Introduçãoprodução

Com o desenvolvimento da tecnologia criogênica, os produtos líquidos criogênicos têm desempenhado um papel importante em diversas áreas, como economia nacional, defesa nacional e pesquisa científica. A aplicação de líquidos criogênicos baseia-se no armazenamento e transporte eficazes e seguros de produtos líquidos criogênicos, e a transmissão de líquidos criogênicos por dutos percorre todo o processo de armazenamento e transporte. Portanto, é muito importante garantir a segurança e a eficiência da transmissão de líquidos criogênicos por dutos. Para a transmissão de líquidos criogênicos, é necessário repor o gás na tubulação antes da transmissão, caso contrário, pode ocorrer falha operacional. O processo de pré-resfriamento é um elo inevitável no processo de transporte de produtos líquidos criogênicos. Esse processo causará forte choque de pressão e outros efeitos negativos na tubulação. Além disso, o fenômeno de gêiseres na tubulação vertical e os fenômenos instáveis ​​da operação do sistema, como o enchimento de tubos de derivação cegos, o enchimento após a drenagem de intervalo e o enchimento da câmara de ar após a abertura da válvula, causarão diferentes graus de efeitos adversos no equipamento e na tubulação. Diante disso, este artigo analisa em profundidade os problemas mencionados e espera encontrar a solução por meio dessa análise.

Deslocamento de gás na linha antes da transmissão

Com o desenvolvimento da tecnologia criogênica, os produtos líquidos criogênicos têm desempenhado um papel importante em diversas áreas, como economia nacional, defesa nacional e pesquisa científica. A aplicação de líquidos criogênicos baseia-se no armazenamento e transporte eficazes e seguros de produtos líquidos criogênicos, e a transmissão de líquidos criogênicos por dutos percorre todo o processo de armazenamento e transporte. Portanto, é muito importante garantir a segurança e a eficiência da transmissão de líquidos criogênicos por dutos. Para a transmissão de líquidos criogênicos, é necessário repor o gás na tubulação antes da transmissão, caso contrário, pode ocorrer falha operacional. O processo de pré-resfriamento é um elo inevitável no processo de transporte de produtos líquidos criogênicos. Esse processo causará forte choque de pressão e outros efeitos negativos na tubulação. Além disso, o fenômeno de gêiseres na tubulação vertical e os fenômenos instáveis ​​da operação do sistema, como o enchimento de tubos de derivação cegos, o enchimento após a drenagem de intervalo e o enchimento da câmara de ar após a abertura da válvula, causarão diferentes graus de efeitos adversos no equipamento e na tubulação. Diante disso, este artigo analisa em profundidade os problemas mencionados e espera encontrar a solução por meio dessa análise.

O processo de pré-resfriamento do gasoduto

Em todo o processo de transmissão de líquido criogênico por dutos, antes de estabelecer um estado de transmissão estável, haverá um processo de pré-resfriamento e aquecimento do sistema de tubulação e do equipamento receptor, ou seja, o processo de pré-resfriamento. Nesse processo, o duto e o equipamento receptor devem suportar tensões de retração e pressão de impacto consideráveis, por isso devem ser controlados.

Vamos começar com uma análise do processo.

Todo o processo de pré-resfriamento começa com um processo de vaporização violento, e então surge um fluxo bifásico. Finalmente, o fluxo monofásico surge após o sistema estar completamente resfriado. No início do processo de pré-resfriamento, a temperatura da parede excede claramente a temperatura de saturação do líquido criogênico, e até mesmo excede a temperatura limite superior do líquido criogênico — a temperatura final de superaquecimento. Devido à transferência de calor, o líquido próximo à parede do tubo é aquecido e vaporizado instantaneamente para formar uma película de vapor, que envolve completamente a parede do tubo, ou seja, ocorre a ebulição da película. Posteriormente, com o processo de pré-resfriamento, a temperatura da parede do tubo cai gradualmente abaixo da temperatura limite de superaquecimento, e então são formadas condições favoráveis ​​para ebulição de transição e ebulição de bolhas. Grandes flutuações de pressão ocorrem durante este processo. Quando o pré-resfriamento é realizado até um determinado estágio, a capacidade calorífica da tubulação e a invasão de calor do ambiente não aquecem o líquido criogênico até a temperatura de saturação, e o estado de fluxo monofásico surge.

No processo de vaporização intensa, ocorrerão flutuações drásticas de fluxo e pressão. Em todo o processo de flutuações de pressão, a pressão máxima formada pela primeira vez após o líquido criogênico entrar diretamente na tubulação quente é a amplitude máxima em todo o processo de flutuação de pressão, e a onda de pressão pode verificar a capacidade de pressão do sistema. Portanto, geralmente, apenas a primeira onda de pressão é estudada.

Após a abertura da válvula, o líquido criogênico entra rapidamente na tubulação sob a ação da diferença de pressão, e a película de vapor gerada pela vaporização separa o líquido da parede da tubulação, formando um fluxo axial concêntrico. Como o coeficiente de resistência do vapor é muito pequeno, a vazão do líquido criogênico é muito grande. Com o avanço, a temperatura do líquido aumenta gradualmente devido à absorção de calor, resultando em aumento da pressão na tubulação e redução da velocidade de enchimento. Se a tubulação for longa o suficiente, a temperatura do líquido deve atingir a saturação em algum ponto, momento em que o líquido para de avançar. O calor da parede da tubulação para o líquido criogênico é totalmente utilizado para a evaporação. Nesse momento, a velocidade de evaporação aumenta bastante e a pressão na tubulação também aumenta, podendo atingir de 1,5 a 2 vezes a pressão de entrada. Sob a ação da diferença de pressão, parte do líquido será conduzida de volta ao tanque de armazenamento de líquido criogênico, resultando em uma menor velocidade de geração de vapor. Como parte do vapor gerado pela descarga da saída da tubulação, a pressão na tubulação cai. Após um período de tempo, a tubulação restabelecerá o líquido nas condições de diferença de pressão, e o fenômeno se repetirá. No entanto, no processo subsequente, como há uma certa pressão e parte do líquido na tubulação, o aumento de pressão causado pelo novo líquido é pequeno, portanto, o pico de pressão será menor que o primeiro pico.

Durante todo o processo de pré-resfriamento, o sistema não só precisa suportar um grande impacto de onda de pressão, como também uma grande tensão de retração devido ao frio. A ação combinada dos dois pode causar danos estruturais ao sistema, portanto, medidas necessárias devem ser tomadas para controlá-los.

Como a vazão de pré-resfriamento afeta diretamente o processo de pré-resfriamento e a magnitude da tensão de retração a frio, o processo de pré-resfriamento pode ser controlado por meio do controle da vazão de pré-resfriamento. O princípio razoável de seleção da vazão de pré-resfriamento é reduzir o tempo de pré-resfriamento utilizando uma vazão de pré-resfriamento maior, com base na premissa de garantir que a flutuação de pressão e a tensão de retração a frio não excedam a faixa permitida para equipamentos e tubulações. Se a vazão de pré-resfriamento for muito baixa, o desempenho do isolamento da tubulação não será bom para a tubulação, podendo nunca atingir o estado de resfriamento.

No processo de pré-resfriamento, devido à ocorrência de fluxo bifásico, é impossível medir a vazão real com um medidor de vazão comum, portanto, ele não pode ser usado para orientar o controle da vazão de pré-resfriamento. No entanto, podemos avaliar indiretamente o tamanho do fluxo monitorando a contrapressão do recipiente receptor. Sob certas condições, a relação entre a contrapressão do recipiente receptor e o fluxo de pré-resfriamento pode ser determinada por método analítico. Quando o processo de pré-resfriamento progride para o estado de fluxo monofásico, a vazão real medida pelo medidor de vazão pode ser usada para orientar o controle do fluxo de pré-resfriamento. Este método é frequentemente usado para controlar o enchimento de propelente líquido criogênico para foguetes.

A variação da contrapressão do vaso receptor corresponde ao processo de pré-resfriamento da seguinte forma, que pode ser usado para avaliar qualitativamente a fase de pré-resfriamento: quando a capacidade de exaustão do vaso receptor é constante, a contrapressão aumenta rapidamente devido à vaporização violenta do líquido criogênico inicialmente, e depois diminui gradualmente com a diminuição da temperatura do vaso receptor e da tubulação. Nesse momento, a capacidade de pré-resfriamento aumenta.

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Equipamento Criogênico HL

Fundada em 1992, a HL Cryogenic Equipment é uma marca afiliada à HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. A HL Cryogenic Equipment dedica-se ao projeto e à fabricação de sistemas de tubulação criogênica com isolamento de alto vácuo e equipamentos de suporte relacionados, para atender às diversas necessidades dos clientes. Os tubos e mangueiras flexíveis com isolamento a vácuo são fabricados em materiais isolantes especiais de alto vácuo e multicamadas, e passam por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos, incluindo o tratamento de alto vácuo, sendo utilizados para a transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido, argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, gás etileno liquefeito (LEG) e gás natural liquefeito (GNL).

A série de produtos de tubos com camisa a vácuo, mangueiras com camisa a vácuo, válvulas com camisa a vácuo e separadores de fases da HL Cryogenic Equipment Company, que passaram por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos, são usados ​​para transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido, argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, LEG e GNL, e esses produtos são usados ​​em equipamentos criogênicos (por exemplo, tanques criogênicos, tanques dewar e caixas frias etc.) em indústrias de separação de ar, gases, aviação, eletrônicos, supercondutores, chips, montagem de automação, alimentos e bebidas, farmácia, hospital, biobanco, borracha, fabricação de novos materiais, engenharia química, ferro e aço e pesquisa científica etc.