مخازن کرایوژنیک چیست؟

مخازن کرایوژنیک چیست؟

مخازن کرایوژنیک یا کرایوجنیک تجهیزاتی هستند که برای نگهداری کلیه‌ی موادی که دمای جوش آن‌ها خیلی از دمای محیط کمتر هستند، به کار می‌رود به عبارتی دیگر اصطلاح “cryotank” در اصل، یک بطری خلاء است. این بطری‌ها را به گونه ای طراحی می‌کنند که گرما را از مایع موجود در ظروف داخلی دور نگه دارد. این مخازن، جهت ذخیره گازهای صنعتی و آزمایشگاهی همچون اکسیژن، نیتروژن، آرگون، دی اکسید کربن و LNG (Liquid Natural Gas) بکار می‌روند.

از این مخازن برای نگهداری گازها در فشارهای کاری مختلف از جمله (10-15-20-25 بار) با  دمای طراحی ۵۰ تا ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شوند. با استفاده از مخازن کرایوژنیک گازها را بصورت مایع در دمای بسیار پایین ذخیره می‌کنند. همچنین این مخازن جهت حمل و نقل مایعات گازی نیز استفاده می‌شود. فشار عملیاتی این مخازن ممکن است تا نود درصد حداکثر فشار کاری تنظیم شوند و توسط رگلاتور متصل به مخزن، فشار ثابت می‌ماند.

تقسیم بندی کلی مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شوند. مخزن ثابت و مخزن حمل.

مخازن ثابت برای نگه‌داری طولانی مدت مایع کرایوژنیک، تحت فشار طراحی و تولید می‌شوند. مخازن حمل نیز همین طور که از اسمشان مشخص است برای حمل مایع کرایوژنیک استفاده می‌شود. در صنایع کشور گازهایی از قبیل: نیتروژن، اکسیژن، آرگون و سایر گازها به صورت مایع مورد استفاده قرار می‌گیرند و در نتیجه برای صنایع حمل و نقل جابجایی این گازها به صورت مایع ایمن‌تر و راحت‌تر می‌باشد.

مشخصات فنی مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک  با توجه به تکنیک‌های به‌روز و پیشرفته در دنیا و با استفاده از فن آوری‌های نوین طراحی و تولید می‌شوند. شامل دو مخزن داخلی و خارجی می‌باشند که در ساخت مخزن داخلی از فولاد زنگ نزن آستنیتی و مخزن خارجی از کربن استیل استفاده می‌شود و می توان از آنها برای ذخیره سازی LIN ،LOX ،LAR ،LNG ،CO2 و N2O استفاده کرد. این دسته از مخازن به گونه‌ای طراحی می‌شوند که میزان تبادل حرارت مایعات با محیط بیرون به حداقل میزان ممکن برسد.

این مخزن‌ها در گروه کپسول‌های جوش داده شده (welded) قرار می‌گیرند که دارای چند لایه عایق از جنس های MLI، پرلیت و خلاء به منظور نگهداری میعانات گازی هستند.

محفظه‌ی خارجی این مخازن که از جنس کربن استیل ساخته می‌شود. وظیفه‌ی اصلی آن نگهداری عایق و خلا، بین دو جداره به منظور نگهداری صحیح از مایع فوق سرد می‌باشد.

آنالیز مواد تشکیل دهنده این مخازن، کنترل مونتاژ و سرهم‌بندی قطعات، ضریب تبدیل مایع به گاز، تنظیم سطح ورود مایع نتایج هیدرو تست، میزان خلا، ضخامت پوشش از جنس رنگ روی بدنه خارجی مخزن و رگولاتور فشار ساز موجود در آن از مشخصات فنی مخازن کرايوژنيک به حساب می‌آید.

اجزای تشکیل دهنده مخازن کرایوژنیک
مخزن داخلی: محفظه‌ی داخلی ساخته شده از فولاد ضد زنگ آستنیتی پس از مونتاژ شدن و تا قبل از کپسول شدن باید حتما از هر گونه چربی و آلودگی پاکسازی شود تا در زمان مواجه شدن با اکسیژن از بروز خطرات احتمالی جلوگیری شود.
عایق بندی: عایق حرارت از طریق پر شدن محفظه‌ی بین دو ظرف با استفاده از مواد عایق و خلا زیاد (حدود 0.3 میلی بار) تأمین می‌شود. همچنین از مواد جاذب رطوبت برای ثبات بیشتر خلا نیز استفاده می‌شود. عایق حرارتی موثر، اتلاف حرارت را به حداقل رسانده و مدت زمان نگه‌داری گازهای مایع در دمای پایین را افزایش می‌دهد.
وکیوم ژاکت: استفاده از وکیوم ژاکت در هنگامی که مصرف کننده در قسمت خروجی مخزن و یا تجهیز نیازمند مایع کرایوژنیک باشد و از تجهیزات اصلی برداشت گاز را انجام ندهد، انجام می‌پذیرد.
مخزن خارجی: مخزن بیرونی از کربن استیل ساخته شده و با استفاده از سه لایه پوشش داده می‌شود. این پوشش‌ها دارای خاصیت ضد خوردگی می‌باشند و در نهایت یک پوشش اپوکسی پلی اورتان سفید بازتابنده بروی مخزن قرار می‌گیرد.
اتصالات و لوله‌ها: مخازن دارای مسیرهای لوله‌کشی به منظور استفاده از مایع و گاز و همچنین شارژ مخزن می‌باشند. این لوله‌ها و اتصالات اعم از شیرآلات و دیگر اجزا از فولاد ضد زنگ ساخته شده‌اند.
سیستم کنترل فشار: این مخازن معمولا مجهز به سیستم افزایش فشار اتوماتیک برای جبران کاهش فشار مخزن در هنگام استخراج مایع یا گاز می‌باشند.

انواع مخازن کرایوژنیک
مخزن‌های ثابت
مخزن‌های مخصوص پمپ‌های گاز برای ارائه محصول به صورت مایع و همین طور گاز طبیعی، مجهز به واپرایزر
مخازن مناسب برای حمل.
مخزن‌های پایه‌دار قابل جابجایی.
مخازن برای حمل، استوانه‌ای شکل.
مخازن استوانه‌ای مخصوص حمل و نقل

کاربرد مخازن کرایوژنیک
مخزن کرایوژنیک اغلب برای استفاده از اکسیژن مایع، نیتروژن مایع و LNG در دمای منفی تا 200- درجه سلسیوس استفاده می‌شوند.

میتوان گفت به طور کلی مخزن کرایوژنیک در مراکزی که خلوص گازها بسیار مهم باشد:

همچون صنایع نفت و گاز، هوافضا، انرژی‌های نوین، احتراق، حفاری، بتون ریزی، سردخانه‌ها، سلول‌های بنیادی، مواد غذایی و تامین اکسیژن بیمارستان‌ها کاربرد دارند.

همچنین مخازن کرایوژنیک در مزارع پرورش ماهی، کارخانه‌های صنعتی دارای قسمت جوش و برش، بسته بندی و انجماد سریع مواد غذایی و مراکز توزیع گازهای صنعتی و طبی کاربرد دارند.

کاربرد مخازن کرایوژنیک در صنایع مختلف
از جمله :

داروسازی
مراکز سلامت
گازهای طبی و صنعتی 
صنایع غذایی
صنایع هوا و فضا
فرآوری فلزات
صنایع فولاد
مزارع پرورش ماهی
پالایشگاه
صنایع روغن نباتی
رادیاتورسازی
آزمایشگاه‌ها
تصفیه آب
میدان‌های بهره برداری چاه نفت
واحدهای تولید آمونیاک
واحد‌های ASU  یا تولید هوای مورد نیاز فرایند‌های پتروشیمی و پالایشی
در صنایع جوش و برش
ذخیره سازی نمونه‌های زیست

نصب و راه اندازی مخازن کرایوژنیک
پس از ساخت، تولید و فروش مخازن کرایوژنیک در  هنگام تحویل این مخازن شرکت اقدام به نصب و راه اندازی می‌نماید. جهت نصب و راه اندازی مخازن نیازمند یک سری از لوازم جانبی می باشد. 

اجرای فنداسیون در محل جهت قرارگیری مخزن
اجرای لوله‌کشی تخلیه ( گاز و یا مایع )
نصب فرستنده فشار و سطح مایع ( به صورت دلخواه )

نحوه استفاده از مخزن کرایوژنیک
پس از نصب و راه اندازی مخزن کرایوژنیک توسط گروه نصب و اطمینان از سلامت مخزن، به سراغ پر کردن و یا شارژ مجدد مایع داخلی آن بروید. در این زمان برحسب نیاز مشتری و صاحب مخزن، مخزن کرایوژنیک از مایع مورد نظر شارژ می‌گردد.

خروجی مخزن کرایوژنیک توسط دو لوله تعبیه شده ( یکی برای خروج مایع و دیگری برای ورود مایع از بالا و خروج گاز ) مورد استفاده قرار می‌گیرد که با توجه به نیاز، از هر کدام استفاده می‌شود.  بهتر است بدانید که فشار کاری مخزن توسط یک سیستم کاملا مکانیکی قابل تنظیم می‌باشد و فشار کاری مورد نظر در رابطه با هر گاز به صورت اتوماتیک  بر روی مخزن اعمال می‌گردد و نیاز به هیچ گونه فعالیت جانبی و یا دخالت‌های انسانی ندارد.

یکی از مواردی که در زمان استفاده از مخزن کرایوژنیک باید مورد توجه قرار بگیرد، اطمینان از آزاد بودن راه ورود و خروجی گاز و مایع می‌باشد. همچنین در طی هفته تقریبا سه بار، گیج ارتفاع مایع مخزن باید چک شود و با توجه به میزان حداقلی مورد نیاز در صورتی که میزان مایع داخل مخزن از %۲۵ کمتر باشد باید مجددا عملیات شارژ مایع انجام شود.

مزایای استفاده از مخازن کرایوژنیک
با توجه به رشد روزافزون مصارف محصولات کرایوژنیک در صنایع مختلف، امروز شاهد آن هستیم که این تکنولوژی به عنوان دانش و کالای استراتژیک محسوب می‌شود.

اغلب صنایع بنا به دلایل ذیل ترجیح می‌دهند که تا حد امکان از امکانات اختصاصی تولید و یا دستکم انباشت در ظرفیت بالا بهره ببرند:

قیمت: هزینه شارژ مخزن کرایوژنیک به طور میانگین یک سوم قیمت شارژ کپسول است.
تعویض و حمل: مخازن کرایوژنیک یک بار در محل نصب می‌گردند و با استفاده از ماشین‌های حمل در بازه طولانی‌تر (1 تا 2 ماه) شارژ می‌گردند، این در صورتی است که کپسول‌ها عمدتا” به صورت روزانه یا هفتگی حمل و شارژ می‌گردند.
 تعمیرات و نگهداری: کپسول‌ها به لحاظ ایمنی بدنه و متعلقات آن باید به صورت دوره‌ای تست شوند که این امر در مخازن ثابت وجود ندارد.
فشار کاری: فشار کاری مخازن بر حسب نوع کارکرد تنظیم می‌گردد ولی کپسول‌ها با فشارهای 120 بار تا 200 بار پر می‌شود که این خود به معنای ریسک بالای کار با آنها است.
عمر عملکرد بالا ( بیشتر از 30 سال )
نیاز به برق و راه اندازی ندارد.
بدون ایجاد سر و صدا.
خلوص بالای 99 درصد.
بدون نیاز به اپراتور و…
به همین دلیل است که این مخازن جایگزین مناسب کپسول‌های گاز مصرفی در صنایع مختلف و مراکز درمانی و پزشکی می‌باشد.