Giới thiệusản xuất

Với sự phát triển của công nghệ đông lạnh, các sản phẩm lỏng đông lạnh đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế quốc gia, 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 lỏng đông lạnh, và việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh qua đường ống diễn ra xuyên suốt 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 qua đường ống là rất quan trọng. Đối với việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh, cần phải thay thế khí trong đường ống trước khi vận chuyển, nếu không có thể gây ra sự cố vận hành. Quá trình làm lạnh sơ bộ là một khâu không thể tránh khỏi trong quá trình vận chuyển sản phẩm lỏng đông lạnh. Quá trình này sẽ gây ra sự thay đổi áp suất mạnh và các tác động tiêu cực khác đến đường ống. Ngoài ra, hiện tượng phun trào trong đường ống thẳng đứng và hiện tượng vận hành hệ thống không ổn định, chẳng hạn như việc lấp đầy ống nhánh bịt kín, lấp đầy sau khi xả định kỳ và lấp đầy buồng khí sau khi mở van, sẽ gây ra các mức độ ảnh hưởng bất lợi khác nhau đến thiết bị và đường ống. Trước thực tế đó, bài báo này sẽ phân tích sâu hơn một số vấn đề nêu trên và hy vọng tìm ra giải pháp thông qua phân tích.

Sự dịch chuyển khí trong đường ống trước khi truyền tải

Với sự phát triển của công nghệ đông lạnh, các sản phẩm lỏng đông lạnh đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế quốc gia, 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 lỏng đông lạnh, và việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh qua đường ống diễn ra xuyên suốt 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 qua đường ống là rất quan trọng. Đối với việc vận chuyển chất lỏng đông lạnh, cần phải thay thế khí trong đường ống trước khi vận chuyển, nếu không có thể gây ra sự cố vận hành. Quá trình làm lạnh sơ bộ là một khâu không thể tránh khỏi trong quá trình vận chuyển sản phẩm lỏng đông lạnh. Quá trình này sẽ gây ra sự thay đổi áp suất mạnh và các tác động tiêu cực khác đến đường ống. Ngoài ra, hiện tượng phun trào trong đường ống thẳng đứng và hiện tượng vận hành hệ thống không ổn định, chẳng hạn như việc lấp đầy ống nhánh bịt kín, lấp đầy sau khi xả định kỳ và lấp đầy buồng khí sau khi mở van, sẽ gây ra các mức độ ảnh hưởng bất lợi khác nhau đến thiết bị và đường ống. Trước thực tế đó, bài báo này sẽ phân tích sâu hơn một số vấn đề nêu trên và hy vọng tìm ra giải pháp thông qua phân tích.

Quá trình làm lạnh sơ bộ của đường ống

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

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

Toàn bộ quá trình làm lạnh sơ bộ bắt đầu bằng một quá trình hóa hơi mạnh mẽ, 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. Ở giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh sơ bộ, nhiệt độ thành ống rõ ràng vượt quá nhiệt độ bão hòa của chất lỏng đông lạnh, thậm chí vượt quá nhiệt độ giới hạn trên của chất lỏng đông lạnh - nhiệt độ quá nhiệt tối đa. Do truyền nhiệt, chất lỏng gần thành ống bị nung nóng và hóa hơi tức thì 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 của thành ống giảm dần xuống dưới nhiệt độ quá nhiệt giới hạn, và sau đó hình thành các điều kiện thuận lợi cho quá trình sôi chuyển tiếp và sôi bong bóng. 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, dung lượng nhiệt của đường ống và sự xâm nhập nhiệt từ 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 hóa hơi mạnh, sẽ tạo ra những biến động lớn về lưu lượng và áp suất. Trong toàn bộ quá trình biến động áp suất, áp suất cực đại hình thành lần đầu tiên sau khi chất lỏng đông lạnh trực tiếp đi vào ống nóng chính là biên độ cực đại trong toàn bộ quá trình biến động áp suất, và sóng áp suất này có thể kiểm chứng khả năng chịu áp suất của hệ thống. Do đó, thông thường chỉ sóng áp suất đầu tiên được nghiên cứu.

Sau khi van được mở, chất lỏng đông lạnh nhanh chóng đi vào đường ống dưới tác dụng của chênh lệch áp suất, và lớp màng hơi sinh ra do quá trình bay hơi sẽ tách chất lỏng khỏi thành ống, tạo thành dòng chảy trục đồng tâm. Vì 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 sẽ tăng dần, do đó, áp suất trong đường ống tăng lên, tốc độ nạp chậm lại. Nếu đường ống đủ dài, nhiệt độ của chất lỏng phải đạt đến trạng thái bão hòa tại một thời điểm nào đó, tại thời điểm đó chất lỏng sẽ ngừng tiến lên. Nhiệt lượng từ thành ống truyền vào chất lỏng đông lạnh đều được sử dụng cho quá trình bay hơi, lúc này tốc độ bay hơi tăng lên đáng kể, áp suất trong đường ống cũng tăng lên, có thể đạt gấp 1,5 đến 2 lần áp suất đầu vào. Dưới tác động của chênh lệch áp suất, một phần chất lỏng sẽ bị đẩy ngược trở lại bể chứa chất lỏng đông lạnh, dẫn đến tốc độ tạo hơi giảm đi. Do một phần hơi sinh ra được thải ra từ cửa xả của đường ống, áp suất trong đường ống giảm xuống. Sau một thời gian, đường ống sẽ thiết lập lại điều kiện chênh lệch áp suất, hiện tượng này sẽ lặp lại. Tuy nhiên, trong quá trình tiếp theo, do có một áp suất nhất định và một phần chất lỏng trong đường ống, sự tăng áp suất do chất lỏng mới gây ra nhỏ hơn, nên đỉnh áp suất sẽ nhỏ hơn đỉnh đầu tiên.

Trong toàn bộ quá trình làm lạnh 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 hai yếu tố này có thể gây hư hỏng cấu trúc hệ thống, vì vậy cần có các biện pháp kiểm soát cần thiết.

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

Trong quá trình làm lạnh sơ bộ, do sự xuất hiện của dòng chảy hai pha, không thể đo được lưu lượng thực tế bằng lưu lượng kế thông thường, do đó không thể sử dụng nó để điều khiển lưu lượng làm lạnh sơ bộ. Tuy nhiên, ta có thể gián tiếp đánh giá quy mô dòng chảy bằng cách theo dõi áp suất ngược của bình chứa. Trong những điều kiện nhất định, mối quan hệ giữa áp suất ngược của bình chứa và lưu lượng làm lạnh sơ bộ có thể được xác định bằng phương pháp phân tích. Khi quá trình làm lạnh sơ bộ chuyển sang trạng thái dòng chảy một pha, lưu lượng thực tế đo được bằng lưu lượng kế có thể được sử dụng để điều khiển lưu lượng làm lạnh sơ bộ. Phương pháp này thường được sử dụng để điều khiển việc nạp nhiên liệu lỏng đông lạnh cho tên lửa.

Sự thay đổi áp suất ngược của bình chứa 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 công suất xả của bình chứa không đổi, áp suất ngược sẽ tăng nhanh do sự bay hơi mạnh của chất lỏng đông lạnh ban đầu, sau đó giảm dần khi nhiệt độ của bình chứa và đường ống giảm. Lúc này, công suất làm lạnh sơ bộ tăng lên.

Hãy đón đọc bài viết tiếp theo để biết thêm các câu hỏi khác!

Thiết bị đông lạnh HL

Công ty 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, trong môi trường chân không cao, trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt và xử lý chân không cao, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, khí etylen hóa lỏng (LEG) và khí tự nhiên hóa lỏng (LNG).

Dòng sản phẩm ống bọc chân không, ống mềm bọc chân không, van bọc chân không và bộ tách pha của Công ty Thiết bị Cryogenic HL, trải qua hàng loạt 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 được bảo dưỡng cho các thiết bị cryogenic (ví dụ: bồn chứa cryogenic, bình Dewar và hộp lạnh, v.v.) trong các ngành công nghiệp tách khí, khí đốt, hàng không, điện tử, siêu dẫn, chip, lắp ráp tự động hóa, thực phẩm và 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.