المقدمةالإنتاج

مع تطور تكنولوجيا التبريد العميق، لعبت منتجات السوائل المبردة دورًا هامًا في العديد من المجالات، مثل الاقتصاد الوطني والدفاع الوطني والبحث العلمي. يعتمد تطبيق السوائل المبردة على التخزين والنقل الفعال والآمن لمنتجات السوائل المبردة، ويمر نقل السوائل المبردة عبر الأنابيب بجميع مراحل التخزين والنقل. لذلك، من الضروري ضمان سلامة وكفاءة نقل السوائل المبردة عبر الأنابيب. لنقل السوائل المبردة، من الضروري استبدال الغاز في الأنابيب قبل النقل، وإلا فقد يتسبب ذلك في تعطل التشغيل. تُعد عملية التبريد المسبق حلقةً حتميةً في عملية نقل منتجات السوائل المبردة، حيث تُسبب هذه العملية صدمة ضغط قوية وآثارًا سلبية أخرى على خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، فإن ظاهرة السخان في خط الأنابيب الرأسي وظاهرة عدم استقرار تشغيل النظام، مثل ملء أنابيب الفروع العمياء، وملء غرفة الهواء بعد فتح الصمام، ستؤدي إلى آثار سلبية متفاوتة على المعدات وخطوط الأنابيب. في ضوء ذلك، تُقدم هذه الورقة تحليلًا متعمقًا للمشاكل المذكورة أعلاه، وتأمل في إيجاد حلول من خلال التحليل.

إزاحة الغاز في الخط قبل النقل

مع تطور تكنولوجيا التبريد العميق، لعبت منتجات السوائل المبردة دورًا هامًا في العديد من المجالات، مثل الاقتصاد الوطني والدفاع الوطني والبحث العلمي. يعتمد تطبيق السوائل المبردة على التخزين والنقل الفعال والآمن لمنتجات السوائل المبردة، ويمر نقل السوائل المبردة عبر الأنابيب بجميع مراحل التخزين والنقل. لذلك، من الضروري ضمان سلامة وكفاءة نقل السوائل المبردة عبر الأنابيب. لنقل السوائل المبردة، من الضروري استبدال الغاز في الأنابيب قبل النقل، وإلا فقد يتسبب ذلك في تعطل التشغيل. تُعد عملية التبريد المسبق حلقةً حتميةً في عملية نقل منتجات السوائل المبردة، حيث تُسبب هذه العملية صدمة ضغط قوية وآثارًا سلبية أخرى على خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، فإن ظاهرة السخان في خط الأنابيب الرأسي وظاهرة عدم استقرار تشغيل النظام، مثل ملء أنابيب الفروع العمياء، وملء غرفة الهواء بعد فتح الصمام، ستؤدي إلى آثار سلبية متفاوتة على المعدات وخطوط الأنابيب. في ضوء ذلك، تُقدم هذه الورقة تحليلًا متعمقًا للمشاكل المذكورة أعلاه، وتأمل في إيجاد حلول من خلال التحليل.

عملية التبريد المسبق لخط الأنابيب

في عملية نقل السوائل المبردة عبر الأنابيب، وقبل استقرار حالة النقل، يمر نظام التبريد المسبق والأنابيب الساخنة ومعدات الاستقبال بعملية التبريد المسبق. في هذه العملية، يتحمل خط الأنابيب ومعدات الاستقبال إجهاد الانكماش وضغط الصدمات الكبيرين، لذا يجب التحكم فيهما.

دعونا نبدأ بتحليل العملية.

تبدأ عملية التبريد المسبق بتبخير عنيف، ثم يظهر تدفق ثنائي الطور. وأخيرًا، يظهر تدفق أحادي الطور بعد تبريد النظام تمامًا. في بداية عملية التبريد المسبق، تتجاوز درجة حرارة الجدار بوضوح درجة تشبع السائل المبرد، بل وتتجاوز الحد الأعلى لدرجة حرارة السائل المبرد - وهي درجة الحرارة القصوى للسخونة الزائدة. نتيجةً لانتقال الحرارة، يُسخّن السائل القريب من جدار الأنبوب ويتبخر فورًا ليشكل غشاءً بخاريًا يحيط بجدار الأنبوب تمامًا، أي يحدث غليان الغشاء. بعد ذلك، مع عملية التبريد المسبق، تنخفض درجة حرارة جدار الأنبوب تدريجيًا إلى ما دون درجة حرارة التسخين الفائق، ثم تتشكل ظروف مواتية للغليان الانتقالي وغليان الفقاعات. تحدث تقلبات ضغط كبيرة خلال هذه العملية. عند وصول التبريد المسبق إلى مرحلة معينة، لن تُسخّن السعة الحرارية لخط الأنابيب والحرارة المحيطة السائل المبرد إلى درجة حرارة التشبع، وستظهر حالة التدفق أحادي الطور.

في عملية التبخير المكثف، تحدث تقلبات حادة في التدفق والضغط. خلال عملية تقلبات الضغط بأكملها، يكون أقصى ضغط يتشكل لأول مرة بعد دخول السائل المبرد مباشرةً إلى الأنبوب الساخن هو أقصى سعة في عملية تقلب الضغط بأكملها، ويمكن لموجة الضغط أن تؤكد سعة الضغط للنظام. لذلك، تُدرس موجة الضغط الأولى فقط بشكل عام.

بعد فتح الصمام، يدخل السائل المبرد بسرعة إلى خط الأنابيب تحت تأثير فرق الضغط، ويفصل غشاء البخار الناتج عن التبخر السائل عن جدار الأنبوب، مشكلاً تدفقًا محوريًا متحد المركز. ولأن معامل مقاومة البخار صغير جدًا، فإن معدل تدفق السائل المبرد كبير جدًا، ومع التقدم للأمام، ترتفع درجة حرارة السائل تدريجيًا بسبب امتصاص الحرارة، وبالتالي يزداد ضغط خط الأنابيب، وتتباطأ سرعة الملء. إذا كان الأنبوب طويلًا بما يكفي، فيجب أن تصل درجة حرارة السائل إلى التشبع عند نقطة ما، وعند هذه النقطة يتوقف السائل عن التقدم. تُستخدم الحرارة من جدار الأنبوب إلى السائل المبرد بالكامل للتبخر، وفي هذا الوقت تزداد سرعة التبخر بشكل كبير، ويزداد الضغط في خط الأنابيب أيضًا، وقد يصل إلى 1.5 ~ 2 مرة من ضغط المدخل. تحت تأثير فرق الضغط، يعود جزء من السائل إلى خزان تخزين السائل المبرد، مما يقلل من سرعة توليد البخار. وبسبب انخفاض ضغط الأنبوب، يُعاد السائل إلى ظروف فرق الضغط بعد فترة من الزمن، فتتكرر هذه الظاهرة. ومع ذلك، في العملية التالية، نظرًا لوجود ضغط معين وجزء من السائل في الأنبوب، فإن زيادة الضغط الناتجة عن السائل الجديد تكون صغيرة، وبالتالي تكون ذروة الضغط أصغر من الذروة الأولى.

خلال عملية التبريد المسبق، لا يتحمل النظام تأثير موجة ضغط كبيرة فحسب، بل يتحمل أيضًا إجهاد انكماش كبير بسبب البرد. قد يؤدي هذا التأثير المشترك إلى تلف هيكلي للنظام، لذا يجب اتخاذ التدابير اللازمة للسيطرة عليه.

بما أن معدل تدفق التبريد المسبق يؤثر بشكل مباشر على عملية التبريد المسبق وحجم إجهاد الانكماش البارد، فيمكن التحكم في عملية التبريد المسبق من خلال التحكم في معدل تدفق التبريد المسبق. يتمثل مبدأ الاختيار المنطقي لمعدل تدفق التبريد المسبق في تقصير وقت التبريد المسبق باستخدام معدل تدفق تبريد مسبق أكبر، مع ضمان عدم تجاوز تقلبات الضغط وإجهاد الانكماش البارد النطاق المسموح به للمعدات وخطوط الأنابيب. إذا كان معدل تدفق التبريد المسبق صغيرًا جدًا، فإن أداء عزل خط الأنابيب سيكون ضعيفًا، وقد لا يصل إلى حالة التبريد أبدًا.

في عملية التبريد المسبق، وبسبب حدوث تدفق ثنائي الطور، يستحيل قياس معدل التدفق الفعلي باستخدام مقياس التدفق المشترك، وبالتالي لا يمكن استخدامه لتوجيه التحكم في معدل تدفق التبريد المسبق. ولكن يمكن الحكم بشكل غير مباشر على حجم التدفق من خلال مراقبة الضغط الخلفي لوعاء الاستقبال. في ظل ظروف معينة، يمكن تحديد العلاقة بين الضغط الخلفي لوعاء الاستقبال وتدفق التبريد المسبق بطريقة تحليلية. عندما تتقدم عملية التبريد المسبق إلى حالة التدفق أحادي الطور، يمكن استخدام التدفق الفعلي الذي يقيسه مقياس التدفق لتوجيه التحكم في تدفق التبريد المسبق. تُستخدم هذه الطريقة غالبًا للتحكم في ملء الوقود السائل المبرد للصواريخ.

يتوافق تغير الضغط الخلفي لوعاء الاستقبال مع عملية التبريد المسبق، كما يلي، ويمكن استخدامه لتقييم مرحلة التبريد المسبق نوعيًا: عندما تكون سعة العادم لوعاء الاستقبال ثابتة، يزداد الضغط الخلفي بسرعة نتيجةً للتبخر العنيف للسائل المبرد في البداية، ثم ينخفض ​​تدريجيًا مع انخفاض درجة حرارة وعاء الاستقبال وخط الأنابيب. في هذه الحالة، تزداد سعة التبريد المسبق.

تابعونا في المقال التالي للحصول على أسئلة أخرى!

معدات التبريد عالي الكفاءة

تأسست شركة HL Cryogenic Equipment عام ١٩٩٢، وهي علامة تجارية تابعة لشركة HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). تلتزم HL Cryogenic Equipment بتصميم وتصنيع أنظمة الأنابيب المبردة المعزولة عالية التفريغ ومعدات الدعم ذات الصلة لتلبية احتياجات العملاء المتنوعة. تُصنع الأنابيب المعزولة عالية التفريغ والخراطيم المرنة من مواد عازلة خاصة متعددة الطبقات وشاشات متعددة، وتخضع لسلسلة من المعالجات التقنية الدقيقة للغاية، بما في ذلك المعالجة عالية التفريغ، لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وغاز الإيثيلين المسال (LEG)، والغاز الطبيعي المسال (LNG).

سلسلة منتجات الأنابيب المغلفة بالفراغ، والخراطيم المغلفة بالفراغ، والصمامات المغلفة بالفراغ، وفاصل الطور في شركة HL Cryogenic Equipment Company، والتي مرت بسلسلة من المعالجات التقنية الصارمة للغاية، تُستخدم لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وLEG وLNG، وتُقدم هذه المنتجات للمعدات المبردة (مثل الخزانات المبردة، وخزانات التبريد، وصناديق التبريد، وما إلى ذلك) في صناعات فصل الهواء، والغازات، والطيران، والإلكترونيات، والموصلات الفائقة، والرقائق، وتجميع الأتمتة، والأغذية والمشروبات، والصيدلة، والمستشفيات، والبنك الحيوي، والمطاط، وتصنيع المواد الجديدة، والهندسة الكيميائية، والحديد والصلب، والبحث العلمي، وما إلى ذلك.