Jak zapobiegać oszronieniu trzpienia w systemach transferu ciekłego azotu

Zrozumienie oszronienia trzpienia w obsłudze ciekłego azotu

Ciekły azot (LN₂) jest szeroko stosowany w produkcji gazów przemysłowych, jednostkach rozdziału powietrza, produkcji elektroniki, przetwórstwie żywności i zastosowaniach kriogenicznych. Przy normalnej temperaturze wrzenia wynoszącej około -196°C, ciekły azot tworzy znaczną różnicę temperatur między medium procesowym a otaczającym środowiskiem.

Gdy temperatury kriogeniczne są przenoszone przez korpus i trzpień zaworu, zewnętrzne powierzchnie zaworu mogą spaść poniżej punktu rosy otaczającego powietrza. Wilgoć w atmosferze może następnie skraplać się i tworzyć szron wokół trzpienia zaworu i obszaru pokrywy.

Oszronienie trzpienia niekoniecznie oznacza nieszczelność zaworu. Jednak nadmierne gromadzenie się szronu może utrudniać dostęp do mechanizmu roboczego i zwiększać opór pracy. Z tego powodu przy specyfikacji zaworów do systemów transferu LN₂ należy wziąć pod uwagę konstrukcję zaworu, dobór materiałów, izolację i warunki instalacji.

Dlaczego w zaworach kriogenicznych stosuje się wydłużoną pokrywę?

Zwiększenie odległości między zimnym medium a uszczelnieniem trzpienia

Wydłużona pokrywa jest powszechną cechą konstrukcyjną zaworów kriogenicznych. Zwiększając odległość między płynem kriogenicznym a obszarem uszczelnienia trzpienia, konstrukcja pomaga ograniczyć bezpośrednie przenoszenie ciepła z zimnego medium procesowego do uszczelnienia i elementów roboczych.Taka konfiguracja jest powszechnie spotykana w zaworach przeznaczonych do ciekłego azotu, ciekłego tlenu, LNG i innych zastosowań kriogenicznych. Rzeczywiste wymiary i konfiguracja pokrywy powinny być dobierane zgodnie z rozmiarem zaworu, temperaturą pracy, ciśnieniem znamionowym i warunkami instalacji.

Dobór materiałów i uszczelnień również ma znaczenie

Dobór materiałów jest ważną częścią projektowania zaworów kriogenicznych. Stale nierdzewne austenityczne, takie jak

SS304, SS316 i 316L, są powszechnie rozważane do budowy zaworów kriogenicznych, ponieważ ich właściwości materiałowe nadają się do zastosowań w niskich temperaturach.Materiały gniazd i uszczelnień muszą być również dopasowane do rzeczywistych warunków pracy. Na przykład

PCTFE jest stosowany w niektórych konstrukcjach kulowych zaworów kriogenicznych jako materiał gniazda. Jednak dobór materiałów nie powinien opierać się wyłącznie na medium procesowym. Należy również ocenić temperaturę, ciśnienie, konstrukcję zaworu, kompatybilność i obowiązujące specyfikacje.Skurcz termiczny jest kolejnym czynnikiem. W temperaturach kriogenicznych elementy metalowe ulegają zmianom wymiarowym. Należy zatem wziąć pod uwagę interakcję między trzpieniem, gniazdem, korpusem i elementami uszczelniającymi podczas projektowania zaworu. W przypadku zaworów poddawanych częstym cyklom, należy również ocenić wydajność w niskich temperaturach cyklicznych i moment obrotowy pracy.

Kluczowe czynniki wyboru zaworów do ciekłego azotu

Praktyczny proces wyboru może rozpocząć się od czterech parametrów:

Medium procesowe:

1. Ciekły azot i wymagany poziom czystości;Zakres temperatur:
2. Potwierdź, że minimalna temperatura projektowa nadaje się do pracy w temperaturze około -196°C;Ciśnienie i rozmiar:
3. Wybierz rozmiar nominalny i ciśnienie znamionowe zgodnie z systemem rurociągowym;Normy projektowe i testowe:
4. Zidentyfikuj obowiązujące normy dla zaworów kriogenicznych i wymagania dotyczące testowania w niskich temperaturach.Należy również rozważyć źródło szronu. Jeśli szron jest spowodowany głównie kondensacją wilgoci z otaczającego środowiska, należy rozważyć izolację zaworu, izolację rurociągu, wilgotność otoczenia i konfigurację instalacji, zamiast traktować oszronienie wyłącznie jako problem zaworu.

Wnioski

Oszronienie trzpienia w systemach transferu ciekłego azotu jest zazwyczaj związane z wymianą ciepła kriogenicznego i wilgocią w otaczającej atmosferze. Wydłużona pokrywa, odpowiednie materiały kriogeniczne i odpowiednia konstrukcja uszczelnienia mogą pomóc w zarządzaniu efektami niskiej temperatury wokół obszaru roboczego zaworu.

Przy ostatecznym wyborze zaworu inżynierowie powinni ocenić rzeczywistą temperaturę, ciśnienie, medium, rozmiar zaworu, środowisko instalacji i obowiązujące normy. Należy również rozważyć testowanie wydajności w niskich temperaturach, jeśli jest to wymagane przez specyfikację projektu.