Un processus instable dans la transmission

Lors du transport de liquides cryogéniques par pipeline, leurs propriétés et leur fonctionnement spécifiques entraînent une série de processus instables, différents de ceux d'un fluide à température normale en transition avant l'établissement d'un état stable. Ces processus instables ont également un impact dynamique important sur les équipements, pouvant entraîner des dommages structurels. Par exemple, le système de remplissage d'oxygène liquide de la fusée de transport Saturn V aux États-Unis a provoqué la rupture de la ligne de perfusion suite à l'ouverture de la vanne. De plus, les processus instables endommagent plus fréquemment d'autres équipements auxiliaires (vannes, soufflets, etc.). Les processus instables dans le transport de liquides cryogéniques par pipeline comprennent principalement le remplissage des tuyaux de dérivation borgnes, le remplissage après une décharge intermittente de liquide dans le tuyau de drainage et le processus instable lors de l'ouverture de la vanne formant la chambre à air à l'avant. Ces processus instables ont en commun le remplissage de la cavité de vapeur par un liquide cryogénique, ce qui entraîne un transfert de chaleur et de masse intense à l'interface diphasique, entraînant de fortes fluctuations des paramètres du système. Le remplissage après une évacuation intermittente du liquide du tuyau de drainage étant similaire au processus instable lors de l'ouverture de la vanne formant la chambre d'air à l'avant, nous analyserons ci-dessous uniquement le processus instable lors du remplissage du tuyau de dérivation borgne et de l'ouverture de la vanne.

Le processus instable de remplissage des tubes de dérivation borgnes

Pour des raisons de sécurité et de contrôle du système, le système de canalisations doit être équipé, en plus de la conduite principale, de conduites auxiliaires. De plus, les soupapes de sécurité, les vannes de décharge et autres vannes du système introduisent des conduites auxiliaires correspondantes. Lorsque ces conduites ne fonctionnent pas, des dérivations borgnes sont formées. L'intrusion thermique dans la canalisation par l'environnement entraîne inévitablement la formation de cavités de vapeur dans le tube borgne (dans certains cas, ces cavités sont spécialement conçues pour réduire l'intrusion de chaleur du liquide cryogénique provenant de l'extérieur). En état de transition, la pression dans la canalisation augmente en raison du réglage des vannes et d'autres facteurs. Sous l'effet de la différence de pression, le liquide remplit la chambre à vapeur. Si, lors du remplissage de la chambre à gaz, la vapeur générée par la vaporisation du liquide cryogénique sous l'effet de la chaleur ne suffit pas à inverser le liquide, celui-ci remplit toujours la chambre à gaz. Enfin, après le remplissage de la cavité d'air, un freinage rapide se produit au niveau du joint du tube borgne, ce qui entraîne une forte pression à proximité du joint.

Le remplissage du tube borgne se déroule en trois étapes. Dans la première, le liquide est propulsé jusqu'à atteindre sa vitesse maximale sous l'effet de la différence de pression, jusqu'à l'équilibre. Dans la deuxième étape, grâce à l'inertie, le liquide continue de se remplir. À ce moment, la différence de pression inverse (la pression dans la chambre à gaz augmente avec le remplissage) ralentit le fluide. La troisième étape, appelée freinage rapide, est celle où l'impact de la pression est maximal.

La réduction de la vitesse de remplissage et de la taille de la cavité d'air permet d'éliminer ou de limiter la charge dynamique générée lors du remplissage d'une canalisation borgne. Pour les canalisations longues, la source d'écoulement du liquide peut être réglée en douceur à l'avance afin de réduire la vitesse d'écoulement et de maintenir la vanne fermée pendant une longue période.

En termes de structure, nous pouvons utiliser différents éléments de guidage pour améliorer la circulation du liquide dans le tuyau de dérivation borgne, réduire la taille de la cavité d'air, introduire une résistance locale à l'entrée du tuyau de dérivation borgne ou augmenter son diamètre afin de réduire la vitesse de remplissage. De plus, la longueur et la position d'installation du tuyau de dérivation borgne ont un impact sur le choc hydraulique secondaire ; il est donc important d'accorder une attention particulière à la conception et à la disposition. L'augmentation du diamètre du tuyau réduit la charge dynamique : pour le remplissage du tuyau de dérivation borgne, le débit du tuyau de dérivation est limité par le débit du tuyau principal, valeur que l'analyse qualitative peut considérer comme fixe. Augmenter le diamètre du tuyau de dérivation équivaut à augmenter la section transversale, ce qui revient à réduire la vitesse de remplissage et donc la charge.

Le processus instable d'ouverture des valves

Lorsque la vanne est fermée, l'intrusion de chaleur provenant de l'environnement, notamment via le pont thermique, entraîne rapidement la formation d'une chambre d'air devant la vanne. Après l'ouverture de la vanne, la vapeur et le liquide se déplacent. Le débit de gaz étant bien supérieur à celui du liquide, la vapeur dans la vanne ne s'ouvre pas complètement immédiatement après l'évacuation, ce qui entraîne une chute de pression rapide. Le liquide est propulsé vers l'avant sous l'effet de la différence de pression. Lorsque le liquide se rapproche de la vanne, la vanne n'est pas complètement ouverte, des conditions de freinage se forment. À ce moment, une percussion de l'eau se produit, produisant une forte charge dynamique.

Le moyen le plus efficace d'éliminer ou de réduire la charge dynamique générée par le processus instable d'ouverture de la vanne est de réduire la pression de service en régime transitoire afin de réduire la vitesse de remplissage de la chambre à gaz. De plus, l'utilisation de vannes hautement contrôlables, le changement de direction de la section de la conduite et l'introduction d'une conduite de dérivation spéciale de petit diamètre (pour réduire la taille de la chambre à gaz) contribuent à réduire la charge dynamique. Il convient de noter que, contrairement à la réduction de la charge dynamique lors du remplissage de la canalisation de dérivation borgne par augmentation de son diamètre, lors du processus instable d'ouverture de la vanne, l'augmentation du diamètre de la canalisation principale équivaut à réduire la résistance uniforme de la canalisation, ce qui augmente le débit de la chambre à air remplie et donc la valeur de l'impact de l'eau.

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.