Un processo instabile nella trasmissione

Nel processo di trasmissione del liquido criogenico attraverso una condotta, le proprietà specifiche e il funzionamento del liquido criogenico causano una serie di processi instabili, diversi da quelli che si verificano durante lo stato di transizione del fluido a temperatura normale prima del raggiungimento dello stato stabile. Il processo instabile comporta anche un notevole impatto dinamico sulle apparecchiature, che può causare danni strutturali. Ad esempio, il sistema di riempimento dell'ossigeno liquido del razzo da trasporto Saturn V negli Stati Uniti ha causato la rottura della linea di infusione a causa dell'impatto del processo instabile all'apertura della valvola. Inoltre, il processo instabile ha causato il danneggiamento di altre apparecchiature ausiliarie (come valvole, soffietti, ecc.) più comunemente. Il processo instabile nel processo di trasmissione del liquido criogenico attraverso una condotta include principalmente il riempimento del tubo di diramazione cieco, il riempimento dopo lo scarico intermittente del liquido nel tubo di scarico e il processo instabile all'apertura della valvola, che ha formato la camera d'aria nella parte anteriore. Ciò che accomuna questi processi instabili è il riempimento della cavità di vapore con liquido criogenico, che porta a un intenso trasferimento di calore e massa all'interfaccia bifase, con conseguenti brusche fluttuazioni dei parametri di sistema. Poiché il processo di riempimento dopo lo scarico intermittente del liquido dal tubo di scarico è simile al processo instabile che si verifica quando si apre la valvola che ha formato la camera d'aria nella parte anteriore, di seguito si analizza solo il processo instabile quando il tubo di derivazione cieco è riempito e quando la valvola aperta è aperta.

Il processo instabile di riempimento dei tubi di diramazione ciechi

Per garantire la sicurezza e il controllo del sistema, oltre alla tubazione di trasporto principale, è necessario installare nel sistema di tubazioni anche delle diramazioni ausiliarie. Inoltre, valvole di sicurezza, valvole di scarico e altre valvole del sistema introducono le corrispondenti diramazioni. Quando queste diramazioni non sono operative, si formano delle diramazioni cieche per il sistema di tubazioni. L'invasione termica della tubazione da parte dell'ambiente circostante porterà inevitabilmente alla formazione di cavità di vapore nel tubo cieco (in alcuni casi, le cavità di vapore vengono utilizzate appositamente per ridurre l'invasione di calore del liquido criogenico dall'ambiente esterno). Nella fase di transizione, la pressione nella tubazione aumenterà a causa della regolazione delle valvole e di altri fattori. Sotto l'azione della differenza di pressione, il liquido riempirà la camera di vapore. Se durante il processo di riempimento della camera a gas, il vapore generato dalla vaporizzazione del liquido criogenico a causa del calore non è sufficiente a invertire la direzione del liquido, il liquido riempirà sempre la camera a gas. Infine, dopo il riempimento della camera d'aria, si forma una rapida condizione di frenatura in corrispondenza della guarnizione del tubo cieco, che provoca una forte pressione in prossimità della guarnizione.

Il processo di riempimento del tubo cieco è suddiviso in tre fasi. Nella prima fase, il liquido viene spinto a raggiungere la massima velocità di riempimento sotto l'azione della differenza di pressione, fino a raggiungere il bilanciamento. Nella seconda fase, per inerzia, il liquido continua a riempirsi in avanti. In questa fase, la differenza di pressione inversa (la pressione nella camera a gas aumenta con il processo di riempimento) rallenterà il fluido. La terza fase è la fase di frenata rapida, in cui l'impatto della pressione è maggiore.

Ridurre la velocità di riempimento e le dimensioni della camera d'aria può essere utilizzato per eliminare o limitare il carico dinamico generato durante il riempimento del tubo di diramazione cieco. Per i sistemi di tubazioni lunghi, la sorgente del flusso di liquido può essere regolata in anticipo e in modo graduale per ridurre la velocità del flusso e mantenere la valvola chiusa per un lungo periodo.

In termini di struttura, è possibile utilizzare diverse guide per migliorare la circolazione del liquido nel tubo di diramazione cieco, ridurre le dimensioni della cavità d'aria, introdurre una resistenza locale all'ingresso del tubo di diramazione cieco o aumentarne il diametro per ridurre la velocità di riempimento. Inoltre, la lunghezza e la posizione di installazione del tubo Braille influiranno sullo shock idrico secondario, pertanto è necessario prestare attenzione alla progettazione e alla disposizione. Il motivo per cui l'aumento del diametro del tubo riduce il carico dinamico può essere spiegato qualitativamente come segue: per il riempimento del tubo di diramazione cieco, la portata del tubo di diramazione è limitata dalla portata del tubo principale, che può essere assunta come un valore fisso durante l'analisi qualitativa. L'aumento del diametro del tubo di diramazione equivale ad aumentare la sezione trasversale, che a sua volta equivale a ridurre la velocità di riempimento, con conseguente riduzione del carico.

Il processo instabile di apertura della valvola

Quando la valvola è chiusa, l'intrusione di calore dall'ambiente, in particolare attraverso il ponte termico, porta rapidamente alla formazione di una camera d'aria davanti alla valvola. Dopo l'apertura della valvola, il vapore e il liquido iniziano a muoversi. Poiché la portata del gas è molto superiore a quella del liquido, il vapore nella valvola non si apre completamente subito dopo l'evacuazione, con conseguente rapido calo di pressione. Il liquido viene spinto in avanti sotto l'azione della differenza di pressione. Quando il liquido si avvicina alla valvola non completamente aperta, si creano condizioni di frenata. In questo momento, si verifica una percussione d'acqua, che produce un forte carico dinamico.

Il modo più efficace per eliminare o ridurre il carico dinamico generato dal processo instabile di apertura della valvola è ridurre la pressione di esercizio nello stato di transizione, in modo da ridurre la velocità di riempimento della camera a gas. Inoltre, l'utilizzo di valvole altamente controllabili, la modifica della direzione della sezione del tubo e l'introduzione di una tubazione di bypass speciale di piccolo diametro (per ridurre le dimensioni della camera a gas) contribuiranno a ridurre il carico dinamico. In particolare, va notato che, a differenza della riduzione del carico dinamico quando il tubo di diramazione cieco viene riempito aumentando il diametro del tubo di diramazione cieco, nel processo instabile quando la valvola è aperta, l'aumento del diametro del tubo principale equivale a ridurre la resistenza uniforme del tubo, il che aumenterà la portata della camera d'aria riempita, aumentando così il valore di pressione d'acqua.

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 è impegnata nella progettazione e produzione di sistemi di tubazioni criogeniche isolate sotto vuoto spinto e relative attrezzature di supporto per soddisfare le diverse esigenze dei clienti. I tubi isolati sotto vuoto e i tubi flessibili flessibili sono realizzati in materiali isolanti speciali multistrato e multistrato ad alto vuoto e vengono sottoposti a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi e a un trattamento sotto vuoto spinto, utilizzati per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, gas etilene liquefatto (LEG) e gas naturale liquefatto (GNL).

Le serie di prodotti di tubi con rivestimento sotto vuoto, tubi flessibili con rivestimento sotto vuoto, valvole con rivestimento sotto vuoto e separatori di fase della HL Cryogenic Equipment Company, sottoposte a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi, vengono utilizzate per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, LEG e GNL e questi prodotti vengono utilizzati per apparecchiature criogeniche (ad esempio serbatoi criogenici, dewar e coldbox ecc.) nei settori della separazione dell'aria, dei gas, dell'aviazione, dell'elettronica, dei superconduttori, dei chip, dell'assemblaggio di automazione, degli alimenti e delle bevande, della farmacia, degli ospedali, delle biobanche, della gomma, della produzione di nuovi materiali, dell'ingegneria chimica, della siderurgia e della ricerca scientifica ecc.