Introducciónducción

Con el desarrollo de la tecnología criogénica, los productos líquidos criogénicos han adquirido una importancia crucial en diversos campos, como la economía nacional, la defensa nacional y la investigación científica. La aplicación de líquidos criogénicos se basa en su almacenamiento y transporte eficaces y seguros, y la transmisión por tuberías abarca todo el proceso de almacenamiento y transporte. Por lo tanto, es fundamental garantizar la seguridad y la eficiencia de la transmisión por tuberías de líquidos criogénicos. Para la transmisión de estos líquidos, es necesario reemplazar el gas en la tubería antes de la transmisión, ya que de lo contrario podría producirse una falla operativa. El proceso de preenfriamiento es un paso inevitable en el transporte de productos líquidos criogénicos. Este proceso genera fuertes choques de presión y otros efectos negativos en la tubería. Además, el fenómeno de ebullición en tuberías verticales y la inestabilidad del sistema, como el llenado de ramales ciegos, el llenado tras un drenaje intermitente y el llenado de la cámara de aire tras la apertura de válvulas, pueden tener diversos grados de efectos adversos en los equipos y la tubería. En vista de esto, este artículo realiza un análisis exhaustivo de los problemas mencionados y busca encontrar soluciones a través de dicho análisis.

Desplazamiento del gas en la línea antes de la transmisión

Con el desarrollo de la tecnología criogénica, los productos líquidos criogénicos han adquirido una importancia crucial en diversos campos, como la economía nacional, la defensa nacional y la investigación científica. La aplicación de líquidos criogénicos se basa en su almacenamiento y transporte eficaces y seguros, y la transmisión por tuberías abarca todo el proceso de almacenamiento y transporte. Por lo tanto, es fundamental garantizar la seguridad y la eficiencia de la transmisión por tuberías de líquidos criogénicos. Para la transmisión de estos líquidos, es necesario reemplazar el gas en la tubería antes de la transmisión, ya que de lo contrario podría producirse una falla operativa. El proceso de preenfriamiento es un paso inevitable en el transporte de productos líquidos criogénicos. Este proceso genera fuertes choques de presión y otros efectos negativos en la tubería. Además, el fenómeno de ebullición en tuberías verticales y la inestabilidad del sistema, como el llenado de ramales ciegos, el llenado tras un drenaje intermitente y el llenado de la cámara de aire tras la apertura de válvulas, pueden tener diversos grados de efectos adversos en los equipos y la tubería. En vista de esto, este artículo realiza un análisis exhaustivo de los problemas mencionados y busca encontrar soluciones a través de dicho análisis.

El proceso de preenfriamiento de la tubería

En todo el proceso de transmisión de líquidos criogénicos por tuberías, antes de establecer un estado de transmisión estable, se lleva a cabo un proceso de preenfriamiento y calentamiento del sistema de tuberías y del equipo receptor, es decir, el proceso de preenfriamiento. Durante este proceso, la tubería y el equipo receptor soportan una considerable tensión de contracción y presión de impacto, por lo que deben controlarse.

Comencemos con un análisis del proceso.

Todo el proceso de preenfriamiento comienza con una vaporización violenta, seguida de un flujo bifásico. Finalmente, una vez que el sistema se ha enfriado por completo, aparece un flujo monofásico. Al inicio del preenfriamiento, la temperatura de la pared supera claramente la temperatura de saturación del líquido criogénico, e incluso su límite superior de sobrecalentamiento. 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 la rodea por completo; es decir, se produce ebullición en película. Posteriormente, durante el preenfriamiento, la temperatura de la pared del tubo desciende gradualmente por debajo del límite de sobrecalentamiento, creándose así las condiciones favorables para la ebullición transitoria y la ebullición de burbujas. Durante este proceso se producen grandes fluctuaciones de presión. Cuando el preenfriamiento alcanza cierto nivel, la capacidad calorífica de la tubería y la entrada de calor del entorno impiden que el líquido criogénico alcance la temperatura de saturación, dando lugar a un flujo monofásico.

Durante el proceso de vaporización intensa, se generan fluctuaciones drásticas de flujo y presión. En todo el proceso de fluctuación de presión, la presión máxima que se forma la primera vez que el líquido criogénico entra directamente en la tubería caliente representa la amplitud máxima de toda la fluctuación, 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.

Tras abrirse la válvula, el líquido criogénico entra rápidamente en la tubería por efecto de la diferencia de presión. La película de vapor generada por la vaporización separa el líquido de la pared de la tubería, formando un flujo axial concéntrico. Debido a la baja resistencia del vapor, el caudal del líquido criogénico es muy elevado. Con el avance, la temperatura del líquido aumenta gradualmente debido a la absorción de calor, lo que provoca un incremento de la presión en la tubería y una disminución de la velocidad de llenado. Si la tubería es lo suficientemente larga, la temperatura del líquido alcanzará la saturación en algún punto, momento en el que el líquido deja de avanzar. El calor transferido de la pared de la tubería al líquido criogénico se utiliza para la evaporación, lo que incrementa considerablemente la velocidad de evaporación y, por consiguiente, la presión en la tubería, pudiendo alcanzar entre 1,5 y 2 veces la presión de entrada. Bajo la acción de la diferencia de presión, parte del líquido será impulsado de regreso al tanque de almacenamiento de líquido criogénico, lo que resultará en una menor velocidad de generación de vapor. Debido a que parte del vapor generado se descarga en la salida de la tubería, la presión en la tubería disminuye. Después de un tiempo, la tubería restablecerá las condiciones de diferencia de presión, y el fenómeno se repetirá. Sin embargo, en el proceso posterior, debido a que existe una cierta presión y parte del 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 primer pico.

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

Dado que el caudal de preenfriamiento afecta directamente al proceso de preenfriamiento y a la magnitud de la tensión de contracción por frío, dicho proceso puede controlarse ajustando el caudal. El principio de selección adecuado del caudal de preenfriamiento consiste en reducir el tiempo de preenfriamiento utilizando un caudal mayor, siempre que la fluctuación de presión y la tensión de contracción por frío no superen los límites admisibles para los equipos y las tuberías. Si el caudal de preenfriamiento es demasiado bajo, el aislamiento de la tubería se verá afectado y es posible que nunca alcance el estado de enfriamiento adecuado.

Durante el proceso de preenfriamiento, debido a la presencia de flujo bifásico, resulta imposible medir el caudal real con un caudalímetro convencional, por lo que este no puede utilizarse para controlar dicho caudal. Sin embargo, podemos estimar indirectamente el caudal monitorizando 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 proceso de preenfriamiento alcanza el estado de flujo monofásico, el caudal real medido por el caudalímetro puede utilizarse para controlar dicho caudal. Este método se emplea frecuentemente para controlar el llenado de propulsor líquido criogénico para cohetes.

La variación de la contrapresión del recipiente receptor corresponde al proceso de preenfriamiento de la siguiente manera, lo que permite evaluar cualitativamente la etapa de preenfriamiento: cuando la capacidad de descarga del recipiente receptor es constante, la contrapresión aumenta rápidamente debido a la vaporización violenta del líquido criogénico, para luego disminuir gradualmente a medida que baja la temperatura del recipiente receptor y de la tubería. En este momento, la capacidad de preenfriamiento aumenta.

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Equipos criogénicos 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 aisladas de alto vacío y equipos de soporte relacionados para satisfacer las diversas necesidades de los clientes. Las tuberías y mangueras flexibles aisladas al vacío están construidas con materiales aislantes especiales de alto vacío y multicapa, y se someten a una serie de tratamientos técnicos extremadamente rigurosos y a un tratamiento 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).

La gama de productos de tuberías con camisa de vacío, mangueras con camisa de vacío, válvulas con camisa de vacío y separadores de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que han pasado por una serie de tratamientos técnicos extremadamente rigurosos, se utilizan para la transferencia de 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, fabricación de nuevos materiales, ingeniería química, hierro y acero, e investigación científica, etc.