Un proceso inestable en la transmisión

En el proceso de transmisión de líquido criogénico por tuberías, las propiedades especiales y el funcionamiento del proceso del líquido criogénico provocarán una serie de procesos inestables diferentes a los del fluido a temperatura normal en el estado de transición antes del establecimiento del estado estable. El proceso inestable también tiene un gran impacto dinámico en el equipo, lo que puede causar daños estructurales. Por ejemplo, el sistema de llenado de oxígeno líquido del cohete de transporte Saturno V en Estados Unidos causó una vez la ruptura de la línea de infusión debido al impacto del proceso inestable al abrir la válvula. Además, el proceso inestable causó el daño de otros equipos auxiliares (como válvulas, fuelles, etc.) es más común. El proceso inestable en el proceso de transmisión de líquido criogénico por tuberías incluye principalmente el llenado de la tubería de derivación ciega, el llenado después de la descarga intermitente de líquido en la tubería de drenaje y el proceso inestable al abrir la válvula que ha formado la cámara de aire en la parte delantera. Estos procesos inestables tienen en común que su esencia reside en el llenado de la cavidad de vapor con líquido criogénico, lo que provoca una intensa transferencia de calor y masa en la interfaz bifásica, lo que resulta en fluctuaciones bruscas de los parámetros del sistema. Dado que el proceso de llenado tras la descarga intermitente de líquido de la tubería de drenaje es similar al proceso inestable que se produce al abrir la válvula que forma la cámara de aire frontal, a continuación se analiza únicamente el proceso inestable cuando se llena la tubería ciega y se abre la válvula.

El proceso inestable de llenado de tubos de ramificación ciega

Para garantizar la seguridad y el control del sistema, además de la tubería principal de transporte, se deben instalar ramales auxiliares en el sistema de tuberías. Además, las válvulas de seguridad, de descarga y otras válvulas del sistema conectarán los ramales correspondientes. Cuando estos ramales no funcionan, se forman ramales ciegos para el sistema de tuberías. La penetración térmica de la tubería por el entorno circundante inevitablemente generará cavidades de vapor en el tubo ciego (en algunos casos, estas cavidades se utilizan específicamente para reducir la penetración de calor del líquido criogénico desde el exterior). En el estado de transición, la presión en la tubería aumentará debido al ajuste de la válvula, entre otras razones. Bajo la acción de la diferencia de presión, el líquido llenará la cámara de vapor. Si durante el llenado de la cámara de gas, el vapor generado por la vaporización del líquido criogénico debido al calor no es suficiente para impulsar el líquido en sentido inverso, este llenará la cámara de gas. Finalmente, tras llenar la cavidad de aire, se produce una ruptura rápida en el sello del tubo ciego, lo que genera una fuerte presión cerca del sello.

El proceso de llenado del tubo ciego se divide en tres etapas. En la primera, el líquido se impulsa hasta alcanzar la velocidad máxima de llenado bajo la acción de la diferencia de presión hasta que se equilibra. En la segunda, debido a la inercia, el líquido continúa avanzando. En este punto, la diferencia de presión inversa (la presión en la cámara de gas aumenta con el proceso de llenado) ralentiza el fluido. La tercera etapa es la de frenado rápido, donde el impacto de la presión es mayor.

Reducir la velocidad de llenado y el tamaño de la cavidad de aire permite eliminar o limitar la carga dinámica generada durante el llenado de la tubería ciega. En sistemas de tuberías largos, la fuente de flujo de líquido puede ajustarse gradualmente con antelación para reducir la velocidad del flujo y mantener la válvula cerrada durante un tiempo prolongado.

En términos de estructura, podemos utilizar diferentes piezas de guía para mejorar la circulación del líquido en el ramal ciego, reducir el tamaño de la cavidad de aire, introducir resistencia local en la entrada del ramal ciego o aumentar el diámetro del ramal ciego para reducir la velocidad de llenado. Además, la longitud y la posición de instalación del ramal tendrán un impacto en el choque de agua secundario, por lo que se debe prestar atención al diseño y la disposición. La razón por la que aumentar el diámetro del tubo reducirá la carga dinámica puede explicarse cualitativamente de la siguiente manera: para el llenado del ramal ciego, el caudal del ramal está limitado por el caudal de la tubería principal, que puede asumirse como un valor fijo durante el análisis cualitativo. Aumentar el diámetro del ramal equivale a aumentar el área de la sección transversal, lo que equivale a reducir la velocidad de llenado, lo que conduce a la reducción de la carga.

El proceso inestable de apertura de la válvula

Al cerrar la válvula, la intrusión de calor del entorno, especialmente a través del puente térmico, provoca rápidamente la formación de una cámara de aire delante de la válvula. Tras abrir la válvula, el vapor y el líquido comienzan a moverse. Dado que el caudal de gas es mucho mayor que el de líquido, el vapor en la válvula no se abre completamente poco después de la evacuación, lo que provoca una rápida caída de presión. El líquido avanza por la diferencia de presión. Cuando el líquido se acerca a la válvula sin abrir completamente, se produce un frenado. En este momento, se produce una percusión de agua, generando una fuerte carga dinámica.

La forma más eficaz de eliminar o reducir la carga dinámica generada por el proceso inestable de apertura de la válvula es reducir la presión de trabajo en el estado de transición, a fin de reducir la velocidad de llenado de la cámara de gas. Además, el uso de válvulas de alto control, el cambio de dirección de la sección de la tubería y la introducción de una tubería de derivación especial de pequeño diámetro (para reducir el tamaño de la cámara de gas) contribuirán a la reducción de la carga dinámica. En particular, cabe destacar que, a diferencia de la reducción de la carga dinámica al llenar la tubería ciega mediante el aumento del diámetro de la misma, en el proceso inestable de apertura de la válvula, aumentar el diámetro de la tubería principal equivale a reducir la resistencia uniforme de la tubería, lo que aumentará el caudal de la cámara de aire llena y, por consiguiente, el valor de impacto de agua.

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.