عملية غير مستقرة في الإرسال

في عملية نقل السوائل المبردة عبر خطوط الأنابيب، تتسبب الخصائص الفريدة لهذه السوائل وطريقة تشغيلها في سلسلة من العمليات غير المستقرة، تختلف عن تلك الخاصة بالسوائل العادية في الحالة الانتقالية قبل الوصول إلى حالة الاستقرار. وتُحدث هذه العمليات غير المستقرة تأثيرًا ديناميكيًا كبيرًا على المعدات، مما قد يُسبب أضرارًا هيكلية. على سبيل المثال، تسبب نظام تعبئة الأكسجين السائل في صاروخ ساتورن 5 الأمريكي في تمزق خط التغذية نتيجةً لتأثير هذه العمليات غير المستقرة عند فتح الصمام. كما أن تلف المعدات المساعدة الأخرى (مثل الصمامات والمفاصل المرنة) نتيجةً لهذه العمليات غير المستقرة أمر شائع. وتشمل هذه العمليات غير المستقرة في عملية نقل السوائل المبردة عبر خطوط الأنابيب بشكل رئيسي تعبئة الأنابيب الفرعية المغلقة، والتعبئة بعد التفريغ المتقطع للسائل في أنبوب التصريف، والعملية غير المستقرة عند فتح الصمام الذي يُشكل حجرة هوائية أمامية. القاسم المشترك بين هذه العمليات غير المستقرة هو جوهرها المتمثل في ملء تجويف البخار بسائل مبرد، مما يؤدي إلى انتقال مكثف للحرارة والكتلة عند السطح الفاصل بين الطورين، وبالتالي حدوث تقلبات حادة في معايير النظام. ولأن عملية الملء بعد التصريف المتقطع للسائل من أنبوب التصريف تُشابه العملية غير المستقرة عند فتح الصمام الذي شكّل حجرة الهواء في المقدمة، فإن التحليل التالي سيقتصر على العملية غير المستقرة عند ملء أنبوب الفرع المغلق وعند فتح الصمام.

عملية ملء الأنابيب الفرعية المغلقة غير المستقرة

لضمان سلامة النظام والتحكم فيه، بالإضافة إلى أنبوب النقل الرئيسي، يجب تزويد نظام الأنابيب بأنابيب فرعية مساعدة. كما يتم توصيل صمامات الأمان وصمامات التصريف وغيرها من الصمامات في النظام بأنابيب فرعية مناسبة. وعند تعطل هذه الأنابيب الفرعية، تتشكل أنابيب فرعية مغلقة في نظام الأنابيب. سيؤدي التداخل الحراري للأنبوب مع البيئة المحيطة حتمًا إلى وجود تجاويف بخارية في الأنبوب المغلق (في بعض الحالات، تُستخدم التجاويف البخارية خصيصًا لتقليل التداخل الحراري للسائل المبرد من الخارج). في حالة الانتقال، يرتفع الضغط في الأنبوب نتيجة لضبط الصمامات وأسباب أخرى. وبفعل فرق الضغط، يملأ السائل حجرة البخار. إذا لم يكن البخار الناتج عن تبخر السائل المبرد بفعل الحرارة كافيًا لدفع السائل عكسيًا أثناء عملية ملء حجرة الغاز، فسيستمر السائل في ملء حجرة الغاز. أخيرًا، بعد ملء تجويف الهواء، تتشكل حالة كبح سريعة عند مانع تسرب الأنبوب المغلق، مما يؤدي إلى ضغط حاد بالقرب من مانع التسرب.

تنقسم عملية ملء الأنبوب المغلق إلى ثلاث مراحل. في المرحلة الأولى، يُدفع السائل إلى أقصى سرعة ممكنة بفعل فرق الضغط حتى يستقر الضغط. في المرحلة الثانية، يستمر السائل في التدفق للأمام بفعل القصور الذاتي. في هذه المرحلة، يؤدي فرق الضغط العكسي (حيث يزداد الضغط في حجرة الغاز مع عملية الملء) إلى إبطاء السائل. أما المرحلة الثالثة فهي مرحلة الكبح السريع، حيث يكون تأثير الضغط في ذروته.

يمكن تقليل سرعة التعبئة وتقليص حجم تجويف الهواء للتخلص من الحمل الديناميكي المتولد أثناء تعبئة أنبوب الفرع المغلق أو الحد منه. أما في أنظمة الأنابيب الطويلة، فيمكن ضبط مصدر تدفق السائل بسلاسة مسبقًا لتقليل سرعة التدفق، مع إبقاء الصمام مغلقًا لفترة طويلة.

من الناحية الهيكلية، يمكننا استخدام أجزاء توجيهية مختلفة لتحسين دوران السائل في الأنبوب الفرعي المغلق، وتقليل حجم تجويف الهواء، وإحداث مقاومة موضعية عند مدخل الأنبوب الفرعي المغلق، أو زيادة قطر الأنبوب الفرعي المغلق لتقليل سرعة التعبئة. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر طول الأنبوب وموقع تركيبه على الصدمة المائية الثانوية، لذا يجب إيلاء اهتمام خاص للتصميم والتخطيط. ويمكن تفسير سبب انخفاض الحمل الديناميكي مع زيادة قطر الأنبوب نوعيًا كما يلي: عند تعبئة الأنبوب الفرعي المغلق، يكون تدفق الأنبوب الفرعي محدودًا بتدفق الأنبوب الرئيسي، والذي يمكن افتراضه كقيمة ثابتة أثناء التحليل النوعي. وتُعادل زيادة قطر الأنبوب الفرعي زيادة مساحة المقطع العرضي، وهو ما يُعادل تقليل سرعة التعبئة، وبالتالي تقليل الحمل.

عملية فتح الصمام غير المستقرة

عند إغلاق الصمام، يؤدي تسرب الحرارة من البيئة المحيطة، وخاصةً عبر الجسر الحراري، إلى تكوّن حجرة هوائية أمام الصمام. بعد فتح الصمام، يبدأ البخار والسائل بالتحرك، ونظرًا لأن معدل تدفق الغاز أعلى بكثير من معدل تدفق السائل، لا يُفتح الصمام بالكامل بعد فترة وجيزة من تفريغ البخار، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في الضغط. يندفع السائل للأمام بفعل فرق الضغط، وعندما يقترب من الصمام قبل فتحه بالكامل، تتشكل ظروف كبح. في هذه الحالة، يحدث ارتطام للماء، مما يُنتج حملاً ديناميكيًا قويًا.

إنّ أنجع طريقة للتخلص من الحمل الديناميكي الناتج عن عملية فتح الصمام غير المستقرة أو تقليله هي خفض ضغط التشغيل في حالة الانتقال، ما يُقلل من سرعة ملء حجرة الغاز. إضافةً إلى ذلك، يُسهم استخدام صمامات عالية التحكم، وتغيير اتجاه مقطع الأنبوب، وإدخال خط أنابيب جانبي خاص ذي قطر صغير (لتقليل حجم حجرة الغاز) في تقليل الحمل الديناميكي. وتجدر الإشارة إلى أنه على عكس تقليل الحمل الديناميكي عند ملء الأنبوب الفرعي المغلق بزيادة قطره، فإن زيادة قطر الأنبوب الرئيسي في حالة العملية غير المستقرة عند فتح الصمام تُعادل تقليل مقاومة الأنبوب المنتظمة، ما يزيد من معدل تدفق الهواء في حجرة الغاز، وبالتالي يزيد من قيمة اصطدام الماء.

معدات التبريد العميق HL

شركة HL Cryogenic Equipment، التي تأسست عام 1992، هي علامة تجارية تابعة لشركة HL Cryogenic Equipment المحدودة. تلتزم HL Cryogenic Equipment بتصميم وتصنيع أنظمة أنابيب التبريد المعزولة تحت فراغ عالٍ ومعدات الدعم ذات الصلة لتلبية مختلف احتياجات العملاء. تُصنع الأنابيب المعزولة تحت الفراغ والخراطيم المرنة من مواد عازلة خاصة متعددة الطبقات ومتعددة الشاشات، وتخضع لسلسلة من المعالجات التقنية الدقيقة للغاية ومعالجة الفراغ العالي، وتُستخدم لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وغاز الإيثيلين المسال (LEG)، والغاز الطبيعي المسال (LNG).

تُستخدم سلسلة منتجات الأنابيب ذات الغلاف الفراغي، والخراطيم ذات الغلاف الفراغي، والصمامات ذات الغلاف الفراغي، وفواصل الطور في شركة HL Cryogenic Equipment، والتي خضعت لسلسلة من المعالجات التقنية الصارمة للغاية، لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وLEG، وLNG. وتُستخدم هذه المنتجات في صيانة معدات التبريد (مثل خزانات التبريد، وأوعية ديوار، وصناديق التبريد، وما إلى ذلك) في صناعات فصل الهواء، والغازات، والطيران، والإلكترونيات، والموصلات الفائقة، والرقائق، وتجميع الأتمتة، والأغذية والمشروبات، والصيدلة، والمستشفيات، وبنوك العينات الحيوية، والمطاط، وتصنيع المواد الجديدة، والهندسة الكيميائية، والحديد والصلب، والبحث العلمي، وما إلى ذلك.