Криотерапия, криосауна, оборудование для криотерпии

Криосауна
Криосауна

Как приобрести
Как приобрести

Где пройти процедуру
Где пройти процедуру

СМИ о нас
СМИ о нас

Контакты
Контакты


Начало

Карта сайта

Почтовый ящик

Поставить закладку

English version




Особенности эксплуатации криогенных сосудов-газификаторов

Количество поставляемых на рынок криогенной техники России криогенных сосудов-газификаторов малого и среднего объема значительно увеличилось. Эти сосуды производятся в Германии, Чехии, Польше и т.д. Продукцию разных фирм объединяет несколько сходных признаков: большой диапазон рабочих давлений (до 2МПа), высокий уровень автоматизаций и систем безопасности, многообразие штатных режимов работы, хорошо продуманная система средств малой механизации.

Сосуды предназначены для транспортировки и хранения азота, аргона и кислорода. Могут подавать потребителю криогенные жидкости под давлением до 2.0 МПа. Благодаря наличию дополнительного теплообменника-испарителя сосуды могут выполнять функцию газификатора, т.е. являются источником газообразного азота, аргона или кислорода под давлением до 2.0 МПа.

Это емкостное оборудование можно проклассифицировать как холодные газификаторы (х.г.). Благодаря функциональному сходству с х.г., можно предположить, что данный вид криогенного оборудования имеет ряд эксплуатационных особенностей, отличающих его от отечественных транспортных емкостей.

Первым очевидным отличием сосудов-газификаторов является значительное увеличение металлоемкости низкотемпературной части. Низкотемпературная емкость и коммуникации спроектированы с расчетом на рабочее давление до 2.0МПа, поэтому толщина стенок значительно увеличена. Производители не приводят данных о металлоемкости низкотемпературной части, поэтому можно оценить ее косвенно, по затратам на криогенной жидкости на первичное охлаждение. Практика эксплуатации сосудов газификаторов показала, что на охлаждение сосуда объемом 0,650 м3 затрачивается не менее 30% жидкости, т.е. потери жидкого азота при охлаждении составляют более 160 кг. Для потребителей эти потери являются неприятным «сюрпризом» от поставщика криоагента, так как процесс охлаждения продолжается несколько часов, емкость, заполненная на предприятии поставщика, поступает к потребителю «почти полной». Но, активное испарение криоагента в первые часы хранения снижает его запас до 70% от объема поставки. При такой ситуации клиенты получают криоагента значительно меньше, чем оплатили и работа аппаратов использующих жидкий азот становится менее рентабельной. Потребителям следует добиваться поставки жидкого азота в предварительно охлажденном сосуде.

При этом давление паров в сосуде не должно превышать величину предусмотренную в договоре на поставку. Дело в том, что по мере роста давления пара, увеличивается температура жидкого азота. Увеличение температуры снижает плотность жидкости (см. табл. 1).

Таблица 1. Зависимость температуры кипения и плотности жидкого азота от давления.
Характеристики Давление паров азота в сосуде, МПа
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,5 2
Температура кипения азота, К 78 88 95 99 103 106 108 112 117
Плотность жидкости, кг/м3 807 759 722 700 676 657 644 614 570

При повышении давления масса криоагента доставленного в полном сосуде может быть значительно меньше, чем оплатил потребитель. При увеличении давления от 0 до 2,0 МПа, плотность жидкого азота снизится с 807 до 570 кг/м3, что составляет около 30%. Соответственно уменьшится масса жидкости в полном сосуде. На рис.2 приведен график изменения вместимости сосуда объемом 0.230 м. Разница массы азота при атмосферном давлении и 20 Бар составляет 50 кг. Потребитель оплачивает поставку сжиженного газа исходя из цены, установленной за 1 кг., а при получении может проверить только фактический объем жидкости. Чем выше давление в сосуде, тем больше будет недопоставка азота. Поставщик заинтересован доставлять азот с закрытым вентилем сброса паров азота, так как испарение жидкости во время доставки приводит к увеличению давления. А увеличение давления паров приводит к снижению плотности жидкости и, несмотря на потери жидкости, датчик уровня сосуда показывает, что сосуд полон. Определить изменение массы можно только взвешиванием сосуда, но такой возможности у потребителя, как правило, нет.

Изменение веса жидкости в сосуде по мере увеличения давления
Рис.1. Изменение веса жидкости в сосуде объемом 0,23 м3 по мере увеличения давления.

Потери потребителя от «скрытой» недопоставки оплаченного азота тем выше, чем больше давление в сосуде. При поставке азота для криосаун давление в сосудах, как правило, не превышает 0,8 МПа, но и в этом случае недопоставки азота, связанные с уменьшением его плотности, достаточно велики. Так при поставке жидкого азота в сосуде емкостью 1 м3, при давлении 0,8 МПа, фактическое содержание жидкости будет на 130 кг меньше оплаченного. Из приведенного анализа видно, что в интересах потребителя лучше получать жидкий азот при давлении близком к атмосферному, так как в этом случае есть возможность точно определить вес доставленного жидкого газа. Кроме того, при атмосферном давлении в сосуд вмещается гораздо большее количество азота, следовательно, доставлять его придется реже, что снизит расходы на доставку. Однако поставщики азота уклоняются от доставки криоагента под атмосферным давлением, ссылаясь на то, что в этом случае увеличиваются потери.

Внешний вид сосуда газификатора марки Perma Cyl 230 ADM
Рис.2. Внешний вид сосуда газификатора марки Perma Cyl 230 ADM, объем 230 м3.

Действительную зависимость испаряемости жидкого азота от давления можно пояснить на примере сосуда газификатора марки Perma Cyl 230 ADM объемом 230 л. В паспорте сосуда указана величина потерь от испарения 1.2% в сутки. Это значение предоставляется неправдоподобным: при столь низких потерях время полного испарения азота в сосудах должно составлять более 60 дней, чего на практике не наблюдается. Но, не имея других данных, следует использовать 1.2 % в сутки. С учетом максимальной массы азота в сосуде 184 кг. Дневные потери азота составят 2,2 кг. Испарение азота происходит за счет подвода теплоты через изоляцию сосуда. Количество теплоты определяется качеством изоляции, и может быть выражено формулой: q = kF(Tос-T'a), где k - коэффициент теплопередачи, F - площадь наружной поверхности сосуда, Tос - температура окружающей среды, T'a - температура кипения жидкого азота, (см. табл.1).

Если для данного сосуда коэффициент теплопередачи постоянен k=const, увеличение давления приведет к повышению температуры кипения азота T'a, поэтому подвод теплоты q к азоту снизится.

Таблица 2. Зависимость теплоты парообразования жидкого азота от давления.
Характеристики Давление паров азота в сосуде, МПа
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,5 2
Теплота парообразования, кДж/кг 201 186 174 166 157 150 143 132 113

Но рост давления снижает удельную теплоту парообразования азота (см. таб. 2),а именно за счет кипения азота происходит поглощение проникающей через изоляцию теплоты: q=ΔGara, где ΔGa - потери азота, кг/с, ra - удельная теплота парообразования кДж/кг.

Можно записать: kF(Tос-T'a) = ΔGara или kF = ΔGara/(Tос-T'a).

Исходя из известных характеристик сосуда ΔGa можно определить значение произведения постоянных характеристик изоляции Kиз=kF. Для расчетов используются оптимальные условия ra максимальная теплота испарения и минимальная температура кипения T'a, что достигаются при отсутствии избыточного давления в сосуде Ра=0.

Расчетный приток теплоты к жидкому азоту q=0.5Вт, соответственно Киз=0.025 Вт/к

Характеристика качества изоляционной конструкции Киз=kF позволяет рассчитать действительные потери азота при хранении под избыточным давлением: ΔGa=kF(Tос-T'a)/ra.

При повышении давления температура кипения растет, что способствует снижению теплопритоков через изоляцию, но одновременно (см. табл. 2) снижается теплота парообразования. Результаты расчетов действительной испаряемости представлены на рис.3.

Зависимость величины суточных потерь азота от испаряемости
Рис.3. Зависимость величины суточных потерь азота от испаряемости.

Из графика видно, что с увеличением давления, при котором хранится азот, потери существенно возрастут. Суточное испарение азота при давлении 2 МПа на 1 кг больше, чем при атмосферном давлении.

Относительные потери  криоагента при хранении
Рис.4. Относительные потери криоагента при хранении.

Еще убедительней выглядят расчеты значения относительной испаряемости, так как увеличение потерь накладывается на уменьшение массы азота в сосуде по мере роста давления (см. табл. 1). В результате (см. рис. 4) относительные потери азота при давлении 2МПа составляют 2.46%,т.е. в 2 раза превышают номинальные. Таким образом, распространенное мнение о необходимости хранить азот под избыточным давлением неверно.

Связанный с повышением давления рост испаряемости сокращает расчетное время полное испарения криоагента: τmax=Vara/kF(Tос-T'a).

Из-за снижения плотности и теплоты парообразования азота, время полного испарения сосуда с азотом уменьшается с 83 дней при Ра=0, до 40 дней при Ра=2,0 МПа. Следует еще раз отметить, что производители криососудов приводят в своих рекламных материалах недобросовестную информацию. Практика показывает, что испаряемость в сосудах значительно превышает значительно паспортные значения. Даже 40 дней до полного испарения сосуда газификатора представляются неправдоподобно большим сроком. В проведенном анализе все варианты рассмотрены в равных условиях, с учетом реального увеличения испаряемости негативное влияние повышенного давления будет еще больше.

Особое внимание, которое уделяется вопросам снабжения азотом медицинских потребителей, связано с тем, что недобросовестные провайдеры криопродуктов используют некомпетентность врачей для значительного завышения стоимости поставленной продукции. Такая практика негативно сказывается на рентабельности эксплуатации криосаун, так эти аппараты потребляют значительные объемы жидкого азота. Поставка азота под неоправданно высоким давлением является признаком недобросовестного производителя и является основанием для поиска других вариантов криообеспечения. С ростом давления в сосуде не только уменьшается его действительная вместимость, но и сокращается удельная теплота парообразования и увеличивается удельная испаряемость жидкого азота. В целом повышение давления значительно снижает число процедур, которые можно провести с одного заполненного сосуда. При работе криосауны жидкий азот отводит теплоту за счет двух процессов: испарения жидкости rа=199кДж/кг и перегрева паров от температуры кипения T'a=78К до температуры газа в процедурной кабине Тпроц=140К, что дает еще: qa=cp(Tпроц-T'a)≈60кДж/кг

Как видно из табл.2 при увеличении давления удельная теплота парообразования снижается, а температура кипения (см. табл. 1) возрастает. Рост температуры кипения уменьшает отвод теплоты за счет перегрева паров. Таким образом, увеличение давления приводит к снижению удельной теплоотводящей способности жидкого азота: qa∑=ra + qa

В результате удельная теплоотводящая способность азота при давлении 2 МПа составляет чуть более 50%, от qa∑ характеристик азота кипящего при атмосферном давлении. Затраты жидкого азота на одну процедуру для индивидуальной криосауны «КРИОН» составляют около 4 кг. Причем в базовой комплектации этой криосауны используется азот при атмосферном давлении, т.е. с максимальной величиной удельной теплоотводящей способности. Используя известную величину затрат азота на одну процедуру при оптимальных условиях, можно определить тепловую нагрузку на жидкий азот: qa∑=(ra+qa)Δga≈(199+60)4≈1040кДж/кг.

Зная тепловую нагрузку, связанную с проведением одной процедуры, можно рассчитать затраты жидкого криогента, поставленного под давлением выше атмосферного (см. рис.4): Δga=qa∑/(ra+qa)

Затраты криоагента на одну процедуру с учетом повышенного давления в сосуде
Рис.4. Затраты криоагента на одну процедуру с учетом повышенного давления в сосуде.

На графике приведена зависимость затрат азота на одну процедуру при давлениях от 0 до 2,0 МПа. Из графика видно, что из роста давления расход азота увеличивается на на 42%.

Еще наглядней выглядит график зависимости числа процедур, которое можно отпустить, используя в качестве источника сосуд объемом 230 л. Число процедур определится как отношение массы азота в сосуде к удельным затратам азота: nпр=Vcρa,p/Δga,p

При постоянном объеме жидкости с увеличением давления ее плотность и масса снижаются, а удельные затраты азота из-за уменьшения величины qa∑ возрастают, поэтому число процедур, которые можно отпустить, израсходовав один полный сосуд с азотом, уменьшается (см. рис.5)

Зависимость максимального числа процедур от давления в сосуде
Рис.5. Зависимость максимального числа процедур от давления в сосуде.

В результате, имея в распоряжении сосуд с давлением 0,8 МПа можно провести не более 29 процедур, в то время как при работе с минимальным давлением расчетное число процедур составляет 46, т.е. на 36% больше. Наращивание давления в источнике азота значительно уменьшает рентабельность работы криокомплекса.

Подводя итоги выполненного анализа эксплуатационных характеристик сосудов-газификаторов можно однозначно утверждать, что при использовании этих сосудов в качестве источника жидкого азота для криосауны повышение давления резко снижает рентабельность расходов на жидкий азот. Европейским потребителям криосаун надо отчетливо осознавать, что использование сосудов с давлением более 0,2 МПа наносит им существенный экономический ущерб.

Остается ответить на вопрос: «Почему провайдеры стремятся поставлять азот под высоким давлением?».

На этот вопрос существует несколько вариантов ответа, причем некоторые варианты ставят под сомнение компетентность и добропорядочность поставщиков азота.

Потребитель сможет самостоятельно с помощью наводящих вопросов выяснить точные причины навязывания сосудов с повышенным давлением.

Расставляем варианты ответов по мере возрастания негативной оценки провайдера.

При высоких давлениях производителю проще заполнять сосуды жидким газом, так как сосуды-газификаторы имеют неоправданно малый диаметр трубок, по которым в сосуд поступает азот, и отводятся в атмосферу пары. При давлении менее 0,2 МПа заправка сосуда через коммуникации с внутренним диаметром 8 мм займет очень много времени и будет сопровождаться большими потерями от испарения в коммуникациях. Кстати именно из-за малого проходного сечения труб и большой металлоемкости заправка сосудов-газификаторов от отечественных емкостей, в которых максимальное давление составляет 0,25 МПа, практически неосуществима. Это надо знать потенциальным покупателям таких сосудов в России. В результате заправки от источника с давление выше 0,25 МПа и в приемном сосуде давление будет на том же уровне. Если открыть вентиль сброса паров азота дождаться пока это давление полностью упадет, возникнут дополнительные потери азота от понижения давления. Например при заправке сосуда под давлением 0,8 МПа, потери от сброса давления составят 27%, т.е. из залитых 155 кг из-за сброса давления останется всего 114 кг, а из-за увеличения плотности азота при понижении давления 114 кг азота займут объем всего 140 л, всего 61% от полного объема. То, что сосуд не полон сразу отразится на показаниях уровнемера, а потребитель не примет сосуд, заполненный только на половину. Поставщик встает перед выбором: долить в сосуд еще 70 кг азота или пойти по «экономическому варианту» и отправить потребителю сосуд с давлением 0,8 МПа заполненный всего 155кг. азота, т.е. недопоставив почти 30 кг.

Чтобы оценить степень порядочности вашего провайдера можно задать ему вопрос: "Почему не учитывается недопоставка 30 кг азота (при 4 Бар ~20 кг)?"

Если факт недопоставки будет признан, значит вы будете чаще заправляться. Будете расходовать больше азота на процедуру, но заплатите за одну поставку на 15% меньше.

Если ваши претензии будут отвергнуты, вы имеете дело в лучшем случае с обманщиками, а в худшем с непрофессионалами.

Вариант второй: ваш провайдер знает все перечисленное в первом пункте и еще то, что благодаря вашей неграмотности может поставлять вам в 2 раза больше азота, а следовательно заработает больше при тех же затратах.

Самое главное следует осознать то, что сложившаяся технология заправки, транспортировки и эксплуатации сосудов-газификаторов наносит потребителю существенный экономический ущерб.

С учетом перечисленных факторов эксплуатация этого типа криососудов в комплексе с криосаунами крайне нерентабельна. Техническая стратегия НПП «Крион» направлена на организацию снабжения криосаун азотом под малым и сверхмалым давлением, что позволяет повысить рентабельность и создает условия для широкого вовлечения в эксплуатацию отечественного емкостного оборудования, в том числе и оборудования с большим сроком эксплуатации. На экспериментальных установках показано, что для подачи азота в криосауны вполне достаточно давления 0,02-0,03 МПа.

Профессор Баранов А. Ю.





© Copyright
ООО НПП «КРИОН», 2004 - 2014
Rambler's Top100 Рейтинг Nedug.Ru - клиники Москвы, клиники Петербурга Медицинская РґРѕСЃРєР° объявлений. Каталог сайтов: медицина, Р·РґРѕСЂРѕРІСЊРµ, красота.
Использование любых материалов сайта возможно только со ссылкой на первоисточник.
Санкт-Петербург, Долгоозерная ул., 13, к. А, пом 6-Н
(812) 301-29-70, 301-31-12
info@krion.ru