חומרים Insulation Cryogenic

מיכלי אחסון Cryogenic הם כלי לחץ מיוחדים שנועדו להחזיק גזים נוזלי בטמפרטורות רחוק מתחת מקפיא - לעתים קרובות מתחת -150 מעלות צלזיוס. טנקים אלה חיוניים עבור תעשיות החל מאחסון חמצן רפואי לטיפול נרחב של גז טבעי נוזלי (LNG), חנקן נוזלי, מימן, ו argon.היכולת לשמור על תנאים Cryogenic על תקופות מורחבות תלוי כמעט לחלוטין על האיכות והעיצוב של מערכת בידוד כי enops הפנימי.

ללא בידוד יעיל, חום נכנס מסביבות הסביבה הסביבה יגרום הבנה מהירה של נוזל מאוחסן, לחץ גובר, כוח אוורור, ובזבז מוצר יקר.בחירת החומר בידוד הנכון דורש הבנה מעמיקה של התכונות הפיזיות, התרמיות והמכניות תחת תנאים קיצוניים. מאמר זה חוקר את התכונות מפתח המגדירות insulation ביצועים גבוהים, ביקורות חומרים נפוצים בשימוש היום, בדיקות ובטיחות גבוהה יותר כי.

תכונות קריטיות של חומרים ב בידוד Cryogenic

כמה מאפיינים ביצועים קובעים אם חומר מתאים לסביבות מבוכות, בעוד מוליכות תרמית נמוכה היא הדרישה הברורה ביותר, תכונות אחרות כמו כוח מכני, יציבות כימית, עמידות לחות, והתנהגות הגזמה חשובה באותה מידה לאמינות ארוכת טווח.

התנהגות נמוכה

מוליכות תרמית, נמדדת בוואטים לכל מ"ל-קלווין (W/mK), מדמה את היכולת של חומר להעביר חום.עבור בידוד וואט, ערכים מתחת ל-0.2 W/mK הם אופייניים, עם מערכות מתקדמות כמו ריבוי של שכבות (MLI) להשגת התנהגויות יעילות כמו 10-4 / mK תחת חומרים עם גמישות גבוהה כגון קרמיקה (מתקני חום) או מגנטיים מדויקים לחלוטין.

כוח מכני

בידוד Cryogenic חייב לסבול עומס מכני משמעותי.הכלי הפנימי מתרחב וחוזים במהלך מחזורי קירור וחום, הצבת מתח על שכבות בידוד אג"ח.בנוסף, במהלך מילוי, לחץ על ספיגות רטט המשאבה יכול לגרום ל detachment או סדק חומרים עם כוח דחוס גבוה מתנגד תחת משקל הטנק, בעוד עשרות כוחות להבטיח את בידוד נשאר מחובר לכדי כוח פתוח, לעתים קרובות חזק מדי, כוח חזק מדי, 000 חזק מאוד, 000.

רגישות כימית ואינטורציה

בטמפרטורות מבוכות, חומרים רבים הופכים לגלויים.יציבות כימית פירושה בידוד אינו מגיב עם הגז המאוחסן - בין אם זה חמצן, חנקן, מימן או מתאן - ואינו מידרדר לאורך זמן.לדוגמה, כמה אלסטומונים יכולים לנוקשות ולפצח ב- 200 מעלות צלזיוס, בעוד שפלסטיקים מסוימים עשויים לחוות נפיחות או שינוי במבנה מולקולרי.

התנגדות למים נמוכים ומחסור במים נמוכים

Moisture הוא אויב גדול של בידוד Cryogenic.כאשר חם, אוויר לחות מחלחל שכבת בידוד, מים vapor condenses וקפאה בתוך הממטריקס.קרח יש מוליכות תרמית בערך 20 פעמים גבוה יותר מאשר בידוד קצף טיפוסי, עלייה דרמטית דליפת חום.יתר על כן, היווצרות קרח עלולה לגרום הרחבה פיזית, סדקים או אפילו מזיקה טנק ולכן הם לעתים קרובות חסימת מים נמוכים (או פגז) על ידי פחות מגובה אלומיניום).

נכסים חדשים

במערכות בידוד של ואקום, כל חומר שמוצב בתוך החלל הריק חייב להציג כמות מינימלית של גזים החוצה. Outgassing תרכובות תנודתיות אשר מגבירות את הלחץ בתוך המעיל הריק, העלאת מוליכות תרמית יעילה.עבור MLI (רובהרובה בשביעה) שמיכה, שכבות קוד רפלקטיביות ומרחבים חייבים להיבחר בזהירות כדי למנוע גזים משמעותיים כמו קטון ופוליטסטרד (BO) משמשים לעתים קרובות לשיטות מכניות) עבור ה- 1F) עבור ה- 1F) ב- 0.

התנגדות אש ובטיחות

עבור יישומים כגון אחסון LNG, בטיחות אש היא רבת ערך.חומרי בידוד צריכים להיות טמפרטורות חריפות גבוהה ואת שיעורי להבה נמוכה להפיץ את הקצף פוליאורטן, למשל, מטופלים לעתים קרובות עם מעכבי אש.בכמה עיצובים, ציפויים אינפיניים מוחלים על פני השטח החיצוני.למרות טמפרטורות Cryogenic עצמם להפחית את הסיכון של ignition, אירועים חיצוניים יכולים להתרחש, רבים, כגון תקנים ספציפיים כגון, כמו בדיקות אש.

חומרים נפוצים לאחסון Cryogenic

שום חומר יחיד לא מספק את כל הדרישות עבור כל יישום.הבחירה תלויה בגיאומטריה טנקים, טמפרטורה הפעלה, איכות ואקום, עומסים מכניים, ותקציב. להלן הוא ניתוח מפורט של החומרים הנפוצים ביותר.

Polystyrene (EPS)

EPS הוא קצף נוקשה, סגור עשוי מפוליסטייליין מורחב beads. זה מציע עלות נמוכה, קלות של ייצור, ו מוליכות תרמית סבירה (סביב 0.030 W / mK בטמפרטורת החדר, ירידה בתנאים Cryogenic). עם זאת, EPS יש כוח דחיסה מוגבל ויכול לשבור תחת רכיבה ממושכת על אופניים בכפית.זה מתאים ביותר עבור טנקים קטנים יותר או שכבת בידוד משנית.

פוליאורתאן פואם (PUR / PIR)

קצף פוליאוריקן ופוליסוציאוריט הם העורקים של בידוד מבוהגאני. עם מוליכות תרמית נמוך כמו 0.022 W / mK ב -160 מעלות צלזיוס ותוכן תאים סגור גבוה (יותר מ -90%), הם מציעים לחות מעולה.הם יכולים להיות ריסוס ישירות על משטחים טנק או לוחות prefabricated לתוך. pgas שומרת על שלמות מכנית ל -200 מעלות צלזיוס, מה שהופך את זה לנקות את זה נכון חנקן, 000 חנקן.

פאנלים של Vacuum Insulation Panels (VIPs)

VIP מורכבת הליבה נוקשה, מיקרו ⁇ (לעתים קרובות מאולתר סיליקה) סגורה במעטפה דקת, גז tight מתחת לוואקום. הם להשיג התנהגות תרמית יעילה של 0.004 ל 0.008 W/mK, הרבה יותר טוב מקצפים. VIP הם שבריריים - טיהור המעטפה הורסת את הביצועים שלהם - והם יקרים.

Multilayer Insulation (MLI)

(LI, הידוע גם בשם superinsulation, מורכב משכבות של סרטים רפלקטיביים (למשל, אופטימיזציה מזחל או פולימידיד) ומוליכים למחצה (כגון פוליסטר נקה או נייר סיבים) מאוגד באבק גבוה (ב 10-4 עד אפס), MLI יכול להשיג פלוקס חום נמוך להפליא - לעתים קרובות פחות מ 1 W /2 עבור מיכל נוזלי, הוא דורש תוספת של נוזל.

Perlite (Expanded Perlite)

Perlite הוא זכוכית געשית טבעית המתרחבה כאשר מחומם, מייצרת חלקיקים קל משקל, גרניט.זה משמש בידוד משוחרר בחלל ה-ANular של טנקים מבוהלים כפולים, בעוד מוליכות תרמית גבוהה יותר מאשר זה של VIP או MLI (סביב 0.030 ל- 0.040 W/mK תחת לחץ מחצב), perlite הוא לא זול, מוליכים תרמיים עבור טנקים כימיים, אבל ניתן לנקות את תפקוד זה הוא יעיל.

Aerogel

Aerogels, במיוחד אריקה aerogels, הם פתוחים תאים, חומרים ננואידים עם מוליכות תרמית נמוכה מאוד (במרחק 0.012 W / mK בתנאים נוחים) הם יכולים לשמש כמו אריחים קשיחים, שמיכות גמישות, או חלקי מבודד למלא. Aerogels מציעים עמידות מעולה וטמפרטורה גבוהה.

שיקולים ושילוב מערכת

בחירת החומר הוא רק חלק מהמשוואה. בידוד מבוהג יעיל דורש תשומת לב זהירה לאופן שבו החומר מוחל, חתומה, ונשמר.

מערכות היברידיות ו- Multilayer

טנקים מבוכים מודרניים רבים משתמשים בידוד היברידי: שכבה ראשונית של MLI תחת ואקום גבוה, מגבה על ידי שכבת קצף משנית להגן מפני אובדן ואקום. לדוגמה, 10layer MLI שמיכה עשוי להיות משולב עם 50 מ"מ של קצף פוליאורטן. גישה זו מאזן עלות, משקל, בטיחות.העיצוב חייב לקחת בחשבון התכווצות תרמיות שונות בין שכבות - לא ניתן לדלום.

ניהול הגשר

כל קשר מוצק בין מיכל פנימי וחיצוני (כגון רגליים תמיכה, פישוט או כלי) פועל כגשר תרמי, עקף את בידוד.גשרים אלה חייבים להיות ממזער באמצעות חומרים מוליכים נמוך כמו סיבים או טיטניום. ייט זורם דרך תמיכה פלדה חד-חלד יחיד יכול להיות הרבה יותר גדול מאשר באמצעות אינסטלציה עצמו ניתוח אלמנט מפורט הוא הכרחי כדי לחזות את הדליפה הכוללת.

אינטגרציה ושפע חיים

עבור מערכות בידוד מרופפות, שמירה על ואקום גבוה - בדרך כלל מתחת 10-3 ל- MLI - חיוני. Getters ו סופגנים מותקנים לעתים קרובות בתוך החלל הריק כדי ללכוד מינים מחוספסים. ו-Vcuum השפלה לאורך זמן ניתן להפחית באמצעות חומרים דלים גזים ושילוב כלי מצופה אבק עם חותמות כפולות של אולאוט קבוע הוא הכרחי, ומערכת כוללת משיכה עבור תחזוקה.

בטיחות וסטנדרטים

מיכלי אחסון Cryogenic חייבים לציית לסטנדרטים בינלאומיים כגון ASME BPV Code, European Pressure Equipment Directive (PED), וקודים ספציפיים בתעשייה עבור LNG (למשל, NFPA 59A) חומרים בידוד המשמשים במערכות אלה חייבים לעמוד בהתנגדות אש, רעילות, ודרישות שלמות מבניות.עבור שירות חמצן, כל בידוד אורגני (כמו קצף או פלסטיק) יש להעריך עבור תאימות חמצן למנוע הדבקה יעילה:

מגמות מתפתחות וחומרים מתקדמים

הצורך ביעילות גבוהה יותר ומערכות Cryogenic בטוחות יותר - במיוחד לאחסון מימן באנרגיה מתחדשת - הוא המניע חדשנות בטכנולוגיית בידוד.

ננו פוד פודוקס ו Aerogels

חוקרים מפתחים קצף עם גדלים פואר בטווח nanometer כדי להפחית את מוליכות תרמית עוד. aerogels ממונה המשלב גמישות עם כוח גבוה זמינים כעת מסחרית ונמצאים נבדקים עבור בידוד טנק LNG. כמה ניסוחים כוללים מאמתים (כגון פחמן שחור) כדי לחסום העברה חום קורנטיבי, אשר הופך משמעותי בטמפרטורות Cryogenic גבוהות יותר.

הכחשה משתנה

תקן MLI משתמש בדחיסות שכבתית אחידה, אך משתנה השכבה ספיגה יכול לייעל את הביצועים עבור ⁇ טמפרטורה מסוימת. צפיפות משתנה MLI (VD-MLI) מציבה יותר שכבות ליד הגבול הקר, צמצום דליפת חום עד 20% בהשוואה למדים אחידים MLI. מושג זה מעודן באמצעות מודלים חישוביים ואימות ניסיוני במעבדות אווירו גדולות.

פיקוח חכם

חיישנים שקועים בתוך שכבת בידוד יכולים לזהות לחות ingress, לחץ ריק, או דלמנט בזמן אמת. חיישני סיבים אופטיים מבטיחים במיוחד כי הם חסינים להפרעות אלקטרומגנטיות, ויכולים להיות שזורקים לתוך שמיכה בידוד. טנקים עתידיים בוכים עשויים לשלב מערכות בידוד עצמי אבחון עצמי כי מפעילי לפני ביצוע שינויים.

בידוד אמין ובר קיימא

חששות סביבתיים הם מניעים את הפיתוח של קצף מבוסס ביולוגית ו aerogels הניתנים למחזור. קצף פוליאורטן עשוי פוליקולס מתחדשים כבר זמין. בעוד הביצועים עדיין לא מתאימים חומרים קונבנציונליים עבור קריאות קיצוניות, הם מתאימים פחות תובעניים יישום כמו טנקים חנקן נוזלי.

מסקנה

בידוד יעיל של זעקה הוא אבן הפינה של אחסון בטוח, יעיל דלת-טמפרטורה.חומר אידיאלי חייב למזער את העברת החום באמצעות התנהגות, הדבקה, וקרינה תוך עמידה בעומסים מכניים, התקפה כימית ולחות. להרחיב פוליסטיסרן, קצף פוליאורנטיאן, לוחות בידוד ואקום, מולטי קוטבי בידוד, אליטה, ואווירה כובשים כל נישה המבוססת על פרופיל ייחודי שלהם, במיוחד על התקנים חכמים, לחץ על מערכות ניטור, במיוחד, לחץ על פני השטח של תאים חכמים, ומאובטחים, במיוחד, לחץ על התקנים מתקדמים, ומאובטחים, במיוחד, לחץ על התקנים מתקדמים, על מערכות ניטור, לחץ על פני השטח של מערכות החידושים הבאים, במיוחד על התקנים מתקדמים, על התקנים חכמים, לחץ על פני השטח של מערכות ניטור, לחץ על ידי קרינת MNG, במיוחד, במיוחד, במיוחד, ומאובטחים, על ידי החידושים הבאים, על ידי למערכות ניטור, לחץ על ידי למערכות דלק, במיוחד, לחץ על התקנים חכמים, לחץ על ידי החידושים הבאים, לחץ על ידי למערכות דלק, על ידי למערכות דלק, לחץ על ידי מערכות ניטור, לחץ על ידי למערכות קרינת אחסון גדול של מערכות חכמות, לחץ על ידי קרינת אחסון, במיוחד, במיוחד,