بازرسی مخازن کرایوژنیک
شرکت بازرسی آستا با کسب مجوز از مرکز ملی تایید صلاحیت ایران و سازمان ملی استاندارد ایران، بازرسی مخازن کرایوژنیک (مادون سرد) را مطابق استاندارد ملی ایران به شماره ISIRI 12474-1 و ISIRI 12474-2 انجام می‌دهد.
بازرسی مخازن کرایوژنیک به صورت دوره‌ای باید انجام شود. در هر دوره، این موارد مورد بازرسی قرار می‌گیرند:
- بازرسی چشمی بیرونی مخزن و تجهیزات؛
- بررسی عملکردی شیرها؛
- آزمون‌های نشتی تحت شرایط عملکردی؛
- ارزیابی هرگونه تغییرات شرایط عملکردی تاسیسات و محیط اطراف آن؛
- ارزیابی خلاء بین مخزن داخلی و پوشش خارجی؛
خدمات بازرسی مخازن کرایوژنیک شرکت آستا
خدمات بازرسی آستا در زمینه بازرسی انواع مخازن کرایوژنیک به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:
مخازن کرایوژنیک مخازنی هستند که از دو مخزن داخلی و خارجی تشکیل شده‌اند. وظیفه آنها نگهداری از مایع فوق سرد کرایوژنیک است.
استاندارد ملی ایران به شماره ISIRI 12474-1
در حقیقت مخازن کرایوژنیک یک فلاسک بزرگ صنعتی هستند. مهمترین نکته در کاربری مخازن کرایوژنیک (همانند فلاسک‌ها) عدم نیاز به نیروی برق برای سرد نگهداشتن سیال داخلی است.
ضخامت سنجی مخازن کرایوژنیک پس از ساخت و در حین بهرهبرداری ممکن نیست. پوسته بیرونی مخزن کرایوژنیک تحت فشار نیست. پوسته اصلی مخزن کرایوژنیک همان پوسته داخلی (مانند فلاسک) است که در حین بهرهبرداری در دسترس بازرسان قرار ندارد.
مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک مخازنی هستند که از دو مخزن داخلی و خارجی تشکیل شده‌اند. وظیفه آنها نگهداری از مایع فوق سرد کرایوژنیک است. مخزن داخلی از جنس استنلس استیل و مخزن خارجی از فولاد کربن است. خاص بودن و نیاز به بازرسی مخازن کرایوژنیک از این روست که دمای داخل مخزن داخلی بسیار سرد (۱۹۶-) بوده و دمای خارج مخزن خارجی دمای محیط (مثلاً ۵۰+) است. این مخزن با کمترین تبادل حرارتی از این مایع نگهداری می‌نماید.
عملکرد عایقی این مخزن به حدی‌ست که اگر این مخزن را با یخ پر کنیم، ۱۴ سال بعد آبی که از این مخزن خارج میشود هنوز سرد است. در حقیقت مخازن کرایوژنیک یک فلاسک بزرگ صنعتی هستند. مهمترین نکته در کاربری مخازن کرایوژنیک (همانند فلاسک‌ها) عدم نیاز به نیروی برق برای سرد نگهداشتن سیال داخلی است.
مزایا
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 ۱/۳ قیمت شارژ کپسول است.
- تعویض و حمل: مخازن کرایوژنیک یک بار در محل نصب می گردند و با استفاده از ماشین های حمل در بازه طولانی تر (۱ تا ۲ ماه) شارژ می گردند، این در صورتی است که کپسول ها عمدتا” به صورت روزانه یا هفتگی حمل و شارژ می گردند.
- تعمیرات و نگهداری: کپسول ها بلحاظ ایمنی بدنه و متعلقات آن باید به صورت دوره ای تست شوند که این امر در مخازن ثابت وجود ندارد.
- فشار کاری: فشار کاری مخازن بر حسب نوع کارکرد تنظیم می گردد ولی کپسول ها با فشار های ۱۲۰ بار تا ۲۰۰ بار پر می شود که این خود به معنای ریسک بالای کار با آنها است.
اهداف تولید
کرایوژنیک (مادون سرد) شاخه‌ای از علم فیزیک است که شرایط تولیدی و تاثیراتی دمای فوق سرد (مادون سرد) را شامل میشود. در این شرایط تمام تجهیزات باید قابلیت کار با این دماها را داشته باشند.
یکی از پرکاربردترین زمینه های این شاخه علم در حوزه صنایع، تولید گازهای عمده صنعتی نظیر اکسیژن، نیتروژن، آرگون و …. به روش جداسازی آنها از هوا با استفاده از نقطه جوش این گازها است که امروزه در مقیاس وسیع صورت می‌گیرد. در همین راستا مقاله “تامین اکسیژن و کرونا” را در سایت ما مطالعه کنید.
سطوح بازرسی مخازن کرایوژنیک
بازرسی مخازن کرایوژنیک مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی در دو سطح انجام می‌پذیرد. هر دو سطح این بازرسی ها الزامی بوده و نقش تعیین کننده ای در ایمنی مخازن کرایوژنیک ایفا می کند.
بازرسی و اطمینان از عدم وقوع موارد فوق وظیفه روزانه اپراتورهای این‌گونه مخازن است. این موارد در مخازن کرایوژنیک بسیار نادر هستند، ولی این موارد در زمان نصب باید به اپراتور آموزش داده شوند. در صورت وقوع هر یک از موارد فوق‌الاشاره بایستی با شرکت سازنده یا بازرس مربوطه تماس حاصل نمود و مورد را گزارش داد.
روش بازرسی مخازن کرایوژنیک
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، استاندارد شماره ISIRI 12474-1 با موضوع طراحی، ساخت، بازرسی و آزمون مخازن فراسرد، مخازن ثابت عایق شده با خلأ و همچنین استاندارد ISIRI 124747-2 با موضوع الزامات عملکردی مخازن مادون سرد (کرایوژنیک) و مخازن ساکن با عایق بندی خلاء توسط سازمان ملی استاندارد ایران منتشر شده است. قسمت اول این استاندارد برای بازرسی مخازن کرایوژنیک توسط شرکت بازرسی آستا به کار گرفته می شود.
در حین ساخت مخازن کرایوژنیک انواع تست های عملکردی، آنالیز و پروسس اعمال می‌گردد. در طول فرایند ساخت تمامی مراحل بایستی کنترل شده تا محصول نهایی منطبق با استانداردهای معتبر ساخته شود. مخازن کرایوژنیک عمر نسبتاً بالایی دارند. از این رو انجام بازرسی مخازن کرایوژنیک هم در مرحله ساخت و هم بازرسی‌های ادواری بسیار اهمیت دارد.
استاندارد ملی ایران ISIRI 12474-2 که ترجمه استاندارد BS EN ISO 21009-2 است، تمامی مراحل بازرسی ادواری را به شرح ذیل در نظر گرفته است:
- بازرسی چشمی بیرونی مخزن و تجهیزات
- بررسی عملکردی شیرها
- آزمون‌های نشتی تحت شرایط عملکردی
- ارزیابی هرگونه تغییرات شرایط عملکردی تاسیسات و محیط اطراف آن
- ارزیابی خلاء بین مخزن داخلی و پوشش خارجی
اندازه‌گیری خلاء بهتر است فقط هنگامی انجام شود که عملکرد حرارتی به صورتی که در عملکرد مخزن ذکر شده است، ناکارآمد باشد. کلیه آزمون‌های فوق بایستی توسط فرد صلاحیت‌دار انجام شود. فواصل زمانی بازرسی باید پس از درنظرگرفتن مقررات محلی، شرایط عملکردی و توصیه‌های سازنده، توسط بازرسی صلاحیت‌دار تعیین گردد. توصیه می‌گردد که به طور معمول این فواصل از ۵ سال فراتر نرود. کلیه سوابق بازرسی دوره‌ای مخازن کرایوژنیک باید ثبت شود.
ساختار مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک به صورت دوجداره ساخته شده اند. خلاء موجود بین دو جداره داخلی و خارجی مخازن و حفظ آن از فاکتورهای مهم در تولید و کاربری این گونه مخازن است. این خلاء در راندمان کاری مخازن کرایوژنیک بسیار موثر است. هرچه خلاء ایجاد شده بالاتر بوده و یا میزان خلاء اعلام شده و نامی به واقعیت نزدیکتر باشد، میزان اتلاف مخزن کمتر میشود. منظور از اتلاف در مخزن کرایوژنیک، همان ضریب تبدیل مایع به گاز است.
سازه مخزن: که در واقع از دو محفظه داخلی استنلس استیل و جداره خارجی فولاد کربن تشکیل شده اند و وظیفه نگهداری از مایع فوق سرد کرایوژنیک را برعهده دارند. به علت دوجداره بودن این نوع مخازن، در جریان بازرسی مخازن کرایوژنیک ضخامت‌سنجی جداره خارجی عملاً سودی ندارد. چرا که این جداره تحت فشار سیال داخل مخزن قرار ندارد.
عایق حرارتی: در بسیاری موارد برای نگهداری گازهای مایع نیاز به تمهیداتی است که از انتقال حرارت بین محل ذخیره و یا مسیر انتقال این مایعات به بیرون جلوگیری کند. برای کاهش ریسک تبادل حرارتی و در نتیجه کاهش تبخیر و درنتیجه هدر رفت مایع کرایوژنیک سعی میشود که ظروف و مخازن نگهدارنده این مایعات در محیط عایق تحت خلأ نگهداری شود. برای جداره های مخازن و تجهیزات فوق سرد از عایق‌ها متفاوتی استفاده میشود. هر کدام از این عایق‌ها در فشار وکیوم خاصی بازدهی مناسب دارند. عمده عایقهای بکار رفته در مخازن کرایوژنیک از نوع پودر پرلیت است که شارژ و کنترل فشار وکیوم آن با سهولت بیشتری صورت می‌گیرد. درصورت اجرای مناسب این عایق نتایج قابل قبولی به دست می‌دهد. مانیتورینگ شرایط وکیوم این نوع تجهیزات، تاثیر مهمی در جلوگیری از هدر رفت انرژی و اتلاف مایعات (گازها) دارد. میزان خلاء (معمولا” mbar 0.3 ) عامل بسیار مهمی در مخازن کرایوژنیک است. زیرا خلاء رابطه مستقیمی با میزان اتلاف (ضریب تبدیل مایع به گاز گفته میشود) مخزن دارد. در صورتی که میزان اتلاف بالا باشد سوپاپ‌های اطمینان گاز را در هوا تخلیه می‌کنند.
ملحقات جانبی: یکی از تفاوت‌های دیگر مخازن کرایوژنیک با مخازن ساده‌تری چون هوای فشرده اهمیت تجهیزات و ملحقات جانبی این مخازن است. این ملحقات شامل سیستم لوله کشی داخلی، نازل ها، اتصالات و کلیه شیرالات و ادوات ابزار دقیق نظیر گیج‌های فشار و سوپاپ‌های اطمینان هستند. سازندگان و یا تامین کنندگان مطرح همیشه فهرستی از این اقلام را به همراه اطلاعات فنی (Data Sheet) در دسترس مشتری قرار می‌دهند.
وپورایزر یا اواپراتور: Vaporizer یا همان مبدل حرارتی در اصل یک تجهیز عمدتاً بدون مصارف انرژی (نظیر برق) هستند. این تجهیزات با استفاده از جریان عادی هوا می‌توانند میعانات گازهای کرایوژنیک را از فاز مایع به گاز تبدیل کنند. کارکرد این مبدل بر اساس اختلاف دمای محیط با دمای سیال است. به این ترتیب که مایع از درون لوله‌های مجهز به فین‌های آلومینیومی عبور کرده و تبخیر میشود. این آیتم بطور متداول یکی از تجهیزات جانبی و اصلی مخازن کرایوژنیک در موقعیت مصارف نهایی هستند.
ویپرایزر مخازن کرایوژنیک (Cryogenic Vaporizer)
ویپرایزر یا تبخیر کننده مخازن کرایوژنیک مبدلی است که بدون نیاز به برق یا آب و تنها با استفاده از جریان هوا می‌تواند میعانات گازی مثل نیتروژن، اکسیژن، آرگون را از حالت مایع به گاز تبدیل کند. کارکرد این مبدل بر اساس اختلاف دمای محیط با دمای سیال استوار است. در ساخت ویپرایزر، از فین های آلومینیومی و یا مسی دارای پره استفاده می شود. انتقال حرارت از داخل فین ها تا پره ها به صورت هدایتی (Conduction) صورت گرفته و حد فاصل پره های ویپرایزر تا محیط اطراف آن، انتقال حرارت به صورت جابجایی یا همرفت (Convection) انجام می شود.
به طور ساده می توان گفت که وجود اختلاف دما میان محیط و سیال، مبنای عملکرد ویپرایزر است. طی این فرایند میعانات گازی مانند اکسیژن مایع از مخزن کرایوژنیک به درون لوله متصل به فین وارد شده تا از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز دهند. تعداد پره ها، نوع طراحی و اندازه طولی آن ها، به طور مستقیم روی عملکرد ویپرایزرها تاثیرگذار هستند. این نوع تبخیر کننده ها به دلیل عدم مصرف انرژی هیچ گونه تاثیر سوء بر محیط زیست نداشته و هزینه نگهداری شان هم تقریباً نزدیک به صفر است. برای افزایش سرعت عملکرد و بهینه سازی عملکرد دستگاه در شرایط نامناسب (مثل زمستان ها در مناطق کوهستانی که دمای محیط پایین است یا تابستان‌ها در مناطق شمالی که محیط رطوبت بیشتری دارد) می توان از فن برای دمیدن هوای بیشتر بین فین ها استفاده کرد. نحوه عملکرد ویپرایزر و بازدهی آن دقیقاً وابسته به طراحی اولیه آن و تابع شرایط سه گانه زیر است:
- تعداد پره های ویپرایزر
- نوع طراحی پره ها
- اندازه طولی پره های ویپرایزر
برای تضمین بهترین عملکرد ویپرایزر، بهتر است در زمان خرید به نکات ذیل توجه ویژه داشته باشید:
- مدت زمانی که تبخیر کننده در سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. یا به عبارتی دبی سیال (اکسیژن) مصرفی توسط کل مصرف کننده ها چه مقدار است.
- حداقل دمای محیطی که قصد دارید ویپرایزر را در آنجا نصب کنید. این حداقل بایستی در زمستان سنجیده شود.
- میزان فشار برای کارکرد ویپرایزر
- نوع سیالات
- میزان ورودی مایعات و میزان خروجی گازها
یخ زدگی ویپرایزر مخازن کرایوژنیک
ویپراتور یا تبخیر کننده می تواند به دلایل متعدد دچار یخ زدگی شود. اگر نیاز تبخیر کننده به دریافت گرما از محیط به نحو مناسبی تامین نشود، دستگاه دچار یخ زدگی شده و راندمان آن به شدت افت می کند. در اینجا به سه دلیل عمده یخ زدگی ویپراتور اشاره می کنیم:
- استفاده بیش از حد از تبخیر کننده: اگر دبی مصرفی یا مورد نیاز بیش از ظرفیت طراحی تبخیر کننده بوده و دائماً جریان سیال اکسیژن در داخل تیوب‌ها برقرار باشد، فرصت جذب گرما از محیط توسط لوله های تبخیر کننده مهیا نشده و این امر منجر به یخ زدگی خواهد شد.
- رطوبت بالای محیط: رطوبت بالای محیط نیز می تواند فرآیند یخ زدگی ویپرایزر را تشدید کند. این مورد علی الخصوص در مواردی اتفاق خواهد افتاد که تبخیر کننده برای آن شرایط آب و هوایی طراحی نشده باشد.
- دمای پایین محیط: تبخیر کننده برای عملکرد خود نیاز به جذب گرما از محیط دارد. حال اگر محیط دمای پایینی داشته باشد و دستگاه برای آن بازه دمایی طراحی نشده باشد، یخ زدگی ویپرایزر اتفاق خواهد افتاد.
برای برطرف کردن یخ زدگی بهتر است مشکل دستگاه را به صورت ریشه‌ای برطرف نماییم تا در آینده این اتفاق تکرار نشود. نهایتاً برای برطرف کردن موردی یخ زدگی تبخیر کننده، شستشو با آب ولرم ( و نه آب داغ) توصیه می شود.
همه انواع مخازن کرایوژنیک طبق استاندارد ISIRI 12474 بایستی به صورت دوره ای بازرسی شده و گواهینامه سلامت دریافت نمایند. شرکت بازرسی آستا تمامی مجوزهای مورد نیاز را از مراجع ذیصلاح (سازمان استاندارد، مرکز تایید صلاحیت شرکت‌های بازرسی و وزارت کار) دریافت نموده است. ما با پرسنل متخصص خود در سراسر ایران، آمادگی خود را برای انجام امور بازرسی مخازن کرایوژنیک اعلام می داریم.