مقدمهتولید

با توسعه فناوری کرایوژنیک، محصولات مایع کرایوژنیک نقش مهمی در بسیاری از زمینه‌ها مانند اقتصاد ملی، دفاع ملی و تحقیقات علمی ایفا کرده‌اند. کاربرد مایع کرایوژنیک مبتنی بر ذخیره‌سازی و حمل و نقل مؤثر و ایمن محصولات مایع کرایوژنیک است و انتقال مایع کرایوژنیک از طریق خط لوله در کل فرآیند ذخیره‌سازی و حمل و نقل انجام می‌شود. بنابراین، اطمینان از ایمنی و کارایی انتقال مایع کرایوژنیک از طریق خط لوله بسیار مهم است. برای انتقال مایعات کرایوژنیک، لازم است گاز موجود در خط لوله قبل از انتقال جایگزین شود، در غیر این صورت ممکن است باعث خرابی عملیاتی شود. فرآیند پیش‌سرمایش یک حلقه اجتناب‌ناپذیر در فرآیند انتقال محصول مایع کرایوژنیک است. این فرآیند شوک فشار قوی و سایر اثرات منفی را به خط لوله وارد می‌کند. علاوه بر این، پدیده آبفشان در خط لوله عمودی و پدیده ناپایدار عملکرد سیستم، مانند پر شدن لوله شاخه کور، پر شدن پس از تخلیه فاصله‌ای و پر شدن محفظه هوا پس از باز شدن شیر، درجات مختلفی از اثرات نامطلوب را بر تجهیزات و خط لوله به همراه خواهد داشت. با توجه به این موضوع، این مقاله تجزیه و تحلیل عمیقی در مورد مشکلات فوق انجام می‌دهد و امیدوار است از طریق تجزیه و تحلیل، راه‌حلی برای آن پیدا کند.

جابجایی گاز در خط لوله قبل از انتقال

با توسعه فناوری کرایوژنیک، محصولات مایع کرایوژنیک نقش مهمی در بسیاری از زمینه‌ها مانند اقتصاد ملی، دفاع ملی و تحقیقات علمی ایفا کرده‌اند. کاربرد مایع کرایوژنیک مبتنی بر ذخیره‌سازی و حمل و نقل مؤثر و ایمن محصولات مایع کرایوژنیک است و انتقال مایع کرایوژنیک از طریق خط لوله در کل فرآیند ذخیره‌سازی و حمل و نقل انجام می‌شود. بنابراین، اطمینان از ایمنی و کارایی انتقال مایع کرایوژنیک از طریق خط لوله بسیار مهم است. برای انتقال مایعات کرایوژنیک، لازم است گاز موجود در خط لوله قبل از انتقال جایگزین شود، در غیر این صورت ممکن است باعث خرابی عملیاتی شود. فرآیند پیش‌سرمایش یک حلقه اجتناب‌ناپذیر در فرآیند انتقال محصول مایع کرایوژنیک است. این فرآیند شوک فشار قوی و سایر اثرات منفی را به خط لوله وارد می‌کند. علاوه بر این، پدیده آبفشان در خط لوله عمودی و پدیده ناپایدار عملکرد سیستم، مانند پر شدن لوله شاخه کور، پر شدن پس از تخلیه فاصله‌ای و پر شدن محفظه هوا پس از باز شدن شیر، درجات مختلفی از اثرات نامطلوب را بر تجهیزات و خط لوله به همراه خواهد داشت. با توجه به این موضوع، این مقاله تجزیه و تحلیل عمیقی در مورد مشکلات فوق انجام می‌دهد و امیدوار است از طریق تجزیه و تحلیل، راه‌حلی برای آن پیدا کند.

فرآیند پیش خنک سازی خط لوله

در کل فرآیند انتقال مایع برودتی از طریق خط لوله، قبل از ایجاد حالت انتقال پایدار، یک سیستم لوله‌کشی پیش‌سرمایش و گرم و فرآیند تجهیزات دریافت‌کننده، یعنی فرآیند پیش‌سرمایش، وجود خواهد داشت. در این فرآیند، خط لوله و تجهیزات دریافت‌کننده باید در برابر تنش انقباضی و فشار ضربه قابل توجهی مقاومت کنند، بنابراین باید کنترل شوند.

بیایید با تجزیه و تحلیل روند شروع کنیم.

کل فرآیند پیش‌سرمایش با یک فرآیند تبخیر شدید شروع می‌شود و سپس جریان دو فازی ظاهر می‌شود. در نهایت، جریان تک فازی پس از خنک شدن کامل سیستم ظاهر می‌شود. در ابتدای فرآیند پیش‌سرمایش، دمای دیواره به وضوح از دمای اشباع مایع برودتی فراتر می‌رود و حتی از دمای حد بالای مایع برودتی - دمای نهایی بیش از حد گرمایش - نیز فراتر می‌رود. به دلیل انتقال حرارت، مایع نزدیک دیواره لوله گرم شده و فوراً تبخیر می‌شود تا فیلم بخار تشکیل شود که دیواره لوله را کاملاً احاطه می‌کند، یعنی جوشش فیلم رخ می‌دهد. پس از آن، با فرآیند پیش‌سرمایش، دمای دیواره لوله به تدریج به زیر دمای فوق گرمایش حد مجاز کاهش می‌یابد و سپس شرایط مساعد برای جوشش انتقالی و جوشش حبابی ایجاد می‌شود. نوسانات فشار زیادی در طول این فرآیند رخ می‌دهد. هنگامی که پیش‌سرمایش تا مرحله خاصی انجام می‌شود، ظرفیت حرارتی خط لوله و هجوم گرما به محیط، مایع برودتی را تا دمای اشباع گرم نمی‌کند و حالت جریان تک فازی ظاهر می‌شود.

در فرآیند تبخیر شدید، نوسانات شدید جریان و فشار ایجاد می‌شود. در کل فرآیند نوسانات فشار، حداکثر فشاری که برای اولین بار پس از ورود مستقیم مایع برودتی به لوله داغ ایجاد می‌شود، حداکثر دامنه در کل فرآیند نوسان فشار است و موج فشار می‌تواند ظرفیت فشار سیستم را تأیید کند. بنابراین، معمولاً فقط اولین موج فشار مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

پس از باز شدن شیر، مایع برودتی تحت تأثیر اختلاف فشار به سرعت وارد خط لوله می‌شود و لایه بخار ایجاد شده توسط تبخیر، مایع را از دیواره لوله جدا کرده و یک جریان محوری متحدالمرکز تشکیل می‌دهد. از آنجا که ضریب مقاومت بخار بسیار کم است، سرعت جریان مایع برودتی بسیار زیاد است و با پیشروی رو به جلو، دمای مایع به دلیل جذب گرما به تدریج افزایش می‌یابد و بر این اساس، فشار خط لوله افزایش می‌یابد و سرعت پر شدن کند می‌شود. اگر لوله به اندازه کافی بلند باشد، دمای مایع باید در نقطه‌ای به اشباع برسد و در آن نقطه پیشروی مایع متوقف می‌شود. تمام گرمای دیواره لوله به مایع برودتی برای تبخیر استفاده می‌شود، در این زمان سرعت تبخیر به شدت افزایش می‌یابد و فشار در خط لوله نیز افزایش می‌یابد و ممکن است به ۱.۵ تا ۲ برابر فشار ورودی برسد. تحت تأثیر اختلاف فشار، بخشی از مایع به مخزن ذخیره مایع برودتی رانده می‌شود و در نتیجه سرعت تولید بخار کاهش می‌یابد و از آنجا که بخشی از بخار تولید شده از خروجی لوله تخلیه می‌شود، افت فشار لوله، پس از مدتی، خط لوله مایع را دوباره در شرایط اختلاف فشار قرار می‌دهد و این پدیده دوباره ظاهر می‌شود و تکرار می‌شود. با این حال، در فرآیند زیر، از آنجا که فشار معینی و بخشی از مایع در لوله وجود دارد، افزایش فشار ناشی از مایع جدید کوچک است، بنابراین پیک فشار کوچکتر از پیک اول خواهد بود.

در کل فرآیند پیش سرمایش، سیستم نه تنها باید ضربه موج فشار زیادی را تحمل کند، بلکه باید تنش انقباضی زیادی را نیز به دلیل سرما تحمل کند. عملکرد ترکیبی این دو ممکن است باعث آسیب ساختاری به سیستم شود، بنابراین باید اقدامات لازم برای کنترل آن انجام شود.

از آنجایی که سرعت جریان پیش سرمایش مستقیماً بر فرآیند پیش سرمایش و اندازه تنش انقباض سرد تأثیر می‌گذارد، می‌توان فرآیند پیش سرمایش را با کنترل سرعت جریان پیش سرمایش کنترل کرد. اصل انتخاب منطقی سرعت جریان پیش سرمایش، کوتاه کردن زمان پیش سرمایش با استفاده از سرعت جریان پیش سرمایش بزرگتر است، با این فرض که نوسان فشار و تنش انقباض سرد از محدوده مجاز تجهیزات و خطوط لوله تجاوز نکند. اگر سرعت جریان پیش سرمایش خیلی کم باشد، عملکرد عایق خط لوله برای خط لوله مناسب نیست و ممکن است هرگز به حالت خنک شدن نرسد.

در فرآیند پیش‌سرمایش، به دلیل وقوع جریان دو فازی، اندازه‌گیری دبی واقعی با فلومتر معمولی غیرممکن است، بنابراین نمی‌توان از آن برای هدایت کنترل دبی پیش‌سرمایش استفاده کرد. اما می‌توانیم به طور غیرمستقیم با نظارت بر فشار برگشتی مخزن گیرنده، اندازه جریان را قضاوت کنیم. تحت شرایط خاص، رابطه بین فشار برگشتی مخزن گیرنده و جریان پیش‌سرمایش را می‌توان با روش تحلیلی تعیین کرد. هنگامی که فرآیند پیش‌سرمایش به حالت جریان تک فازی پیش می‌رود، می‌توان از جریان واقعی اندازه‌گیری شده توسط فلومتر برای هدایت کنترل جریان پیش‌سرمایش استفاده کرد. این روش اغلب برای کنترل پر شدن سوخت مایع برودتی برای موشک استفاده می‌شود.

تغییر فشار برگشتی مخزن گیرنده مطابق با فرآیند پیش سرمایش به شرح زیر است که می‌تواند برای قضاوت کیفی در مورد مرحله پیش سرمایش مورد استفاده قرار گیرد: هنگامی که ظرفیت تخلیه مخزن گیرنده ثابت است، فشار برگشتی به دلیل تبخیر شدید مایع برودتی در ابتدا به سرعت افزایش می‌یابد و سپس با کاهش دمای مخزن گیرنده و خط لوله، به تدریج کاهش می‌یابد. در این زمان، ظرفیت پیش سرمایش افزایش می‌یابد.

برای سوالات دیگر به مقاله بعدی گوش دهید!

تجهیزات برودتی HL

تجهیزات برودتی HL که در سال ۱۹۹۲ تأسیس شد، برندی وابسته به شرکت تجهیزات برودتی HL با نام تجاری Cryogenic Equipment Co.,Ltd است. HL Cryogenic Equipment متعهد به طراحی و ساخت سیستم لوله‌کشی برودتی عایق‌بندی شده با خلاء بالا و تجهیزات پشتیبانی مرتبط برای برآوردن نیازهای مختلف مشتریان است. لوله و شیلنگ انعطاف‌پذیر عایق‌بندی شده با خلاء بالا و چند لایه از مواد عایق مخصوص چند صفحه‌ای ساخته شده‌اند و از مجموعه‌ای از عملیات فنی بسیار دقیق و عملیات خلاء بالا عبور می‌کنند که برای انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، آرگون مایع، هیدروژن مایع، هلیوم مایع، گاز اتیلن مایع LEG و گاز طبیعی مایع LNG استفاده می‌شود.

سری محصولات لوله با روکش خلاء، شیلنگ با روکش خلاء، شیر با روکش خلاء و جداکننده فاز در شرکت تجهیزات برودتی HL که از یک سری عملیات فنی بسیار دقیق عبور کرده‌اند، برای انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، آرگون مایع، هیدروژن مایع، هلیوم مایع، LEG و LNG استفاده می‌شوند و این محصولات برای تجهیزات برودتی (مانند مخازن برودتی، محفظه‌های انجماد و جعبه‌های سرد و غیره) در صنایع جداسازی هوا، گازها، هوانوردی، الکترونیک، ابررساناها، تراشه‌ها، مونتاژ اتوماسیون، مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی، بیمارستان، بیوبانک، لاستیک، تولید مواد جدید، مهندسی شیمی، آهن و فولاد و تحقیقات علمی و غیره سرویس می‌شوند.