ابتدا باید گفت که مخازن ثابت کریوژنیک برای ذخیره سازی طولانی مدت گازهای مایع کریوژنیک تحت فشار بالا طراحی شده اند. مخازن داخلی برای تغییرات فشار متوسط /بالا از فولاد ضد زنگ آستنیتی ساخته شده و به صورت سرد کشیده می شوند. این مخازن می توانند LIN، LOX، LAR، LNG، CO2 و N2O را در خود ذخیره کنند و در طرح های عمودی یا افقی موجود هستند. گوشواره های بالابری با لایه داخلی از فولاد ضد زنگ، پشتیبانی های حمل و نقل یکپارچه و عایق سیستم خلاء-پرلیت با کیفیت بالا با جاذب مولکولی نشان دهنده عملکرد عالی و طولانی مدت برای مخازن دوجداره با عایق خلاء بوده که منجر به کاهش هزینه های چرخه عمر می شود. مخازن ثابت کریوژنیک عمودی با ترموسیفون ها، که مناسب برای پر کردن سیلندرها هستند، نیز تولید می شوند. در نتیجه، این مخازن پر کردن سیلندرها را به صورت مداوم و کارآمد انجام داده و از کاهش ها و هزینه های نگهداری پمپ ها می کاهند. در این مقاله در خصوص ساخت مخازن کرایوژنیک بیشتر صحبت خواهیم کرد.
مایعات کریوژنیک در دماهای بسیار پایین وجود دارند و نیازمند تجهیزات ویژه حمل و نقل و ذخیره سازی هستند. برخلاف باور عمومی، مایعات کریوژنیک نمی توانند در یک ظرف استاندارد نگهداری شوند. این امر باعث دشواری در کار با آنها و همچنین ایجاد خطرات بهداشتی و ایمنی برای افرادی که با آنها تماس می گیرند می‌شود. مخازن کریوژنیک به طور خاص برای این منظور طراحی شده‌اند. آن ها از مواد مقاومی ساخته شده اند که می توانند این دماهای پایین را تحمل کنند. همچنین، تجهیزات حفاظتی اضافی برای جلوگیری از نشت در آن ها گنجانده شده است.
همچنین مخازن کریوژنیک در انواع و اندازه های مختلف موجود هستند. مخازن استاتیک، که گاهی به آن ها مخازن ثابت گفته می شود، در مکان های دائمی مانند کارخانه های پردازش کریوژنیک استفاده می شوند. مخازن استاتیک می توانند مخازن کوچک متحرکی باشند که روی چرخ ها نصب شده اند و در آزمایشگاه ها و کارخانه ها استفاده می شوند. این مخازن کوچک کریوژنیک به عنوان ظروف تحت فشار نیز شناخته می شوند. سایر ظروف گردنی باز بدون فشار که به عنوان فلاسک دیوار شناخته می شوند، ممکن است زمانی استفاده شوند که دسترسی مستقیم به مایع کریوژنیک مورد نیاز است.
انواع مخازن کرایوژنیک
انواع مخازن کرایوژنیک به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: مخازن ثابت (استاتیک) و مخازن متحرک. این دسته‌بندی ها بر اساس کاربرد و طراحی مخازن برای نگهداری و حمل و نقل مایعات کرایوژنیک مانند نیتروژن مایع، اکسیژن مایع، آرگون مایع و سایر گازهای صنعتی مایع است. در ادامه، انواع مختلف مخازن کرایوژنیک توضیح داده شده است:
۱. مخازن ثابت (استاتیک)
این مخازن برای نگهداری طولانی مدت مایعات کرایوژنیک در مکان های ثابت طراحی شده اند.
– مخازن عمودی: این مخازن به صورت ایستاده طراحی شده اند و فضای کمتری را اشغال می کنند. معمولاً برای ذخیره سازی در فضاهای محدود مورد استفاده قرار می گیرند.
– مخازن افقی: این مخازن به صورت خوابیده طراحی شده اند و برای مکان هایی با فضای گسترده تر مناسب هستند.
– مخازن کروی: این مخازن دارای طراحی کروی هستند که باعث توزیع یکنواخت فشار داخلی می شود و می توانند مقادیر بزرگی از مایعات کرایوژنیک را ذخیره کنند.
۲. مخازن متحرک
این مخازن برای حمل و نقل مایعات کرایوژنیک طراحی شده اند و معمولاً به صورت مخازن کوچک تر و قابل حمل می باشند.
– مخازن تحت فشار (Pressure Vessels): این مخازن کوچک و متحرک هستند و معمولاً در آزمایشگاه ها و کارخانه ها استفاده می شوند. به دلیل قابلیت حمل آسان، برای استفاده های موقت و متغیر مناسب هستند.
– فلاسک های دیواری (Dewar Flasks): این مخازن بدون فشار با گردن باز طراحی شده اند و برای دسترسی مستقیم به مایعات کرایوژنیک استفاده می شوند. اغلب در آزمایشگاه ها برای نگهداری نمونه های کوچک از مایعات کرایوژنیک استفاده می شوند.
۳. تانک های حمل و نقل
این مخازن برای جابجایی مایعات کرایوژنیک در مسافت های طولانی طراحی شده اند و معمولاً به صورت تانکرهای جاده ای، ریلی یا دریایی ساخته می شوند.
– تانکرهای جاده ای: این تانکرها به کامیون ها متصل می شوند و برای حمل و نقل مایعات کرایوژنیک از یک مکان به مکان دیگر استفاده می شوند.
– واگن های ریلی: این مخازن برای حمل و نقل ریلی مایعات کرایوژنیک استفاده می شوند و دارای ظرفیت های بالاتری نسبت به تانکرهای جاده ای هستند.
– مخازن دریایی: این مخازن برای حمل و نقل دریایی مایعات کرایوژنیک طراحی شده اند و معمولاً در کشتی های بزرگ نصب می شوند.
مخازن کرایوژنیک با طراحی و ساخت مناسب، اطمینان حاصل می کنند که مایعات کرایوژنیک در دماهای بسیار پایین نگهداری شده و از تبخیر یا نشت آنها جلوگیری می شود. همچنین، این مخازن با استفاده از مواد مقاوم و عایق بندی مناسب، ایمنی و کارایی بالایی را در نگهداری و حمل و نقل مایعات کرایوژنیک فراهم می کنند.
اجزای اصلی مخازن کرایوژنیک
اجزای اصلی در حین ساخت مخازن کرایوژنیک موارد زیر را شامل می شود:
ظرف فشار داخلی
یک مخزن کرایوژنیک از فولاد ضد زنگ یا مواد دیگر با استحکام بالا در برابر دماهای کریوژنیک ساخته شده است.
• مخزن خارجی
یک مخزن ساخته شده از فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ. در شرایط عادی عملکرد، این مخزن عایق اطراف مخزن فشار داخلی را حفظ می کند و همچنین می تواند خلاء را در اطراف مخزن داخلی نگه دارد. اغلب اوقات، مخزن خارجی در معرض دماهای کریوژنیک قرار نمی گیرد.
• عایق
فضای خلاء مهر و موم شده بین مخازن داخلی و خارجی که با چندین اینچ ماده عایق پر شده است. خلاء و مواد عایق کمک می کنند تا انتقال حرارت کاهش یابد و در نتیجه، تبخیر مایعات اکسیژن، نیتروژن یا آرگون مایع درون مخزن کاهش یابد.
مخزن داخلی یک مخزن ذخیره سازی به طور معمول برای تحمل حداکثر فشار عملیاتی مجاز ۲۵۰ پوند بر اینچ مربع (۱۷۲۴ کیلو پاسکال) طراحی شده است. مخازن ممکن است برای فشارهای کاری بالاتر یا پایین تر، و همچنین برای استفاده های خاص طراحی شوند. فشار سرویس مخزن ممکن است تنظیم شود.
ایمنی و ساخت مخازن کرایوژنیک
اکسیژن مایع، نیتروژن مایع و آرگون مایع نمونه هایی از مایعات کرایوژنیک هستند. نقطه جوش آن ها به ترتیب به شرح زیر است:
– اکسیژن مایع: -۲۹۷.۳ درجه فارنهایت | -۱۸۳ درجه سانتی گراد
– نیتروژن مایع: -۳۲۰.۴ درجه فارنهایت | -۱۹۵.۸ درجه سانتی گراد
– آرگون مایع: -۳۰۲.۶ درجه فارنهایت | -۱۸۵.۹ درجه سانتی گراد
نقطه تصعید CO2 مایع: -۱۰۹.۳ درجه فارنهایت | -۷۸.۵ درجه سانتیگ راد
برای جلوگیری از انتقال حرارت و حفظ دماهای بسیار پایین، مخزن ذخیره سازی باید به‌درستی ساخته شود. ظرفیت آبی مخازن ذخیره سازی اکسیژن مایع، نیتروژن مایع و آرگون مایع که به صورت تجاری در دسترس هستند، از ۳۵۰ تا ۱۳,۰۰۰ گالن آمریکایی (۱,۳۲۵ تا ۴۹,۲۱۰ لیتر) متغیر است. مخازن ذخیره سازی کرایوژنیک حجیم ممکن است بسته به مکان و نیازهای مصرف، به صورت عمودی، کروی یا افقی باشند. تنها افراد مجاز و ماهر باید تأسیسات ذخیره سازی اکسیژن مایع، نیتروژن مایع یا آرگون مایع و اجزای آن را نگهداری و بهره برداری کنند. مشکلات مربوط به ایمنی باید در اسرع وقت اعلام شوند.
اصول ایمنی مربوط به قرار گرفتن در معرض اکسیژن مایع، نیتروژن مایع و آرگون مایع:
– اکسیژن مایع، نیتروژن مایع یا آرگون مایع نباید در فضاهای محصور یا در مناطقی با تهویه ناکافی نگهداری شوند.
– اطمینان حاصل کنید که مایعات کریوژنیک فقط توسط افرادی که با ویژگی های ماده و روش های صحیح دست زدن به آن آموزش دیده اند، مدیریت شوند.
– اطمینان حاصل کنید که هر لوله کشی که ممکن است مایعات کریوژنیک بین دو شیر یا محفظه گیر بیفتد، دارای شیرهای اطمینان فشار با خروجی های به‌درستی طراحی شده باشد.
– سیگار کشیدن و ایجاد جرقه در نزدیکی تجهیزات یا مخازن اکسیژن مایع ممنوع است. هنگام نزدیک شدن به مخازن اکسیژن مایع با شعله روشن، با احتیاط عمل کنید.
تعمیر مخازن
تعمیر مخازن کریوژنیک امری کاملا ممکن است، اما این کار برای هر کسی امکان پذیر نیست. هر گونه تعمیر یا تغییر در این مخازن باید توسط تعمیرکار ماهری انجام شود که به الزامات طراحی که مخزن بر اساس آن ها ساخته شده است، پایبند باشد. آن ها باید با قوانین و مقررات جاری نیز آشنا باشند. هرگونه تعمیر یا تغییر باید مستند شود تا برای بقیه عمر عملیاتی مخزن ثبت شود.
سخن پایانی
مخازن کرایوژنیک یکی از اجزای اساسی در صنعت نگهداری و حمل و نقل مایعات کرایوژنیک مانند اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، و آرگون مایع هستند. این مخازن برای نگهداری مایعات در دماهای بسیار پایین و تحت فشار بالا طراحی شده اند. ساخت مخازن کرایوژنیک باید با رعایت استانداردهای مربوط و با استفاده از مواد مقاوم در برابر دما و فشار صورت گیرد.
مخازن کرایوژنیک معمولاً دارای دو لایه هستند: یک مخزن داخلی که مایعات را نگهداری می کند و یک مخزن بیرونی که به عنوان عایق عمل می کند و از انتقال حرارت جلوگیری می کند. این مخازن می توانند به صورت عمودی، افقی یا کروی طراحی شوند و بسته به نیازهای مصرف و مکان استفاده، انتخاب می شوند.
ساخت مخازن کرایوژنیک نیاز به دقت و دانش فنی زیادی دارد. هر گونه تعمیرات یا تغییرات در این مخازن باید توسط تعمیرکاران ماهر و با رعایت کدهای طراحی و مقررات مربوط انجام شود. این تعمیرات باید به گونه ای انجام شوند که عملکرد مخزن و ایمنی آن تحت تأثیر قرار نگیرد.
در نتیجه، مخازن کرایوژنیک عناصر بسیار حیاتی در زیرساخت های صنعتی هستند که نیاز به دقت و دانش فنی دارند. اجرای صحیح ساخت و تعمیرات این مخازن باعث افزایش کارایی و ایمنی در نگهداری و حمل و نقل مایعات کرایوژنیک می شود.
