مخازن کرایوژنیک، انواع آن و کاربردهای آن در صنایع

مخازن کرایوژنیک، انواع آن و کاربردهای آن در صنایع

مخازن کرایوژنیک تجهیزاتی پیشرفته و حیاتی هستند که برای ذخیره‌سازی و حمل مایعات فوق سرد نظیر نیتروژن مایع، اکسیژن مایع و گازهای صنعتی مشابه طراحی شده‌اند. این مخازن با استفاده از فناوری‌های خاصی ساخته می‌شوند که دمای بسیار پایین را حفظ کرده و از تبخیر یا تغییر فاز مواد درون مخزن جلوگیری می‌کنند. کاربرد گسترده این تجهیزات در صنایع پزشکی، فضایی، غذایی و انرژی، اهمیت آن‌ها را بیش از پیش نمایان کرده است. انتخاب و استفاده بهینه از مخازن کرایوژنیک می‌تواند نقش کلیدی در بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های عملیاتی در این صنایع داشته باشد.

مخازن کراِیوژنیک چیست؟

مخازن کرایوژنیک تجهیزاتی پیشرفته هستند که برای ذخیره‌سازی و حمل مواد در دماهای بسیار پایین طراحی شده‌اند. این مخازن با استفاده از تکنولوژی خلاء، گرمای محیط را از مواد داخل خود دور نگه می‌دارند تا گازهایی مانند اکسیژن، نیتروژن، آرگون، دی‌اکسید کربن و LNG به‌صورت مایع در دماهای زیر صفر باقی بمانند. این گازها معمولاً دارای دمای جوشی بسیار پایین‌تر از دمای محیط هستند، به همین دلیل نگهداری آن‌ها نیازمند شرایط خاصی است.

از ویژگی‌های مهم مخازن کرایوژنیک، قابلیت تحمل فشارهای کاری مختلف (مانند 10 تا 25 بار) و دمایی بین 50 تا 196- درجه سانتی‌گراد است. این مخازن به طور گسترده در صنایع پزشکی، فضایی، انرژی و حمل و نقل استفاده می‌شوند. علاوه بر ذخیره‌سازی، این تجهیزات به‌عنوان وسیله‌ای ایمن برای حمل و نقل مواد کرایوژنیک نیز عمل می‌کنند. تنظیم فشار داخلی این مخازن از طریق رگلاتورهای متصل انجام می‌شود که باعث ثابت نگه داشتن فشار عملیاتی و جلوگیری از هرگونه خطر احتمالی می‌گردد.

این فناوری نقشی کلیدی در فرآیندهای صنعتی و تحقیقاتی ایفا می‌کند و به دلیل ایمنی و کارایی بالا، استفاده از آن در صنایع مختلف به‌طور چشمگیری در حال گسترش است.

انواع مخازن کرایوژنیک

مخازن کرایوژنیک به دسته‌بندی‌های مختلفی بر اساس نحوه استفاده، طراحی مهندسی، و کاربردهای صنعتی تقسیم می‌شوند. این مخازن به دلیل اهمیت در نگهداری و جابجایی ایمن مایعات فوق سرد، نقش کلیدی در صنایع مختلف ایفا می‌کنند. در ادامه دسته‌بندی کامل این مخازن ارائه شده است:

مخازن ذخیره ثابت (Static Cryogenic Tanks)

این مخازن برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت مایعات کرایوژنیک در محل‌های ثابت طراحی شده‌اند. آن‌ها به سیستم‌های عایق‌بندی پیشرفته (مانند خلأ دو جداره) مجهز هستند تا از تبخیر یا هدررفت مایعات جلوگیری شود.

کاربردها:

• ذخیره‌سازی اکسیژن و نیتروژن در بیمارستان‌ها
• استفاده در نیروگاه‌ها و کارخانه‌های تولید صنعتی
• ذخیره LNG در صنایع انرژی

مخازن ذخیره قابل حمل (Portable Cryogenic Tanks)

این مخازن برای جابجایی مایعات کرایوژنیک در مقیاس کوچک استفاده می‌شوند. طراحی آن‌ها امکان حمل آسان در محیط‌های صنعتی یا آزمایشگاهی را فراهم می‌کند.

کاربردها:

• جابجایی اکسیژن و نیتروژن در صنایع پزشکی
• انتقال گازهای آزمایشگاهی

مخازن قابل حمل مجهز به چرخ (Semitrailer Cryogenic Tanks)

این مخازن به سیستم حمل‌ونقل جاده‌ای مجهز هستند و برای جابجایی مقادیر زیاد مایعات کرایوژنیک در مسافت‌های طولانی طراحی شده‌اند.

ویژگی‌ها:

• ظرفیت بالا (تا چندین هزار لیتر)
• استفاده از فناوری تنظیم فشار برای حفظ دما

مخازن کرایوژنیک ایزوتانک (Isotank Cryogenic Tanks)

این مخازن برای حمل‌ونقل بین‌المللی مایعات کرایوژنیک طراحی شده‌اند. آن‌ها در کانتینرهای استاندارد جای می‌گیرند و برای صادرات و واردات مواد گازی و مایع استفاده می‌شوند.

کاربردها:

• حمل‌ونقل LNG بین کشورها
• استفاده در صنایع شیمیایی برای جابجایی مواد خام

مخازن دو جداره با عایق حرارتی (Double-Walled Cryogenic Tanks)

این مخازن دارای دو لایه عایق با خلأ هستند که انتقال حرارت را به حداقل می‌رساند. آن‌ها برای ذخیره‌سازی مایعات در دماهای فوق سرد ایده‌آل هستند.

ویژگی‌ها:

• نگهداری طولانی‌مدت بدون افت کیفیت
• استفاده در ذخیره‌سازی گازهای پزشکی

مخازن کرایوژنیک حمل‌ونقل دریایی (Marine Cryogenic Tanks)

این نوع مخازن برای حمل‌ونقل مایعات کرایوژنیک از طریق دریا طراحی شده‌اند. آن‌ها در کشتی‌های مخصوصی استفاده می‌شوند که LNG یا سایر گازهای مایع را بین کشورها جابجا می‌کنند.

ویژگی‌ها:

• سازگاری با استانداردهای بین‌المللی دریایی
• حفاظت از مایعات در برابر نوسانات دمایی محیط

مخازن کرایوژنیک آزمایشگاهی (Laboratory Cryogenic Tanks)

این مخازن برای استفاده در آزمایشگاه‌ها طراحی شده‌اند و ظرفیت کمتری دارند. آن‌ها معمولاً برای ذخیره‌سازی مواد خاص مانند نیتروژن مایع به کار می‌روند.

ویژگی‌ها:

• مناسب برای تحقیقات علمی
• استفاده در انجماد سلولی و ذخیره‌سازی DNA

مخازن ذخیره زیرزمینی (Underground Cryogenic Tanks)

این مخازن در زیر زمین نصب می‌شوند و برای ذخیره LNG یا سایر مایعات گازی در پروژه‌های بزرگ زیرساختی به کار می‌روند.

ویژگی‌ها:

• جلوگیری از اشغال فضاهای سطحی
• عایق‌بندی قوی در برابر تغییرات محیطی

مزایای مخازن کرایوژنیک

مخازن کرایوژنیک به دلیل ویژگی‌ها و عملکردهای منحصر به فردشان در ذخیره و انتقال گازهای مایع با دمای بسیار پایین، جایگزینی عالی برای روش‌های سنتی مانند کپسول‌های گاز هستند. این مخازن مزایای بسیاری در کاهش هزینه‌ها، افزایش ایمنی، و بهینه‌سازی منابع ارائه می‌دهند.

کاهش هزینه‌ها

استفاده از مخازن کرایوژنیک به دلیل کاهش نیاز به شارژ مکرر گازها، باعث صرفه‌جویی چشمگیری در هزینه‌ها می‌شود. همچنین هزینه‌های مرتبط با حمل‌ونقل، نیروی انسانی و نگهداری تجهیزات در این روش به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

افزایش ایمنی

مخازن کرایوژنیک با فشار عملیاتی پایین طراحی شده‌اند و این امر احتمال بروز خطراتی نظیر انفجار یا نشتی را به حداقل می‌رساند. همچنین کاهش تردد سیلندرهای تحت فشار و انتقال مرکزی گاز، ایمنی محیط‌های صنعتی و پزشکی را افزایش می‌دهد.

کیفیت و خلوص بالای گاز

این مخازن امکان انتقال مستقیم گاز از محل تولید به مصرف را فراهم می‌کنند، که این امر از ورود ناخالصی‌ها جلوگیری کرده و خلوص گاز را تضمین می‌کند. در صنایعی مانند داروسازی و الکترونیک که کیفیت گاز اهمیت بالایی دارد، این ویژگی بسیار ارزشمند است.

کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری

طراحی پیشرفته و مقاوم مخازن کرایوژنیک، نیاز به تعمیرات دوره‌ای و هزینه‌های مرتبط با نگهداری را کاهش می‌دهد. برخلاف سیلندرها که باید به‌طور مداوم بررسی شوند، این مخازن در طولانی‌مدت عملکردی مطمئن ارائه می‌دهند.

طول عمر و دوام بالا

مخازن کرایوژنیک با مواد باکیفیت و مقاوم در برابر خوردگی ساخته می‌شوند و می‌توانند بیش از 30 سال عمر کنند. این ویژگی باعث می‌شود که این تجهیزات یک سرمایه‌گذاری بلندمدت و اقتصادی باشند.

عملکرد بی‌نیاز از برق یا صدا

این مخازن برای عملکرد به انرژی الکتریکی نیاز ندارند و در حین کار هیچ گونه صدایی تولید نمی‌کنند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای محیط‌های حساس مانند بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها ایده‌آل می‌سازد.

بهینه‌سازی توزیع و منابع داخلی

با استفاده از این مخازن، امکان ایجاد یک شبکه متمرکز برای توزیع گازهای صنعتی فراهم می‌شود. این موضوع نه تنها منابع را بهینه می‌کند بلکه فرآیندهای داخلی را نیز ساده‌تر می‌سازد.

بهبود فرآیند شارژ و مصرف

مخازن کرایوژنیک با استفاده از سیستم‌های پیشرفته، فرآیند شارژ گاز را بهینه می‌کنند و امکان توزیع پایدار و یکنواخت گازها را فراهم می‌آورند. این موضوع منجر به بهبود کیفیت گازها و کاهش ریسک‌های مرتبط با حمل و نقل می‌شود.

اجزای اصلی مخازن کرایوژنیک

مخازن کرایوژنیک از چندین جزء اصلی تشکیل شده‌اند که هریک نقش کلیدی در عملکرد و بهره‌وری این تجهیزات ایفا می‌کنند. در ادامه به توضیح کامل و تخصصی این اجزا می‌پردازیم:

جداره داخلی (Inner Vessel)

جداره داخلی از فولاد ضد زنگ آستنیتی ساخته شده است که توانایی تحمل دماهای بسیار پایین (تا 196- درجه سانتی‌گراد) را دارد. این جداره به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که در برابر فشار کاری مشخص شده مقاوم باشد. فرآیند ساخت این بخش شامل پاکسازی کامل از چربی و آلودگی است تا خطرات احتمالی در مواجهه با گازهای پرخطر مانند اکسیژن کاهش یابد.

جداره بیرونی (Outer Vessel)

جداره بیرونی معمولاً از فولاد کربنی یا ضد زنگ ساخته می‌شود و با لایه‌هایی از پوشش ضد خوردگی و اپوکسی پلی‌اورتان سفید پوشانده می‌شود. این پوشش‌ها علاوه بر افزایش مقاومت به خوردگی، به بازتاب حرارت محیطی کمک می‌کنند. این جداره نقش محافظتی داشته و فشار و خلأ ایجادشده بین جداره‌های داخلی و خارجی را حفظ می‌کند.

عایق حرارتی (Thermal Insulation)

برای حفظ دمای مایعات یا گازهای برودتی ذخیره‌شده، فضای بین جداره داخلی و بیرونی با مواد عایق پر می‌شود. این عایق‌ها شامل چندین لایه مواد با کیفیت بالا و استفاده از خلأ عمیق (تا 0.3 میلی‌بار) هستند. مواد جاذب رطوبت نیز برای جلوگیری از تراکم و حفظ خلأ به‌کار می‌روند. این طراحی باعث کاهش چشمگیر انتقال حرارت می‌شود.

وکیوم ژاکت (Vacuum Jacket)

وکیوم ژاکت در مواردی استفاده می‌شود که مصرف‌کننده به‌جای برداشت گاز، نیاز به برداشت مایع از مخزن داشته باشد. این سیستم نقش مهمی در کاهش انتقال حرارت به مایع کرایوژنیک و بهبود کارایی سیستم ایفا می‌کند.

اتصالات و لوله‌ها (Piping and Fittings)

مخازن کرایوژنیک مجهز به مسیرهای لوله‌کشی برای شارژ و استخراج گازها و مایعات هستند. این لوله‌ها و اتصالات از فولاد ضد زنگ ساخته شده‌اند تا در برابر خوردگی و فشار مقاوم باشند. این اجزا شامل شیرآلات، دریچه‌ها و فیلترهای مخصوص هستند که امکان کنترل و نظارت دقیق را فراهم می‌کنند.

سیستم کنترل فشار (Pressure Control System)

سیستم تنظیم فشار برای جبران افت فشار در حین برداشت گاز یا مایع طراحی شده است. این سیستم به‌طور اتوماتیک عمل کرده و فشار مخزن را در حد مطلوب ثابت نگه می‌دارد. استفاده از این سیستم ایمنی و کارایی مخزن را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

کاربرد های مخازن کرایوژنیک

مخازن کرایوژنیک با قابلیت نگهداری گازها و مایعات برودتی در دمای بسیار پایین (تا 200- درجه سانتی‌گراد)، در صنایع مختلف برای اهداف متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد اصلی این مخازن ذخیره‌سازی گازهای صنایع پزشکی و بهداشت

• صنایع پزشکی و بهداشت
• صنایع غذایی
• صنایع نفت و گاز
• صنایع هوافضا
• فرآوری فلزات و صنایع فولاد
• مزارع پرورش ماهی
• صنایع شیمیایی و پتروشیمی
• صنایع داروسازی
• تولید شیشه و سرامیک
• صنایع جوش و برش
• واحدهای تولید آمونیاک
• واحدهای ASU (تولید هوای فشرده)

ایمنی مخازن کرایوژنیک

مخازن کرایوژنیک به دلیل کار با دماهای بسیار پایین و گازهای تحت فشار، نیازمند رعایت نکات ایمنی دقیق در طراحی، ساخت، نصب و بهره‌برداری هستند. این موارد نه تنها از بروز حوادث جلوگیری می‌کنند بلکه عملکرد پایدار و کارآمد مخزن را نیز تضمین می‌نمایند. در ادامه، مهم‌ترین اصول ایمنی مرتبط با مخازن کرایوژنیک بررسی می‌شوند:

مواد و طراحی مقاوم

انتخاب مواد مناسب، مانند آلیاژهای فولاد ضد زنگ آستنیتی، برای جداره داخلی مخازن ضروری است. این مواد در برابر دماهای بسیار پایین و تغییرات ساختاری مقاوم هستند. همچنین مخازن باید برای تحمل حداکثر فشار کاری مجاز (MAWP) طراحی شوند و آزمایش‌های استحکام فشار روی آن‌ها انجام شود.

سیستم‌های کنترل و ایمنی

سوپاپ‌های اطمینان (Relief Valves) برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار در مخزن نصب می‌شوند. سیستم کنترل فشار نیز باید فشار مخزن را تنظیم کند تا از افت یا افزایش ناگهانی جلوگیری شود. همچنین نصب نشانگرها و سیستم‌های هشداردهنده در صورت بروز نشتی یا افزایش فشار بسیار حیاتی است.

عایق‌بندی و مدیریت حرارت

استفاده از عایق‌های حرارتی باکیفیت و خلأ عمیق بین جداره‌های داخلی و خارجی، انتقال حرارت را کاهش داده و از تراکم بخار و انجماد روی مخزن جلوگیری می‌کند. مخازن باید در محیط‌های با دمای مناسب و دور از تابش مستقیم خورشید نصب شوند.

نشت‌گیری و آزمایش‌های دوره‌ای

آزمایش نشت (Leak Test) برای بررسی نشتی گازها ضروری است، زیرا نشتی ممکن است خطرات ایمنی ایجاد کند. تعمیرات و تست‌های دوره‌ای برای حفظ عملکرد مخزن و اطمینان از ایمنی الزامی است.

حمل و نقل ایمن

مخازن قابل حمل باید دارای سیستم‌های تثبیت‌کننده باشند تا در هنگام جابجایی از سقوط یا ضربه محافظت شوند. کارکنان حمل و نقل باید آموزش کافی درباره اصول ایمنی کار با گازهای کرایوژنیک داشته باشند.

بیشتر بخوانید : حمل و نقل تجهیزات کرایوژنیک

نکات بهره‌برداری ایمن

در محل استفاده از مخازن باید سیستم‌های تهویه کافی برای جلوگیری از انباشت گازهای آزادشده نصب شود. کارکنان باید از لباس‌ها و تجهیزات محافظتی، مانند دستکش‌ها و عینک‌های ایمنی، استفاده کنند. تماس مستقیم با مایعات کرایوژنیک می‌تواند باعث سوختگی‌های شدید ناشی از سرما شود، بنابراین باید از آن جلوگیری شود.

مدیریت خطرات اکسیژن مایع

در صورت استفاده از اکسیژن مایع، باید از منابع قابل اشتعال دوری شود؛ زیرا غلظت بالای اکسیژن احتمال احتراق را افزایش می‌دهد.

ساخت مخزن کرایوژنیک

ساخت مخازن کرایوژنیک فرآیندی دقیق و مهندسی‌شده است که برای نگهداری مواد در دماهای بسیار پایین طراحی می‌شود. این مخازن شامل سه بخش اصلی هستند: جداره داخلی از فولاد ضد زنگ ساخته شده تا در برابر دماهای پایین مقاوم باشد، جداره بیرونی که معمولاً از فولاد کربنی یا ضد زنگ با پوشش‌های ضد خوردگی طراحی می‌شود، و عایق حرارتی که فضای بین دو جداره را با موادی مانند فوم یا پرلیت پر کرده و به کمک خلأ، انتقال گرما را به حداقل می‌رساند.

مراحل ساخت شامل طراحی، انتخاب مواد مقاوم، جوشکاری دقیق، نصب تجهیزات جانبی مانند سوپاپ‌های اطمینان و خطوط لوله، و انجام آزمایش‌های کنترل کیفیت است. در نهایت، مخازن برای نصب و راه‌اندازی به محل موردنظر منتقل می‌شوند و با استانداردهای بین‌المللی تطبیق داده می‌شوند تا ایمنی و کارایی حداکثری تضمین شود.

استانداردهای مخازن کرایوژنیک

استانداردهای ایمنی در ساخت مخازن کرایوژنیک یکی از حیاتی‌ترین اصول برای جلوگیری از خطرات و افزایش بهره‌وری این تجهیزات است. از آنجا که این مخازن برای نگهداری مواد با دماهای بسیار پایین طراحی شده‌اند، رعایت استانداردهای فنی و ایمنی تضمین می‌کند که عملکرد مخزن در طولانی‌مدت پایدار و ایمن باشد.

برخی از مهم‌ترین استانداردهای بین‌المللی برای ساخت و استفاده از مخازن کرایوژنیک عبارت‌اند از:

• ASME SECTION VIII: طراحی اولیه مخازن برای فشارهای مختلف.
• ASME SECTION IX: فرآیندها و تکنیک‌های جوشکاری برای ایجاد اتصالات قوی و ایمن.
• EN 12434: استاندارد اروپایی مرتبط با اتصالات و خطوط لوله.
• EN 1626: استاندارد مربوط به شیرآلات مقاوم در برابر دماهای پایین.
• EN 13648: دستورالعمل‌های شیر اطمینان مخازن کرایوژنیک برای کاهش خطرات.

علاوه بر این استانداردها، تمامی مخازن باید از نظر فنی و عملکردی تحت آزمایش‌هایی مانند تست فشار، نشت‌یابی، و بررسی کیفیت مواد قرار گیرند تا ایمنی و طول عمر آن‌ها تضمین شود. رعایت این الزامات از بروز حوادثی همچون نشت یا انفجار جلوگیری کرده و باعث اعتماد بیشتر در صنایع وابسته به این تکنولوژی می‌شود.

نصب و راه‌اندازی مخازن کرایوژنیک، به عنوان بخشی حیاتی از فرآیند بهره‌برداری، نیازمند دقت و رعایت اصول فنی خاصی است. پس از ساخت و تحویل مخازن، شرکت سازنده معمولاً فرآیند نصب و راه‌اندازی را بر عهده می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که مخزن به درستی و با ایمنی کامل عمل خواهد کرد.

مراحل نصب و راه‌اندازی مخازن کرایوژنیک

اجرای فونداسیون

قبل از نصب مخزن، یک فونداسیون مستحکم و مناسب در محل موردنظر اجرا می‌شود. این فونداسیون باید توان تحمل وزن مخزن و مواد ذخیره‌شده در آن را داشته باشد و از موادی مقاوم در برابر شرایط محیطی ساخته شود. طراحی فونداسیون باید با توجه به ابعاد و ظرفیت مخزن صورت گیرد.

لوله‌کشی گاز یا مایع:

پس از قرارگیری مخزن روی فونداسیون، خطوط لوله‌کشی برای تخلیه گاز یا مایع متصل می‌شود. این خطوط باید با مواد و طراحی سازگار با دمای پایین و فشار عملیاتی مخزن ساخته شوند تا از بروز نشت و خطرات جلوگیری شود.

نصب تجهیزات کنترل و نظارت:

در صورت نیاز، تجهیزات جانبی نظیر فرستنده‌های فشار و سطح مایع نصب می‌شوند. این ابزارها امکان نظارت دقیق‌تر بر عملکرد مخزن و سطح گاز یا مایع ذخیره‌شده را فراهم کرده و بهره‌برداری ایمن‌تر را تضمین می‌کنند.

بررسی و تست نهایی:

پس از تکمیل نصب، تمامی اتصالات، لوله‌ها، و تجهیزات کنترل تحت آزمایش‌های مختلف قرار می‌گیرند. این تست‌ها شامل بررسی نشت، عملکرد شیرآلات، و تأیید فشار و خلأ موردنیاز مخزن است.

با اجرای این مراحل و رعایت استانداردهای فنی، مخازن کرایوژنیک با حداکثر ایمنی و بهره‌وری در صنایع مختلف از جمله ذخیره گازهای صنعتی و مایعات برودتی به کار گرفته می‌شوند.

قیمت و خرید مخازن کرایوژنیک – پترو تامین آرشام

شرکت پترو تامین آرشام با بهره‌گیری از تکنولوژی روز و تجربه چندین ساله در زمینه تولید و تامین انواع تجهیزات محصولات کرایوژنیک گازی، از جمله مخازن کرایوژنیک، آماده ارائه خدمات با کیفیت به مشتریان خود است. این شرکت با استفاده از فناوری‌های پیشرفته و کادری مجرب، مخازن کرایوژنیک را با بالاترین استانداردهای ایمنی و کیفیت تولید می‌کند. تمامی محصولات این شرکت با ضمانت کیفیت و مطابق با استانداردهای بین‌المللی ارائه می‌شوند.

برای دریافت مشاوره، استعلام قیمت و اطلاعات بیشتر در خصوص خرید مخازن کرایوژنیک، لطفاً با تیم فروش پترو تامین آرشام تماس بگیرید. کارشناسان ما آماده پاسخگویی به شما و راهنمایی در زمینه ثبت سفارش و خرید محصولات مورد نیاز شما هستند.