بررسی کاربرد و روش‌ نگهداری مخازن تحت فشار (مخزن کرایوژنیک)

بررسی کاربرد و روش‌های نگهداری مخازن تحت فشار یا مخازن کرایوژنیک

مخازن تحت فشار و مخازن کرایوژنیک، دو نوع مخزن صنعتی هستند که برای نگهداری مواد تحت فشار زیاد به کار می‌روند. با توجه به قابلیت‌های نگهداری در دماهای پایین و فشار بالا و همچنین قابلیت نگهداری مواد در شرایط خاص، این دو نوع مخزن در صنایع مختلف مانند فضایی، نفت و گاز، شیمیایی و … مورد استفاده قرار می‌گیرند. با استفاده از روش‌های نگهداری مناسب، می‌توان امنیت و کیفیت محصولات نگهداری شده در این مخازن را افزایش داد.

در این مقاله به بررسی روش‌های نگهداری و کاربردهای این دو نوع مخزن پرداخته می‌شود.

مخازن کرایوژنیک

مخازن کرایوژنیک، به عنوان یک روش نگهداری مواد در دمای بسیار پایین، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مخازن در حفظ و نگهداری موادی مانند گازهای گرمایی، اکسیژن، نیتروژن و آرگون، کاربرد دارند. همچنین، مخازن کرایوژنیک برای حمل و نقل موادی که در دمای پایین قابل حمل نیستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال، در حمل و نقل گازهای گرمایی، نیتروژن و آرگون. مخازن کرایوژنیک به دلیل امکان نگهداری در دماهای منفی و فشار محیطی، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار، برای نگهداری و حمل و نقل مواد در فشار بالا استفاده می‌شوند. این مخازن، برای نگهداری موادی مانند گاز طبیعی، هیدروکربن‌ها و آب به کار می‌روند. با توجه به توانایی نگهداری در فشار بالا، مخازن تخت فشار، در صنایعی همچون نفت و گاز، شیمیایی و فضایی به دلیل اینکه فشار برای حفظ مواد مورد نیاز استفاده می‌شود، بسیار پر کاربرد هستند.

تفاوت مخازن کرایوژنیک و مخازن تحت فشار

تفاوت اصلی بین این دو نوع مخزن در روش نگهداری مواد است. مخازن تحت فشار برای نگهداری مواد در فشار بالا (برای مثال، نگهداری و حمل و نقل گاز طبیعی) و مخازن کرایوژنیک برای نگهداری مواد در دمای پایین (برای مثال، ذخیره و حمل و نقل گازهای گرمایی) به کار می‌روند. و  همچنین، در مخازن کرایوژنیک مواد در دمای پایین نگهداری می‌شوند، در حالی که در مخازن تحت فشار مواد در فشار بالاتر نگهداری می‌شوند.

مخازن تحت فشار، مخازن کرایوژنیک یا cryogenic tanks

کاربرد مخازن تحت فشار در صنعت فضایی

مخازن تحت فشار و مخازن کرایوژنیک در صنعت فضایی به عنوان یک روش ذخیره‌سازی سوخت، استفاده می‌شوند. این نوع سوخت شامل هیدروژن مایع در دمای بسیار پایین (-۲۵۰ درجه سانتیگراد) است که با توجه به وزن اندک آن، به عنوان یک منبع سوخت بسیار مناسب در فضا شناخته شده است.

سوخت کرایوژنیک به دلیل داشتن انرژی زیاد در واحد حجم، برای پرواز فضایی بسیار مناسب است. همچنین، این نوع سوخت با احترازات لازم قابل حمل و انتقال است. در حقیقت، استفاده از سوخت کرایوژنیک در فضاپیماهای فضایی، به دلیل داشتن وزن کمتر و قابلیت ذخیره‌سازی ساده‌تر، از مزایای آن در مقایسه با سایر نوع سوخت‌هاست.

به عنوان مثال، سوخت کرایوژنیک به عنوان یکی از منابع سوختی در مرکز فضایی کناره‌گیر (Lunar Gateway) استفاده خواهد شد. و همچنین برای پرواز فضایی‌های طولانی مسافت، مانند پرواز به سمت سیارات دیگر، استفاده از سوخت کرایوژنیک بسیار ایده‌آل است.

روش های نگهداری مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار یا مخازن کرایوژنیک به دلیل وجود درجه حرارت بسیار پایین، نیاز به شرایط خاصی برای نگهداری دارد. همچنین باید از اکسیژن و تماس با مواد قابل اشتعال جلوگیری کرد.

یکی از روش‌های نگهداری مخازن کرایوژنیک، استفاده از ساختارهای ویژه با عایق حرارتی است که از تاثیرات محیط بیرونی جلوگیری کرده و دمای داخل مخزن را در محدوده مناسب نگهداری می‌کند. همچنین، برای جلوگیری از تماس مستقیم با مواد قابل اشتعال، باید مخازن کرایوژنیک را در فضایی به دور از مواد قابل اشتعال و زیر نظر دقیق نگهداری کرد.

علاوه بر این، برای جلوگیری از تبخیر سوخت از داخل مخازن تحت فشار، باید این مخازن به طور دوره‌ای پر شوند.

در صورتی که سوخت در دمای بسیار پایین نگهداری شود، ممکن است به دلیل تغییر فاز، حجم آن افزایش یابد و باعث شکستن مخزن شود. لذا برای جلوگیری از این مشکل، باید از مخازن با ظرفیت زیاد و سیستم‌های رهایش بخار و تغییر فاز مناسب استفاده کرد.

همچنین، علاوه بر عوامل فیزیکی، عوامل شیمیایی نیز می‌توانند باعث خرابی سوخت شوند. در برخی موارد، سوخت‌های کرایوژنیک ممکن است به دلیل تماس با مواد شیمیایی یا رطوبت، تحلیل رفته و خراب شوند. برای جلوگیری از این مشکلات، باید مواد شیمیایی و رطوبت را از مخازن تحت فشار یا مخازن کرایوژنیک دور نگه داشت و از سیستم‌های خالص‌سازی مناسب استفاده کرد.

لازم به ذکر است که نگهداری صحیح مخازن تحت فشار و مخازن کرایوژنیک از اهمیت بسیاری برخوردار است، زیرا هر گونه خطا در این فرآیند می‌تواند عواقب جبران‌ناپذیری داشته باشد.