Ein instabiler Prozess bei der Übertragung

Bei der Übertragung kryogener Flüssigkeiten in Rohrleitungen führen die besonderen Eigenschaften und der Prozessablauf kryogener Flüssigkeiten zu einer Reihe instabiler Prozesse, die sich von denen normaler Flüssigkeiten im Übergangszustand vor Erreichen des stabilen Zustands unterscheiden. Der instabile Prozess hat zudem erhebliche dynamische Auswirkungen auf die Anlage und kann zu strukturellen Schäden führen. Beispielsweise riss die Infusionsleitung des Flüssigsauerstoff-Befüllsystems der Saturn-V-Transportrakete in den USA einmal aufgrund des instabilen Prozesses beim Öffnen des Ventils. Darüber hinaus kommt es häufiger zu Schäden an weiteren Zusatzeinrichtungen (wie Ventilen, Faltenbälgen usw.). Zu den instabilen Prozessen bei der Übertragung kryogener Flüssigkeiten in Rohrleitungen gehören hauptsächlich das Befüllen von Blindabzweigrohren, das Befüllen nach intermittierendem Flüssigkeitsaustritt in das Abflussrohr und der instabile Prozess beim Öffnen des Ventils, der die Luftkammer im vorderen Bereich bildet. Gemeinsam ist diesen instabilen Prozessen, dass sie im Wesentlichen die Füllung des Dampfraums mit kryogener Flüssigkeit bewirken, was zu intensivem Wärme- und Stoffaustausch an der Zweiphasengrenzfläche und damit zu starken Schwankungen der Systemparameter führt. Da der Füllvorgang nach intermittierendem Flüssigkeitsaustritt aus dem Abflussrohr dem instabilen Vorgang beim Öffnen des Ventils, das die Luftkammer vorne gebildet hat, ähnelt, wird im Folgenden nur der instabile Vorgang beim Füllen des Blindabzweigrohrs und beim Öffnen des offenen Ventils analysiert.

Der instabile Prozess der Befüllung von Blindabzweigrohren

Aus Sicherheitsgründen und zur Systemkontrolle sollten neben der Hauptleitung zusätzliche Abzweigleitungen im Rohrleitungssystem vorgesehen werden. Sicherheitsventile, Ablassventile und andere Ventile im System führen entsprechende Abzweigleitungen ein. Bei Ausfall dieser Abzweige werden Blindabzweige im Rohrleitungssystem gebildet. Die thermische Belastung der Rohrleitung durch die Umgebung führt zwangsläufig zur Bildung von Dampfblasen im Blindrohr (manchmal werden Dampfblasen speziell eingesetzt, um die Wärmeeinwirkung der kryogenen Flüssigkeit von außen zu reduzieren). Im Übergangszustand steigt der Druck in der Rohrleitung aufgrund von Ventileinstellungen und anderen Gründen an. Durch die Druckdifferenz füllt sich die Flüssigkeit im Dampfraum. Reicht der beim Füllen des Gasraums durch die Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit aufgrund der Hitze nicht aus, um die Flüssigkeit umzulenken, füllt sich der Gasraum immer mit Flüssigkeit. Nach dem Füllen des Luftraums entsteht an der Blindrohrdichtung ein schneller Bremsvorgang, der zu einem starken Druck in der Nähe der Dichtung führt.

Der Füllvorgang des Blindrohrs ist in drei Phasen unterteilt. In der ersten Phase wird die Flüssigkeit unter Einwirkung der Druckdifferenz auf die maximale Füllgeschwindigkeit gebracht, bis der Druck ausgeglichen ist. In der zweiten Phase füllt sich die Flüssigkeit aufgrund der Trägheit weiter nach vorne. Dabei verlangsamt die umgekehrte Druckdifferenz (der Druck in der Gaskammer steigt mit dem Füllvorgang) die Flüssigkeit. Die dritte Phase ist die Schnellbremsphase, in der der Druckeinfluss am größten ist.

Durch die Reduzierung der Füllgeschwindigkeit und der Größe des Lufthohlraums kann die beim Füllen des Blindabzweigrohrs entstehende dynamische Belastung eliminiert oder begrenzt werden. Bei langen Rohrleitungssystemen kann die Quelle des Flüssigkeitsflusses im Voraus sanft eingestellt werden, um die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren, und das Ventil kann für längere Zeit geschlossen bleiben.

In Bezug auf die Struktur können wir verschiedene Führungsteile verwenden, um die Flüssigkeitszirkulation im Blindabzweigrohr zu verbessern, die Größe des Lufthohlraums zu verringern, lokalen Widerstand am Eingang des Blindabzweigrohrs einzuführen oder den Durchmesser des Blindabzweigrohrs zu vergrößern, um die Füllgeschwindigkeit zu verringern. Außerdem wirken sich Länge und Installationsposition des Blindabzweigrohrs auf den sekundären Wasserstoß aus, daher sind Design und Anordnung sorgfältig auszuwählen. Der Grund, warum eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers die dynamische Belastung reduziert, lässt sich qualitativ wie folgt erklären: Beim Befüllen des Blindabzweigrohrs wird der Durchfluss im Abzweigrohr durch den Durchfluss im Hauptrohr begrenzt, der bei der qualitativen Analyse als fester Wert angenommen werden kann. Eine Vergrößerung des Abzweigrohrdurchmessers ist gleichbedeutend mit einer Vergrößerung des Querschnitts, was einer Verringerung der Füllgeschwindigkeit und somit einer Verringerung der Belastung entspricht.

Der instabile Prozess der Ventilöffnung

Bei geschlossenem Ventil führt eindringende Wärme aus der Umgebung, insbesondere über die Wärmebrücke, schnell zur Bildung einer Luftkammer vor dem Ventil. Nach dem Öffnen des Ventils beginnen sich Dampf und Flüssigkeit zu bewegen. Da der Gasdurchfluss viel höher ist als der Flüssigkeitsdurchfluss, öffnet sich der Dampf im Ventil kurz nach der Evakuierung nicht vollständig, was zu einem schnellen Druckabfall führt. Die Flüssigkeit wird durch den Druckunterschied nach vorne gedrückt. Wenn die Flüssigkeit das Ventil nicht vollständig öffnet, kommt es zu Bremsbedingungen. In diesem Moment tritt ein Wasserschlag auf, der eine starke dynamische Belastung erzeugt.

Die effektivste Methode zur Vermeidung oder Reduzierung der dynamischen Belastung durch den instabilen Ventilöffnungsprozess besteht darin, den Arbeitsdruck im Übergangszustand zu senken und so die Füllgeschwindigkeit des Gasraums zu reduzieren. Auch der Einsatz von hochregulierbaren Ventilen, die Änderung der Leitungsrichtung und der Einbau spezieller Bypass-Leitungen mit kleinem Durchmesser (zur Verkleinerung des Gasraums) tragen zur Reduzierung der dynamischen Belastung bei. Im Gegensatz zur Reduzierung der dynamischen Belastung beim Füllen des Blindabzweigrohrs durch Vergrößerung des Blindabzweigrohrdurchmessers führt die Vergrößerung des Hauptrohrdurchmessers beim instabilen Ventilöffnungsprozess zu einer Verringerung des gleichmäßigen Rohrwiderstands. Dies erhöht die Durchflussrate des gefüllten Luftraums und damit den Wasserdurchfluss.

HL Kryotechnik

HL Cryogenic Equipment wurde 1992 gegründet und ist eine Marke der HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment hat sich der Entwicklung und Herstellung von hochvakuumisolierten kryogenen Rohrleitungssystemen und zugehöriger Unterstützungsausrüstung verschrieben, um den unterschiedlichen Kundenanforderungen gerecht zu werden. Die vakuumisolierten Rohre und flexiblen Schläuche bestehen aus Hochvakuum und mehrschichtigen, speziell isolierten Materialien und durchlaufen eine Reihe strenger technischer Verfahren und Hochvakuumbehandlungen. Sie dienen zum Transport von flüssigem Sauerstoff, flüssigem Stickstoff, flüssigem Argon, flüssigem Wasserstoff, flüssigem Helium, verflüssigtem Ethylengas (LEG) und verflüssigtem Erdgas (LNG).

Die Produktreihen aus Vakuummantelrohren, Vakuummantelschläuchen, Vakuummantelventilen und Phasentrennern der HL Cryogenic Equipment Company, die eine Reihe äußerst strenger technischer Behandlungen durchlaufen haben, werden für den Transfer von flüssigem Sauerstoff, flüssigem Stickstoff, flüssigem Argon, flüssigem Wasserstoff, flüssigem Helium, LEG und LNG verwendet und diese Produkte werden für kryogene Geräte (z. B. kryogene Tanks, Dewargefäße und Coldboxen usw.) in den Branchen Luftzerlegung, Gase, Luftfahrt, Elektronik, Supraleitung, Chips, Automatisierungsmontage, Lebensmittel und Getränke, Pharmazie, Krankenhäuser, Biobanken, Gummi, Herstellung neuer Materialien, Chemieingenieurwesen, Eisen und Stahl sowie wissenschaftliche Forschung usw. gewartet.