Giới thiệusự dẫn xuất

Với sự phát triển của công nghệ đông lạnh, các sản phẩm chất lỏng đông lạnh đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế quốc dân, quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Ứng dụng của chất lỏng đông lạnh dựa trên việc lưu trữ và vận chuyển hiệu quả và an toàn các sản phẩm chất lỏng đông lạnh, và việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh bằng đường ống diễn ra trong toàn bộ quá trình lưu trữ và vận chuyển. Do đó, việc đảm bảo an toàn và hiệu quả của việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh bằng đường ống là rất quan trọng. Đối với việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh, cần phải thay khí trong đường ống trước khi vận chuyển, nếu không có thể gây ra sự cố vận hành. Quá trình làm mát sơ bộ là một khâu không thể tránh khỏi trong quá trình vận chuyển sản phẩm chất lỏng đông lạnh. Quá trình này sẽ gây ra sốc áp suất mạnh và các tác động tiêu cực khác cho đường ống. Ngoài ra, hiện tượng phun nước trong đường ống thẳng đứng và hiện tượng vận hành không ổn định của hệ thống, chẳng hạn như ống nhánh mù bị đầy, đầy sau khi xả định kỳ và đầy buồng khí sau khi mở van, sẽ gây ra các mức độ ảnh hưởng tiêu cực khác nhau đến thiết bị và đường ống. Vì vậy, bài báo này sẽ phân tích sâu về các vấn đề nêu trên và hy vọng tìm ra giải pháp thông qua việc phân tích.

Sự dịch chuyển của khí trong đường ống trước khi truyền

Với sự phát triển của công nghệ đông lạnh, các sản phẩm chất lỏng đông lạnh đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế quốc dân, quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Ứng dụng của chất lỏng đông lạnh dựa trên việc lưu trữ và vận chuyển hiệu quả và an toàn các sản phẩm chất lỏng đông lạnh, và việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh bằng đường ống diễn ra trong toàn bộ quá trình lưu trữ và vận chuyển. Do đó, việc đảm bảo an toàn và hiệu quả của việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh bằng đường ống là rất quan trọng. Đối với việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh, cần phải thay khí trong đường ống trước khi vận chuyển, nếu không có thể gây ra sự cố vận hành. Quá trình làm mát sơ bộ là một khâu không thể tránh khỏi trong quá trình vận chuyển sản phẩm chất lỏng đông lạnh. Quá trình này sẽ gây ra sốc áp suất mạnh và các tác động tiêu cực khác cho đường ống. Ngoài ra, hiện tượng phun nước trong đường ống thẳng đứng và hiện tượng vận hành không ổn định của hệ thống, chẳng hạn như ống nhánh mù bị đầy, đầy sau khi xả định kỳ và đầy buồng khí sau khi mở van, sẽ gây ra các mức độ ảnh hưởng tiêu cực khác nhau đến thiết bị và đường ống. Vì vậy, bài báo này sẽ phân tích sâu về các vấn đề nêu trên và hy vọng tìm ra giải pháp thông qua việc phân tích.

Quá trình làm mát trước của đường ống

Trong toàn bộ quá trình vận chuyển đường ống chất lỏng đông lạnh, trước khi thiết lập trạng thái vận chuyển ổn định, sẽ có hệ thống đường ống và thiết bị tiếp nhận làm mát sơ bộ, nóng, tức là quá trình làm mát sơ bộ. Trong quá trình này, đường ống và thiết bị tiếp nhận phải chịu ứng suất co ngót và áp suất va đập đáng kể, do đó cần được kiểm soát chặt chẽ.

Chúng ta hãy bắt đầu bằng việc phân tích quy trình.

Toàn bộ quá trình làm lạnh sơ bộ bắt đầu bằng quá trình bay hơi mạnh, sau đó xuất hiện dòng chảy hai pha. Cuối cùng, dòng chảy một pha xuất hiện sau khi hệ thống được làm lạnh hoàn toàn. Khi bắt đầu quá trình làm lạnh sơ bộ, nhiệt độ thành ống rõ ràng vượt quá nhiệt độ bão hòa của chất lỏng đông lạnh, và thậm chí vượt quá nhiệt độ giới hạn trên của chất lỏng đông lạnh — nhiệt độ quá nhiệt cực đại. Do truyền nhiệt, chất lỏng gần thành ống được làm nóng và bốc hơi ngay lập tức để tạo thành màng hơi, bao quanh hoàn toàn thành ống, tức là xảy ra hiện tượng sôi màng. Sau đó, với quá trình làm lạnh sơ bộ, nhiệt độ thành ống dần giảm xuống dưới nhiệt độ quá nhiệt giới hạn, và khi đó các điều kiện thuận lợi cho quá trình sôi chuyển tiếp và sôi bong bóng được hình thành. Biến động áp suất lớn xảy ra trong quá trình này. Khi quá trình làm lạnh sơ bộ được thực hiện đến một giai đoạn nhất định, nhiệt dung của đường ống và sự xâm nhập nhiệt của môi trường sẽ không làm nóng chất lỏng đông lạnh đến nhiệt độ bão hòa, và trạng thái dòng chảy một pha sẽ xuất hiện.

Trong quá trình bốc hơi mạnh, sẽ tạo ra biến động lưu lượng và áp suất đột ngột. Trong toàn bộ quá trình biến động áp suất, áp suất cực đại hình thành lần đầu tiên sau khi chất lỏng đông lạnh đi trực tiếp vào ống nóng chính là biên độ cực đại trong toàn bộ quá trình biến động áp suất, và sóng áp suất có thể kiểm chứng khả năng chịu áp suất của hệ thống. Do đó, thông thường chỉ nghiên cứu sóng áp suất đầu tiên.

Sau khi van được mở, chất lỏng đông lạnh nhanh chóng đi vào đường ống dưới tác động của chênh lệch áp suất, và màng hơi được tạo ra bởi quá trình bay hơi tách chất lỏng khỏi thành ống, tạo thành dòng chảy trục đồng tâm. Do hệ số cản của hơi rất nhỏ, nên lưu lượng của chất lỏng đông lạnh rất lớn, khi tiến về phía trước, nhiệt độ của chất lỏng do hấp thụ nhiệt và tăng dần, theo đó, áp suất đường ống tăng lên, tốc độ nạp chậm lại. Nếu đường ống đủ dài, nhiệt độ chất lỏng phải đạt đến trạng thái bão hòa tại một thời điểm nào đó, tại thời điểm đó chất lỏng ngừng tiến vào. Nhiệt từ thành ống vào chất lỏng đông lạnh đều được sử dụng để bay hơi, lúc này tốc độ bay hơi tăng lên rất nhiều, áp suất trong đường ống cũng tăng lên, có thể đạt 1,5 ~ 2 lần áp suất đầu vào. Dưới tác động của chênh lệch áp suất, một phần chất lỏng sẽ bị đẩy trở lại bể chứa chất lỏng đông lạnh, khiến tốc độ sinh hơi giảm đi, và do một phần hơi sinh ra từ đường ống xả ra, áp suất trong đường ống giảm xuống. Sau một khoảng thời gian, đường ống sẽ đưa chất lỏng trở lại trạng thái chênh lệch áp suất, hiện tượng này lại xuất hiện, cứ thế lặp lại. Tuy nhiên, trong quá trình tiếp theo, do có một lượng áp suất nhất định và một phần chất lỏng trong đường ống, nên áp suất tăng lên do chất lỏng mới tạo ra nhỏ hơn, nên đỉnh áp suất sẽ nhỏ hơn đỉnh áp suất ban đầu.

Trong toàn bộ quá trình làm mát sơ bộ, hệ thống không chỉ phải chịu tác động của sóng áp suất lớn mà còn phải chịu ứng suất co ngót lớn do lạnh. Tác động kết hợp của cả hai yếu tố này có thể gây hư hỏng kết cấu hệ thống, vì vậy cần phải có các biện pháp cần thiết để kiểm soát.

Do lưu lượng dòng chảy làm mát trước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm mát trước và mức độ ứng suất co ngót nguội, nên quá trình làm mát trước có thể được kiểm soát bằng cách kiểm soát lưu lượng dòng chảy làm mát trước. Nguyên tắc lựa chọn lưu lượng dòng chảy làm mát trước hợp lý là rút ngắn thời gian làm mát trước bằng cách sử dụng lưu lượng dòng chảy làm mát trước lớn hơn, trên cơ sở đảm bảo rằng dao động áp suất và ứng suất co ngót nguội không vượt quá phạm vi cho phép của thiết bị và đường ống. Nếu lưu lượng dòng chảy làm mát trước quá nhỏ, hiệu suất cách nhiệt của đường ống sẽ không tốt, và đường ống có thể không bao giờ đạt đến trạng thái làm mát.

Trong quá trình làm mát sơ bộ, do xuất hiện dòng chảy hai pha, không thể đo lưu lượng thực tế bằng lưu lượng kế thông thường, do đó không thể sử dụng nó để hướng dẫn kiểm soát lưu lượng làm mát sơ bộ. Tuy nhiên, chúng ta có thể gián tiếp đánh giá kích thước của lưu lượng bằng cách theo dõi áp suất ngược của bình chứa. Trong một số điều kiện nhất định, mối quan hệ giữa áp suất ngược của bình chứa và lưu lượng làm mát sơ bộ có thể được xác định bằng phương pháp phân tích. Khi quá trình làm mát sơ bộ tiến triển đến trạng thái dòng chảy một pha, lưu lượng thực tế do lưu lượng kế đo được có thể được sử dụng để hướng dẫn kiểm soát lưu lượng làm mát sơ bộ. Phương pháp này thường được sử dụng để kiểm soát việc nạp nhiên liệu lỏng siêu lạnh cho tên lửa.

Sự thay đổi áp suất ngược của bình tiếp nhận tương ứng với quá trình làm lạnh sơ bộ như sau, có thể được sử dụng để đánh giá định tính giai đoạn làm lạnh sơ bộ: khi dung tích xả của bình tiếp nhận không đổi, áp suất ngược sẽ tăng nhanh do chất lỏng đông lạnh bốc hơi mạnh lúc đầu, sau đó giảm dần khi nhiệt độ của bình tiếp nhận và đường ống giảm. Lúc này, dung tích làm lạnh sơ bộ tăng lên.

Hãy theo dõi bài viết tiếp theo để biết thêm những câu hỏi khác nhé!

Thiết bị đông lạnh HL

HL Cryogenic Equipment, được thành lập năm 1992, là một thương hiệu trực thuộc Công ty TNHH Thiết bị Cryogenic HL. HL Cryogenic Equipment cam kết thiết kế và sản xuất Hệ thống Đường ống Cách nhiệt Chân không Cao và các Thiết bị Hỗ trợ liên quan để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng. Ống cách nhiệt Chân không và Ống mềm được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhiều lớp, nhiều màn chắn và chân không cao, trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật và chân không cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, khí ethylene hóa lỏng (LEG) và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG).

Dòng sản phẩm Ống chân không bọc, Ống chân không bọc, Van chân không bọc và Bộ tách pha của Công ty Thiết bị Nhiệt độ thấp HL đã trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, LEG và LNG, và các sản phẩm này được sử dụng cho thiết bị nhiệt độ thấp (ví dụ: bồn chứa nhiệt độ thấp, bình chứa sương và hộp lạnh, v.v.) trong các ngành công nghiệp tách khí, khí, hàng không, điện tử, siêu dẫn, chip, lắp ráp tự động hóa, thực phẩm & đồ uống, dược phẩm, bệnh viện, ngân hàng sinh học, cao su, sản xuất vật liệu mới, kỹ thuật hóa học, sắt & thép và nghiên cứu khoa học, v.v.