İletimde istikrarsız bir süreç

Kriyojenik sıvı boru hattı iletim sürecinde, kriyojenik sıvının özel özellikleri ve işlem şekli, kararlı duruma ulaşmadan önceki geçiş aşamasında normal sıcaklıktaki sıvılardan farklı bir dizi kararsız sürece neden olur. Kararsız süreç ayrıca ekipman üzerinde büyük dinamik etki yaratır ve yapısal hasara yol açabilir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Saturn V taşıma roketinin sıvı oksijen dolum sisteminde, vananın açılması sırasında meydana gelen kararsız sürecin etkisiyle infüzyon hattında yırtılma meydana gelmiştir. Ayrıca, kararsız sürecin diğer yardımcı ekipmanlara (vanalar, körükler vb.) zarar vermesi daha yaygındır. Kriyojenik sıvı boru hattı iletim sürecindeki kararsız süreçler esas olarak kör dallı borunun doldurulmasını, tahliye borusunda aralıklı sıvı boşalmasından sonraki dolumu ve ön tarafta hava boşluğu oluşmuş vananın açılması sırasında meydana gelen kararsız süreci içerir. Bu kararsız süreçlerin ortak noktası, özlerinde buhar boşluğunun kriyojenik sıvı ile doldurulması ve bunun sonucunda iki fazlı arayüzde yoğun ısı ve kütle transferinin meydana gelmesi ve sistem parametrelerinde keskin dalgalanmalara yol açmasıdır. Tahliye borusundan aralıklı sıvı boşaltımından sonraki dolum süreci, önde hava haznesi oluşturan vananın açılması sırasındaki kararsız sürece benzer olduğundan, aşağıda sadece kör dallı borunun doldurulması ve açık vananın açılması sırasındaki kararsız süreç analiz edilecektir.

Kör Dallı Boruların Doldurulmasının Kararsız Süreci

Sistem güvenliği ve kontrolü göz önünde bulundurularak, ana taşıma borusuna ek olarak, boru hattı sistemine bazı yardımcı branşman boruları da eklenmelidir. Ayrıca, sistemdeki emniyet vanası, tahliye vanası ve diğer vanalar, ilgili branşman borularını da içerecektir. Bu branşmanlar çalışmadığında, boru hattı sisteminde kör branşmanlar oluşur. Çevresel ortamdan boru hattına gelen ısı, kör boruda buhar boşluklarının oluşmasına kaçınılmaz olarak yol açacaktır (bazı durumlarda, buhar boşlukları, kriyojenik sıvının dış dünyadan gelen ısı girişini azaltmak için özel olarak kullanılır). Geçiş durumunda, vana ayarı ve diğer nedenlerden dolayı boru hattındaki basınç artacaktır. Basınç farkının etkisi altında, sıvı buhar odasını dolduracaktır. Gaz odasının doldurulması sırasında, ısı nedeniyle kriyojenik sıvının buharlaşmasından oluşan buhar, sıvıyı ters yönde hareket ettirmek için yeterli değilse, sıvı her zaman gaz odasını dolduracaktır. Son olarak, hava boşluğu dolduktan sonra, kör boru contasında hızlı bir frenleme durumu oluşur ve bu da contaya yakın keskin bir basınca yol açar.

Kör tüpün doldurma işlemi üç aşamaya ayrılır. Birinci aşamada, basınç farkının etkisiyle sıvı, basınç dengelenene kadar maksimum doldurma hızına ulaşana kadar ilerletilir. İkinci aşamada, atalet nedeniyle sıvı ileri doğru dolmaya devam eder. Bu sırada, ters basınç farkı (doldurma işlemiyle birlikte gaz odasındaki basınç artar) sıvıyı yavaşlatır. Üçüncü aşama, basınç etkisinin en büyük olduğu hızlı frenleme aşamasıdır.

Dolum hızının azaltılması ve hava boşluğunun boyutunun küçültülmesi, kör branşman borusunun doldurulması sırasında oluşan dinamik yükü ortadan kaldırmak veya sınırlamak için kullanılabilir. Uzun boru hattı sistemlerinde, akış hızını azaltmak için sıvı akışının kaynağı önceden kademeli olarak ayarlanabilir ve vana uzun süre kapalı tutulabilir.

Yapısal açıdan, kör borudaki sıvı sirkülasyonunu artırmak, hava boşluğunun boyutunu küçültmek, kör borunun girişinde yerel direnç oluşturmak veya dolum hızını azaltmak için kör borunun çapını artırmak gibi farklı yönlendirme parçaları kullanabiliriz. Ayrıca, kör borunun uzunluğu ve montaj pozisyonu ikincil su şokunu etkileyecektir, bu nedenle tasarım ve yerleşime dikkat edilmelidir. Boru çapının artırılmasının dinamik yükü azaltmasının nedeni şu şekilde niteliksel olarak açıklanabilir: kör boru dolumunda, boru akışı ana boru akışı ile sınırlıdır ve bu, niteliksel analiz sırasında sabit bir değer olarak kabul edilebilir. Boru çapının artırılması, kesit alanının artırılmasına eşdeğerdir, bu da dolum hızının azaltılmasına ve dolayısıyla yükün azaltılmasına yol açar.

Vana Açma İşleminin Kararsız Süreci

Vana kapalıyken, özellikle ısı köprüsü yoluyla çevreden gelen ısı girişi, vananın önünde hızla bir hava boşluğu oluşmasına yol açar. Vana açıldıktan sonra, buhar ve sıvı hareket etmeye başlar; çünkü gaz akış hızı sıvı akış hızından çok daha yüksektir. Vanadaki buhar, tahliyeden hemen sonra tam olarak açılmaz, bu da basınçta hızlı bir düşüşe neden olur. Sıvı, basınç farkının etkisiyle ileri doğru itilir. Sıvı, vananın tam olarak açılmadığı noktaya yaklaştığında, frenleme koşulları oluşur. Bu sırada, su darbesi meydana gelir ve güçlü bir dinamik yük oluşur.

Valf açılmasının kararsız sürecinden kaynaklanan dinamik yükü ortadan kaldırmanın veya azaltmanın en etkili yolu, geçiş durumundaki çalışma basıncını düşürerek gaz haznesinin dolma hızını azaltmaktır. Buna ek olarak, yüksek kontrol edilebilirliğe sahip valflerin kullanılması, boru kesitinin yönünün değiştirilmesi ve küçük çaplı özel baypas boru hattının (gaz haznesinin boyutunu küçültmek için) kullanılması dinamik yükün azaltılmasında etkili olacaktır. Özellikle, kör boru çapının artırılmasıyla kör boru doldurulurken dinamik yükün azaltılmasından farklı olarak, valf açıldığında kararsız süreçte ana boru çapının artırılmasının, düzgün boru direncini azaltmaya eşdeğer olduğu ve bu durumun dolu hava haznesinin akış hızını artırarak su çarpma değerini artıracağı unutulmamalıdır.

HL Kriyojenik Ekipman

1992 yılında kurulan HL Cryogenic Equipment, HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.'ye bağlı bir markadır. HL Cryogenic Equipment, müşterilerinin çeşitli ihtiyaçlarını karşılamak üzere Yüksek Vakum Yalıtımlı Kriyojenik Borulama Sistemi ve ilgili Destek Ekipmanlarının tasarım ve üretimini üstlenmiştir. Vakum Yalıtımlı Boru ve Esnek Hortum, yüksek vakum ve çok katmanlı çok ekranlı özel yalıtım malzemelerinden üretilir ve bir dizi son derece sıkı teknik işlem ve yüksek vakum işleminden geçirilir. Bu ürünler, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, sıvılaştırılmış etilen gazı (LEG) ve sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) transferinde kullanılır.

HL Kriyojenik Ekipman Şirketi'nin son derece sıkı teknik işlemlerden geçirilmiş Vakum Ceketli Boru, Vakum Ceketli Hortum, Vakum Ceketli Vana ve Faz Ayırıcı ürün serisi, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, LEG ve LNG'nin transferinde kullanılır ve bu ürünler, hava ayrıştırma, gazlar, havacılık, elektronik, süperiletken, çip, otomasyon montajı, gıda ve içecek, eczacılık, hastane, biyobanka, kauçuk, yeni malzeme üretimi, kimya mühendisliği, demir-çelik ve bilimsel araştırma gibi sektörlerdeki kriyojenik ekipmanlara (örneğin kriyojenik tanklar, dewarlar ve soğuk kutular vb.) hizmet vermektedir.