واژه “کرایوژنیک” (Cryogenic) از دو بخش یونانی “Kryos” به معنی “یخ” و “genic” به معنی “ایجاد کننده” یا “مولد” تشکیل شده است. بنابراین، کرایوژنیک به معنای “ایجاد یا مربوط به دماهای بسیار پایین” است. در علم، این واژه به دماهایی گفته میشود که معمولاً پایین‌تر از 150- درجه سانتی‌گراد (یا 123 کلوین) هستند، یعنی دماهایی که در آن‌ها گازها به مایع تبدیل می‌شوند یا ویژگی‌های خاص دیگری پیدا می‌کنند در نتیجه مخازن کرایوژنیک به مخازنی گفته میشود که برای ذخیره‌سازی و حمل و نقل گازهای مایع در دماهای بسیار پایین طراحی شده‌اند. منظور از گاز های مایع شونده مانند: اکسیژن ، نیتروژن ، ارگون ، کربن دی اکسید و… است.
مخازن کرایوژنیک چه ویژگی هایی دارند؟
مخازن کرایوژنیک در انواع مختلفی طراحی و ساخته می‌شوند که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. و نقش مهمی در صنایع مختلف، از جمله انرژی، پزشکی، فضایی و صنایع شیمیایی ایفا می‌کنند. مخازن کرایوژنیک باید ویژگی‌های خاصی داشته باشند تا بتوانند دماهای بسیار پایین را تحمل کرده و از تبخیر گاز مایع جلوگیری کنند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
یکی از ویژگی‌های مهم مخازن کرایوژنیک، عایق حرارتی قوی است که مانع از تبادل حرارت با محیط شده و به حفظ دمای پایین گاز داخل مخزن کمک می‌کند.
این مخازن باید از موادی ساخته شوند که در برابر تغییرات شدید دما و فشار بالا مقاوم باشند. معمولاً از فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای خاص برای ساخت این مخازن استفاده میشود.
بسیاری از گازهای کرایوژنیک تحت فشار ذخیره می‌شوند تا از تبخیر آن‌ها جلوگیری شود. به همین دلیل، مخازن باید قادر به تحمل فشارهای بالای موجود در این فرآیندها باشند.
به دلیل خطرات مرتبط با گازهای کرایوژنیک (مانند انفجار یا آسیب به تجهیزات)، مخازن باید مجهز به سیستم‌های ایمنی مانند شیرهای اطمینان، سیستم‌های هشداردهنده و کنترل دما باشند تا ایمنی فرآیند حفظ شود.
جنس بدنه مخزن کرایوژنیک چیست؟
جنس بدنه مخازن کرایوژنیک معمولاً از فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) یا آلیاژهای خاص مقاوم در برابر دماهای پایین ساخته میشود. این مواد به دلیل ویژگی‌هایی که دارند، از جمله مقاومت در برابر خوردگی و تغییرات دمایی شدید، انتخاب مناسبی برای ساخت مخازن کرایوژنیک هستند. چند ویژگی مهم جنس بدنه مخازن کرایوژنیک عبارتند از:
- مقاومت در برابر دماهای پایین:
مواد استفاده‌شده باید بتوانند دماهای بسیار پایین (زیر 150- درجه سانتی‌گراد) را بدون شکستن یا تغییر خواص فیزیکی تحمل کنند.
مواد باید قادر به تحمل فشارهای بالا (که برای جلوگیری از تبخیر گازهای مایع به آن‌ها اعمال میشود) باشند.
به دلیل تماس طولانی‌مدت با گازهای مایع و شرایط محیطی مختلف، مواد باید مقاوم به خوردگی و فرسایش باشند.
برخی آلیاژها ممکن است برای کاهش خطر ترک خوردن در دماهای پایین و افزایش دوام مخازن، انعطاف‌پذیری لازم را داشته باشند. به همین علت، فولاد ضد زنگ و آلیاژهای خاصی مانند آلیاژهای نیکل و تیتانیوم معمولاً در ساخت این مخازن استفاده می‌شوند.
چالش ها و مشکلات در نگهداری مخازن کرایوژنیک چیست؟
نگهداری مخازن کرایوژنیک مشکلات خاص خود را دارد، چرا که این مخازن برای ذخیره‌سازی گازهای مایع در دماهای بسیار پایین طراحی شده‌اند و باید در شرایط خاصی نگهداری شوند تا از تبخیر یا نشت جلوگیری شود. برخی از این مشکلات عبارتند از :
- اتلاف حرارت و تبخیر گازها: هرچقدر که دمای خارجی یا محیط اطراف مخزن بالاتر از دمای نگهداری گاز مایع باشد، انتقال حرارت به داخل مخزن رخ می‌دهد و باعث تبخیر گاز مایع میشود.که تبخیر ان باعث کاهش مقدار گاز ذخیره‌شده و افزایش مصرف انرژی برای حفظ دمای پایین میشود. علاوه بر این، اتلاف حرارت می‌تواند منجر به فشار بالای گاز در مخزن و خطرات ایمنی شود.
- عایق بندی: عایق‌ها به مرور زمان ممکن است دچار آسیب شوند یا کارایی خود را از دست بدهند و این امر باعث افزایش تبخیر میعانات گازی و بالارفتن مصرف انرژی شود همچنین هزینه نگهداری و تعمیرات عایق کاری افزایش می یابد
- فشار بالا : باجذب مقداری گرما مایعات درون مخزن تبخیر میشود و این امر سبب افزایش فشار می شود ، با افزایش بیش از حد فشار خطر انفجار یا نشت گاز وجود دارد. برای جلوگیری از این خطرات، سیستم‌های ایمنی مانند شیرهای اطمینان و سیستم‌های تخلیه فشار به کار گرفته می‌شوند.
- نشت گاز و خطرات محیطی:نشت گاز هایی مانند هیدروژن و اکسیژن از درزها و اتصالات مخازن باعث انفجار و یا اتش سوزی می شود.
- هزینه زیاد مربوط به نگهداری و تعمیرات مخازن
- خطر سوختگی هنگام بارگیری
مزایای استفاده از مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک با وجود چالش‌هایی که دارند، به دلیل مزایای فوق‌العاده‌شان در صنایع مختلف استفاده گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. برخی از مهم‌ترین مزایای این مخازن موارد زیر می باشند:
- ذخیره‌سازی حجم زیادی از مواد با فضای کم
- بهبود کارایی حمل‌ونقل
- کاهش خطرات ناشی از فشار بالا
- حفظ کیفیت مواد حساس
- کاربرد در فناوری‌های پیشرفته
- صرفه‌جویی در هزینه و انرژی
- انعطاف‌پذیری در کاربردها
- دوستدار محیط زیست
- ایمنی بالا
- افزایش بهره‌وری در صنایع حساس
مخازن کرایوژنیک نه‌تنها در حال حاضر ضروری هستند، بلکه در آینده نقشی اساسی در توسعه فناوری‌های نوین، بهبود پایداری محیط‌زیست و ارتقای کیفیت زندگی انسان‌ها خواهند داشت.
