Криогенное оборудование ― что это такое, устройство, виды

Высокотехнологичное оборудование, работающее при предельно низких температурах, стало прорывом в технике, хотя ранее оно не пользовалось большим спросом. За последние годы российские производители сумели составить конкуренцию импортным моделям и наполнить рынок криогенного оборудования моделями разной стоимости и высокой производительности.

Сегодня такое оборудование применяется во многих сферах человеческой деятельности: медицина, пищевая и нефтегазоперерабатывающая индустрия, производство бытовых и промышленных холодильных установок различной мощности.

Содержание:

1. Криогенное оборудование ― устройство и принцип работы, виды
2. Криогенная арматура: запорная, трубопроводная, высокого давления
3. Медицинское криогенное оборудование

Криогенное оборудование ― устройство и принцип работы, виды

Аналогичные устройства предназначены для перекачки, хранения или транспортировки жидких газов, которые постоянно находятся в сжиженном состоянии из-за низких температур, а криогенные устройства обеспечивают стабильную минусовую среду за счет крионасосов высокого давления и стойкой теплоизоляции. В принципе это и есть ответ на вопрос, что такое криогенное оборудование.

Криогенное оборудование ― устройство и принцип работы, виды

Принцип действия такого оборудования основан на сжижении обыкновенного воздуха и последующем разделении его на составляющие: азот, кислород, в технике эту методику называют разделение воздушной среды при помощи глубокого охлаждения ниже -153° C. Для этого воздух сжимают при помощи компрессора, затем пропускают через теплообменник, а в детандере — машине, которая преобразует потенциальную энергию газа в механическую, он снова расширяется. При этом происходит охлаждение до 93° K или -180° C, когда газ превращается в жидкость.

Техника безопасности при обслуживании криогенного оборудования выполняется строго, потому что целостность теплоизоляционной структуры не должна нарушаться, во избежание утечек, которые могут травмировать персонал.

По функциональному использованию такое оборудование делят на установки:

• по созданию низких значений температуры и вакуума;
• для сохранения вышеописанных условий.

Для хранения и перевозки газов при низкой температуре чаще всего используют криоцилиндры, которые могут быть стационарных размеров или больших габаритов, перевозимых только в горизонтальном положении.

Вертикальные имеют встроенные продукционные испарители, а аналогичные, но горизонтального исполнения — внешние.

Транспортные криогенные установки используют ISO-контейнеры или криогенного класса полуприцепы, например, контейнер-цистерна — это транспортная единица мультемодального типа, которая используется для перевозки сжиженного газа на автомобильном, железнодорожном или морском транспорте.

Стационарного вида криогенные емкости: газификаторы и резервуары разного объема. Первые могут поддерживать давление в пределах 3—36 бар, поэтому в них хранят азот, аргон и кислород, их надо устанавливать вне зданий, они отличаются низким потреблением энергии и высоким уровнем безопасности.

Криогенные испарители используются для преобразования сжиженного газа в газообразное состояние, притом наиболее экономичными считаются атмосферные испарители.

Контроль осуществляют специальные приборы, которые называются газоанализаторами, чаще всего их применяют на металлообрабатывающих и пищевых предприятиях, чтобы четко контролировать промышленные выбросы и чистоту технологического процесса.

Криогенная арматура: запорная, трубопроводная, высокого давления

Криогенная арматура: запорная, трубопроводная, высокого давления

Арматура для криогенной техники подразделяется на такие виды:

• предохранительного типа служит для защиты магистралей или цистерн от повышенного выше критических параметров давления, сброс происходит автоматически при помощи перепускных клапанов;
• запорно-регулирующего типа перекрывает поступление рабочего потока, его применяют в магистралях и блоках, где происходит отделение газа от воздуха, в емкостях, предназначенных для хранения полученных после разделения продуктов, а также в других криогенных установках;
• обратный, его практическое назначение — предупреждать понижение внутреннего давления в криогенной арматуре путем открытия клапанов для всасывания воздуха из окружающей среды.

Азот, водород, кислород, фреон, фтор и гелий в сжиженном или газообразном состоянии используются для нужд различных отраслей промышленности, а их применение обусловлено созданием специальных магистралей, которые оснащаются запорной криогенной арматурой.

Такая арматура имеет аналогичные составляющие, как и на обычных трубопроводах: задвижки, клапаны, краны и т. д. и т. п. Только специфика рабочей криогенной среды выдвигает особые требования к подборке материалов и конструкции:

1. Материалы должны обладать ударной вязкостью не ниже 2 кгс/см² и сохранять механические свойства при длительном воздействии сверхнизких температур.
2. Такая арматура изготавливается удлиненной конструкции, чтобы сальники или сильфоны, а также узлы управления и герметизирующие прокладки находились в теплой зоне на расстоянии не менее 400 мм от оси трубопровода.
3. Криогенная арматура должна иметь теплоизоляцию, которая снижает испарение рабочей среды из трубопровода.
4. Соединения применяются фланцевые или штуцерно-ниппельные, чтобы обеспечивать нужную герметичность. На магистралях для транспортировки взрывоопасных и обладающих высокой проникающей способностью рабочих сред применяются сварочные соединения.
5. Аналогичная арматура должна сохранять работоспособность в течение 10 лет или до 5000 циклов, как при сверхнизкой температуре, так и в условиях наружной температуры.

Криогенную арматуру подразделяют на несколько видов, в зависимости от эксплуатационных условий:

1. Блочный или холодный вариант, когда ее корпус монтируется внутри блока, который имеет теплую изоляцию, а привод располагается в зоне с температурой окружающей среды. По уплотнению соединительного штока она разделяется на сильфонную, сальниковую и мембранную. К ней относятся вентили, задвижки, краны, заслонки и клапаны.
2. Холодная арматура, когда между корпусом и кожухом с приводом имеется вакуумная изоляция. Применяется для транспортировки газов с температурой не ниже -153° C.
3. Универсальная или встроенная арматура — находится в криогенном блоке полностью, вместе с приводом.
4. Теплая конструкция — функционирует при температуре наружного воздуха, но в исключительных случаях может кратковременно подвергаться охлаждению. К такому виду относятся предохранительные и обратные клапаны, дренажно-предохранительные вентили.

На российском рынке аналогичная арматура представлена зарубежными и отечественными моделями. Активная разработка криогенного оборудования началась в 30-е годы прошлого века, за прошедшие годы конструкторами в России был накоплен огромный опыт, поэтому криогенные арматуры могут успешно конкурировать с импортными аналогами. Испытания криогенного оборудования производятся сразу после выхода с конвейера сборки, а каждая деталь проходит сложное тестирование до отправки ее в цех сборки.

Медицинское криогенное оборудование

Криогенная медицина имеет такие прогрессивные направления развития: криоконсервация биопрепаратов и криогенная хирургия. На основе научных исследований и клинической практики уже давно сформировалась теория воздействия процесса замораживания на клеточные структуры и биологические ткани.

Медицинское криогенное оборудование

Криогенные системы успешно используются во многих областях современной медицины, например: криогенная хирургия, долговременное хранение необходимого для трансплантации материала.

Российские предприятия производят широкий ассортимент аналогичного оборудования, которое предназначается для сохранения или транспортировки биоматериалов больших или малых партий в замороженном виде с полной гарантией сохранения.

Кроме контейнеров, российские производители поставляют криоцилиндры для хранения сжиженного газа или газификаторы малого объема, которые оправдывают приобретение, потому что у них расход в сутки эквивалентен двум баллонам азота, кислорода или аргона. Поставляемая арматура и комплектующие детали удобны для обслуживания, отличаются надежностью и простым использованием.

Все криоцилиндры малого объема изготавливаются из медицинской нержавеющей стали, для безопасности используется экранно-вакуумная изоляция.

Вертикальный вариант газификатора оборудован встроенным испарителем с производительностью до 9,2 нм³/ч, где нм³ — нормальный кубический метр или тот объем, который занимает газ при нормальных условиях.

По отдельному заказу каждый вертикальный криогенный цилиндр укомплектовывается защитной рамой на колесном шасси и атмосферным испарителем нужной производительности.

Горизонтальный вариант уже оборудован испарителем, который смонтирован на одной несущей раме с газификатором или же, как отдельно расположенная конструкция.

Технические параметры криогенных цилиндров показаны по категориям, сначала вертикальный вариант, а за ним — горизонтальный.

DPL-210-3,5:

• объем — 195 л;
• давление — до 35 бар;
• высота и диаметр — 1760х505 мм;
• производительность — 9,2 м³/ч;
• эквивалент к баллону на 40 л — 21-26 шт. в зависимости от используемого газа.

DPW 480-3,5:

• вместимость — 450 л;
• максимальное давление — 35 бар;
• габариты — 2200х970х800 мм;
• эквивалент — 45-58 баллонов по 40 л.

В отличие он вертикального аналога может укомплектовываться испарителем любой производительности.

Установка газификатора помогает сократить расход сжиженного газа до 80%, в отличие от баллонов эти резервуары не подвержены воздействию коррозии, занимают меньше места, удобны в эксплуатации. Гарантия завода изготовителя на полное сохранение вакуума до 3 лет.