Instruments and Experimental TechniquesInstruments and Experimental TechniquesПриборы и техника эксперимента0032-81623034-5642The Russian Academy of Sciences69698810.31857/S0032816225030161ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНИКАResearch ArticleМинимизация проблем при создании двухфазных расходомеров для криогеники и их особенности. Часть II. Диагностика потоков водорода и сжиженного природного газаМинимизация проблем при создании двухфазных расходомеров для криогеники и их особенности. Часть II. Диагностика потоков водорода и сжиженного природного газаFilippovY. P.ФилипповЮ. П.fyp@dubna.ruKovrizhnykhA. M.КоврижныхА. М.FilippovA. Y.ФилипповА. Ю.forsc2231@gmail.comJoint Institute for Nuclear ResearchОбъединенный институт ядерных исследованийGlowByteГлоуБайт / GlowByte150620253NO3 (2025)№3 (2025)11112625112025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://vietnamjournal.ru/0032-8162/article/view/696988

Предложены пути создания двухфазных расходомеров водорода в диапазоне массовых или объемных расходов примерно от 0.2 до 2.5 кг/с или примерно от 10 до 130 м3/ч по жидкости, а также сжиженного природного газа (СПГ) – примерно от 5 до 210 кг/с или примерно от 50 до 2100 м3/ч. Принцип работы расходомеров основан на комбинации высокочастотных (ВЧ) датчиков паросодержания с равномерным электрическим полем внутри чувствительных элементов различной чувствительности для определения средней плотности двухфазной смеси и конических сужающих устройств для нахождения средней скорости потока. Показана целесообразность использования гамма-плотномеров для двухфазных расходомеров СПГ при относительно больших диаметрах DN ≥ 250. Предложено, как минимизировать проблемы, свойственные подобным двухфазным расходомерам, с учетом опыта по созданию аналогов для гелия. Рассмотрены отличия подходов реализации систем для водорода и СПГ по сравнению с аналогами для двухфазного гелия из-за существенного различия их свойств. Представлены конкретные технические решения двухфазных расходомеров водорода и СПГ в горизонтальных проточных криостатах, которые работоспособны в диапазоне истинных объемных паросодержаний от нуля до примерно 0.9 при относительно небольшом общем гидравлическом сопротивлении тракта расходомеров. Отмечены особенности калибровок ВЧ-датчиков паросодержания при разных равновесных температурах криоагентов. Показаны некоторые недостатки предыдущих подходов к определению расходов СПГ и оценены неопределенности нахождения расходов двухфазных потоков водорода и СПГ.

Предложены пути создания двухфазных расходомеров водорода в диапазоне массовых или объемных расходов примерно от 0.2 до 2.5 кг/с или примерно от 10 до 130 м3/ч по жидкости, а также сжиженного природного газа (СПГ) – примерно от 5 до 210 кг/с или примерно от 50 до 2100 м3/ч. Принцип работы расходомеров основан на комбинации высокочастотных (ВЧ) датчиков паросодержания с равномерным электрическим полем внутри чувствительных элементов различной чувствительности для определения средней плотности двухфазной смеси и конических сужающих устройств для нахождения средней скорости потока. Показана целесообразность использования гамма-плотномеров для двухфазных расходомеров СПГ при относительно больших диаметрах DN ≥ 250. Предложено, как минимизировать проблемы, свойственные подобным двухфазным расходомерам, с учетом опыта по созданию аналогов для гелия. Рассмотрены отличия подходов реализации систем для водорода и СПГ по сравнению с аналогами для двухфазного гелия из-за существенного различия их свойств. Представлены конкретные технические решения двухфазных расходомеров водорода и СПГ в горизонтальных проточных криостатах, которые работоспособны в диапазоне истинных объемных паросодержаний от нуля до примерно 0.9 при относительно небольшом общем гидравлическом сопротивлении тракта расходомеров. Отмечены особенности калибровок ВЧ-датчиков паросодержания при разных равновесных температурах криоагентов. Показаны некоторые недостатки предыдущих подходов к определению расходов СПГ и оценены неопределенности нахождения расходов двухфазных потоков водорода и СПГ.

Филиппов Ю.П., Коврижных А.М., Филиппов А.Ю. // ПТЭ. 2025. № 3. С. 96.Tarlowski J., Sheffield J., Durr C., Coyle D., Patel H. LNG Import Terminals – Resent Developments ChE Plus Newsletter. 2004. V. 2. № 4. http://www.cheresources.com/lng_terminals.pdfВоронов В.А., Карякина Е.Д., Ахмеров Э.В. // Вестник международной академии холода. 2019. № 3. С. 15. https://doi.org/10.17586/160643132019183-15-22Лесконог А.А., Чуркин Г.Ю., Бекасов Ю.В. // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 12. С. 41. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2017-12-41-46Filippov Yu.P. // Cryogenics. 1999. V. 39. P. 59. https://doi.org/10.1016/S0011-2275(98)00114-3Filippov Y.P., Panferov K.S // Proc. of the 11-th IIR International Conference on Cryogenics, Bratislava, Slovakia, 2010. P. 87.Filippov Y.P., Filippov A.Yu., Kovrizhnykh A.M. // 11 AIP Conf. Proc. 2023. V. 2803. P. 030001. https://doi.org/10.1063/5.0143554.Filippov Y.P., Kakorin I.D. // Flow Meas. Instrum. 2016. V. 52. P. 163. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.10.005Филиппов Ю.П., Филиппов А.Ю. // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 3. C. 98. https://doi.org/10.34759/tpt-2021-13-3-98-110Филиппов А.Ю., Филиппов Ю.П. // Теплоэнергетика. 2022. № 5. С. 18. https://doi.org/10.1134/S0040363622050010Ко Гым Сек, Мамедов И.С., Филиппов Ю.П. Влияние массовой скорости на истинное объемное паросодержание потока двухфазного гелия. Сообщение ОИЯИ, Дубна, Р8-87-505. 1987.Сон Зун Ган, Филиппов Ю.П. // Теплоэнергетика. 1984. № 3. C. 19.Paleev I.I., Filippovich B.S. // Int. J. Heat Mass Transfer. 1966. V. 9. P. 1089 https://doi.org/10.1016/0017-9310(66)90031-7Нигматулин Б.И., Милашенко B.И., Шугаев Ю.3. // Tenлoэнергетика. 1976. № 5. C. 77.Filippov Yu.P., Kovrizhnykh A.M., Miklayev V.M., Sukhanova A.K. // Cryogenics. 2000. V. 40. P. 279. https://doi.org/10.1016/S0011-2275(00)00040-0Miklyaev V.M., Filippov Yu.P., Filippov A.Yu. // Phys. Part. Nucl. Lett. 2020. V. 17. P. 44 https://doi.org/10.1134/S1547477120010124Филиппов А.Ю., Филиппов Ю.П., Коврижных А.М. // ПТЭ. 2023. № 4. С. 132. https://doi.org/10.31857/S0032816223030047Filippov Yu.P. // Cryogenics. 2001. V. 41. P. 327. https://doi.org/10.1016/S0011-2275(01)00080-7Filippov Y.P., Panferov K.S. // Cryogenics. 2011. V. 51. P. 640. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2011.09.01Филиппов Ю.П., Алексеев А.И. РФ Патент 2046331, 1995.Certificate to calibrate hydrogen RF-sensor ID = 71 mm, #700–26/170 of 06.03.1998, JINR, Dubna.Certificate to calibrate helium RF-sensor ID = 20 mm of 07.10.2005, JINR, Dubna.Sveshnikov B.N., Smirnov S.N., Filippov A.Yu., Filippov Yu.P. // Phys. Part. Nucl. Lett. 2021. V. 18. P. 52. https://doi.org/10.1134/S1547477121010118Demaco to Build Transport Pipelines for LNG Receiving Terminals, Norway. http://www.lngworldnews.com/demaco-to-build-transport-pipelines-for-lng-receiving-terminals-norway.Блок гамма-источника типа БГИ-50П. Технические условия УЛКА 418234.003; Руководство по эксплуатации УЛКА 418234.003. Техническая документация.Filippov Yu.P., Filippov A.Yu. // Flow Meas. Instrum. 2019. V. 68. P. 101578. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2019.101578Филиппов А.Ю., Филиппов Ю.П. // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. С. 225. https://doi.org/10.34759/tpt-2022-14-5-225-240Filippov Yu.P., Panferov K.S. // Int. J. Multiphase Flow. 2012. V. 41. P. 36. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.12.005