Um processo instável na transmissão

No processo de transmissão de líquido criogênico por dutos, as propriedades especiais e a operação do processo do líquido criogênico causarão uma série de processos instáveis ​​diferentes daqueles do fluido em temperatura normal no estado de transição antes do estabelecimento do estado estável. O processo instável também traz grande impacto dinâmico ao equipamento, o que pode causar danos estruturais. Por exemplo, o sistema de enchimento de oxigênio líquido do foguete de transporte Saturn V, nos Estados Unidos, causou a ruptura da linha de infusão devido ao impacto do processo instável quando a válvula foi aberta. Além disso, o processo instável causou danos a outros equipamentos auxiliares (como válvulas, foles, etc.) é mais comum. O processo instável no processo de transmissão de líquido criogênico por dutos inclui principalmente o enchimento do tubo de derivação cego, o enchimento após a descarga intermitente de líquido no tubo de drenagem e o processo instável ao abrir a válvula que formou a câmara de ar na frente. O que esses processos instáveis ​​têm em comum é que sua essência é o enchimento da cavidade de vapor com líquido criogênico, o que leva a uma intensa transferência de calor e massa na interface bifásica, resultando em flutuações bruscas dos parâmetros do sistema. Como o processo de enchimento após a descarga intermitente de líquido do tubo de drenagem é semelhante ao processo instável ao abrir a válvula que formou a câmara de ar na frente, a seguir, analisa-se apenas o processo instável quando o tubo de derivação cego é preenchido e quando a válvula aberta é aberta.

O processo instável de enchimento de tubos de derivação cega

Para fins de segurança e controle do sistema, além da tubulação principal de transporte, devem ser instalados tubos auxiliares de derivação no sistema de tubulação. Além disso, válvulas de segurança, válvulas de descarga e outras válvulas no sistema introduzirão tubos de derivação correspondentes. Quando essas ramificações não estiverem funcionando, ramificações cegas são formadas para o sistema de tubulação. A invasão térmica da tubulação pelo ambiente circundante inevitavelmente levará à existência de cavidades de vapor no tubo cego (em alguns casos, as cavidades de vapor são especialmente utilizadas para reduzir a invasão de calor do líquido criogênico do mundo externo). No estado de transição, a pressão na tubulação aumentará devido ao ajuste da válvula e outros motivos. Sob a ação da diferença de pressão, o líquido encherá a câmara de vapor. Se, durante o processo de enchimento da câmara de gás, o vapor gerado pela vaporização do líquido criogênico devido ao calor não for suficiente para reverter o líquido, o líquido sempre encherá a câmara de gás. Finalmente, após o enchimento da cavidade de ar, uma condição de frenagem rápida é formada na vedação do tubo cego, o que leva a uma forte pressão próxima à vedação.

O processo de enchimento do tubo cego é dividido em três etapas. Na primeira etapa, o líquido é impulsionado para atingir a velocidade máxima de enchimento sob a ação da diferença de pressão até que a pressão se equilibre. Na segunda etapa, devido à inércia, o líquido continua a se encher. Nesse momento, a diferença de pressão reversa (a pressão na câmara de gás aumenta com o processo de enchimento) desacelera o fluido. A terceira etapa é a frenagem rápida, na qual o impacto da pressão é maior.

A redução da velocidade de enchimento e do tamanho da cavidade de ar pode ser usada para eliminar ou limitar a carga dinâmica gerada durante o enchimento do tubo de derivação cega. Para sistemas de tubulação longa, a fonte do fluxo de líquido pode ser ajustada suavemente com antecedência para reduzir a velocidade do fluxo, e a válvula pode permanecer fechada por um longo período.

Em termos de estrutura, podemos usar diferentes peças de guia para melhorar a circulação de líquido no tubo de derivação cega, reduzir o tamanho da cavidade de ar, introduzir resistência local na entrada do tubo de derivação cega ou aumentar o diâmetro do tubo de derivação cega para reduzir a velocidade de enchimento. Além disso, o comprimento e a posição de instalação do tubo braille terão um impacto no choque de água secundário, portanto, deve-se prestar atenção ao projeto e ao layout. A razão pela qual o aumento do diâmetro do tubo reduzirá a carga dinâmica pode ser explicada qualitativamente da seguinte forma: para o enchimento do tubo de derivação cega, o fluxo do tubo de derivação é limitado pelo fluxo do tubo principal, que pode ser assumido como um valor fixo durante a análise qualitativa. Aumentar o diâmetro do tubo de derivação é equivalente a aumentar a área da seção transversal, que é equivalente a reduzir a velocidade de enchimento, levando assim à redução da carga.

O Processo Instável de Abertura de Válvulas

Quando a válvula é fechada, a intrusão de calor do ambiente, especialmente através da ponte térmica, leva rapidamente à formação de uma câmara de ar na frente da válvula. Após a abertura da válvula, o vapor e o líquido começam a se mover, pois a vazão do gás é muito maior que a do líquido. O vapor na válvula não é totalmente aberto logo após a evacuação, resultando em uma rápida queda de pressão. O líquido é impulsionado para frente sob a ação da diferença de pressão. Quando o líquido se fecha e a válvula não está totalmente aberta, forma-se uma condição de frenagem. Nesse momento, ocorre a percussão da água, produzindo uma forte carga dinâmica.

A maneira mais eficaz de eliminar ou reduzir a carga dinâmica gerada pelo processo instável de abertura da válvula é reduzir a pressão de trabalho no estado de transição, de modo a reduzir a velocidade de enchimento da câmara de gás. Além disso, o uso de válvulas altamente controláveis, a mudança da direção da seção do tubo e a introdução de uma tubulação de desvio especial de pequeno diâmetro (para reduzir o tamanho da câmara de gás) terão um efeito na redução da carga dinâmica. Em particular, deve-se notar que, diferentemente da redução da carga dinâmica quando o tubo de derivação cego é preenchido pelo aumento do diâmetro do tubo de derivação cego, para o processo instável quando a válvula é aberta, aumentar o diâmetro do tubo principal é equivalente a reduzir a resistência uniforme do tubo, o que aumentará a vazão da câmara de ar preenchida, aumentando assim o valor de impacto da água.

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.