Introducciónproducción

Con el desarrollo de la tecnología criogénica, los líquidos criogénicos han desempeñado un papel importante en diversos campos, como la economía nacional, la defensa nacional y la investigación científica. La aplicación de líquidos criogénicos se basa en el almacenamiento y transporte eficaz y seguro de estos productos, y su transporte por tuberías abarca todo el proceso. Por lo tanto, es fundamental garantizar la seguridad y la eficiencia del transporte de líquidos criogénicos por tuberías. Para el transporte de líquidos criogénicos, es necesario reemplazar el gas en la tubería antes de la transmisión, ya que de lo contrario podría causar fallos operativos. El preenfriamiento es un proceso inevitable en el transporte de líquidos criogénicos. Este proceso provoca fuertes choques de presión y otros efectos negativos en la tubería. Además, el fenómeno de géiser en la tubería vertical y la inestabilidad en el funcionamiento del sistema, como el llenado de ramales ciegos, el llenado tras el drenaje de intervalos y el llenado de la cámara de aire tras la apertura de la válvula, pueden tener efectos adversos de diversa gravedad en los equipos y las tuberías. En vista de ello, este artículo analiza en profundidad los problemas mencionados y busca encontrar soluciones.

Desplazamiento de gas en la línea antes de la transmisión

Con el desarrollo de la tecnología criogénica, los líquidos criogénicos han desempeñado un papel importante en diversos campos, como la economía nacional, la defensa nacional y la investigación científica. La aplicación de líquidos criogénicos se basa en el almacenamiento y transporte eficaz y seguro de estos productos, y su transporte por tuberías abarca todo el proceso. Por lo tanto, es fundamental garantizar la seguridad y la eficiencia del transporte de líquidos criogénicos por tuberías. Para el transporte de líquidos criogénicos, es necesario reemplazar el gas en la tubería antes de la transmisión, ya que de lo contrario podría causar fallos operativos. El preenfriamiento es un proceso inevitable en el transporte de líquidos criogénicos. Este proceso provoca fuertes choques de presión y otros efectos negativos en la tubería. Además, el fenómeno de géiser en la tubería vertical y la inestabilidad en el funcionamiento del sistema, como el llenado de ramales ciegos, el llenado tras el drenaje de intervalos y el llenado de la cámara de aire tras la apertura de la válvula, pueden tener efectos adversos de diversa gravedad en los equipos y las tuberías. En vista de ello, este artículo analiza en profundidad los problemas mencionados y busca encontrar soluciones.

El proceso de preenfriamiento de la tubería

Durante el proceso de transporte de líquidos criogénicos por tuberías, antes de alcanzar un estado de transmisión estable, se lleva a cabo un preenfriamiento del sistema de tuberías y del equipo receptor, es decir, el preenfriamiento. En este proceso, la tubería y el equipo receptor deben soportar considerables tensiones de contracción y presión de impacto, por lo que deben controlarse.

Comencemos con un análisis del proceso.

El proceso de preenfriamiento comienza con una vaporización intensa, seguida de un flujo bifásico. Finalmente, tras el enfriamiento completo del sistema, se produce un flujo monofásico. Al inicio del preenfriamiento, la temperatura de la pared supera claramente la temperatura de saturación del líquido criogénico, e incluso supera su temperatura límite superior (la temperatura de sobrecalentamiento final). Debido a la transferencia de calor, el líquido cerca de la pared del tubo se calienta y se vaporiza instantáneamente, formando una película de vapor que rodea completamente la pared del tubo; es decir, se produce la ebullición pelicular. Posteriormente, con el preenfriamiento, la temperatura de la pared del tubo desciende gradualmente por debajo de la temperatura límite de sobrecalentamiento, lo que favorece la ebullición de transición y la ebullición burbujeante. Durante este proceso, se producen grandes fluctuaciones de presión. Cuando el preenfriamiento alcanza un cierto punto, la capacidad calorífica de la tubería y la penetración de calor del ambiente impiden que el líquido criogénico alcance la temperatura de saturación, y se produce un flujo monofásico.

En el proceso de vaporización intensa, se generan fluctuaciones drásticas de flujo y presión. Durante todo el proceso de fluctuaciones de presión, la presión máxima formada por primera vez tras la entrada directa del líquido criogénico en la tubería caliente es la amplitud máxima, y ​​la onda de presión permite verificar la capacidad de presión del sistema. Por lo tanto, generalmente solo se estudia la primera onda de presión.

Después de abrir la válvula, el líquido criogénico entra rápidamente en la tubería bajo la acción de la diferencia de presión, y la película de vapor generada por la vaporización separa el líquido de la pared de la tubería, formando un flujo axial concéntrico. Debido a que el coeficiente de resistencia del vapor es muy pequeño, por lo que la velocidad de flujo del líquido criogénico es muy grande, con el avance, la temperatura del líquido debido a la absorción de calor y aumenta gradualmente, en consecuencia, la presión de la tubería aumenta, la velocidad de llenado disminuye. Si la tubería es lo suficientemente larga, la temperatura del líquido debe alcanzar la saturación en algún punto, momento en el cual el líquido deja de avanzar. El calor de la pared de la tubería en el líquido criogénico se utiliza para la evaporación, en este momento la velocidad de evaporación aumenta considerablemente, la presión en la tubería también aumenta, puede alcanzar 1. 5 ~ 2 veces la presión de entrada. Bajo la acción de la diferencia de presión, parte del líquido regresa al tanque de almacenamiento de líquido criogénico, lo que reduce la velocidad de generación de vapor. Además, debido a la caída de presión en la tubería, parte del vapor generado por la descarga de salida de la tubería restablece el líquido a la diferencia de presión. El fenómeno se repite. Sin embargo, en el proceso posterior, debido a la presión y a la presencia de líquido en la tubería, el aumento de presión causado por el nuevo líquido es pequeño, por lo que el pico de presión será menor que el anterior.

Durante todo el proceso de preenfriamiento, el sistema no solo debe soportar un fuerte impacto de ondas de presión, sino también una gran tensión de contracción debido al frío. La acción combinada de ambos factores puede causar daños estructurales al sistema, por lo que se deben tomar las medidas necesarias para controlarlo.

Dado que el caudal de preenfriamiento afecta directamente el proceso de preenfriamiento y la magnitud de la tensión de contracción en frío, este proceso puede controlarse mediante el control del caudal de preenfriamiento. El principio de selección razonable del caudal de preenfriamiento consiste en acortar el tiempo de preenfriamiento utilizando un caudal mayor, con la premisa de garantizar que las fluctuaciones de presión y la tensión de contracción en frío no excedan el rango admisible para equipos y tuberías. Si el caudal de preenfriamiento es demasiado bajo, el rendimiento del aislamiento de la tubería es deficiente y es posible que nunca alcance el estado de enfriamiento.

Durante el preenfriamiento, debido a la presencia de un flujo bifásico, es imposible medir el caudal real con un caudalímetro convencional, por lo que no puede utilizarse para controlar dicho caudal. Sin embargo, es posible determinar indirectamente la magnitud del flujo mediante el monitoreo de la contrapresión del recipiente receptor. En determinadas condiciones, la relación entre la contrapresión del recipiente receptor y el caudal de preenfriamiento puede determinarse mediante un método analítico. Cuando el preenfriamiento alcanza un estado de flujo monofásico, el caudal real medido por el caudalímetro puede utilizarse para controlar dicho caudal. Este método se utiliza a menudo para controlar el llenado de propelente líquido criogénico para cohetes.

El cambio de la contrapresión del recipiente receptor corresponde al proceso de preenfriamiento, como se indica a continuación, lo cual permite evaluar cualitativamente la etapa de preenfriamiento: cuando la capacidad de escape del recipiente receptor se mantiene constante, la contrapresión aumentará rápidamente inicialmente debido a la violenta vaporización del líquido criogénico, y luego disminuirá gradualmente con la disminución de la temperatura del recipiente receptor y la tubería. En este momento, la capacidad de preenfriamiento aumenta.

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Equipo criogénico HL

HL Cryogenic Equipment, fundada en 1992, es una marca afiliada a HL Cryogenic Equipment Company, Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment se dedica al diseño y la fabricación de sistemas de tuberías criogénicas con aislamiento de alto vacío y sus equipos de soporte para satisfacer las diversas necesidades de los clientes. Las tuberías y mangueras flexibles con aislamiento de alto vacío se fabrican con materiales aislantes especiales multicapa y multipantalla de alto vacío, y se someten a rigurosos tratamientos técnicos y de alto vacío. Se utilizan para la transferencia de oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, gas etileno licuado (LEG) y gas natural licuado (GNL).

Las series de productos de tubos con camisa de vacío, mangueras con camisa de vacío, válvulas con camisa de vacío y separadores de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que pasaron por una serie de tratamientos técnicos extremadamente estrictos, se utilizan para transferir oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, LEG y GNL, y estos productos se utilizan para equipos criogénicos (por ejemplo, tanques criogénicos, Dewars y cajas frías, etc.) en industrias de separación de aire, gases, aviación, electrónica, superconductores, chips, ensamblaje de automatización, alimentos y bebidas, farmacia, hospitales, biobancos, caucho, ingeniería química de fabricación de nuevos materiales, hierro y acero e investigación científica, etc.