ნახევარგამტარების წარმოებაში, კრიოგენული განაწილების სისტემებისგან მოსალოდნელია, რომ ისინი არა მხოლოდ თხევადი აზოტის ან არგონის ერთი წერტილიდან მეორეში გადატანას შეასრულებენ. სითხე გამოყენების წერტილამდე სტაბილური, სუფთა და ერთფაზიანი უნდა დარჩეს. სითბოს მცირე რაოდენობამაც კი შეიძლება წარმოქმნას გაზი, წნევის რყევა ან ტენიანობის დაბინძურება, რაც გავლენას ახდენს პროცესის სტაბილურობაზე.

სწორედ ამიტომვაკუუმური იზოლირებული მილისისტემები ჩვეულებრივ გამოიყენება ნახევარგამტარული ქარხნებში ტრადიციული ქაფით იზოლირებული მილსადენების ნაცვლად. სათანადოდ მართულ სისტემასთან შერწყმისასდინამიური ვაკუუმური ტუმბოს სისტემა, სითბოს საერთო გაჟონვა შეიძლება 3 ვტ/მ²-ზე ნაკლები დარჩეს, მთელი გადაცემის ხაზის გასწვრივ ვაკუუმის გრძელვადიანი სტაბილურობის შენარჩუნებისას.

ნახევარგამტარული აპლიკაციებისთვის, ვაკუუმური იზოლაცია არ უნდა განვიხილოთ, როგორც მილის გარშემო პასიური ფენა. ეს არის აქტიური თერმული სისტემა, რომელიც მოითხოვს გაზომვად ვაკუუმურ მუშაობას და ხანგრძლივ მოვლა-პატრონობას. მაღალი სიზუსტის ჩიპების წარმოების გარემოში, სითხის გაჯერების ტემპერატურის უმნიშვნელო ზრდამაც კი შეიძლება გამოიწვიოს ორფაზიანი ნაკადის პირობები, რომლებიც ხელს უშლის გაგრილების წრედებს, გამწმენდ სისტემებს ან პროცესის კონტროლის აღჭურვილობას.

რატომ არის სითბოს გაჟონვა მნიშვნელოვანი კრიოგენულ ნახევარგამტარულ სისტემებში

ყველა კრიოგენული გადაცემის ხაზზე გავლენას ახდენს სითბოს გადაცემის სამი ძირითადი ფორმა:

• რადიაცია რგოლურ სივრცეში
• ნარჩენი მოლეკულებით გამოწვეული აირისებრი გამტარობა
• მყარი გამტარობა საყრდენებისა და შუასადებების მეშვეობით

სწორად შემუშავებულ ფორმაშივაკუუმური იზოლირებული მილი, რგოლისებრი წნევა, როგორც წესი, 1×10⁻⁴ Pa-ზე დაბლა მცირდება. ამ ვაკუუმის დონეზე, დარჩენილ აირის მოლეკულებს აქვთ საშუალო თავისუფალი გზა, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება რგოლისებრ ნაპრალს, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს აირისებრი სითბოს გამტარობას.

გამოსხივების სითბოს გადაცემა კონტროლდება მრავალშრიანი იზოლაციის (MLI) გამოყენებით. იზოლაცია შედგება ამრეკლავი ფოლგისა და დაბალი გამტარობის შუასადების მასალის მონაცვლეობითი ფენებისგან. ფენების სწორი სიმკვრივისა და მონტაჟის მეთოდის შემთხვევაში, გამოსხივების სითბოს ნაკადი შეიძლება შემცირდეს მხოლოდ რამდენიმე ვატამდე კვადრატულ მეტრზე.

დარჩენილი თერმული გზა ძირითადად მექანიკური საყრდენებიდან მოდის. ამ ეფექტის მინიმიზაციისთვის, როგორც წესი, გამოიყენება დაბალი გამტარობის მასალები, როგორიცაა G-10 მინაბოჭკოვანი მასალა ან Torlon®. ამ საყრდენებს მაინც სჭირდებათ საკმარისი მექანიკური სიმტკიცე, რათა გაუძლონ თერმულ შეკუმშვას, ვიბრაციას და სეისმურ დატვირთვას ექსპლუატაციის დროს.

დიდ მანძილზე გადაცემისას, ვაკუუმურ და ქაფის იზოლაციას შორის განსხვავება ძალიან შესამჩნევი ხდება. კარგად მოვლილი ვაკუუმური სისტემა მრავალი წლის განმავლობაში ინარჩუნებს სტაბილურ თერმულ მუშაობას, ხოლო ქაფის იზოლაცია თანდათანობით შთანთქავს ტენიანობას ატმოსფეროდან. როგორც კი ტენიანობა შედის იზოლაციის სტრუქტურაში და იყინება, თერმული ეფექტურობა, როგორც წესი, დროთა განმავლობაში მცირდება.

პრაქტიკულ ნახევარგამტარული LN₂ განაწილების სისტემებში,ვაკუუმ-იზოლირებული მილსადენიტრადიციულ ქაფით იზოლირებულ მილებთან შედარებით, შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს ადუღება, განსაკუთრებით ღია ცის ქვეშ გაშვებულ ხანგრძლივ მარშრუტებზე ან უწყვეტად მომუშავე მთავარ კოლექტორებზე.

დინამიური ვაკუუმური ტუმბოს სისტემა

სტატიკური ვაკუუმის ქურთუკების ერთ-ერთი პრობლემა ის არის, რომ ვაკუუმის ხარისხი შეიძლება თანდათანობით გაუარესდეს წლების განმავლობაში გაზის გამოყოფის, ჰელიუმის შეღწევადობის ან მიკროსკოპული გაჟონვის გამო.

ამის გადასაჭრელად, დიდი დიამეტრისვაკუუმური იზოლირებული მილისისტემები შეიძლება აღჭურვილი იყოსდინამიური ვაკუუმური ტუმბოს სისტემასისტემა, როგორც წესი, მოიცავს კომპაქტურ ტურბომოლეკულურ ან სპირალურ ტუმბოს მოწყობას, რომელიც პერიოდულად აღადგენს რგოლისებრ ვაკუუმს თავდაპირველ დიზაინის მდგომარეობამდე.

ვაკუუმის დონეები უწყვეტად კონტროლდება ცივი კათოდური მანომეტრების გამოყენებით. ტუმბო მხოლოდ მაშინ აქტიურდება, როდესაც წნევა სამიზნე დასაშვებ მნიშვნელობას სცილდება, ამიტომ ენერგიის მოხმარება და ტექნიკური მომსახურების მოთხოვნები შედარებით დაბალი რჩება.

ტაივანის ქალაქ სინჩუში ნახევარგამტარული ობიექტის განახლების ერთ-ერთ პროექტში, აქტიურად მართულმა ვაკუუმურმა ტუმბოს სისტემამ დაძველებულ LN₂ გადამცემ კოლექტორს საშუალება მისცა, აღედგინა თერმული მახასიათებლები, რომლებიც მიახლოებული იყო მის საწყის სამუშაო მდგომარეობასთან, წარმოების ხაზის გათიშვის გარეშე. ახალი პროექტებისთვის, აქტიური ვაკუუმური შენარჩუნება ასევე აძლევს ოპერატორებს უკეთეს ნდობას სისტემის მთელი მომსახურების ვადის განმავლობაში იზოლაციის გრძელვადიანი სტაბილურობის მიმართ.

მასალები და სისტემის დიზაინი

ნახევარგამტარული და ულტრამაღალი სისუფთავის აპლიკაციებისთვის, შიდა დამუშავების მილი, როგორც წესი, დამზადებულია 304L ან 316L უჟანგავი ფოლადისგან. შიდა ზედაპირები იწმინდება, იწმინდება და პასივირდება ჟანგბადით გაწმენდის მომსახურების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად და დაბინძურების რისკის მინიმიზაციის მიზნით.

გარე გარსი შეიძლება დამზადებული იყოს შეღებილი ნახშირბადოვანი ფოლადისგან ან უჟანგავი ფოლადისგან, მონტაჟის გარემოდან გამომდინარე. სუფთა ოთახების მიმდებარე ადგილებში, კოროზიის ან ზედაპირის დაბინძურების თავიდან ასაცილებლად, ხშირად უპირატესობა ენიჭება უჟანგავი ფოლადის გარე გარსებს.

ასევე ყურადღებით უნდა იქნას გათვალისწინებული თერმული შეკუმშვა. LN₂ გადამცემი ხაზი შეიძლება შეკუმშული იყოს დაახლოებით 2.5–3 მმ-ით მეტრზე გარემოს ტემპერატურასა და სამუშაო ტემპერატურას შორის. ამ მოძრაობის შესამცირებლად, მილსადენების ქსელში გათვლილ საკიდის ტიპის გაფართოების კომპენსატორები, როგორც წესი, დამონტაჟებულია საყრდენის გათვლილ ადგილებში.

სადაც მოძრაობა ან მოქნილობაა საჭირო,ვაკუუმური იზოლირებული მოქნილი შლანგიხშირად გამოიყენება შეკრებები. ტიპური ადგილებია ავზების შეერთებები, აღჭურვილობის შეერთებები, კოლექტორების განშტოებები და მობილური ტექნოლოგიური საცობები.

ეს მოქნილი შლანგები იყენებს გოფრირებულ შიდა ბირთვს ვაკუუმურ გარსთან და MLI სტრუქტურასთან ერთად, რომელიც ხისტი ვაკუუმური მილის მსგავსია. სწორად დაპროექტებულ კონსტრუქციებს შეუძლიათ ვაკუუმური მთლიანობის შენარჩუნება განმეორებითი კრიოგენული თერმული ციკლის შემდეგ და ამავდროულად თავიდან აიცილონ გარე ყინულის წარმოქმნა, რაც ხშირია არაიზოლირებულ წნულ შლანგებზე.

ვაკუუმური იზოლირებული სარქველებიდაფაზის გამყოფები

სითბოს გაჟონვის მართვა არ შემოიფარგლება მხოლოდ მილის სწორი მონაკვეთებით. სარქველები დაფაზის გამყოფებიასევე მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ სტაბილური კრიოგენული ნაკადის პირობების შენარჩუნებაში.

A ვაკუუმური იზოლირებული სარქველიროგორც წესი, იყენებს გაფართოებულ კაპოტს და ვაკუუმურ გარსაცმიან კორპუსს, რათა კრიტიკული დალუქვის უბნები უკიდურესად დაბალი ტემპერატურისგან დაიცვას. ეს ხელს უშლის ღეროს შეფუთვის გარშემო გაყინვას და ამცირებს სარქვლის სტრუქტურაში არასასურველ კონდენსაციას.

ვაკუუმური იზოლაციის გარეშე, სარქველები შეიძლება სისტემაში სითბოს გაჟონვის კონცენტრირებულ წერტილებად იქცეს. თხევადი კრიოგენული მომსახურების დროს, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ლოკალიზებული ორთქლის ჯიბეები, არასტაბილური ნაკადის პირობები ან წყლის დარტყმის მოვლენები.

ნახევარგამტარული ტექნოლოგიური სისტემებისთვის, ASME B31.3 და EN 13480 მოთხოვნების შესაბამისად, ჩვეულებრივ გამოიყენება გაფართოებული თავსახურიანი გლობალური სარქველები და ზემოდან შესასვლელი ბურთულიანი სარქველები.

A ვაკუუმური იზოლირებული ფაზის გამყოფიგამოიყენება ფლეშ აირის მოსაშორებლად, სანამ სითხე მოხვდება მგრძნობიარე ქვედა დინების მოწყობილობაში. ნახევარგამტარული აპლიკაციების შემთხვევაში, არასტაბილურმა ორფაზიანმა ნაკადმა შეიძლება შექმნას წნევის რყევები, რომლებიც საკმარისად დიდია პროცესის სიგნალიზაციის ან აღჭურვილობის ურთიერთდაბლოკვის გამოსაწვევად.

ორთქლ-სითხის გამოყოფის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, გამყოფი მოწყობილობების უმეტესობა იყენებს ტანგენციალურ შესასვლელს შიდა დემისტერის სტრუქტურასთან ერთად. ბევრ პროექტში გამყოფი გაერთიანებულია მინი ავზთან, რომელიც დამონტაჟდება პროცესის იატაკთან ახლოს. მინი ავზი მოქმედებს როგორც ადგილობრივი ბუფერული მოცულობა, რომელიც ხელს უწყობს მოკლევადიანი მოთხოვნის რყევების სტაბილიზაციას მნიშვნელოვანი დამატებითი თერმული დატვირთვის შექმნის გარეშე.

ნახევარგამტარული პროექტის მაგალითი

სამხრეთ კორეაში DRAM ობიექტის გაფართოების პროექტს დასჭირდა LN₂-ის ახალი სადისტრიბუციო ქსელი, რომელიც მოემსახურებოდა ჩაძირვით გაგრილების სატესტო აღჭურვილობას და ვაფლის დამუშავების ხელსაწყოებს.

მონტაჟი მოიცავდა დაახლოებით 180 მეტრი სიგრძის ხისტ ვაკუუმ-იზოლირებულ მილს, რომელიც დაკავშირებული იყო ხელსაწყოების რამდენიმე ტოტთან ვაკუუმ-იზოლირებული მოქნილი შლანგის შეკრებების მეშვეობით. ვაკუუმ-იზოლირებული ფაზის გამყოფი და 2 მ³ მინი ავზი დამონტაჟდა ნაყარი საწყობის მახლობლად.

დინამიური ვაკუუმური ტუმბოს სისტემამ 6 დიუმიან მთავარ გადამცემ ხაზებზე რგოლისებრი წნევა 5×10⁻6 მბარ-ზე დაბლა შეინარჩუნა.

ექსპლუატაციაში გაშვებისას, პირველადი კოლექტორის გაზომილი სითბოს გაჟონვა საშუალოდ დაახლოებით 1.3 ვტ/მ იყო სტაბილური მუშაობის პირობებში. უწყვეტი მუშაობის ერთი წლის შემდეგ, პერიოდულმა ვაკუუმის აღდგენის ციკლებმა იზოლაციის მახასიათებლები თავდაპირველ საბაზისო მდგომარეობასთან ახლოს შეინარჩუნა.

წინა ქაფით იზოლირებულ კონცეფციასთან შედარებით, ობიექტმა შესამჩნევად შეამცირა თხევადი აზოტის დანაკარგები და გაუმჯობესებული ოპერაციული სტაბილურობა. პროცესის ჟურნალებში ასევე არ აღმოჩნდა ტენიანობასთან დაკავშირებული დაბინძურების შემთხვევები, რომლებიც იზოლაციის დეგრადაციას უკავშირდებოდა.

აპლიკაციები

ვაკუუმ-იზოლირებული კრიოგენული გადაცემის სისტემები ფართოდ გამოიყენება ნახევარგამტარების წარმოებაში, თხევადი ბუნებრივი აირის ინფრასტრუქტურაში, სამრეწველო გაზის დისტრიბუციასა და თხევადი წყალბადის გამოყენებაში.

მიუხედავად იმისა, რომ ოპერაციული გარემო განსხვავებულია, საინჟინრო მიზანი იგივე რჩება:

• ვაკუუმის სტაბილურობის შენარჩუნება
• სითბოს შეღწევის მინიმუმამდე დაყვანა
• ფაზის სტაბილურობის შენარჩუნება გადაცემის მთელი პროცესის განმავლობაში

სისტემის დიზაინი, როგორც წესი, მიჰყვება საერთაშორისო სტანდარტებს, როგორიცაა ASME B31.3, EN 13480 და ISO 21029, პროექტის მასშტაბისა და რეგიონული მოთხოვნების გათვალისწინებით.

ნახევარგამტარული დანადგარების შემთხვევაში, კრიოგენული განაწილების სისტემის მუშაობა პირდაპირ გავლენას ახდენს მუშაობის ეფექტურობაზე, სითხის მოხმარებასა და პროცესის გრძელვადიან საიმედოობაზე. ამის გამო, მილსადენები, სარქველები, გამყოფები და ვაკუუმური მოვლა-პატრონობის სისტემები უნდა იყოს დაპროექტებული, როგორც ერთი ინტეგრირებული თერმული სისტემა და არა როგორც დამოუკიდებელი კომპონენტები.

At HL კრიოგენიკაჩვენ ვთანამშრომლობთ EPC კონტრაქტორებთან, გაზის კომპანიებთან და ნახევარგამტარული საწარმოებთან, რათა შევიმუშაოთ კრიოგენული გადაცემის გადაწყვეტილებები, რომლებიც დაფუძნებულია რეალურ საოპერაციო პირობებზე, თერმული დატვირთვის სამიზნე მიზნებსა და ინსტალაციის მოთხოვნებზე, სტანდარტული კატალოგის კონფიგურაციების ნაცვლად.

თუ თქვენ გეგმავთ ნახევარგამტარული ქარხნის ახალ პროექტს ან არსებული LN₂ განაწილების ქსელის განახლებას, ჩვენი საინჟინრო გუნდი დაგეხმარებათ სითბოს გაჟონვის მახასიათებლების, ვაკუუმის სტრატეგიის და სისტემის კონფიგურაციის შეფასებაში გრძელვადიანი მუშაობისთვის.