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低温液体输送

/cryogenic liquid transport/
条目作者王凯姚余波
条目作者王凯

王凯

姚余波

姚余波

最后更新 2022-12-23
浏览 112
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低温液体在储存容器之间或者在储存容器与应用设备之间进行安全高效转移的过程。

英文名称
cryogenic liquid transport
所属学科
工程热物理及动力工程

低温液体输送一般采用特殊设计的绝热管道进行低温液体输送。

在实验室中,少量的低温液体可通过短管、挠性管等来输送。但在工程中,例如空间技术的地面系统要求以3~10米3/分的流量工作的输液管线,在某些试验场,这些输液管的长度达600米或更长。低温液体应用建立在低温液体产品的有效与安全储运的基础之上,而低温液体的管道传输贯穿在整个储运过程中,因此,保证低温液体管道传输的安全与高效十分重要。

容器之间移注低温液体的输送方法一般有三种,即重力输送、液泵输送和加压输送(见图)。重力输送是利用两容器之间的液位差,故适用于流量小的情况,其他几种方法适用于流量大的情况。加压输送必须用高压容器,加压的方法可以用热气加压,也可用压缩机加压。如果输送距离不是很长时,也可采用加压输送方法(例如市区内或工厂区内的输送)。但对于远距离输送(例如液化天然气的远距离输送)就得采用液泵输送方法,且每隔一定距离尚需设加压站(泵站)加压。

低温液体的几种输送方法低温液体的几种输送方法

当进入管道的是饱和液体时,受热后就要使部外液体汽化,成为两相流动。出现两相流动时,将使管道的流量减小,阻力增大,甚至还会产生液击现象。如果管道两端压差较大,液体汽化量较多,在管道出口会出现临界状况(此时出口流速等于当地情况下的声速),则流量将不再随背压的减小而增大。如果管道设计不当,则可能发生在管道出口只有蒸汽而无液体的情况。

因此对于低温液体输送管道,特别是长距离管道,要防止液体汽化,即应实现液体单相流动。防止波体汽化的方法就是采用高压输送,即始终保持液体的压力在其临界压力以上,液体的温度在其临界温度之下。因此,对于远距离输送管道除去加压站之外每隔一定距离还需设冷却站,以降低升高了的液体温度。加压站和冷却站应建在一起,以便于施工和管理。

低温液体的输送管道按绝热类型分为非绝热管道和绝热管道。绝热管道又分为堆积绝热管道和真空绝热管道。

这类管道的特点是结构简单、热容量小、造价低,但在使用时跑冷损失大。非绝热管道通常用于间断性的短距离输送,例如液氧或液氮的移注。流量大、距离短的液氢输送也可使用非绝热管道。用非绝热管输液时大气中的水分和二氧化碳将在管子外表面上冻结成冰,而当输送液氢时空气会在管外凝结成液体。管外形成的冰层可起绝热作用,但空气的冷凝则使跑冷损失增大,输送液氧的裸管跑冷损失约是1800瓦/米2,而当结有2.54毫米的冰层时,跑冷损失可减小到1030瓦/米2,输送液氢的非绝热管道的跑冷损失则可达11000瓦/米2,而当有风时跑冷损失还要增大。

堆积绝热管道是在管外包覆多孔性或纤维状绝热材料,如包覆玻璃纤维、泡沫塑料等。为防止空气和水分的渗透与凝结,常在泡热材料的外表面加隔套,例如包覆浸透环氧树脂的玻璃布和铝济带或聚酯游膜。这类管道的绝热性能较差,而热容量又较大,故适用于液氧、液氮及液化天然气的输送,用它来输送液氟或液氢时会导致液体的大量损失,而用来输送液氮则更是不适宜的。

这类管道按其绝热的方法又可分为高真空绝热管、真空粉末绝热管及真空多层绝热管。一般说来,高真空绝热管的绝热性能不如其他两种好,但其热容量小,故预冷耗波量小。这几种真空绝热管道均可用于液氧及液氮的长时间持续输送,而对于液氢及液氮,长时间持续输送时一般采用真空多层绝热管道,只有短时间的输送才采用高真空绝热管道。

真空绝热管道的结构与非绝热管道及普通绝热管道不同,它是由内管、外管及支承件构成。内管及外管需同心装配,两者之间的环状管腔内装粉末绝热材料或多层绝热结构(对于高真空绝热则无绝热材料),并抽至所需要的真空。

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