Introductionproduction

Avec le développement de la technologie cryogénique, les liquides cryogéniques jouent un rôle important dans de nombreux domaines, tels que l'économie nationale, la défense nationale et la recherche scientifique. L'utilisation des liquides cryogéniques repose sur un stockage et un transport efficaces et sûrs, et le transport par pipeline est assuré tout au long du processus. Il est donc primordial de garantir la sécurité et l'efficacité du transport des liquides cryogéniques. Pour ce faire, il est nécessaire de remplacer le gaz dans le pipeline avant le transport, sous peine de panne. Le prérefroidissement est une étape incontournable du transport des liquides cryogéniques. Ce processus entraîne de forts chocs de pression et d'autres effets négatifs sur le pipeline. De plus, le phénomène de geyser dans le pipeline vertical et les phénomènes d'instabilité du système, tels que le remplissage des tuyaux de dérivation borgnes, le remplissage après vidange et le remplissage de la chambre à air après ouverture de la vanne, peuvent avoir des effets néfastes à divers degrés sur les équipements et le pipeline. Dans ce contexte, cet article propose une analyse approfondie des problèmes ci-dessus et espère trouver une solution grâce à cette analyse.

Déplacement du gaz dans la ligne avant transmission

Avec le développement de la technologie cryogénique, les liquides cryogéniques jouent un rôle important dans de nombreux domaines, tels que l'économie nationale, la défense nationale et la recherche scientifique. L'utilisation des liquides cryogéniques repose sur un stockage et un transport efficaces et sûrs, et le transport par pipeline est assuré tout au long du processus. Il est donc primordial de garantir la sécurité et l'efficacité du transport des liquides cryogéniques. Pour ce faire, il est nécessaire de remplacer le gaz dans le pipeline avant le transport, sous peine de panne. Le prérefroidissement est une étape incontournable du transport des liquides cryogéniques. Ce processus entraîne de forts chocs de pression et d'autres effets négatifs sur le pipeline. De plus, le phénomène de geyser dans le pipeline vertical et les phénomènes d'instabilité du système, tels que le remplissage des tuyaux de dérivation borgnes, le remplissage après vidange et le remplissage de la chambre à air après ouverture de la vanne, peuvent avoir des effets néfastes à divers degrés sur les équipements et le pipeline. Dans ce contexte, cet article propose une analyse approfondie des problèmes ci-dessus et espère trouver une solution grâce à cette analyse.

Le processus de pré-refroidissement du pipeline

Tout au long du processus de transport de liquides cryogéniques par pipeline, avant d'atteindre un état de transport stable, un pré-refroidissement et une mise à chaud des tuyauteries et des équipements de réception sont nécessaires. Lors de ce processus, les tuyauteries et les équipements de réception doivent résister à des contraintes de retrait et à des pressions d'impact considérables ; leur contrôle est donc essentiel.

Commençons par une analyse du processus.

Le processus de prérefroidissement commence par une vaporisation violente, suivie d'un écoulement diphasique. Enfin, un écoulement monophasique apparaît après refroidissement complet du système. Au début du prérefroidissement, la température de paroi dépasse nettement la température de saturation du liquide cryogénique, et même sa température limite supérieure, la température de surchauffe ultime. Sous l'effet du transfert de chaleur, le liquide proche de la paroi du tube est chauffé et instantanément vaporisé pour former un film de vapeur qui enveloppe entièrement la paroi du tube : on parle alors d'ébullition pelliculaire. Ensuite, avec le prérefroidissement, la température de la paroi du tube descend progressivement en dessous de la température limite de surchauffe, créant ainsi des conditions favorables à l'ébullition de transition et à l'ébullition par bulles. Ce processus est soumis à d'importantes fluctuations de pression. Lorsque le prérefroidissement atteint un certain stade, la capacité thermique de la canalisation et l'apport de chaleur ambiant ne permettent pas de chauffer le liquide cryogénique à la température de saturation, et un écoulement monophasique apparaît.

Lors d'une vaporisation intense, d'importantes fluctuations de débit et de pression sont générées. Lors de ces fluctuations, la pression maximale formée lors de la première pénétration du liquide cryogénique dans le tube chaud représente l'amplitude maximale de l'ensemble du processus. L'onde de pression permet de vérifier la capacité de pression du système. Par conséquent, seule la première onde de pression est généralement étudiée.

Après ouverture de la vanne, le liquide cryogénique pénètre rapidement dans la canalisation sous l'effet de la différence de pression. Le film de vapeur généré par la vaporisation sépare le liquide de la paroi du tube, formant un flux axial concentrique. Le faible coefficient de résistance de la vapeur, qui entraîne un débit important, entraîne une augmentation progressive de la température du liquide par absorption de chaleur. La pression dans le tube augmente et la vitesse de remplissage ralentit. Si le tube est suffisamment long, la température du liquide atteint un point de saturation, auquel cas la progression du liquide s'arrête. La chaleur transférée de la paroi du tube au liquide cryogénique est entièrement utilisée pour l'évaporation. La vitesse d'évaporation augmente alors considérablement, ce qui entraîne une augmentation de la pression dans le tube, pouvant atteindre 1,5 à 2 fois la pression d'entrée. Sous l'effet de la différence de pression, une partie du liquide est refoulée vers le réservoir cryogénique, ce qui réduit la vitesse de production de vapeur. Comme une partie de la vapeur générée à la sortie de la conduite s'échappe, la pression chute. Après un certain temps, la conduite rétablit la différence de pression, et le phénomène se reproduit. Cependant, dans le processus suivant, en raison de la présence d'une certaine pression et d'une partie du liquide dans la conduite, l'augmentation de pression causée par le nouveau liquide est faible, de sorte que le pic de pression sera inférieur au premier pic.

Tout au long du processus de prérefroidissement, le système doit non seulement supporter une forte onde de pression, mais aussi une importante contrainte de retrait due au froid. L'action combinée de ces deux facteurs peut endommager la structure du système ; des mesures doivent donc être prises pour la maîtriser.

Le débit de prérefroidissement ayant une incidence directe sur le processus de prérefroidissement et sur l'ampleur de la contrainte de retrait à froid, il est possible de contrôler le processus de prérefroidissement en contrôlant le débit. Le principe de sélection judicieux du débit de prérefroidissement consiste à raccourcir le temps de prérefroidissement en utilisant un débit plus important, afin de garantir que les fluctuations de pression et la contrainte de retrait à froid ne dépassent pas la plage admissible des équipements et des canalisations. Un débit de prérefroidissement trop faible peut nuire à l'isolation de la canalisation et l'empêcher d'atteindre l'état de refroidissement.

Lors du prérefroidissement, en raison de l'écoulement diphasique, il est impossible de mesurer le débit réel avec un débitmètre classique. Ce dernier ne permet donc pas de le réguler. Cependant, la mesure de la contre-pression du récipient récepteur permet d'évaluer indirectement l'importance du débit. Dans certaines conditions, la relation entre la contre-pression du récipient récepteur et le débit de prérefroidissement peut être déterminée par analyse. Lorsque le prérefroidissement passe à l'état monophasique, le débit réel mesuré par le débitmètre peut servir à réguler le débit de prérefroidissement. Cette méthode est souvent utilisée pour contrôler le remplissage de propergol liquide cryogénique pour fusées.

La variation de la contre-pression du récipient récepteur correspond au processus de prérefroidissement suivant, ce qui permet d'évaluer qualitativement l'étape de prérefroidissement : lorsque la capacité d'échappement du récipient récepteur est constante, la contre-pression augmente rapidement en raison de la vaporisation brutale du liquide cryogénique, puis diminue progressivement avec la baisse de température du récipient récepteur et de la canalisation. À ce moment, la capacité de prérefroidissement augmente.

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Équipement cryogénique HL

Fondée en 1992, HL Cryogenic Equipment est une marque affiliée à HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). HL Cryogenic Equipment conçoit et fabrique des systèmes de tuyauterie cryogénique isolée sous vide poussé et des équipements de support associés pour répondre aux différents besoins de ses clients. Les tuyaux et flexibles isolés sous vide sont fabriqués à partir de matériaux isolants spéciaux multicouches et multi-écrans sous vide poussé, et subissent une série de traitements techniques extrêmement rigoureux, notamment un traitement sous vide poussé. Ils sont utilisés pour le transfert d'oxygène liquide, d'azote liquide, d'argon liquide, d'hydrogène liquide, d'hélium liquide, d'éthylène gazeux liquéfié (EGL) et de gaz naturel liquéfié (GNL).

La série de produits de tuyaux à gaine sous vide, de tuyaux à gaine sous vide, de vannes à gaine sous vide et de séparateurs de phases de la société HL Cryogenic Equipment, qui a subi une série de traitements techniques extrêmement stricts, est utilisée pour le transfert d'oxygène liquide, d'azote liquide, d'argon liquide, d'hydrogène liquide, d'hélium liquide, de LEG et de GNL, et ces produits sont entretenus pour les équipements cryogéniques (par exemple, les réservoirs cryogéniques, les Dewars et les boîtes froides, etc.) dans les industries de la séparation de l'air, des gaz, de l'aviation, de l'électronique, des supraconducteurs, des puces, de l'assemblage d'automatisation, de l'alimentation et des boissons, de la pharmacie, de l'hôpital, de la biobanque, du caoutchouc, de la fabrication de nouveaux matériaux, de l'ingénierie chimique, du fer et de l'acier et de la recherche scientifique, etc.