送信中の不安定なプロセス

極低温液体パイプライン輸送の過程では、極低温液体の特殊な性質とプロセス操作により、安定状態に至るまでの遷移状態における常温流体とは異なる一連の不安定な過程が引き起こされます。また、不安定なプロセスは装置に大きな動的衝撃をもたらし、構造的損傷を引き起こす可能性があります。例えば、米国の輸送ロケット「サターンV」の液体酸素充填システムでは、バルブ開放時の不安定なプロセスの影響で注入ラインの破断を引き起こしたことがありました。さらに、プロセスが不安定なため、他の補助装置 (バルブ、ベローズなど) が損傷することもよくあります。極低温液体パイプラインの輸送過程における不安定過程には、主にブラインド分岐管の充填、ドレン管内の液体の間欠排出後の充填、前面に空気室を形成したバルブ開放時の不安定過程が含まれる。これらの不安定なプロセスに共通するのは、その本質が極低温液体による蒸気キャビティの充填であり、これにより二相界面での激しい熱と物質移動が生じ、その結果システムパラメータの急激な変動が生じるということです。ドレン管から液体を断続的に排出した後の充填過程は、前面に空気室を形成したバルブを開いたときの不安定過程と類似しているため、以下ではブラインド分岐管の充填時と充填時の不安定過程のみを解析する。オープンバルブが開いています。

ブラインド分岐管の不安定な充填プロセス

システムの安全性と制御を考慮して、パイプラインシステムには主搬送管に加えていくつかの補助分岐管を設置する必要があります。さらに、システム内の安全弁、排出弁、その他のバルブには、対応する分岐管が導入されます。これらの分岐が機能しない場合、配管システムにブラインド分岐が形成されます。周囲の環境によるパイプラインへの熱侵入により、必然的にブラインドチューブ内に蒸気キャビティが存在します（場合によっては、外界からの極低温液体の熱侵入を減らすために蒸気キャビティが特別に使用されます）。過渡状態では、バルブの調整などによりパイプライン内の圧力が上昇します。圧力差の作用により、液体が蒸気室を満たすことになります。ガス室の充填プロセスにおいて、熱による極低温液体の気化によって生成される蒸気が液体を逆転させるのに十分でない場合、液体は常にガス室を満たすことになります。最後に、空気キャビティを満たした後、ブラインドチューブシールで急速な制動状態が形成され、シール付近に急激な圧力がかかります。

ブラインドチューブの充填プロセスは 3 段階に分かれています。最初の段階では、圧力が均衡するまで、圧力差の作用下で液体が最大充填速度に達するように駆動されます。第 2 段階では、慣性により液体は前方に充填され続けます。このとき、逆の圧力差（充填プロセスに伴ってガス室内の圧力が上昇する）により、流体の速度が遅くなります。第 3 段階は急制動段階であり、圧力の影響が最も大きくなります。

充填速度を低下させ、空気キャビティのサイズを縮小することにより、ブラインド分岐パイプの充填中に生成される動的負荷を排除または制限することができます。長いパイプラインシステムの場合、液体の流れの源を事前にスムーズに調整して流れの速度を下げることができ、バルブを長時間閉じておくことができます。

構造の面では、さまざまなガイド部品を使用して、ブラインド分岐管内の液体の循環を強化したり、空気キャビティのサイズを縮小したり、ブラインド分岐管の入口に局所的な抵抗を導入したり、ブラインド分岐管の直径を大きくしたりすることができます。充填速度を遅くします。また、点字パイプの長さや設置位置も二次水衝撃に影響しますので、設計・レイアウトには注意が必要です。パイプ直径を大きくすると動的荷重が減少する理由は次のように定性的に説明できます。ブラインド分岐管充填の場合、分岐管流量は主管流量によって制限され、定性分析では固定値であると仮定できます。 。分岐管径を大きくすることは断面積を大きくすることと等価であり、充填速度を遅くすることと等価であり、負荷の軽減につながる。

不安定なバルブ開弁過程

バルブが閉じているとき、特にサーマルブリッジを介した環境からの熱の侵入により、バルブの前に空気室が急速に形成されます。バルブが開くと、蒸気と液体が動き始めます。ガスの流量が液体の流量よりもはるかに大きいため、真空排気後すぐにバルブ内の蒸気が完全に開かず、圧力が急激に低下し、液体の圧力が低下します。圧力差の作用で前進駆動され、液体がバルブを完全に開かずに閉じると、ブレーキ状態が形成されます。このとき、水衝撃が発生し、強い動的負荷が発生します。

バルブ開放の不安定なプロセスによって生成される動的負荷を排除または軽減する最も効果的な方法は、過渡状態での作動圧力を下げてガス室の充填速度を下げることです。また、制御性の高いバルブの採用、配管部の方向変更、小径の特殊バイパス配管の導入（ガス室の小型化）なども動的荷重の低減に効果を発揮します。特に、ブラインド分岐管径を大きくしてブラインド分岐管を充填する場合の動的荷重の低減とは異なり、バルブ開時の不安定な工程においては、主管径を大きくすることは均一荷重を低減することと同等であることに注意する必要がある。パイプ抵抗が増加し、満たされた空気室の流量が増加し、ウォーターストライク値が増加します。

HL極低温装置

1992年に設立されたHL Cryogenic Equipmentは、HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.の関連ブランドです。 HL Cryogenic Equipment は、お客様のさまざまなニーズを満たすために、高真空断熱極低温配管システムおよび関連サポート機器の設計および製造に取り組んでいます。真空断熱パイプとフレキシブルホースは、高真空および多層マルチスクリーン特殊断熱材で構築されており、液体酸素、液体窒素の移送に使用される一連の非常に厳しい技術処理と高真空処理を経ています。 、液体アルゴン、液体水素、液体ヘリウム、液化エチレンガスLEG、液化天然ガスLNG。

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