مخازن حمل گازهای برودتی | گاز برودتی

سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778

گازهای برودتی یا کرایوژنیک (Cryogenic Gases) یکی از مهم‌ترین دسته‌های گازهای صنعتی و آزمایشگاهی به شمار می‌روند که به دلیل ویژگی‌های خاص خود، جایگاهی حیاتی در صنایع گوناگون یافته‌اند. این گازها در دماهای بسیار پایین به حالت مایع تبدیل می‌شوند و قابلیت تبخیر سریع دارند، به همین دلیل نگهداری و حمل آن‌ها یک چالش مهندسی و ایمنی بزرگ محسوب می‌شود.

تصور کنید اکسیژن یا نیتروژن در دمای حدود ۱۸۰- درجه سانتی‌گراد به مایع تبدیل شوند؛ در این حالت کوچک‌ترین نشت یا خطا در نگهداری می‌تواند خسارات جدی ایجاد کند. بنابراین، طراحی و ساخت مخازن حمل گازهای برودتی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و همواره باید با استانداردهای بین‌المللی هماهنگ باشد. در این مقاله به صورت جامع به تعریف گازهای برودتی، انواع مخازن حمل، طراحی، ایمنی، کاربردها و آینده این صنعت خواهیم پرداخت.

گازهای برودتی چیست؟

اصطلاح برودتی به موادی اطلاق می‌شود که در دماهای بسیار پایین‌تر از دمای محیط به حالت مایع در می‌آیند و دمای جوش آن‌ها پایین‌تر از ۱۵۰- درجه سانتی‌گراد است. این گازها برخلاف گازهای معمولی مانند هوا یا دی‌اکسیدکربن، برای مایع‌سازی نیازمند فناوری‌های پیچیده‌ای هستند. به عنوان مثال، نیتروژن در دمای ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد به مایع تبدیل می‌شود و اکسیژن در دمای ۱۸۳- درجه سانتی‌گراد. چنین شرایطی سبب می‌شود که این گازها هنگام مایع‌سازی و حمل، نیازمند تجهیزات بسیار مقاوم و پیشرفته باشند.

از مهم‌ترین گازهای برودتی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

نیتروژن مایع (LN2): پرمصرف‌ترین گاز برودتی در جهان که در صنایع غذایی، پزشکی، داروسازی، کشاورزی و آزمایشگاه‌ها کاربرد گسترده دارد. نیتروژن مایع با خاصیت بی‌اثر بودن و قابلیت انجماد سریع، امکان حفظ کیفیت مواد غذایی و نمونه‌های بیولوژیکی را فراهم می‌کند.

اکسیژن مایع (LOX): به دلیل نقش حیاتی اکسیژن در تنفس و واکنش‌های شیمیایی، شکل مایع آن به طور گسترده در پزشکی، صنایع فولاد، هوافضا و صنایع انرژی به کار می‌رود.

آرگون مایع (LAr): این گاز بی‌اثر، در جوشکاری و فرآیندهای متالورژیکی اهمیت بالایی دارد.

هیدروژن مایع (LH2): به عنوان یکی از سوخت‌های آینده‌نگرانه در صنایع هوافضا و حمل‌ونقل پاک مطرح است و چگالی انرژی بالایی دارد.

هلیوم مایع (LHe): دارای پایین‌ترین نقطه جوش در میان تمام عناصر (۴.۲- کلوین) است و به همین دلیل در فناوری‌های پیشرفته مانند MRI، شتاب‌دهنده‌های ذرات و ابررساناها کاربرد دارد.

ضرورت و اهمیت حمل ایمن گازهای برودتی

برخلاف تصور عمومی که گازها را بی‌خطر می‌داند، گازهای برودتی به دلیل ویژگی‌های خاص خود می‌توانند بسیار خطرناک باشند. این گازها در صورت نشت، به سرعت تبخیر می‌شوند و می‌توانند حجم زیادی از هوا را جابه‌جا کنند و باعث خفگی افراد شوند. برای مثال، نیتروژن مایع که خود بی‌اثر و غیرسمی است، در صورت نشت در محیط بسته، میزان اکسیژن هوا را کاهش داده و موجب خفگی می‌شود. از طرف دیگر، اکسیژن مایع اگر نشت کند، خطر آتش‌سوزی و انفجار را چندین برابر افزایش می‌دهد.

تماس مستقیم پوست یا چشم با این گازها یا تجهیزات آن‌ها می‌تواند منجر به سوختگی سرد یا یخ‌زدگی شدید شود. همچنین افزایش فشار درون مخازن در اثر تبخیر سریع گاز مایع، خطر انفجار را به دنبال دارد. همین مسائل ایجاب می‌کند که حمل و نقل این مواد با بالاترین سطح ایمنی و توسط مخازن استاندارد انجام شود.

مخازن حمل گازهای برودتی

برای حمل و نگهداری گازهای برودتی، از مخازن برودتی استفاده می‌شود. این مخازن به صورت دو جداره (Double Wall) طراحی می‌شوند که بین جداره داخلی و خارجی آن‌ها فضای خلأ و یا مواد عایق حرارتی مانند پرلیت قرار داده می‌شود تا تبادل حرارتی به حداقل برسد. مخزن داخلی معمولاً از فولاد ضدزنگ (Stainless Steel) ساخته می‌شود تا در برابر دماهای پایین و خوردگی مقاوم باشد، در حالی که جداره بیرونی از فولاد کربنی ساخته می‌شود تا مقاومت مکانیکی بالایی در برابر ضربه و فشار ایجاد کند.

این مخازن علاوه بر مقاومت مکانیکی، دارای شیرآلات، فشارسنج‌ها، سوپاپ اطمینان و سیستم‌های کنترلی هستند تا ایمنی در فرآیند حمل و نگهداری تضمین شود.

انواع مخازن حمل گازهای برودتی

۱. تانک‌های ذخیره‌سازی ثابت (Cryogenic Storage Tanks)

این تانک‌ها در محل کارخانه‌ها، بیمارستان‌ها یا آزمایشگاه‌های بزرگ نصب می‌شوند و برای ذخیره مقادیر بالای گاز برودتی به کار می‌روند. ظرفیت آن‌ها می‌تواند از چند هزار لیتر تا چند صد هزار لیتر باشد.

۲. تانکرهای حمل (Cryogenic Tankers)

تانکرهای برودتی که اغلب به صورت تریلر طراحی می‌شوند، برای حمل گازهای مایع در مسافت‌های طولانی استفاده می‌شوند. این تانکرها با سیستم‌های ایمنی مجهز هستند و امکان حمل مقادیر چند ده هزار لیتر گاز مایع را دارند.

۳. دئوار (Dewar Flask)

مخازن کوچک‌تر که برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. دئوارها معمولاً ظرفیت کمی دارند و به راحتی قابل حمل هستند.

۴. کانتینرهای ISO برودتی

این نوع کانتینرها برای حمل بین‌المللی طراحی شده‌اند و قابلیت بارگیری در کشتی، قطار و کامیون را دارند.

طراحی و ساخت مخازن برودتی

ساخت این مخازن نیازمند رعایت استانداردهای سختگیرانه است. طراحی مخزن بر اساس نوع گاز، فشار کاری، شرایط محیطی و ظرفیت مورد نیاز انجام می‌شود. جداره داخلی باید در برابر ترک‌خوردگی ناشی از انقباض حرارتی مقاوم باشد، در حالی که عایق‌کاری باید به گونه‌ای انجام شود که تبخیر گاز به کمترین میزان برسد.

سیستم‌های ایمنی شامل:

شیر اطمینان (Relief Valve): جلوگیری از انفجار در صورت افزایش فشار.

فشارسنج: مانیتورینگ لحظه‌ای فشار داخلی.

لوله‌های تخلیه ایمن: خروج کنترل‌شده گاز در مواقع اضطراری.

استانداردها و الزامات ایمنی

مخازن حمل گازهای برودتی باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی تولید شوند، از جمله:

ASME Section VIII (Boiler and Pressure Vessel Code): طراحی و ساخت مخازن تحت فشار.

DOT Regulations: الزامات حمل و نقل جاده‌ای در ایالات متحده.

ISO 21009: استاندارد طراحی و ایمنی مخازن برودتی.

EN 13458: استاندارد اروپایی برای مخازن ثابت برودتی.

این استانداردها تضمین می‌کنند که مخازن در برابر فشار، دمای پایین و شرایط حمل‌ونقل مقاوم باشند.

کاربردهای گسترده گازهای برودتی

صنایع غذایی

نیتروژن مایع به عنوان ابزاری برای انجماد سریع مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. انجماد سریع موجب حفظ بافت، رنگ، طعم و ارزش غذایی مواد می‌شود. همچنین در حمل و نگهداری مواد غذایی منجمد، از مخازن برودتی استفاده می‌شود.

پزشکی و داروسازی

اکسیژن مایع در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برای مصارف پزشکی ذخیره می‌شود. هلیوم مایع در دستگاه MRI نقش حیاتی دارد. همچنین نیتروژن مایع برای نگهداری نمونه‌های بیولوژیکی مانند سلول‌ها، خون و واکسن‌ها به کار می‌رود.

صنایع هوافضا

هیدروژن مایع و اکسیژن مایع به عنوان سوخت موشک‌ها استفاده می‌شوند. حمل این مواد بدون مخازن برودتی غیرممکن است.

صنایع فلزی و شیمیایی

آرگون مایع در جوشکاری، ذوب فلزات و تولید فولاد استفاده می‌شود. همچنین اکسیژن مایع به بهبود راندمان کوره‌ها کمک می‌کند.

تحقیقات علمی

در آزمایشگاه‌ها، هلیوم مایع برای خنک‌سازی آهنرباهای فوق‌رسانا استفاده می‌شود. در شتاب‌دهنده‌های ذرات نیز گازهای برودتی نقش حیاتی دارند.

چالش‌ها و خطرات حمل گازهای برودتی

اگرچه مخازن برودتی با بالاترین سطح ایمنی طراحی می‌شوند، اما همچنان خطراتی وجود دارد:

نشت گاز و خفگی در محیط بسته.

یخ‌زدگی تجهیزات و خطوط لوله.

انفجار ناشی از افزایش فشار.

آسیب‌های شدید پوستی و چشمی در اثر تماس مستقیم.

بنابراین آموزش پرسنل، استفاده از تجهیزات حفاظت فردی و رعایت پروتکل‌های ایمنی ضروری است.