Giới thiệusự dẫn xuất

Với sự phát triển của công nghệ lạnh, các sản phẩm chất lỏng 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 lạnh dựa trên việc lưu trữ và vận chuyển hiệu quả và an toàn các sản phẩm chất lỏng lạnh, và quá trình truyền chất lỏng lạnh qua 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 quá trình truyền chất lỏng lạnh qua đường ống là rất quan trọng. Đối với quá trình truyền chất lỏng lạnh, cần phải thay khí trong đường ống trước khi truyền, nếu không có thể gây ra sự cố vận hành. Quá trình làm mát trước là một mắt xích không thể tránh khỏi trong quá trình vận chuyển sản phẩm chất lỏng 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 hệ thống không ổn định, chẳng hạn như làm đầy ống nhánh mù, làm đầy sau khi xả định kỳ và làm đầy buồng khí sau khi mở van, sẽ mang lại các mức độ tác động tiêu cực khác nhau cho thiết bị và đường ống. Theo quan điểm này, bài báo này thực hiện một số phân tích chuyên sâu về các vấn đề trên và hy vọng tìm ra giải pháp thông qua quá trình phân tích.

Sự dịch chuyển của khí trong đường ống trước khi truyền

Với sự phát triển của công nghệ lạnh, các sản phẩm chất lỏng 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 lạnh dựa trên việc lưu trữ và vận chuyển hiệu quả và an toàn các sản phẩm chất lỏng lạnh, và quá trình truyền chất lỏng lạnh qua 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 quá trình truyền chất lỏng lạnh qua đường ống là rất quan trọng. Đối với quá trình truyền chất lỏng lạnh, cần phải thay khí trong đường ống trước khi truyền, nếu không có thể gây ra sự cố vận hành. Quá trình làm mát trước là một mắt xích không thể tránh khỏi trong quá trình vận chuyển sản phẩm chất lỏng 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 hệ thống không ổn định, chẳng hạn như làm đầy ống nhánh mù, làm đầy sau khi xả định kỳ và làm đầy buồng khí sau khi mở van, sẽ mang lại các mức độ tác động tiêu cực khác nhau cho thiết bị và đường ống. Theo quan điểm này, bài báo này thực hiện một số phân tích chuyên sâu về các vấn đề trên và hy vọng tìm ra giải pháp thông qua quá trình phân tích.

Quá trình làm mát trước của đường ống

Trong toàn bộ quá trình truyền tải đường ống chất lỏng đông lạnh, trước khi thiết lập trạng thái truyền tải ổn định, sẽ có hệ thống đường ống làm mát trước và nóng và quy trình thiết bị tiếp nhận, tức là quy trình làm mát trước. Trong quá trình này, đường ống và thiết bị tiếp nhận phải chịu ứng suất co ngót và áp suất va đập đáng kể, vì vậy cần phải kiểm soát.

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

Toàn bộ quá trình làm mát trước bắt đầu bằng quá trình bốc hơi dữ dội, sau đó xuất hiện dòng chảy hai pha. Cuối cùng, dòng chảy một pha xuất hiện sau khi hệ thống được làm mát hoàn toàn. Khi bắt đầu quá trình làm mát trước, 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 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 mát trước, nhiệt độ của thành ống giảm dần xuống dưới nhiệt độ quá nhiệt giới hạn, 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 mát trước 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 sự dao động mạnh về lưu lượng và áp suất. Trong toàn bộ quá trình dao động áp suất, áp suất cực đại hình thành lần đầu tiên sau khi chất lỏng đông lạnh trực tiếp đi vào ống nóng là biên độ cực đại trong toàn bộ quá trình dao động áp suất và sóng áp suất có thể xác minh khả năng chịu áp suất của hệ thống. Do đó, chỉ có sóng áp suất đầu tiên được nghiên cứu chung.

Sau khi van 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, theo tiến trình 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 số điểm, tại thời điểm đó chất lỏng ngừng tiến lên. 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 được đưa trở lại bể chứa chất lỏng đông lạnh, dẫn đến tốc độ tạo hơi trở nên nhỏ hơn và do một phần hơi được tạo ra từ đường ống xả ra, áp suất đường ống giảm, sau một khoảng thời gian, đường ống sẽ thiết lập lại chất lỏng vào điều kiện chênh lệch áp suất, hiện tượng sẽ xuất hiện lại, cứ thế lặp lại. Tuy nhiên, trong quá trình tiếp theo, vì có một áp suất nhất định và một phần chất lỏng trong đường ống, nên áp suất tăng do chất lỏng mới gây ra là nhỏ, do đó đỉnh áp suất sẽ nhỏ hơn đỉnh đầu tiên.

Trong toàn bộ quá trình làm mát trước, 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 có thể gây hư hỏng cấu trúc cho hệ thống, vì vậy cần phải có biện pháp kiểm soát cần thiết.

Vì lưu lượng dòng chảy làm mát trước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm mát trước và kích thước của ứng suất co ngót lạnh, 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 hợp lý của lưu lượng dòng chảy làm mát trước 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 sự dao động áp suất và ứng suất co ngót lạnh 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 không tốt cho đường ống, có thể không bao giờ đạt đến trạng thái làm mát.

Trong quá trình làm mát trước, 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 để hướng dẫn kiểm soát lưu lượng làm mát trước. Nhưng chúng ta có thể gián tiếp đánh giá kích thước của dòng chảy bằng cách theo dõi áp suất ngược của bình tiếp nhận. Trong một số điều kiện nhất định, mối quan hệ giữa áp suất ngược của bình tiếp nhận và lưu lượng làm mát trước có thể được xác định bằng phương pháp phân tích. Khi quá trình làm mát trước 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 trước. Phương pháp này thường được sử dụng để kiểm soát việc nạp nhiên liệu lỏng đông 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 dùng 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 theo 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 vào 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 Thiết bị hỗ trợ liên quan để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng. Ống cách nhiệt chân không và Ống mềm được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhiều lớp và nhiều màn hình chân không cao, trải qua một loạt các 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 ethylene hóa lỏng LEG và khí thiên nhiên hóa lỏng LNG.

Dòng sản phẩm Ống chân không có áo khoác, Ống mềm có áo khoác, Van chân không có áo khoác và Bộ tách pha của Công ty Thiết bị Nhiệt độ thấp HL đã trải qua một loạt các 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 như bồn nhiệt độ thấp, bình đựng nước 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.