19. Охлаждение криогенных жидкостей. Цели охлаждения. Способы охлаждения и их оценка.

Охлаждение криогенных жидкостей производится с тремя целями: повышение плотности жидкости;увеличение длительности бездренажного хранения;обеспечение однофазного течения при подаче жидкости по длинным трубопроводам.

По принципу действия все виды охлаждения можно разделить на холодильные и испарительные. Холодильный принцип основан на отборе теплоты от криогенной жидкости с помощью холодильной машины или более холодного криопродукта.Холодильный способ используется в закрытых резервуарах и потерь криопродукта на испарение не происходит. Испарительный принцип основан на отборе теплоты от охлаждаемой жидкости за счёт её испарения. Испарительное охлаждение сопровождается потерями продукта при выбросах пара в атмосферу или на нейтрализацию.Возможна комбинация этих двух принципов, когда часть продукта охлаждается испарением и используется для охлаждения другой части путём теплообмена.По способу охлаждения различают:охлаждение вакуумированием парового пространства резервуара;охлаждение более холодным криопродуктом;охлаждение барботированием газообразного гелия через слой жидкости;охлаждение с помощью холодильных установок.По организации охлаждения различают охлаждение непосредственно в резервуаре- хранилище и охлаждение на потоке в заправочной коммуникации.

Способы охлаждения.

Вакуумирование парового пространства над жидкостью.Из закрытого сосуда с помощью вакуумной установки пар откачивается и выбрасывается непосредственно в атмосферу или с дожиганием. Давление паров над жидкостью понижается и становится меньше давления насыщенного пара при первоначальной температуре продукта. Возникает неравновесное состояние и жидкость вскипает за счёт своего избыточного тепла. Система “пар-жидкость” стремится вернуться в равновесное состояние. Температура жидкости понижается, т.к. на испарение (фазовый переход) надо затратить энергию, равную теплоте испарения. Процесс фазового перехода может происходить в двух режимах: кипения и испарения. Вначале охлаждение жидкости происходит в режиме кипения, а затем- в режиме испарения со стороны свободной поверхности. Переход от одного режима к другому зависит от интенсивности откачки паров, давления, свойств жидкости и других факторов.

Наиболее простым образом вакуумирование парового прос-транства получается с помощью газового эжектора. Активный поток G₁ (рис.2.38) создаётся воздухом, нагнетаемым компрес-сором (1). Воздух поступает через сопло в приёмную камеру эжектора. В сопле скорость потока воздуха возрастает и его кинетическая энергия увеличивается. Струя воздуха захватывает частицы пара. Образуется пассивный поток пара G₂. Оба потока смешиваются в диффузоре. Активный поток передаёт часть своей энергии пассивному потоку и их скорости выравниваются. В диффузоре смешанный поток тормозится, его потенциальная энергия возрастает и давление становится больше атмосферного. Оба газа выбрасываются наружу. Таким образом можно охлаждать жидкий кислород.

Эжектирование ёмкости с жидким водородом можно выполнять только нейтральным газом, практически только азотом, т.к. гелий дефицитен. Расход азота должен быть достаточно большим, а его температура высока, чтобы пары водорода разбавлялись до безопасной концентрации (примерно до 3…4%) и при этом азот не замёрз в эжекторе.