedelike edastamiseks on vaja enne ülekannet torujuhtmes olev gaas asendada, vastasel juhul võib see põhjustada töökatkestusi. Eeljahutusprotsess on krüogeensete vedelate toodete transportimise protsessis vältimatu lüli. See protsess toob torujuhtmele kaasa tugeva rõhulöögi ja muid negatiivseid mõjusid. Lisaks avaldavad vertikaalse torujuhtme geisri nähtus ja süsteemi töö ebastabiilsus, nagu näiteks pimedate harutorude täitumine, täitumine pärast intervalltühjendust ja õhukambri täitumine pärast klapi avamist, seadmetele ja torujuhtmele erineval määral kahjulikku mõju. Seda silmas pidades analüüsib see artikkel ülaltoodud probleeme põhjalikult ja loodab analüüsi abil leida lahenduse.

Gaasi nihkumine torus enne ülekannet

Krüogeense tehnoloogia arenguga on krüogeensed vedelad tooted mänginud olulist rolli paljudes valdkondades, näiteks rahvamajanduses, riigikaitses ja teadusuuringutes. Krüogeensete vedelike kasutamine põhineb krüogeensete vedelate toodete tõhusal ja ohutul ladustamisel ja transportimisel ning krüogeensete vedelike torujuhtmeülekanne hõlmab kogu ladustamis- ja transpordiprotsessi. Seetõttu on väga oluline tagada krüogeensete vedelike torujuhtme ülekande ohutus ja efektiivsus. Krüogeensete vedelike edastamiseks on vaja enne ülekannet torujuhtmes olev gaas asendada, vastasel juhul võib see põhjustada töökatkestusi. Eeljahutusprotsess on krüogeensete vedelate toodete transportimise protsessis vältimatu lüli. See protsess toob torujuhtmele kaasa tugeva rõhulöögi ja muid negatiivseid mõjusid. Lisaks avaldavad vertikaalse torujuhtme geisri nähtus ja süsteemi töö ebastabiilsus, nagu näiteks pimedate harutorude täitumine, täitumine pärast intervalltühjendust ja õhukambri täitumine pärast klapi avamist, seadmetele ja torujuhtmele erineval määral kahjulikku mõju. Seda silmas pidades analüüsib see artikkel ülaltoodud probleeme põhjalikult ja loodab analüüsi abil leida lahenduse.

Torujuhtme eeljahutusprotsess

Krüogeense vedeliku torujuhtme ülekandeprotsessi käigus toimub enne stabiilse ülekandeseisundi saavutamist eeljahutus ja kuumutus torustikusüsteemi ning vastuvõtuseadmete protsess ehk eeljahutusprotsess. Selle protsessi käigus peavad torujuhe ja vastuvõtuseadmed taluma märkimisväärset kokkutõmbumispinget ja löögirõhku, seega tuleks neid kontrollida.

Alustame protsessi analüüsiga.

Kogu eeljahutusprotsess algab ägeda aurustumisega ja seejärel tekib kahefaasiline vool. Lõpuks, pärast süsteemi täielikku jahtumist, tekib ühefaasiline vool. Eeljahutusprotsessi alguses ületab seina temperatuur selgelt krüogeense vedeliku küllastustemperatuuri ja isegi krüogeense vedeliku ülemise piirtemperatuuri – lõpliku ülekuumenemistemperatuuri. Soojusülekande tõttu kuumeneb toru seina lähedal olev vedelik ja aurustub hetkega, moodustades aurufilmi, mis ümbritseb toru seina täielikult, st toimub filmkeemine. Seejärel langeb toru seina temperatuur eeljahutusprotsessi käigus järk-järgult alla ülekuumenemise piirtemperatuuri ja tekivad soodsad tingimused üleminekukeemiseks ja mullikeemiseks. Selle protsessi käigus tekivad suured rõhukõikumised. Kui eeljahutus viiakse läbi teatud staadiumini, ei kuumuta torujuhtme soojusmahtuvus ja keskkonna soojuse sissetung krüogeenset vedelikku enam küllastustemperatuurini ning tekib ühefaasilise voolu olek.

Intensiivse aurustamise käigus tekivad dramaatilised voolu ja rõhu kõikumised. Kogu rõhu kõikumise protsessis on maksimaalne rõhk, mis tekib esimest korda pärast krüogeense vedeliku otsest sisenemist kuuma torusse, kogu rõhu kõikumise protsessi maksimaalse amplituudiga ning rõhulaine abil saab kontrollida süsteemi rõhutaluvust. Seetõttu uuritakse üldiselt ainult esimest rõhulainet.

Pärast klapi avamist siseneb krüogeenne vedelik rõhu diferentsi mõjul kiiresti torustikku ja aurustumisel tekkiv aurukiht eraldab vedeliku toru seinast, moodustades kontsentrilise aksiaalvoolu. Kuna auru takistustegur on väga väike, on krüogeense vedeliku voolukiirus väga suur. Edasiliikumisega tõuseb vedeliku temperatuur soojuse neeldumise tõttu järk-järgult, vastavalt sellele suureneb torustiku rõhk ja täitumiskiirus aeglustub. Kui toru on piisavalt pikk, peab vedeliku temperatuur mingil hetkel saavutama küllastuse, mille järel vedeliku edasiliikumine peatub. Toru seinast krüogeensesse vedelikku eralduv soojus kasutatakse kogu aurustumiseks. Sel ajal suureneb aurustumiskiirus oluliselt ja rõhk torustikus suureneb, ulatudes 1,5–2 korda sisselaskerõhust. Rõhu erinevuse mõjul juhitakse osa vedelikust tagasi krüogeense vedeliku mahutisse, mille tulemusel auru tekkimise kiirus väheneb ja kuna osa toru väljalaskeava kaudu tekkivast aurust langeb, taastab torujuhtme vedelik teatud aja möödudes rõhu erinevuse olekusse ja nähtus kordub. Järgmises protsessis on aga teatud rõhk ja osa vedelikust torus väike, mistõttu on uue vedeliku põhjustatud rõhutõus väike, mistõttu on rõhutipp väiksem kui esimene tipp.

Kogu eeljahutamise protsessi käigus peab süsteem taluma mitte ainult suurt rõhulaine lööki, vaid ka külmast tingitud suurt kokkutõmbumispinget. Nende kahe koosmõju võib süsteemile põhjustada konstruktsioonikahjustusi, seega tuleks võtta vajalikke meetmeid selle kontrollimiseks.

Kuna eeljahutuse voolukiirus mõjutab otseselt eeljahutuse protsessi ja külmakahanemise pinge suurust, saab eeljahutuse protsessi reguleerida eeljahutuse voolukiiruse reguleerimise abil. Eeljahutuse voolukiiruse mõistliku valiku põhimõte on lühendada eeljahutuse aega, kasutades suuremat eeljahutuse voolukiirust, tagades, et rõhukõikumine ja külmakahanemise pinge ei ületaks seadmete ja torujuhtmete lubatud vahemikku. Kui eeljahutuse voolukiirus on liiga väike, ei ole torujuhtme isolatsiooniomadused head ja torujuhe ei pruugi kunagi jahutusseisundisse jõuda.

Eeljahutuse protsessis on kahefaasilise voolu esinemise tõttu võimatu tegelikku voolukiirust tavalise voolumõõturiga mõõta, seega ei saa seda kasutada eeljahutuse voolukiiruse juhtimiseks. Kuid me saame voolu suurust kaudselt hinnata, jälgides vastuvõtuanuma vasturõhku. Teatud tingimustel saab analüütilise meetodi abil määrata vastuvõtuanuma vasturõhu ja eeljahutuse voolu vahelist seost. Kui eeljahutusprotsess liigub ühefaasilise voolu olekusse, saab voolumõõturiga mõõdetud tegelikku voolu kasutada eeljahutuse voolu juhtimiseks. Seda meetodit kasutatakse sageli raketi krüogeense vedelkütuse täitmise juhtimiseks.

Vastuvõtva anuma vasturõhu muutus vastab eeljahutusprotsessile järgmiselt, mida saab kasutada eeljahutuse etapi kvalitatiivseks hindamiseks: kui vastuvõtva anuma väljalaskevõimsus on konstantne, suureneb vasturõhk krüogeense vedeliku ägeda aurustumise tõttu kiiresti ja seejärel langeb järk-järgult vastuvõtva anuma ja torujuhtme temperatuuri langedes. Sel ajal eeljahutusvõimsus suureneb.

Teiste küsimustega saate tutvuda järgmises artiklis!

HL krüogeensed seadmed

HL Cryogenic Equipment asutati 1992. aastal ja on HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd.-ga seotud kaubamärk. HL Cryogenic Equipment on pühendunud kõrgvaakumisolatsiooniga krüogeensete torustike ja nendega seotud tugiseadmete projekteerimisele ja tootmisele, et rahuldada klientide erinevaid vajadusi. Vaakumisolatsiooniga torud ja painduvad voolikud on valmistatud kõrgvaakumis ja mitmekihilistest mitmesõelalistest spetsiaalsetest isoleeritud materjalidest ning läbivad rea äärmiselt rangeid tehnilisi töötlusi ja kõrgvaakumtöötlust, mida kasutatakse vedela hapniku, vedela lämmastiku, vedela argooni, vedela vesiniku, vedela heeliumi, veeldatud etüleengaasi (LEG) ja veeldatud maagaasi (LNG) ülekandmiseks.

HL Cryogenic Equipment Company vaakumkestaga torude, vaakumkestaga voolikute, vaakumkestaga ventiilide ja faasieraldajate tooteseeria, mis on läbinud rea äärmiselt rangeid tehnilisi töötlusi, on mõeldud vedela hapniku, vedela lämmastiku, vedela argooni, vedela vesiniku, vedela heeliumi, vedela gaasi (LEG) ja veeldatud maagaasi (LNG) ülekandmiseks ning neid tooteid hooldatakse krüogeensetes seadmetes (nt krüogeensed mahutid, dewar-anumad ja külmkastid jne) õhueralduse, gaaside, lennunduse, elektroonika, ülijuhtide, kiipide, automaatika montaaži, toidu- ja joogitööstuse, apteegi, haiglate, biopankade, kummi, uute materjalide tootmise, keemiatehnika, raua- ja terasetööstuse ning teadusuuringute jms tööstusharudes.