کریوژنیک به معنای دماهای پایین تر از -۱۰۰ درجه سانتی گراد است. تانک های کریوژنیک برای ذخیره سازی و انتقال گازها در فاز مایع در دماهای زیر -۱۰۰ درجه سانتی گراد تولید می شوند. عایق بندی برای نگه داشتن گازها در فاز مایع بسیار مهم است. در دماهای پایین تر (-۲۷۰ درجه سانتی‌گراد) پرلیت برای ذخیره سازی تمامی گازها در مخازن دو جداره استفاده می شود. پرلیت در فشار جوی و خلأ بین دیواره های دوگانه مخازن یا تانک ها پر می شود. بهتر است برای درک بهتر مطلب، ابتدا تعریفی کوتاه درباره مخزن کرایوژنیک یا همان تانک های کرایوژنیک ارائه دهیم.
تعریفی مختصر از مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک یکی از اصلی ترین ابزارها برای ذخیره سازی مایعات فوق سرد مانند نیتروژن مایع، هلیوم و هیدروژن هستند. این مخازن معمولاً دارای ساختار دوجداره هستند که با پرلیت پر شده اند تا عایق حرارتی مناسبی برای حفظ دماهای بسیار پایین فراهم کنند. بخش داخلی این مخازن از جنس فولاد یا فولاد ضد زنگ استوانه ای بوده و دارای قابلیت مقاومت در برابر فشار و دمای بسیار پایین می باشد. هدف اصلی این مخازن، ایجاد یک محیط مناسب و پایدار برای نگهداری مایعات فوق سرد است تا از انجماد یا انحراف آن ها جلوگیری شود و امکان استفاده از آن‌ها در مخازنی با مقیاس صنعتی یا در زمان های طولانی مدت فراهم شود.
پرلیت مخازن کرایوژنیک به عنوان یک عایق حرارتی!
استفاده از پرلیت برای ذخیره‌سازی گازهای مایع در دماهای بسیار پایین، از جمله -۲۷۰ درجه سانتی‌گراد، یکی از روش‌های مؤثر برای حفظ دما و حالت مایع این گازها است. پرلیت به عنوان یک ماده عایق حرارتی با هدایت حرارتی بسیار پایین عمل می‌کند و از انتقال حرارت به محیط خارجی جلوگیری می‌کند. زمانی که گازهای مایع مانند گاز مایع نفت (LPG)، گازهای طبیعی مایع (LNG)، نیتروژن مایع، پروپان مایع و سایر گازهای نجیب مایع در داخل مخازن یا تانک‌های دو جداره قرار می‌گیرند، پرلیت به عنوان عایق بین دیواره‌های دوگانه این مخازن پر شده و از انتقال حرارت از مایعات به محیط خارجی جلوگیری می‌کند.
این گازها برای حفظ حالت مایع خود به دماهای بسیار پایین نیاز دارند. به عنوان مثال، نیتروژن مایع و آمونیاک به دمای -۲۷۰ درجه سانتی‌گراد مایع می‌شوند. استفاده از پرلیت به عنوان عایق حرارتی موجب می‌شود که دمای این گازها در داخل مخازن حفظ شده و از انجماد و افتادگی به حالت جامد جلوگیری شود. این روش عایق‌بندی با پرلیت همچنین از جمله روش‌هایی است که به عنوان یکی از بهترین روش‌ها برای حفظ دما در برابر تغییرات خارجی، از جمله قطع برق، شناخته می‌شود.
عایق‌بندی کرایوژنیک با استفاده از پرلیت
یکی از بزرگ ترین مشکلات در کاربردهای کرایوژنیک، عایق بندی مناسب مواد به منظور متوقف کردن انتقال حرارت است. در حال حاضر، پرلیت به عنوان ماده توصیه شده برای عایق بندی پرلیت کرایوژنیک به دلیل خواص منحصر به فردش شناخته می شود. به دلیل هدایت حرارتی محدود و وزن متوسط آن، پرلیت به طور موثری از تبادل حرارت جلوگیری می کند و دماهای بالای مورد نیاز برای روش های کرایوژنیک را حفظ می کند.
پرلیت منبسط، که از حفره های هوایی ریز تشکیل شده است، هنگامی که پرلیت خام به دمای بالا گرم می شود، ایجاد می شود. این یک انتخاب عالی برای مخازن ذخیره سازی گاز طبیعی مایع (LNG) است، جایی که دماها ممکن است به حداقل -۱۶۲ درجه سانتی گراد برسد، به دلیل ویژگی های عایق بندی بهتری که از شکل منبسط آن به دست می آید.
مزایای پرلیت مخازن کرایوژنیک
مایعات فوق سرد کریوژنیک، مانند هیدروژن و هلیوم، معمولاً در مخازن دو جداره با فضاهای حلقوی پر شده با پرلیت ذخیره می شوند. پرلیت کریوژنیک یک نوع پرلیت ریز تر با قوامی مشابه شن است. مزایای آن شامل موارد زیر است:
- هدایت حرارتی بسیار پایین : λs = 0.034 – ۰.۰۴۲ W/(m.K)
- محتوای رطوبت بسیار کم
- عاری از مواد آلی
- ایمن برای سلامت انسان
- خواص حرارتی عالی
- هزینه کم
- نصب آسان
- غیر قابل اشتعال
- مطابق با مقررات آتش نشانی
- بدون انقباض، انبساط، پیچیدگی یا نشست
- مقاوم در برابر آفات
این ویژگی ها پرلیت را به یک ماده عایق بسیار مؤثر برای نگهداری مایعات کریوژنیک تبدیل می کند.
استفاده از پرلیت در مخازن کرایوژنیک
استفاده از پرلیت در مخازن کرایوژنیک برای حفظ مایعات فوق سرد مزایای بسیاری دارد:
۱. هدایت حرارتی بسیار پایین: پرلیت دارای هدایت حرارتی بسیار پایینی است که از انتقال حرارت به محیط خارجی جلوگیری می کند و دمای مایعات را در محدوده موردنظر حفظ می کند.
۲. مقاومت در برابر رطوبت: پرلیت از ساختار بازی برخوردار است که اجازه می دهد تا رطوبت درون سلول های آن حفظ شود و از کاهش عملکرد عایق حرارتی به دلیل حضور رطوبت جلوگیری می کند.
۳. عدم حضور مواد آلی: پرلیت به طور طبیعی عاری از مواد آلی است که از هرگونه تداخل با مایعات کریوژنیک جلوگیری می کند و اطمینان می دهد که مایعات در شرایط ایده آل نگهداری می شوند.
۴. هزینه کم و دسترسی آسان: پرلیت به صورت گسترده در دسترس است و با توجه به هزینه نسبتاً پایین آن، استفاده از آن برای عایق بندی مخازن کرایوژنیک اقتصادی می باشد.
۵. استحکام مکانیکی مناسب: پرلیت با ساختار خود، استحکام مکانیکی مناسبی دارد که از تخریب و فرسایش آن در طول زمان جلوگیری می کند و پایداری عایقی آن را تضمین می کند.
پرلیت برای کاربرد های علمی و پزشکی
پرلیت برای کاربردهای کرایوژنیک در علم و پزشکی بسیار حیاتی است و از صنعت انرژی به عنوان یک عایق استفاده می شود. عایق بندی با پرلیت باعث حفظ استحکام مواد زیستی در طول فرآیند کریوپرسرویشن می شود و با نگهداری سلول ها و بافت ها در دماهای بسیار پایین، آن‌ها را پایدار می کند. نمونه های زیستی در ظروف عایق بندی شده با پرلیت در آزمایشگاه ها و مراکز پزشکی نگهداری می شوند تا با حفظ تمامیت نمونه ها، نگهداری بلند مدت انجام شود.
روش تشخیص فشردگی پرلیت در تانک‌های بزرگ کریوژنیک
پرلیت معمولاً به عنوان پودر عایق برای جدا کردن پوسته های داخلی و خارجی تانک های کریوژنیک استفاده می شود. تانک داخلی حاوی مواد کم دما است، در حالی که پوسته خارجی در معرض دمای محیط قرار دارد. پرلیت انتقال انرژی تابشی بین دو تانک را به حداقل می رساند. از آنجایی که پرلیت یک پودر است، با گذشت زمان نشست می کند و این می تواند خطر انتقال بارها از پوسته داخلی به پوسته خارجی را به همراه داشته باشد. این وضعیت ممکن است باعث تغییر شکل پوسته خارجی شده و منجر به آسیب به اتصالات داخلی شود.
روش پیشنهادی این است که سنسورهای تنش یا جابجایی را در چندین نقطه از پوسته خارجی نصب کنیم. بارهای القا شده بر روی پوسته توسط گسترش تانک داخلی و پرلیت، نظارت خواهند شد و این امر نشانه ای از محل و میزان فشردگی را فراهم می کند.
آزمایش بر روی یک تانک کوچک دیور فلزی متشکل از پوسته داخلی و خارجی انجام شد. ناحیه حلقوی بین پوسته ها با پرلیت پر شده بود. سنسورهای جابجایی در دو نقطه از بیرون پوسته خارجی متصل شدند. در حالتی که پرلیت فشرده نشده بود، تانک داخلی به طور حرارتی چرخه بندی شد و اختلاف دو جابجایی هنگامی که تانک داخلی گرم می شد و بر روی پرلیت فشار می آورد، اندازه گیری شد.
سپس پرلیت به صورت دستی در دو ناحیه فشرده شد در حالی که تانک داخلی سرد بود تا پوسته های داخلی و خارجی به طور مکانیکی به هم متصل شوند. زمانی که تانک داخلی اجازه یافت گرم شود و انبساط یابد، باعث تغییر شکل پوسته خارجی به شکل بیضوی شد و سنسورهای جابجایی حرکات مختلفی برای پرلیت نرم و فشرده تشخیص دادند. در هر جایی که پرلیت هنوز نرم و فشرده نشده بود، هیچ تغییری در شکل ایجاد نشد. در نواحی که پرلیت به صورت جامدتر بسته شده بود، سنسورها یک انحراف جزئی را تشخیص دادند. با انجام این بررسی ها بین چرخه ها، شناسایی نواحی فشردگی پرلیت ساده می شود و می توان آن را قبل از اینکه باعث آسیب به پوسته خارجی شود، تعویض کرد.
سخن پایانی
پرلیت در عملکرد مخازن کرایوژنیک نقش بسیار حیاتی دارد و می تواند به طور موثری در بهبود عملکرد و کارایی این مخازن کمک کند. یکی از مزایای اصلی استفاده از پرلیت در مخازن کرایوژنیک، خاصیت عایق بندی بالای آن است. پرلیت به عنوان یک ماده عایق حرارتی با توانایی کاهش انتقال حرارت بین دیواره های دوگانه مخازن، می تواند از افت دما و انتقال حرارت به محیط خارجی جلوگیری کند.
علاوه بر این، پرلیت دارای وزن سبک است که می تواند بار مخزن را کاهش دهد و از ایجاد فشار غیر ضروری بر روی دیواره ها جلوگیری کند. این ویژگی می تواند به بهبود استحکام و دوام سازه های مخزن کرایوژنیک کمک کند. همچنین، پرلیت به عنوان یک ماده غیر سوزان و مقاوم در برابر حرارت و فشار، می تواند از خطرات احتمالی مربوط به حوادث ناگهانی مانند انفجار یا آتش سوزی در مخازن کرایوژنیک جلوگیری کند.
با این همه مزایا، استفاده از پرلیت در مخازن کرایوژنیک نه تنها به بهبود عملکرد و ایمنی این مخازن کمک می کند، بلکه می تواند هزینه های نگهداری و بهره برداری را نیز کاهش دهد و به دسترسی آسان به این مواد عایق برای صنایع مختلف کمک کند.
