Vitanki vya Kuhifadhi kwa Baridi ya Juu ya Magonjwa ya Viindustri

Uchunguzi wa Kudumisha Vitu Vijoto

Njia ya asili iliyopungua (LNG), naitrojeni ya kuanguka, oksijeni ya kuanguka—hizi si bidhaa unazoweza kuhifadhi katika tanki ya kawaida ya anga. Katika magharibi ya chini ya -150°C, sheria zinabadilika. Vifaa vinakuwa vya kuvunjika. Ufugaji wa joto unakuwa muhimu sana. Na bidhaa yenyewe inataka kuvutia mara kwa mara. Vitanki vya ugozi wa baridi ya juu ni majibu ya uhandisi kwa changamoto hizi, na yameendelea kwa miaka mingi kuwa vitanki vya shinikizo vya kisasa zaidi katika ulimwengu wa viwanda.

Skala ni ya kushangaza. Tangaa moja kubwa ya usafirishaji wa LNG inaweza kuhifadhi mita za kubwa za 160,000 za maji—kimaana ya kutoa muda wa muda wa mji wa ukubwa wa wastani kwa siku nyingi. Kwenye mwisho mwingine wa spektrum hilo, tangaa ya nitrojeni ya liku ya 50 mita za kubwa inaweza kutumika katika hospitali moja au kituo cha uzalishaji wa viwango vya elektroniki. Lakini bila kujali ukubwa, kanuni za fisiki na uhandisi zinazotumika ni sawa.

Aina za Tangaa: Kutoka kwa Uwezo wa Kuweka Moja hadi Uwezo wa Kupakia

Tangaa za uhifadhi wa baridi sana zinapatikana katika mfumo mbalimbali, kila moja yenye felse ya usalama na mizani ya gharama tofauti .

Tangaa za uwezo wa kuweka moja ni muundo wa msingi. Tangaa ya ukuta moja au ya mikanda miwili huweka liku la baridi sana, na ikiwa kuna mapatano, liku linatarajiwa kuwekwa chini ya ukuta wa nje au kipande cha kuzuia. Hizi ni chaguo cha bei ya chini zaidi lakini zinahitaji eneo kubwa sana kwa eneo la kuzuia.

Tangaa za uwezo wa kuweka miwili ongeza ukuta wa pili karibu na kumbukumbu ya msingi. Ikiwa kumbukumbu ya ndani inapita, ukuta wa nje unakamata likivu na hutoa ufunuo wa kukomboa kwa gesi. Hii inaondoa hitaji la kumbukumbu kubwa na kupunguza eneo la ardhi linalotumika.

Kumbukumbu za kufunga kikamilifu zinaonyesha hali ya sasa ya teknolojia kwa uhifadhi wa LNG kubwa . Kumbukumbu zote za ndani na za nje zimeundwa kufunga likivu, na kumbukumbu ya nje pia hutoa ufunuo wa kukomboa kwa gesi. Katika kesi ya kushindwa kwa kumbukumbu ya ndani, kumbukumbu ya nje inashika yote kwa usalama. Kumbukumbu hizi ni ghali zaidi lakini zinatoa kiwango cha juu cha usalama na zinahitajwa na watawala wengi kwa uhifadhi kubwa.

Kumbukumbu za membrani hutumia membrani ya chuma mrefu ya stainless yenye msaada wa ubaridi na kumbukumbu ya nje ya moshi . Iliyoundwa kwanza kwa meli ya LNG, muundo huu umeenda kwenye ardhi na unatoa ufunuo mzuri na uzito wa vitu vya chini kuliko muundo wa kufunga kikamilifu.

Mizani Yanayosimamia Uhifadhi wa Baridi Sana

Vitanki vya uhifadhi wa cryogenic havijengwa bila kujumuisha vitabu vingi vya viwango. Vitabu muhimu ni :

• API 625 – Viwango vya msingi vya ubunifu na ujenzi wa vitanki vya uhifadhi wa LNG, vyo vyote kutoka kwa vitu vya kujenga hadi kwa majaribio

• EN 14620 – Viwango vya Ulaya kwa ujenzi wa vitanki vya LNG vya kujaa kamili

• NFPA 59A – Viwango vya usalama vinavyoambatana na ulinzi dhidi ya moto, umbali, na kuzuia hatari

• BS 7777 / EEMUA – Maelekezo kuhusu ubunifu wa vitanki vya uhifadhi wa baridi

API 625 ni viwango vya kimataifa vilivyopatikana zaidi . Inaonyesha shinikizo la ubunifu, vitu vilivyotumiwa, masharti ya ujio wa joto, na mifano ya kujaribu. Kufuata API 625 siyo chaguo kwa miradi kubwa zaidi—imeandikwa katika mikataba ya usalama na mikataba ya mkopo.

Kupanda kwa joto: Usoaji wa hakika

Hapa kuna ukweli ambao hufanya wataalam wa kwanza katika uhifadhi wa baridi sana kushangaa: bidhaa ndani ya tangi daima inavuta. Hata kwa ujenzi bora zaidi wa kuzuia joto, joto linapenya ndani ya tangi, na sehemu ya likidu huwa na hali ya gesi. Hii inaitwa gesi ya kuvuta (BOG), na kuudhibiti ni moja ya majukumu makuu ya mfanyakazi.

Kiwango cha kawaida cha industriya cha kuvuta kwa tangi za uhifadhi wa LNG kwa siku ni kawaida ≤0.2% ya kiasi cha tangi kwa siku. Tangi kubwa za kujikinga kamili zinaweza kufikia viwango vya chini—0.05% hadi 0.08% kwa siku—kwa sababu uwiano wa eneo la uso kwa kiasi kinaboresha kwa ukubwa. Tangi ya mita za kubwa 160,000 inayovuta kwa kiwango cha 0.08% kwa siku inapoteza takriban mita za kubwa 128 za LNG kila siku. Hii si kiasi kidogo—ni kiasi cha gesi kinachozunguka nyumba nyingi za wakazi.

Basi, ni nini kinachotokea kwa gesi ya kuvutia? Katika mifano ya kawaida ya vituo, inakusanywa na kama vile kufanywa tena kuwa liku au kutumwa kwenye mfumo wa gesi ya mzunguko wa kituo. Katika mifano mdogo zaidi, inaweza kuchomwa au kupatwa (hata hivyo sheria za mazingira zinazidisha kuzuia hii). Uchumi wa usimamizi wa BOG ni muhimu sana: kila mita ya kubwa ya LNG ambayo inavutia ni bidhaa ambayo haipati kuuuzwa.

Ulandaji: Mshindi wa Kweli

Uwajibikaji wa tanki ya kuhifadhi ya baridi ya kina unategemea mfumo wa ulandaji wake. Kwa vitanki vya LNG, ulandaji huweza kuwa ya perlite iliyopanuliwa—kioo cha volkano chenye uzito mdogo ambacho huweka kati ya ukuta wa ndani na wa nje—au ya espuma ya polyurethane kwa vitanki vidogo. Ulandaji wa vacuum hutumika katika vitanki vya nitrogen ya liku na oksijeni ya liku baadhi yao, ambapo nafasi ni ya thabiti na tofauti ya joto ni kali sana.

Ukoo wa perlite katika tangi kubwa ya LNG linaweza kuwa mrefu sana hadi kufikia futa kadhaa. Changamoto siyo tu kwa uwezo wa kujilisha baridi—bali pia ni kushuka. Perlite inashuka kwa muda, ikazalisha nafasi tupu juu ya eneo la ukoo ambapo joto linaweza kupita ukoo. Mifumo ya kisasa inajumuisha viashiria vya kushuka na mafanikio ya kujaza tena perlite wakati wa mapumziko ya tangi.

Jibu moja la kawaida la kusahau ni ukoo karibu na mapenetrasi ya tangi—mifupa, vifaa vya kuzingatia na milango ya watu. Hizi ndio mahali pa udhaifu ambapo joto huingia. Ukoo usio sawa wa mapenetrasi unaweza kusababisha eneo la baridi sana kwenye uso wa nje ya tangi, kusababisha uundaji wa barafu, uvunjaji na hatimaye matatizo ya muundo. Mifumo bora ya tangi huyatumia mapenetrasi kwa uangalizi sawa na uangalizi wa majumba ya tangi ya kuu.

Uchaguzi wa Vitu: Changamoto ya Joto la Chini

Steele ya kaboni inaanza kuwa ngumu sana katika magoye ya chini sana. Hii ni tatizo kwa sababu zana za kuhifadhi za viwanda vingi zimeundwa kwa kutumia steeli ya kaboni. Suluhisho ni kutumia vitu vilivyobaki vyenye nguvu katika -162°C na chini.

Kwa zana za LNG, zana ndani huundwa kwa kawaida kwa kutumia steeli yenye nikeli 9% au sambamba ya aluminium. Steeli yenye nikeli 9% ni ya kawaida—inaendelea kuwa na nguvu ya kupigwa hadi -196°C na inaweza kufugwa kwa kutumia mchakato unaofaa. Sambamba za aluminium zina uzito mdogo na zina vipaji vya kuzungumzia vizuri katika magoye ya chini sana lakini ni ghali zaidi na zinahitaji mchakato maalum wa kufugwa.

Kwa upande wa nje, zana huundwa kwa kawaida kwa kutumia steeli ya kaboni au mikongomoko ya beton iliyopandwa. Haipati magoye ya chini sana moja kwa moja—jukwaa la kuzuia linamfanya liwe moto—lakini linahitaji kubeba shinikio la maji ya zana ya ndani ikiwa kuna mapafu.

Mambo ya kufanya kazi: Yaliyoandikwa katika vitabu vya maelekezo

Vitanki vya uhifadhi wa cryogenic ni bora sana kwa uaminifu, lakini hawajafanyiwa kwa ajili ya kutumika bila usimamizi. Tatizo la kawaida zaidi la uendeshaji ni mgandao wa joto—tofauti za joto ndani ya likvidi ambazo zinaweza kusababisha ongezeko la haraka ya shinikani ikiwa hazijasimamiwa. Wakamilishaji wanafuata joto la vitanki katika viwango vingi na watumia vifaa vya kuchanganya au mawasha ya mzunguko kudumisha joto sawa.

Ukweli mwingine: kujaza na kutoa vitanki vya cryogenic huunda mashakani ya joto. Tanki ndani inapong'aa na kushuka kwa mabadiliko ya joto, na vifurushi vya kuunganisha vinapaswa kufanya nafasi kwa mtanda huo. Vipengele vya bellows na vya mzunguko ya upanuzi ni ya kawaida, lakini yanahitaji ufuatiliaji na muda wote ubadilishaji. Kituo cha nitrogen ya likvidi katika eneo la Midwest kilijifunza jambo hili kwa njia ya shida wakati bellows moja ilikwisha kazi wakati wa kujaza, ikatoa gesi ya baridi na kusababisha ukoma wa wiki sita.

Changamoto ya Uundaji na Ujenzi

Kujenga kikapu cha uhifadhi wa baridi sana si kama kujenga kikapu cha shinikio kawaida. Mipangilio ni ya karibu zaidi. Miradi ya kuunganisha ni ya kuzingatia zaidi. Na masharti ya uchunguzi ni ya kuzingatia zaidi. Uboresho mmoja wa kuunganisha katika kikapu ndani unaweza kuharibu mfumo wote wa kuzuia.

Kwa wamiliki wa miradi, uchaguzi wa mtengenezaji una maana kubwa sana. Mtengenezaji anayejua kufanya kazi ya baridi sana anajua miradi ya kuunganisha ya kipekee, masharti ya utambrurisho bila kuharibika, na umuhimu mkubwa wa usafi wakati wa kutengeneza. Makampuni kama GreenFir ambayo yameunda rekodi ya kufanya kazi ya kijiko cha baridi sana huleta uzoefu huo kwenye mradi wowote wa kikapu—kupunguza hatari ya matatizo ya eneo na kuhakikisha kwamba kikapu kinafanya kazi kama ilivyopangwa tangu jaza la kwanza.