Криоцилиндры являются современным инновационным типом криогенного оборудования и представляют собой двустенные изотермические сосуды для хранения технических газов – кислород, аргон, азот в жидком виде, при экстремально низких криогенных температурах. Криоцилиндр имеет встроенный продукционный испаритель газа, который обеспечивает испарение жидкой фракции и подачу газа к оборудованию. В настоящее время криоцилиндры получают все более широкое распространение, т.к. являются эффективной заменой устаревшей технологии хранения газов в стальных баллонах высокого давления. Их достоинствами являются сочетание компактных размеров и больших объемов хранения рабочего газа, а также сравнительная простота эксплуатации. Как результат, на рынке появилось много компаний, которые предлагают решения на базе криоцилиндров самых разных производителей. К сожалению, не все такие изделия демонстрируют высокие технические качества, поэтому выбор надежного криоцилиндра является актуальной проблемой для потенциального заказчика. На что следует обратить внимание при выборе криоцилиндра для своих задач?
Критерии выбора криоцилиндра
Наличие сертификатов
Первое, на что следует обратить внимание, это тот факт, что любой криоцилиндр является прежде всего сосудом, который работает под избыточным давлением газа. По этой причине криоцилиндры, эксплуатирующиеся в РФ, подпадают под действия норм и правил, применяемых к оборудованию, работающему под избыточным давлением.
Эксплуатация такого оборудования регламентируется Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15 декабря 2020 г. N 536 "Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением». На территории Таможенного союза криоцилиндры должны обязательно иметь сертификат Таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (ТР ТС 032/2013), с действующим сроком.
Кроме того, следует обратить внимание, что запорная и регулирующая арматура (вентили, регуляторы давления), защитная арматура (предохранительные клапаны), должны иметь также действующие сертификаты по ТР ТС 013/2013 и/или сертификаты по ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования».
Манометр, установленный для измерения давления на криоцилиндре, должен входить в Государственный реестр средств измерений и иметь действующее Свидетельство об утверждении типа средств измерения.
Убедиться в наличии этих сертификатов и свидетельств необходимо для того, чтобы не возникло проблем, в случае постановки криоцилиндра на учет в органах Ростехнадзора и /или при регистрации статуса опасного производственного объекта.
Эксплуатационная документация
В комплекте с криоцилиндром должна предоставляться качественно выполненная эксплуатационная документация – паспорта на криоцилиндр, арматуру, манометр, уровнемер, а также руководство по эксплуатации. Вся документация должна быть на русском языке. Паспорт сосуда должен соответствовать требованиям ГОСТ 34347-2017 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия». Приложение Т (обязательное) Паспорт сосуда с расчетным давлением свыше 0,05 МПа и/или под вакуумом».
Качество изготовления конструкции криоцилиндра
Конструктивно, криоцилиндр представляет собой двустенный стальной резервуар, состоящий из внутреннего сосуда, в котором храниться жидкий газ при криогенной температуре и внешнего кожуха. Внутренний сосуд закреплен в кожухе на специальных опорах. Между стенками внутреннего сосуда и кожуха размещен теплоизолирующий многослойный материал и созданы условия вакуума, для снижения теплопритока из внешней среды к внутреннему сосуду с жидким холодным газом. На работоспособность криоцилиндра и безопасность его эксплуатации влияет качество изготовления внутреннего сосуда и кожуха – качественные материалы стенок, качество сварных швов элементов сосуда и кожуха, патрубков. Наилучшим материалом для внутреннего сосуда и кожуха является нержавеющая сталь. Вентили должны быть изготовлены из нержавеющей стали или медных сплавов – латунь, бронза. В качестве материалов для испарителя подъема давления должны использоваться сплавы с высокой теплопроводностью – алюминиевые сплавы и медь.
Контроль качества обеспечивается производителем криоцилиндров и подтверждает его уровень. Качество материалов, контроль толщины стальных листов, из которых изготовляются обечайки, днища сосуда и кожуха, отсутствие дефектов сварных швов подтверждается результатами химического анализа, рентгенографической и ультразвуковой диагностики.
Также при конструировании сосуда и подборе защитной арматуры проводится соответствующий расчет на прочность. В процессе изготовления криоцилиндра он подвергается испытаниям на прочность и герметичность. Соответствующие результаты расчетов и испытаний производитель должен приложить к паспорту на криоцилиндр. Наличие расчетов и актов об испытаниях является критерием уровня производителя криоцилиндра и подтверждает качество изделия.
Качество теплоизоляции
Надежность и длительность хранения жидкого газа в криоцилиндре обеспечивается за счет элементов конструкции и мероприятий по снижению теплопередачи из внешней (теплой) среды к холодному жидкому газу, находящемуся во внутреннем сосуде. Наилучшим решением является использование многослойной экранно-вакуумной изоляции внутреннего сосуда и создание вакуума в межстенном промежутке между внутренним сосудом и кожухом.
Чем лучше качество материалов экранно-вакуумной изоляции и тщательнее выполнен ее монтаж на внутреннем сосуде, а также чем выше уровень вакуума, тем дольше будет храниться газ и тем меньше будут его потери. Также важно обратить внимание на гарантийный срок на вакуум, который указан производителем криоцилиндров в соответствующем паспорте на изделие.
Качество запорной и защитной арматуры
Арматура, установленная на криоцилиндре, должна быть рассчитана на работу с теми криогенными газами, для которых будет использоваться криоцилиндр.
Конструкция вентилей и материалы, из которых они изготовлены должна быть рассчитаны на контакт с криогенными средами при экстремально низких температурах. Самой низкой температурой кипения из всех широко используемых технических газов является азот - около -196 °С. Жидкий кислород кроме низкой температуры является также чрезвычайно сильным окислителем. Криогенная арматура, которая предназначена для работы с ним, должна быть тщательно обезжирена, для исключения возгорания.
Арматура должна быть новой. Следует избегать вариантов с установкой БУ арматуры. Особенно это касается предохранительных клапанов. Все выходные патрубки, фланцы и штуцеры на новом криоцилиндре до его эксплуатации должны быть заглушены защитными крышками для предотвращения попадания загрязнения и влаги во внутренние полости.
Регулятор давления
Важнейшим устройством криоцилиндра является регулятор давления (экономайзер). Это регулирующее устройство работает совместно с испарителем подъема давления и предназначено для поддержания давления на рабочем уровне в широком диапазоне расхода потребляемого газа. Экономайзер позволяет кроме регулирования давления перераспределять газовые потоки из криоцилиндра в линию потребителя, таким образом, чтобы снизить потери газа.
Модель регулятора давления (экономайзера), установленного на конкретный криоцилиндр, должна обеспечивать стабилизацию давления на необходимом для потребителя рабочем уровне в диапазоне расходов газа, который требуется для нормальной работы газопотребляющего оборудования и обеспечения качества технологического процесса. Следует обратить внимание, что дешевые модели регуляторов могут не обеспечивать поддержание заявленных регулировочных характеристик, при увеличении расхода газа. Экономия на стоимости регулятора может вылиться в снижение качества производственного процесса.
Надежность предохранительных клапанов
Устройствами, обеспечивающими безопасность работы криоцилиндра являются предохранительные клапаны.
Характерной особенностью хранения жидкого газа в криоцилиндрах является то, что при отсутствии постоянного (регулярного) отбора газа потребителем, небольшая часть жидкой фракции постоянно испаряется, за счет теплопритока из окружающей среды, не смотря на высокий уровень тепловой защиты. В результате формируется газовая подушка в верхней части внутреннего сосуда криоцилиндра. При этом, за счет постоянного испарения, происходит рост давления внутри сосуда. Предохранительные клапаны настроены таким образом, чтобы открываться (срабатывать) при достижении определенного значения давления – давления срабатывания. При этом производится сброс части газа из криоцилиндра во внешнюю среду, и внутреннее давление падает. Это защищает криоцилиндр от негативного влияния роста давления, которое может привести к повреждению конструкции и представляет опасность для обслуживающего персонала. При выборе криоцилиндра следует обратить внимание, что предохранительные клапаны должны быть рассчитаны на давление срабатывания, которое превышает рабочее давление до 15%. Значение давления срабатывания указано на корпусе предохранительного клапана и в паспорте на клапан.
Контроль давления
Для визуального контроля давления газа на криоцилиндре установлен манометр. Следует обратить внимание, что манометры являются средствами измерения. Это значит, что у манометра, установленного на сосуд, должно быть действующее на момент приобретения Свидетельство об утверждении типа средства измерения. Прибор должен иметь отметку о первичной поверке на корпусе, либо в свидетельстве о поверке.
Качество уровнемера
Для контроля уровня жидкой фазы рабочего газа в газификаторе используется уровнемер. В большинстве случаев на криоцилиндры устанавливаются электронные уровнемеры емкостного типа с цифровым блоком измерения и индикации. Сам датчик уровня смонтирован в корпусе криоцилиндра на этапе его изготовления. Сигнал от датчика поступает по кабелю через разъем в блок измерения и индикации. При выборе уровнемера следует обратить внимание на модели, которые предоставляют возможность проводить калибровку уровня, настройку на разные типы газов, индикацию уровня заряда элемента питания. Корпус прибора и разъемы должны иметь герметичное исполнение для защиты от влаги. Все большее распространение получают уровнемеры с возможностью дистанционной передачи информации об уровне жидкого газа, что дает возможность оперативно поставлять данные в систему управления предприятием и не требует постоянного визуального контроля.
Гарантия и техническая поддержка
Использование криоцилиндров в системах снабжения техническими газами влечет уменьшение эксплуатационных проблем по сравнению с решениями на основе баллонов. Тем не менее, как и любая техника, криоцилиндры требуют регулярного технического обслуживания. Плановые осмотры и проверка работоспособности арматуры, замена уплотнительных прокладок, поверка манометров, контроль и восстановления вакуума обезжиривание, возникновение гарантийных и негарантийных случаев. Все эти задачи и проблемы проще, быстрее и удобнее решать при качественном содействии со стороны производители и/или поставщика оборудования. По этой причине, приобретать криоцилиндры лучше у проверенной компании с хорошей репутацией на рынке криогенного оборудования.
К выбору криоцилиндра следует подходить ответственно, уделяя внимание не только его техническим характеристикам, но и критериям, определяющим надежность и качество его работы, а также отдавать предпочтение моделям от производителей и поставщиков с хорошей репутацией на рынке.
