Introduzioneproduzione

Con lo sviluppo della tecnologia criogenica, i prodotti liquidi criogenici hanno assunto un ruolo importante in molti settori, come l'economia nazionale, la difesa nazionale e la ricerca scientifica. L'applicazione dei liquidi criogenici si basa sull'efficace e sicuro stoccaggio e trasporto di tali prodotti, e la trasmissione tramite condotte è fondamentale per l'intero processo di stoccaggio e trasporto. Pertanto, è di vitale importanza garantire la sicurezza e l'efficienza della trasmissione dei liquidi criogenici tramite condotte. Per la trasmissione dei liquidi criogenici, è necessario sostituire il gas presente nella condotta prima del trasporto, altrimenti si potrebbero verificare guasti operativi. Il processo di preraffreddamento è una fase imprescindibile nel trasporto dei prodotti liquidi criogenici. Questo processo può causare forti shock di pressione e altri effetti negativi sulla condotta. Inoltre, il fenomeno del geyser nelle condotte verticali e l'instabilità del funzionamento del sistema, come il riempimento di diramazioni cieche, il riempimento dopo un intervallo di drenaggio e il riempimento della camera d'aria dopo l'apertura della valvola, possono causare danni di diversa entità alle apparecchiature e alla condotta. Alla luce di ciò, il presente documento analizza in dettaglio le problematiche sopra descritte, con l'obiettivo di individuare possibili soluzioni.

Spostamento del gas nella linea prima della trasmissione

Con lo sviluppo della tecnologia criogenica, i prodotti liquidi criogenici hanno assunto un ruolo importante in molti settori, come l'economia nazionale, la difesa nazionale e la ricerca scientifica. L'applicazione dei liquidi criogenici si basa sull'efficace e sicuro stoccaggio e trasporto di tali prodotti, e la trasmissione tramite condotte è fondamentale per l'intero processo di stoccaggio e trasporto. Pertanto, è di vitale importanza garantire la sicurezza e l'efficienza della trasmissione dei liquidi criogenici tramite condotte. Per la trasmissione dei liquidi criogenici, è necessario sostituire il gas presente nella condotta prima del trasporto, altrimenti si potrebbero verificare guasti operativi. Il processo di preraffreddamento è una fase imprescindibile nel trasporto dei prodotti liquidi criogenici. Questo processo può causare forti shock di pressione e altri effetti negativi sulla condotta. Inoltre, il fenomeno del geyser nelle condotte verticali e l'instabilità del funzionamento del sistema, come il riempimento di diramazioni cieche, il riempimento dopo un intervallo di drenaggio e il riempimento della camera d'aria dopo l'apertura della valvola, possono causare danni di diversa entità alle apparecchiature e alla condotta. Alla luce di ciò, il presente documento analizza in dettaglio le problematiche sopra descritte, con l'obiettivo di individuare possibili soluzioni.

Il processo di preraffreddamento della tubazione

Nell'intero processo di trasmissione di liquidi criogenici tramite condotte, prima di stabilire uno stato di trasmissione stabile, si verifica un processo di preraffreddamento e riscaldamento del sistema di tubazioni e delle apparecchiature di ricezione, ovvero il processo di preraffreddamento. In questo processo, le tubazioni e le apparecchiature di ricezione sono soggette a notevoli sollecitazioni di contrazione e pressioni d'urto, pertanto è necessario controllarle.

Iniziamo con un'analisi del processo.

L'intero processo di preraffreddamento inizia con un violento processo di vaporizzazione, seguito dalla comparsa di un flusso bifase. Infine, dopo il completo raffreddamento del sistema, si osserva un flusso monofase. All'inizio del processo di preraffreddamento, la temperatura della parete supera nettamente la temperatura di saturazione del liquido criogenico, arrivando persino a superare il limite superiore di temperatura del liquido criogenico, ovvero la temperatura di surriscaldamento massima. A causa del trasferimento di calore, il liquido in prossimità della parete del tubo si riscalda e vaporizza istantaneamente, formando una pellicola di vapore che avvolge completamente la parete del tubo, dando luogo all'ebollizione a film. Successivamente, con il preraffreddamento, la temperatura della parete del tubo scende gradualmente al di sotto della temperatura di surriscaldamento limite, creando le condizioni favorevoli per l'ebollizione di transizione e l'ebollizione a bolle. Durante questo processo si verificano ampie fluttuazioni di pressione. Quando il preraffreddamento raggiunge un certo stadio, la capacità termica della tubazione e l'apporto di calore dall'ambiente non sono sufficienti a riscaldare il liquido criogenico fino alla temperatura di saturazione, e si instaura il flusso monofase.

Nel processo di vaporizzazione intensa, si generano notevoli fluttuazioni di flusso e pressione. Nell'intero processo di fluttuazione della pressione, la pressione massima raggiunta la prima volta dopo l'ingresso diretto del liquido criogenico nel tubo caldo corrisponde all'ampiezza massima dell'intero processo di fluttuazione della pressione, e l'onda di pressione può essere utilizzata per verificare la capacità di pressione del sistema. Pertanto, in genere si studia solo la prima onda di pressione.

Dopo l'apertura della valvola, il liquido criogenico entra rapidamente nella tubazione per effetto della differenza di pressione e il film di vapore generato dalla vaporizzazione separa il liquido dalla parete del tubo, formando un flusso assiale concentrico. Poiché il coefficiente di resistenza del vapore è molto basso, la portata del liquido criogenico è molto elevata e, con l'avanzamento, la temperatura del liquido, a causa dell'assorbimento di calore, aumenta gradualmente; di conseguenza, la pressione nella tubazione aumenta e la velocità di riempimento diminuisce. Se la tubazione è sufficientemente lunga, la temperatura del liquido raggiungerà a un certo punto la saturazione, momento in cui il liquido smetterà di avanzare. Il calore trasferito dalla parete del tubo al liquido criogenico viene interamente utilizzato per l'evaporazione; a questo punto, la velocità di evaporazione aumenta notevolmente e anche la pressione nella tubazione aumenta, potendo raggiungere 1,5-2 volte la pressione di ingresso. Sotto l'azione della differenza di pressione, parte del liquido verrà spinta indietro verso il serbatoio di stoccaggio del liquido criogenico, con conseguente diminuzione della velocità di generazione del vapore. Poiché parte del vapore generato viene scaricato dall'uscita del tubo, la pressione nel tubo diminuisce. Dopo un certo periodo di tempo, il liquido nella tubazione tornerà a trovarsi in condizioni di differenza di pressione, e il fenomeno si ripeterà. Tuttavia, nel processo successivo, poiché è presente una certa pressione e parte del liquido si trova ancora nel tubo, l'aumento di pressione causato dal nuovo liquido è minore, quindi il picco di pressione sarà inferiore al primo picco.

Durante l'intero processo di preraffreddamento, il sistema non solo deve sopportare l'impatto di una forte onda di pressione, ma anche una notevole sollecitazione di contrazione dovuta al freddo. L'azione combinata di questi due fattori può causare danni strutturali al sistema, pertanto è necessario adottare le misure opportune per controllarli.

Poiché la portata di preraffreddamento influisce direttamente sul processo di preraffreddamento e sull'entità della contrazione da freddo, quest'ultimo può essere controllato agendo sulla portata stessa. Il principio di selezione ottimale della portata di preraffreddamento consiste nel ridurre i tempi di preraffreddamento utilizzando una portata maggiore, a condizione che le fluttuazioni di pressione e la contrazione da freddo non superino i limiti consentiti per le apparecchiature e le tubazioni. Se la portata di preraffreddamento è troppo bassa, le prestazioni di isolamento della tubazione non saranno ottimali e la tubazione potrebbe non raggiungere mai lo stato di raffreddamento desiderato.

Durante il processo di preraffreddamento, a causa della presenza di un flusso bifase, è impossibile misurare la portata reale con un flussometro comune, pertanto quest'ultimo non può essere utilizzato per regolare la portata di preraffreddamento. Tuttavia, è possibile stimare indirettamente l'entità della portata monitorando la contropressione del recipiente di raccolta. In determinate condizioni, la relazione tra la contropressione del recipiente di raccolta e la portata di preraffreddamento può essere determinata mediante un metodo analitico. Quando il processo di preraffreddamento passa alla fase di flusso monofase, la portata effettiva misurata dal flussometro può essere utilizzata per regolare la portata di preraffreddamento. Questo metodo è spesso impiegato per il controllo del riempimento di propellente liquido criogenico per razzi.

La variazione della contropressione del recipiente di ricezione corrisponde al processo di preraffreddamento nel modo seguente, e può essere utilizzata per valutare qualitativamente la fase di preraffreddamento: quando la capacità di scarico del recipiente di ricezione è costante, la contropressione aumenterà rapidamente a causa della violenta vaporizzazione del liquido criogenico, per poi diminuire gradualmente con la riduzione della temperatura del recipiente di ricezione e della tubazione. In questa fase, la capacità di preraffreddamento aumenta.

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Apparecchiature criogeniche HL

HL Cryogenic Equipment, fondata nel 1992, è un marchio affiliato a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment si dedica alla progettazione e alla produzione di sistemi di tubazioni criogeniche isolate per alto vuoto e relative apparecchiature di supporto per soddisfare le diverse esigenze dei clienti. I tubi isolati sottovuoto e i tubi flessibili sono realizzati con materiali isolanti speciali multistrato e multistrato per alto vuoto e sono sottoposti a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi e a un trattamento per alto vuoto. Sono utilizzati per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, gas etilene liquefatto (LEG) e gas naturale liquefatto (LNG).

La serie di prodotti HL Cryogenic Equipment Company, che comprende tubi, tubi flessibili, valvole e separatori di fase con rivestimento sottovuoto, sottoposti a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi, è utilizzata per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, LEG e GNL. Questi prodotti trovano impiego in apparecchiature criogeniche (ad esempio serbatoi criogenici, dewar e contenitori termici, ecc.) in settori quali separazione dell'aria, gas, aviazione, elettronica, superconduttori, semiconduttori, assemblaggio automatizzato, alimentare e delle bevande, farmaceutico, ospedaliero, biobanche, gomma, produzione di nuovi materiali, ingegneria chimica, siderurgico e ricerca scientifica.