مخازن ذخیره کرایوژنیک
مخازن ذخیره کرایوژنیک (مادون سرد) چیست؟
مخازن ذخیره کرایوژنیک (مادون سرد) مخازنی چندجداره هستند که برای نگهداری و انتقال میعانات در دماهای بسیار پایین (معمولاً زیر 186- درجه سانتیگراد) طراحی شده است.
مخازن کرایوژنیک (مادون سرد) برای کاربردهای مختلفی مانند ذخیره سازی و یا حمل نیتروژن مایع، اکسیژن مایع، آرگون مایع و سایر میعانات مادون سرد استفاده می شود.
مخازن ذخیره کرایوژنیک (مادون سرد) دارای بیش از دوجداره با تکنولوژی های عایق سازی گوناگون (از جمله خلا سازی، استفاده از پودر پرلیت، استفاده از فوم PU و استفاده از عایق MLI یا ترکیبی از این موارد) بوده که می توانند تغییرات فشار و دما را تا میزان قابل توجهی تحمل و کنترل نمایند.
این مخازن بسته به سیال خاص و ظرفیت ذخیره سازی می توانند اشکال و اندازه های مختلفی داشته باشند. برخی از نمونه های متداول مخازن کرایوژنیک (مادون سرد)عبارتند از مخازن کرایوژنیک ثابت، مخازن کرایوژنیک حمل، ایزوتانک ها و دوئر های کرایوژنیک.
انواع مخازن کرایوژنیک؟
انواع مختلفی از مخازن کرایوژنیک (مادون سرد) بسته به طراحی، هدف و کاربرد وجود دارد. برخی از انواع رایج عبارتند از:
دوئر (Dewar):
فلاسک های عایقی هستند که دارای جداره داخلی (از جنس استیل ضد زنگ) و خارجی بوده که توسط خلاء و در اکثر موارد پوشش عایقی ام ال آی (MLI) از هم جدا شده اند. دوئرها برای ذخیره مقادیر پایین مایعات مادون سرد مانند نیتروژن مایع، اکسیژن یا آرگون در اوزان کمتر از 750 کیلوگرم استفاده می شوند. دوئرها دارای تجهیزاتی از جمله گیج فشار، گیج سطح مایع، شیرهای برداشت گاز و مایع، ویپرایزر و همچنین رهانه های فشار هستند که اجازه می دهد تا در صورت افزایش فشار گاز تا رسیدن به فشار کار بصورت ایمن به محیط تخلیه گردد.
مخازن کرایوژنیک ذخیره:
مخازن استوانه ای (عمودی یا افقی) یا کروی شکل بزرگی هستند که دارای دو جداره با عایق پودر پرلیت و خلاء بین آنها میباشند. این مخازن برای ذخیره سازی مقادیر زیاد میعانات مادون سرد برای مقاصد صنعتی یا طبی استفاده می شوند. تمامی مخازن کرایوژنیک دارای رهانه های فشار ایمن، شیرهای بارگیری، تخلیه و بهره برداری بصورت مایع و گاز و همچنین سنجه های فشار و سطح میباشند.
مخازن کرایوژنیک حمل:
مخازن استوانه ای (افقی) بزرگی هستند که دارای دوجداره با عایق پودر پرلیت و خلاء (در برخی موارد برای میعانات با دمای بالاتر مانند دی اکسید کربن مایع از عایق فوم PU برای سبکی بیشتر مخزن استفاده میشود) بین آنها میباشد. مخازن کرایوژنیک حمل دارای جداکننده هایی به نام وافل به منظور جلوگیری از نیروی اینرسی مایع داخل مخزن و بهم زدن تعادل خودروی حمل میباشند، همچنین این مخازن دارای رهانه های فشار ایمن، شیرهای بارگیری، تخلیه و بهره برداری بصورت مایع و گاز و سنجه های فشار و سطح میباشند.
ایزو تانک ها (ISO Tank):
نوعی از مخازن کرایوژنیک حمل استاندارد هستند که می توانند از طریق جاده، ریل یا کشتی حمل شوند. ایزو تانک ها طراحی مشابه مخازن کرایوژنیک حمل دارند با این تفاوت که دارای سایز استاندارد جهانی برای کانتینر ها بوده، دارای تجهیزات به منظور حمل، بارگیری و تخلیه مناسب (از جمله لیفتینگ لاگ و محل مناسب قرارگیری قلاب جرثقیل) بوده، عمدتا ظرفیت تحمل فشار بالاتری داشته و برای انتقال میعانات مادون سرد در فواصل زمانی طولانی یا مکان های دور (از جمله مقاصد صادراتی) استفاده می شوند.
نصب و راه اندازی مخازن کرایوژنیک (مادون سرد) ذخیره
نصب و راه اندازی مخازن کرایوژنیک یک فرآیند چند مرحله ای بوده که نیاز به برنامه ریزی و اجرای دقیق دارد. نصب این مخازن شامل مراحل مختلفی است که عبارتند از:
- آماده سازی محل نصب: محل نصب مخزن باید تراز، پایدار و از نظر دسترسی و فاصله با محل بهره برداری در محل مناسب نصب شود. برای مخازن با ظرفییت بالا نیاز به اجرای فونداسیون بتنی مناسب با نقشه ارایه شده توسط سازنده مخازن پیش از نصب آنها میباشد. محل نصب مخزن همچنین باید با قوانین و مقررات مربوط به ایمنی، حفاظت از محیط زیست و پیشگیری از آتش سوزی مطابقت داشته باشد.
- جایگذاری مخزن: مخزن باید با استفاده از جرثقیل یا سایر تجهیزات بالابر، بلند شده و بر روی فونداسیون بتنی قرار گیرد. مخزن باید به درستی و مطابق با نقشه و به درستی بر روی پایه ها مستقر شده و توسط تجهیزات مناسب به فونداسیون متصل گردد.
- اتصالات مخزن: مخزن باید با توجه به نیاز بهره بردار لوله کشی شده و متناسب با نیاز کارفرما فرآیند انتقال گاز یا مایع از مخزن طراحی گردد، مخازن میتوانند به پمپ های کرایوژنیک، ویپرایزر یا اواپراتورها و درصورت نیاز به استفاده مستقیم از مایع بصورت مستقیم و بدون استفاده از تجهیزات افزایش فشار یا تبخیر کننده ها تا محل مصرف لوله کشی شوند. خطوط تامین و تحویل گاز یا مایع میبایست مجهیز به سیستم های ابزار دقیق و کنترل فشار باشد. اتصالات باید پیش از بهره برداری تست نشت و عایق بندی شوند تا از حوادث ناشی از افزایش فشار و خطای جوشکاری جلوگیری شود.
- بهره برداری از مخزن: مخزن باید با مایع کرایوژنیک مناسب تا میزان مشخص پر شده و از نظر عملکرد مناسب تا محل بهره برداری بطور دایمی مورد نظارت و بازرسی قرارگیرد. همچنین کلیه تجهیزات سنجش فشار، سطح و رهانه های فشار میبایست بصورت ادواری مورد بررسی و کالیبراسیون قرار گیرند تا از سلامت و عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل شود.
نمونه کارها
مزایای استفاده از مخازن کرایوژنیک چیست؟
مخازن کرایوژنیک ظروفی هستند که گازهای مایع را در دمای بسیار پایین ذخیره می کنند، مانند نیتروژن مایع، اکسیژن مایع، آرگون مایع، دی اکسید کربن مایع و … . سیلندرهای گاز ظروفی هستند که گازهای فشرده شده را در فشارهای بالا مانند هوای فشرده، دی اکسید کربن، نیتروژن، اکسیژن، آرگون و … ذخیره می کنند. هر دو نوع مخزن برای کاربردهای مختلف دارای مزایا و معایبی هستند، اما مخازن کرایوژنیک از نظر ایمنی، کارایی و هزینه نسبت به سیلندرهای گاز مزایایی دارند.
یکی از مزایای مخازن کرایوژنیک این است که می توانند گاز بیشتری را در حجم کمتری نسبت به سیلندرهای گاز ذخیره کنند. زیرا گازهای مایع چگالی بسیار بالاتری نسبت به گازهای فشرده دارند. به عنوان مثال، یک لیتر نیتروژن مایع می تواند حدود 700 لیتر نیتروژن گازی در فشار اتمسفر و دمای اتاق تولید کند. این بدان معنی است که مخازن کرایوژنیک می توانند الزامات مورد نیاز برای ذخیره سازی و حمل و نقل گاز را کاهش دهند که می تواند هزینه های عملیاتی را بطور قبل ملاحظه ای کاهش دهد.
مزیت دوم مخازن کرایوژنیک این است که این مخازن خطرات فشار بالا و انفجار مربوط به سیلندرهای گاز را ندارند. علاوه بر این، مخازن کرایوژنیک مجهز به تجهیزات سنجش مانند گیج فشار و سطح بوده و همچنین مجهز به تجهیزات ایمنی از جمله رهانه های فشار و دیسک‌های انفجاری (Rapture Disk) برای جلوگیری از افزایش فشار بیش از حد و در نتیجه انفجار مخزن میباشند.
در نتیجه، مخازن کرایوژنیک از نظر ایمنی، کارایی و هزینه نسبت به سیلندرهای گاز مزایایی دارند. با این حال، مخازن برودتی همچنین دارای معایبی هستند، مانند سرمایه گذاری اولیه بالاتر، نیاز به استفاده از تجهیزات تبخیر ساز برای بهره برداری از فاز گاز و پمپ های مایع برای افزایش فشار بهره برداری و پیچیدگی فنی بالاتر برای بهره برداری و جابجایی. بنابراین انتخاب بین مخازن کرایوژنیک و سیلندرهای گاز (یا پالتهای گاز) بطور کامل نیازها و نحوه بهره برداری کاربر بستگی دارد.
اجزای تشکیل دهنده مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک از تجهیزات و قطعات مختلفی تشکیل شده است که عملکرد ایمن و کارآمد آنها را تضمین می کند. برخی از تجهیزات و قطعات اصلی مخازن برودتی عبارتند از:
- مخزن داخلی: مخزن داخلی مخزنی است که مایع مادون سرد را در خود نگه می دارد. این مخزن عمدتا از استیل ضد زنگ ساخته شده است که می تواند در برابر دماهای پایین و فشار بالا مقاومت کنند،. مخزن داخلی توسط یک فضای خلاء یا یک لایه پرلیت از مخزن بیرونی عایق بندی می شود.
- مخزن بیرونی: مخزن بیرونی جداره ثانویه ای است که مخزن داخلی را در خود حفظ کرده و آن را از آسیب خارجی محافظت می کند و همچنین شرایط را برای ایجاد عایق حرارتی فراهم می آورد. معمولاً از فولاد کربنی یا فولاد کم آلیاژ ساخته می شود. همچنین به منظور جذب کمتر حرارت از محیط بیرون عمدتا به رنگ های روشن از جمله سفید و طوسی روشن رنگ آمیزی می شود.
- سیستم لوله کشی: سیستم لوله کشی مخازن کرایوژنیک با توجه به نیاز بهره بردار طراحی و اجرا میشود. تجهیزات لوله کشی شامل لوله های استینلس استیل، شیرها، رگولاتورها، فیلترها، شیرهای یکطرفه و سایر اجزایی است که جریان و فشار گاز و مایع را کنترل می کنند. به عنوان مثال سیستم لوله کشی برای اتصال مخزن به پمپ های افزایش فشار کرایوژنیک بصورت ترموسیفون و برای بهره برداری در بیمارستان ها بصورت عبور مایع از ویپرایزر ثابت با فشار نسبتا پایین میباشد.
- تجهیزات ایمنی و ابزاردقیق: تجهیزات ایمنی برای جلوگیری از افزایش فشار بیش از حد و در نتیجه انفجار مخازن تعبیه می شوند. این تجهیزات شامل شیرهای اطمینان فشار (حداقل 2 عدد)، دیسک های انفجاری و ابزاردقیق شامل گیج های نمایانگر سطح مایع و فشار و تجهیزات هشدار در صورت لزوم هستند. تجهیزات ایمنی و ابزاردقیق برای اطمینان از عملکرد صحیح، میبایست بصورت ادواری بازرسی وکالیبره می شوند.
مخازن کرایوژنیک در چه ظرفییت هایی موجود میباشد؟
همانطور که گفته شد انواع مختلفی از مخازن کرایوژنیک (مادون سرد) بسته به طراحی، هدف و کاربرد وجود دارد که رایج ترین آنها مخازن کرایوژنیک ثابت، مخازن کرایوژنیک حمل، ایزو تانک ها و دوئرهای کرایوژنیک میباشند. این مخازن از ظرفییت های 100 الی 500 لیتری (بصورت دوئر) و 1 الی بیش از 80 مترمکعبی بصورت مخازن کرایوژنیک قابل طراحی هستند، مخازن کرایوژنیک حمل و ایزو تانک ها نیز عمدتا در ظرفییت های 5 الی 22 مترمکعبی طراحی میشوند.
شرکت سیال تامین رهام ارایه دهنده مشاوره در زمینه نصب و بهره برداری از مخازن کرایوژنیک و همچنین تامین کننده انواع این مخازن در احجام و اوزان متفاوت میباشد.