प्रस्तावनाउत्पादन

क्रायोजेनिक तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे, क्रायोजेनिक द्रव उत्पादने राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था, राष्ट्रीय संरक्षण आणि वैज्ञानिक संशोधन यांसारख्या अनेक क्षेत्रांमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावत आहेत. क्रायोजेनिक द्रवांचा वापर हा त्यांच्या प्रभावी आणि सुरक्षित साठवणूक व वाहतुकीवर आधारित आहे, आणि क्रायोजेनिक द्रवांचे पाइपलाइनद्वारे वहन हे साठवणूक आणि वाहतुकीच्या संपूर्ण प्रक्रियेतून जाते. त्यामुळे, क्रायोजेनिक द्रवांच्या पाइपलाइन वहनाची सुरक्षितता आणि कार्यक्षमता सुनिश्चित करणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे. क्रायोजेनिक द्रवांच्या वहनासाठी, वहनापूर्वी पाइपलाइनमधील वायू बदलणे आवश्यक आहे, अन्यथा कार्यान्वयनात बिघाड होऊ शकतो. पूर्व-शीतलीकरण प्रक्रिया ही क्रायोजेनिक द्रव उत्पादनांच्या वाहतूक प्रक्रियेतील एक अपरिहार्य टप्पा आहे. या प्रक्रियेमुळे पाइपलाइनवर तीव्र दाबाचा धक्का आणि इतर नकारात्मक परिणाम होतात. याव्यतिरिक्त, उभ्या पाइपलाइनमधील गीझरची घटना आणि प्रणालीच्या कार्यान्वयनातील अस्थिर घटना, जसे की ब्लाइंड ब्रांच पाइप भरणे, ठराविक अंतराने निचरा केल्यानंतर भरणे आणि व्हॉल्व्ह उघडल्यानंतर एअर चेंबर भरणे, यामुळे उपकरणे आणि पाइपलाइनवर वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रतिकूल परिणाम होतात. हे लक्षात घेऊन, या शोधनिबंधात वरील समस्यांचे सखोल विश्लेषण केले आहे आणि या विश्लेषणाद्वारे त्यावर उपाय शोधण्याची आशा आहे.

प्रेषणापूर्वी वाहिनीतील वायूचे विस्थापन

क्रायोजेनिक तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे, क्रायोजेनिक द्रव उत्पादने राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था, राष्ट्रीय संरक्षण आणि वैज्ञानिक संशोधन यांसारख्या अनेक क्षेत्रांमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावत आहेत. क्रायोजेनिक द्रवांचा वापर हा त्यांच्या प्रभावी आणि सुरक्षित साठवणूक व वाहतुकीवर आधारित आहे, आणि क्रायोजेनिक द्रवांचे पाइपलाइनद्वारे वहन हे साठवणूक आणि वाहतुकीच्या संपूर्ण प्रक्रियेतून जाते. त्यामुळे, क्रायोजेनिक द्रवांच्या पाइपलाइन वहनाची सुरक्षितता आणि कार्यक्षमता सुनिश्चित करणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे. क्रायोजेनिक द्रवांच्या वहनासाठी, वहनापूर्वी पाइपलाइनमधील वायू बदलणे आवश्यक आहे, अन्यथा कार्यान्वयनात बिघाड होऊ शकतो. पूर्व-शीतलीकरण प्रक्रिया ही क्रायोजेनिक द्रव उत्पादनांच्या वाहतूक प्रक्रियेतील एक अपरिहार्य टप्पा आहे. या प्रक्रियेमुळे पाइपलाइनवर तीव्र दाबाचा धक्का आणि इतर नकारात्मक परिणाम होतात. याव्यतिरिक्त, उभ्या पाइपलाइनमधील गीझरची घटना आणि प्रणालीच्या कार्यान्वयनातील अस्थिर घटना, जसे की ब्लाइंड ब्रांच पाइप भरणे, ठराविक अंतराने निचरा केल्यानंतर भरणे आणि व्हॉल्व्ह उघडल्यानंतर एअर चेंबर भरणे, यामुळे उपकरणे आणि पाइपलाइनवर वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रतिकूल परिणाम होतात. हे लक्षात घेऊन, या शोधनिबंधात वरील समस्यांचे सखोल विश्लेषण केले आहे आणि या विश्लेषणाद्वारे त्यावर उपाय शोधण्याची आशा आहे.

पाईपलाईनची पूर्व-थंड करण्याची प्रक्रिया

क्रायोजेनिक द्रवाच्या पाइपलाइन प्रेषणाच्या संपूर्ण प्रक्रियेत, स्थिर प्रेषण स्थिती प्रस्थापित करण्यापूर्वी, एक पूर्व-शीतकरण आणि उष्ण पाइपिंग प्रणाली व ग्रहण उपकरण प्रक्रिया असते, म्हणजेच पूर्व-शीतकरण प्रक्रिया. या प्रक्रियेत, पाइपलाइन आणि ग्रहण उपकरणांना लक्षणीय आकुंचन ताण आणि आघात दाब सहन करावा लागतो, त्यामुळे त्यावर नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे.

आपण प्रक्रियेच्या विश्लेषणाने सुरुवात करूया.

संपूर्ण पूर्व-शीतलन प्रक्रिया एका तीव्र बाष्पीभवन प्रक्रियेने सुरू होते आणि त्यानंतर द्वि-प्रावस्था प्रवाह दिसून येतो. अखेरीस, प्रणाली पूर्णपणे थंड झाल्यावर एक-प्रावस्था प्रवाह दिसून येतो. पूर्व-शीतलन प्रक्रियेच्या सुरुवातीला, भिंतीचे तापमान क्रायोजेनिक द्रवाच्या संपृक्त तापमानापेक्षा स्पष्टपणे जास्त असते आणि क्रायोजेनिक द्रवाच्या कमाल मर्यादेच्या तापमानापेक्षाही जास्त होते — म्हणजेच अंतिम अतिउष्णता तापमान. उष्णता हस्तांतरणामुळे, नळीच्या भिंतीजवळील द्रव गरम होतो आणि त्वरित बाष्पीभवन होऊन बाष्पाचा थर तयार होतो, जो नळीच्या भिंतीला पूर्णपणे वेढतो, म्हणजेच फिल्म बॉइलिंग (थर उकळणे) होते. त्यानंतर, पूर्व-शीतलन प्रक्रियेमुळे, नळीच्या भिंतीचे तापमान हळूहळू कमाल अतिउष्णता तापमानाच्या खाली येते आणि मग संक्रमण उकळणे (ट्रान्झिशन बॉइलिंग) आणि बुडबुडा उकळणे (बबल बॉइलिंग) यासाठी अनुकूल परिस्थिती निर्माण होते. या प्रक्रियेदरम्यान दाबात मोठे चढउतार होतात. जेव्हा पूर्व-शीतलन एका विशिष्ट टप्प्यापर्यंत पोहोचते, तेव्हा पाइपलाइनची उष्णता क्षमता आणि सभोवतालच्या उष्णतेमुळे क्रायोजेनिक द्रव संपृक्त तापमानापर्यंत गरम होत नाही आणि एक-प्रावस्था प्रवाहाची स्थिती निर्माण होते.

तीव्र बाष्पीभवनाच्या प्रक्रियेत, प्रवाहात आणि दाबात मोठे चढउतार निर्माण होतात. दाबातील चढउतारांच्या संपूर्ण प्रक्रियेत, क्रायोजेनिक द्रव थेट गरम पाईपमध्ये प्रवेश केल्यानंतर पहिल्यांदा तयार होणारा कमाल दाब हा त्या संपूर्ण प्रक्रियेतील सर्वाधिक तीव्रतेचा असतो आणि ही दाब-लहर प्रणालीच्या दाब क्षमतेची पडताळणी करू शकते. त्यामुळे, सामान्यतः फक्त पहिल्या दाब-लहरीचाच अभ्यास केला जातो.

व्हॉल्व्ह उघडल्यानंतर, दाबातील फरकाच्या प्रभावामुळे क्रायोजेनिक द्रव वेगाने पाईपलाईनमध्ये प्रवेश करतो आणि बाष्पीभवनामुळे निर्माण झालेला वाफेचा थर द्रवाला पाईपच्या भिंतीपासून वेगळे करतो, ज्यामुळे एक समकेंद्री अक्षीय प्रवाह तयार होतो. वाफेचा प्रतिरोध गुणांक खूप कमी असल्यामुळे, क्रायोजेनिक द्रवाचा प्रवाह दर खूप जास्त असतो. पुढे सरकताना, उष्णता शोषल्यामुळे द्रवाचे तापमान हळूहळू वाढते, त्यानुसार पाईपलाईनचा दाब वाढतो आणि भरण्याचा वेग मंदावतो. जर पाईप पुरेसा लांब असेल, तर एका विशिष्ट टप्प्यावर द्रवाचे तापमान संतृप्ततेपर्यंत पोहोचतेच, आणि त्या टप्प्यावर द्रवाची पुढील वाटचाल थांबते. पाईपच्या भिंतीतून क्रायोजेनिक द्रवामध्ये जाणारी सर्व उष्णता बाष्पीभवनासाठी वापरली जाते. यावेळी, बाष्पीभवनाचा वेग खूप वाढतो आणि पाईपलाईनमधील दाबही वाढतो, जो प्रवेश दाबाच्या १.५ ते २ पट असू शकतो. दाबातील फरकाच्या प्रभावामुळे, द्रवाचा काही भाग क्रायोजेनिक द्रव साठवण टाकीमध्ये परत ढकलला जातो, ज्यामुळे बाष्प निर्मितीचा वेग कमी होतो. तसेच, निर्माण झालेल्या बाष्पाचा काही भाग पाईपच्या आउटलेटमधून बाहेर पडल्यामुळे पाईपचा दाब कमी होतो. काही काळानंतर, पाईपलाईनमध्ये पुन्हा द्रव दाबातील फरकाच्या स्थितीत येतो आणि ही घटना पुन्हा घडते, त्यामुळे तिची पुनरावृत्ती होते. तथापि, पुढील प्रक्रियेत, पाईपमध्ये एक विशिष्ट दाब आणि द्रवाचा काही भाग असल्यामुळे, नवीन द्रवामुळे होणारी दाबवाढ कमी असते, त्यामुळे दाबाचे शिखर पहिल्या शिखरापेक्षा लहान असते.

प्रीकूलिंगच्या संपूर्ण प्रक्रियेत, प्रणालीला केवळ मोठ्या दाब लहरीचा आघातच नव्हे, तर थंडीमुळे निर्माण होणारा मोठा आकुंचन ताणही सहन करावा लागतो. या दोन्हींच्या एकत्रित परिणामामुळे प्रणालीच्या रचनेला नुकसान पोहोचू शकते, म्हणून ते नियंत्रित करण्यासाठी आवश्यक उपाययोजना केल्या पाहिजेत.

प्रीकूलिंग प्रवाह दराचा थेट परिणाम प्रीकूलिंग प्रक्रियेवर आणि शीत आकुंचन ताणाच्या प्रमाणावर होत असल्यामुळे, प्रीकूलिंग प्रवाह दर नियंत्रित करून प्रीकूलिंग प्रक्रिया नियंत्रित केली जाऊ शकते. प्रीकूलिंग प्रवाह दराच्या निवडीचे योग्य तत्त्व हे आहे की, दाबातील चढउतार आणि शीत आकुंचन ताण उपकरणे व पाईपलाईनच्या स्वीकार्य मर्यादेपलीकडे जाणार नाहीत याची खात्री करून, जास्त प्रीकूलिंग प्रवाह दर वापरून प्रीकूलिंगचा वेळ कमी करणे. जर प्री-कूलिंग प्रवाह दर खूप कमी असेल, तर पाईपलाईनची इन्सुलेशन कामगिरी चांगली राहत नाही आणि ती कदाचित कधीही थंड अवस्थेत पोहोचणार नाही.

प्रीकूलिंगच्या प्रक्रियेत, द्वि-प्रावस्था प्रवाह (two-phase flow) होत असल्यामुळे, सामान्य फ्लोमीटरने प्रत्यक्ष प्रवाह दर मोजणे शक्य नसते, त्यामुळे त्याचा उपयोग प्रीकूलिंग प्रवाह दराच्या नियंत्रणासाठी मार्गदर्शक म्हणून केला जाऊ शकत नाही. परंतु, ग्रहण पात्राच्या (receiving vessel) बॅक प्रेशरचे (back pressure) निरीक्षण करून आपण अप्रत्यक्षपणे प्रवाहाच्या प्रमाणाचा अंदाज लावू शकतो. विशिष्ट परिस्थितीत, ग्रहण पात्राचा बॅक प्रेशर आणि प्री-कूलिंग प्रवाह यांच्यातील संबंध विश्लेषणात्मक पद्धतीने निश्चित केला जाऊ शकतो. जेव्हा प्रीकूलिंग प्रक्रिया एक-प्रावस्था प्रवाह (single-phase flow) अवस्थेपर्यंत पोहोचते, तेव्हा फ्लोमीटरने मोजलेल्या प्रत्यक्ष प्रवाहाचा उपयोग प्रीकूलिंग प्रवाहाच्या नियंत्रणासाठी मार्गदर्शक म्हणून केला जाऊ शकतो. ही पद्धत अनेकदा रॉकेटसाठी क्रायोजेनिक द्रव प्रणोदक (cryogenic liquid propellant) भरण्याचे नियंत्रण करण्यासाठी वापरली जाते.

ग्रहण पात्राच्या बॅक प्रेशरमधील बदल खालीलप्रमाणे प्रीकूलिंग प्रक्रियेशी संबंधित आहे, ज्याचा उपयोग प्रीकूलिंगच्या टप्प्याचे गुणात्मक मूल्यांकन करण्यासाठी केला जाऊ शकतो: जेव्हा ग्रहण पात्राची एक्झॉस्ट क्षमता स्थिर असते, तेव्हा सुरुवातीला क्रायोजेनिक द्रवाच्या तीव्र बाष्पीभवनामुळे बॅक प्रेशर वेगाने वाढतो आणि नंतर ग्रहण पात्र व पाइपलाइनचे तापमान कमी झाल्यामुळे तो हळूहळू कमी होतो. यावेळी, प्रीकूलिंग क्षमता वाढते.

इतर प्रश्नांसाठी पुढील लेखाची प्रतीक्षा करा!

एचएल क्रायोजेनिक उपकरणे

१९९२ मध्ये स्थापित झालेला एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट हा एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कं, लि. शी संलग्न असलेला एक ब्रँड आहे. एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट ग्राहकांच्या विविध गरजा पूर्ण करण्यासाठी हाय व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड क्रायोजेनिक पायपिंग सिस्टीम आणि संबंधित सपोर्ट इक्विपमेंटच्या डिझाइन आणि निर्मितीसाठी वचनबद्ध आहे. व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड पाईप आणि फ्लेक्झिबल होज हे हाय व्हॅक्यूम आणि मल्टी-लेयर मल्टी-स्क्रीन विशेष इन्सुलेटेड मटेरियलमध्ये तयार केले जातात आणि अत्यंत कठोर तांत्रिक प्रक्रिया व हाय व्हॅक्यूम उपचारांच्या मालिकेतून जातात, ज्यांचा उपयोग द्रव ऑक्सिजन, द्रव नायट्रोजन, द्रव आर्गॉन, द्रव हायड्रोजन, द्रव हेलियम, द्रवीकृत इथिलीन वायू (LEG) आणि द्रवीकृत नैसर्गिक वायू (LNG) यांच्या हस्तांतरणासाठी केला जातो.

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनीमधील व्हॅक्यूम जॅकेटेड पाईप, व्हॅक्यूम जॅकेटेड होज, व्हॅक्यूम जॅकेटेड व्हॉल्व्ह आणि फेज सेपरेटर या उत्पादन श्रेणी अत्यंत कठोर तांत्रिक प्रक्रियांच्या मालिकेतून पार पडल्या असून, त्यांचा उपयोग द्रव ऑक्सिजन, द्रव नायट्रोजन, द्रव आर्गॉन, द्रव हायड्रोजन, द्रव हेलियम, एलईजी (LEG) आणि एलएनजी (LNG) यांच्या हस्तांतरणासाठी केला जातो. तसेच, ही उत्पादने वायू विलगीकरण, वायू, विमानचालन, इलेक्ट्रॉनिक्स, सुपरकंडक्टर, चिप्स, ऑटोमेशन असेंब्ली, अन्न व पेय, औषधनिर्माण, रुग्णालय, बायोबँक, रबर, नवीन सामग्री उत्पादन, रासायनिक अभियांत्रिकी, लोह व पोलाद आणि वैज्ञानिक संशोधन इत्यादी उद्योगांमधील क्रायोजेनिक उपकरणांसाठी (उदा. क्रायोजेनिक टाक्या, देवार्स आणि कोल्डबॉक्सेस इत्यादी) सेवा पुरवतात.