آشنایی با مخازن کرایوژنیک و فولادی با قابلیت فوق سرد
مخازن کرایوژنیک در صنایع تولید گاز از تجهیزات بسیار مهم به حساب می‌آیند. گازهایی چون نیتروژن، اکسیژن، کربن دی‌اکسید، هلیوم و سایر گازهای ارزشمند و کاربردی در صنعت و مصارف نیازمند به گاز مایع شده که سرد و تحت فشار است، با سردسازی در مخازن کرایوژنیک و با توجه به فشار وارده ناشی از گاز موجود در مخزن و دمای تبخیر هرکدام از این گازها برای مصارف گوناگون تفکیک، نگهداری و مصرف می‌شود.
همه چیز درباره مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک انواع فولاد را در کنار هم جمع کرده تا وظیفه نگهداری گازهای با خلوص بالا و بدون آلودگی و فشار بالا را به خوبی انجام دهد، این فولادها ازاستیل گرفته تا ساده کربنی می‌باشد که وجود جداره دو لایه و پوششی عایق مابین آن‌ها در مخزن یادشده، نیازمند آن است. در این مقاله با ما همراه باشید تا با پدیده فوق سرد سازی در مخازن کرایوژنيک ، مشخصات این مخازن، انواع مختلف، کاربرد، بازرسی های انجام گرفته روی آن و در نهایت نکات کاربردی در نصب و استفاده از مخازن کرایوژنیک را بیان کنیم.
استفاده از این مخازن دارای مزایای چشمگیری چون عدم نیاز به شارژ متناوب گاز درون مخزن، دارا بودن فشار کم حین کار و در نتیجه ایمنی حین استفاده، قیمت تمام شده حداقل یک سوم کپسول‌های گاز متداول، عدم نیاز به تست‌های دوره‌ای و تعمیر و تعویض شیرآلات و تجهیزات و در نهایت به‌دلیل ساختار مخزن دربرداشتن خلوص بالای گاز دورن آن، می‌باشد.
مخازن معمولی جهت حمل و نگهداری انواع سیالات از آلیاژهای مشخصی ساخته میشوند،اما بر خلاف مخازن معمولی، در ساخت این مخازن باید از آلیاژی استفاده شود که دچار تردی در دماهای بسیار پایین نشود. در صورت ایجاد تردی، مخازن به سادگی و با تنش‌های کم شکسته میشوند. فولاد با دمای تردی پایین و مقاومت به شکست بالا بهترین ماده برای ساخت این مخازن است. برای تعیین تنش شکست فولاد از تست ضربه استفاده می‌شود.
کارایی مخازن کرایوژنیک چیست؟
در صنعت، گازهایی چون اکسیژن، نیتروژن و آرگون در حالت مایع و در دمایی بسیار سرد نگهداری و مصرف میشوند. پدیده تفکیک گازهای موجود در هوا به‌وسیله میعان بخار آن‌ها و درون مخازن کرایوژنیک انجام می‌شود. این مخازن دارای دو جداره فولادی هستند، این دو جداره هم مرکز و جداره داخلی استیل آستنیتی و بیرونی فولاد کربنی است و عایق بین آن‌ها از جنس پرلیت می‌باشد که در نهایت سازنده خلا در این فضا ایجاد می‌کند. پوششی از جنس رنگ بر روی محفظه خارجی ایجاد می‌شود که در محافظت از مخازن کرايوژنيک در برابر خوردگی بسیار پراثر است. مقاومت و استحکام بالای فولاد زنگ نزن موجب شده تا قیمت ورق استیل علاوه بر سازندگان مخزن، برای سایر صنایع نیز مهم باشد.
عموما ساختمان و قرارگیری این مخازن در محل نصب، عمودی است که به اشغال فضای کمتر کمک می‌کند. طراحی مخازن کرایوژنیک به گونه‌ای است که در بازه دمایی ۲۰ درجه سانتی‌گراد که دمای محیط اطراف است و جداره خارجی در آن قرار دارد تا ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد که دمای گاز درون محفظه است و مادون سرد یا کرایوژنيک می‌باشد. مخازن کرايوژنيک می‌توانند فشار داخلی خاصی که از حضور گاز درون محفظه ایجاد شده را تحمل کنند که از آن با نام فشار کاری مجاز (mawp) یاد می‌شود و درمورد مخازن کرایوژنیک ۱۸، ۲۲ و ۳۶ است. عموما تا ۹۰ درصد فشار مجاز نامی، طراحی و ساخت مخزن انجام می‌شود و وجود رگولاتور به تنظیم خودکار و ثابت نگه داشتن فشار درون مخازن مذکور کمک می‌کند.
ساخت مخازن کرایوژنیک تحت استانداردهای خاصی برای مخازن تحت فشار چون Directive 97/23 EC و EN13458انجام می‌شود و استاندارد ملی ایران در این زمینه با شماره ۱۲۴۷۴ اعمال می‌شود.
نکته جالبی که در مورد این مخزن‌ها وجود دارد، عدم نیاز آن‌ها به انرژی برق برای عملکرد خود است.
کاربرد مخازن فوق سرد
مخازن کرایوژنیک بسیار متنوع و گسترده است به نحوی که در صنایع پالایشگاه و پتروشیمی، غذایی، فولاد، تجهیزات جانبی، صنعتی و حتی بیمارستانی استفاده می‌شود.
حمل و انتقال پروپان مایع از کاربردهای این مخازن در صنعت پالایشگاه و پتروشیمی می‌باشد. اکسیژنی که در مخزن نگهداری می‌شود در صنایع غذایی و بیمارستان‌ها استفاده می‌شود.
آرگون با فشار مشخص و متفاوت در صنایع مختلف و قطعه‌سازی به‌کار می‌رود.
مشخصات فنی مخازن کرایوژنیک
خلا موجود بین دو جداره داخلی و خارجی مخازن از فاکتورهای مهم تولید و کاربردی در آن‌ها است که در راندمان بالای کاری مخازن موثر است. هرچه خلا ایجاد شده بالاتر یا میزان اعلام شده و نامی به عملی نزدیکتر باشد، میزان پرت مخزن کم می‌شود. منظور از پرت داشتن در مخزن، همان ضریب تبدیل مایع به گاز در پدیده کرایوژنیک است.
آنالیز مواد سازنده این مخزن، کنترل مونتاژ و سرهم‌بندی قطعات، نتایج هیدرو تست، میزان خلا، ضریب تبدیل مایع به گاز، ضخامت پوشش از جنس رنگ روی بدنه خارجی مخزن، تنظیم سطح ورود مایع و رگولاتور فشار ساز موجود در آن از مشخصات فنی مخازن کرايوژنيک به حساب می‌آید.
انواع و وجه تمایز
انواع مختلف مخازن کرایوژنیک در ۴ گروه زیر قابل بیان است:
- فلاسک (Flasks)
- دلو باز (open buckets)
- دارای درپوش متحرک (loose-fitting stoppers)
- مخازن تحت خودفشاری (self-pressurizing tanks)
اما این تنها دسته‌بندی برای این مخازن نیست و بر اساس نوع مخزن نیز می‌توان به گروه‌های:
- مخزن ثابت
- پایه‌دار با قابلیت جابه‌جایی
- مخزن استوانه‌ای شکل برای حمل و نقل
- مخزن مخصوص پمپ‌های گاز و دارای تبخیرکننده (vaporizer)
تفکیک کرد.
همانطور که از نام‌گذاری های متنوع گفته‌شده برمی‌آید، نوع مخزن از نظر شکل و اینکه ثابت یا متحرک باشد، متفاوت است.
نصب و استفاده
این مخازن به‌صورت عمودی نصب میشوند و شیرآلات و تجهیزات جانبی نیز روی آن‌ها برای کنترل عملکرد و کمک به بهتر شدن، نصب می‌شود. این شیرآلات و وسایل جانبی عمدتا چهار وظیفه دارند که شارژ نمودن مخزن، میزان ورود مایع به آن، برداشت از مخزن و کنترل ایمنی مرتبط با عملکرد مخزن است.
در استفاده از مخازن کرایوژنیک لازم است اصول خاصی رعایت شود. کاربرد مورد نظر تعیین می‌کند که نیاز به تجهیزات جانبی چون مبدل حرارتی یا تبخیرکننده داریم یا خیر. نقشه‌کشی و نظارت بر انجام فونداسیون، توسط مهندس خبره انجام می‌گیرد. باز هم کاربرد مدنظر استفاده از لوله تک یا دوجداره درپایپینگ از محل استقرار مخزن تا نصب را تعیین می‌کند. شارژ مخزن نیز متناسب با ظرفیت نامی و سپس عملیاتی آن خواهد بود.
از خلوص و سلامت مایعی که درون مخزن قرار می‌گیرد لازم است مطمئن شویم چرا که در صورت وجود هرگونه آلودگی حتی جزیی به آن آسیب وارد می‌شود.
تست‌های بازرسی که روی مخازن کرایوژنیک انجام می‌شود؟
متخصصان این مخازن و اپراتورهای نصب آن باید دو سطح بازرسی را انجام دهند. متخصصان خلا موجود مابین دو جداره داخلی و خارجی، ضخامت جداره خارجی، سلامت شیرآلات و تجهیزات جانبی و هم‌چنین کالیبره بودن رگولاتور و فشارسازها را بررسی می‌کنند. اپراتور لازم است در زمان هرگونه نشتی از شیرآلات، وجود نمک که مشابه پرلیت است و رطوبت در دیواره خارجی مخزن و یا افزایش فشار ناگهانی در آن را چک کند و چاره اندیشی متناسب با آن انجام شود.
