Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Криогенные технологии и оборудование на выставке «Криоген-Экспо '2007» Ежегодно проходящая в Москве выставка «Криоген-Экспо» по праву считается крупнейшим отраслевым мероприятием. Ее тематика охватывает самый широкий спектр криогенной техники, включая воздухоразделительные установки, оборудование для производства технических газов, криостаты, контрольно-измерительные устройства. Выставка была организована ВК «Мир-Экспо» при содействии Международного института и Международной академии холода, Московского центра внедрения достижений науки и техники «Москва», Украинской ассоциации производителей технических газов «УА-Сигма». Газоразделение и газоснабжение ОАО «Криогенмаш» (г. Балашиха, Московская обл.) является крупнейшим российским предприятием по выпуску криогенного оборудования. На изготовленных здесь установках производится около 90% технических газов в России. С 1970-х гг. предприятие занимается мембранными технологиями, основанными на селективной проницаемости компонентов газовой смеси через полимерную мембрану. В 1976 г. в Щекинском производственном объединении «Азот» специалистами ЗАО «Криогенмаш» впервые в мировой практике была запущена в эксплуатацию опытно-промышленная установка концентрирования водорода производительностью 500 м3/ч. Это оборудование предназначено для каталитической очистки аргона от кислорода. С тех пор предприятие выпустило более 200 установок, которые эксплуатируются на различных российских предприятиях, в Индии, Болгарии, КНР, Венгрии и Австралии. Оборудование имеет модульную конструкцию, что позволяет благодаря незначительной трансформации унифицированных модулей обеспечить необходимую производительность. В установках используются новые половолоконные мембраны, срок службы которых составляет 15 лет. По сравнению с традиционными методами разделения газовых и парогазовых смесей, мембранная технология требует значительно меньших капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того, высокую конкурентоспособность мембранным процессам обеспечивают простота обслуживания и минимум персонала, выход на рабочий режим в течение 3–5 минут. Большое значение имеют также возможность тонкого и быстрого регулирования технологических режимов, экологическая чистота, пожаро- и взрывобезопасность. В ОАО «Криогенмаш» производят установки разного назначения: для получения азота, обогащения воздуха кислородом, концентрирования водорода, создания газовой среды в холодильных камерах и хранилищах плодоовощной продукции. Компания «Линде Газ Рус» (г. Балашиха, Московская обл.) предлагает предприятиям, потребляющим большое количество технических газов, криогенные газификаторы Linde объемом от 3 до 80 тыс. л. Постоянное снабжение газом осуществляется очень просто. Кислород, азот, аргон или углекислый газ поставляются в жидком состоянии при низких температурах в специальных автоцистернах. В газификаторы потребителей газы подаются при помощи установленных на транспортных емкостях насосов. При этом внутри газификаторов поддерживается постоянное давление, так что даже во время их заполнения можно легко осуществить отбор газа. С помощью подключенного теплообменника (например, атмосферного испарителя) сжиженный газ испаряется и подается потребителям по газопроводу. Газификаторы Linde состоят из внутреннего резервуара для хранения сжиженных газов, изготовленного из вязкой в холодном состоянии стали, легированной хромом и никелем, и наружного резервуара из конструкционной стали. Пространство между внутренним и наружным резервуарами заполнено перлитом и дополнительно изолировано вакуумом. Необходимое давление внутри емкостей устанавливается с помощью специального комбинированного регулятора. Он компенсирует падение давления при отборе продукта за счет испарения сжиженного газа в испарителе. Для определения уровня заполнения емкости служит дифференциальный манометр. (По спецзаказу возможна поставка манометров в специальном исполнении: с концевыми контактами или с аналоговым сигналом для дистанционной передачи.) Атмосферные испарители Lead VAP, применяемые для перевода сжиженного газа в газообразное состояние, смонтированы по модульному принципу, что позволяет создавать индивидуальные модели заданной мощности. Технический принцип их функционирования гарантирует полную защиту от неисправностей. Устройства состоят из алюминиевых труб с продольным оребрением и работают без внешнего источника энергии за счет теплообмена с окружающей атмосферой. Таким образом, сжиженный газ испаряется и подогревается до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Вакуумные насосы На стенде фирмы «Криосистемы» (г. Москва) можно было познакомиться с крионасосами американского производства. Такие устройства широко используются в полупроводниковой и электронной промышленности, производстве тонких пленок, металлургии, установках термоядерного синтеза и многих других областях, в которых требуется чистый вакуум и высокая быстрота действия. По сравнению с другими средствами получения высокого вакуума, крионасосы обладают рядом существенных преимуществ. Это, прежде всего, чистота получаемого вакуума, высокая производительность и эффективность откачки водяных паров. Принцип действия устройств основан на явлениях конденсации и сорбции при низкой температуре. На первой ступени работы насоса при температуре 65–70 К конденсируются водяные пары и «тяжелые» газы, на второй ступени (12–17 К) — азот, кислород и аргон. При этом гелий, водород и неон удерживаются за счет криоадсобции на активированном угле. Для удаления сконденсированных паров производится периодическая регенерация насоса, восстанавливающая его первоначальные рабочие характеристики. Криогенные вакуумные насосы Cryo Torr компании CTI Cryogenics широко применяются в промышленных и лабораторных установках, для которых важным моментом является соотношение цены и качества. Эти устройства могут иметь различную конфигурацию, в т. ч. и горизонтальную, систему водяного либо воздушного охлаждения. В них используют присоединительные фланцы типа ISO диаметром 100–500 мм или ConFlat для сверхвысоковакуумных режимов. Насосы серии Cryo Torr 20HP предназначены для производств, где требуется высокая надежность и быстрота откачки. Они позволяют достичь идеальных характеристик при металлизации, нанесении оптических покрытий, имитации космических условий, создании плоских дисплеев. Особая эффективность Cryo Torr 20HP достигается за счет нового рефрижератора повышенной производительности, который позволяет насосам справляться с более высокими тепловыми и газовыми нагрузками. Крионасосы серии On-Board снабжены системой автоматического контроля всех режимов работы и способны функционировать без участия оператора. Встроенная электроника обеспечивает также дистанционное управление их работой. Любой из крионасосов On-Board гарантирует устойчивое поддержание вакуума, даже если технологический процесс протекает нестабильно. Для этого введен автоматический контроль температуры первой ступени. В процессах вакуумного напыления при отсутствии подобного контроля температура первой ступени опускается порой до 40 К. В результате происходит конденсация рабочего газа аргона, который затем выделяется при более низком давлении и препятствует откачке других газов. Время регенерации насосов On-Board сокращено более чем в 2 раза, что уменьшает простой оборудования между производственными циклами. Кроме того, в устройствах существует функция «быстрой» регенерации, когда восстанавливается только вторая ступень, которая насыщается значительно быстрее первой. С целью современного сервисного обслуживания и ремонта в конструкцию насосов включены контроллеры с функцией дистанционной передачи данных, таких как температура, давление, напряжение питания электросети. Информация может поступать как на локальный компьютер, так и через Интернет в сервисный центр. Здесь своевременно смогут отследить тенденцию к ухудшению работы крионасоса и сигнализировать пользователю о необходимости проведения восстановительных или ремонтных работ. Для быстрого цикла криооткачки водяного пара более всего подойдут насосы Polycold Fast Cycle (PFC) компании Polycold. Насос модели PFC способен откачать водяной пар за несколько минут после старта, а отогреть его можно менее чем за 7 минут. Это сокращает время откачки на 25–75% и увеличивает производительность на 20–100%. Крионасосы PFC конденсируют водяной пар на охлаждаемом до криотемпературы змеевике, который крепится непосредственно в рабочей камере, чтобы скорость откачки не ограничивалась затворами, клапанами, трубопроводами и т. п. Криозмеевик имеет простую форму и легко устанавливается в рабочую камеру любой конфигурации. Для его работы не требуется высоковакуумный затвор. Тепловую изоляцию между трубками входа и выхода хладагента обеспечивает стандартный холодный ввод. Линии подачи и возврата хладагента, предназначенные для соединения крионасоса и холодного ввода, выполнены из медных трубок с фитингами из нержавеющей стали. Блок управления позволяет регулировать работу насоса непосредственно с панели или дистанционно. Крионасосы PFC производятся в различном исполнении, в т. ч. с двумя криозмеевиками или сочетанием змеевика и криоловушки. Оборудование для научных исследований Криогенные приборы являются неотъемлемой частью многих научных экспериментов в таких областях как физика низких температур, медицина, биотехнологии и т. д. Специально для исследования электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) специалисты фирмы «РТИ Криомагнитные системы» (г. Черноголовка, Московская обл.) разработали проточный термостат ESRCryo202HE с температурным диапазоном 6–300 К. Испытуемый образец помещается внутрь кварцевой ампулы резонатора-спектрометра ЭПР. Жидкий гелий подается из сосуда Дьюара через транспортную магистраль с вакуумной изоляцией в теплообменник и далее во внутреннюю трубку кварцевой ампулы с термостатируемым образцом. Теплообменник расположен внутри внешнего вакууммированного корпуса термостата из нержавеющей стали и окружен медным экраном, который охлаждается исходящим потоком паров гелия. Для достижения в случае необходимости высокой температуры теплообменник снабжен резистивным нагревателем. С целью регулировки температуры используют двухуровневую схему, включающую управление потоком гелия через теплообменник и подогрев последнего с помощью резистивного нагревателя. Конец термопары установлен на расстоянии 11,5 мм от ампулы с образцом. Температура контролируется электронным блоком контроллера tSTAT310xc. Контроллер также управляет потоком гелия из сосуда Дьюара с помощью электромагнитного клапана маностата (регулятора давления), а мембранный клапан задает избыточное давление над поверхностью жидкого гелия в сосуде. Конструкция ESRCryo202HE легко адаптируется под ЭПР-спектрометры различных производителей, обеспечивает быстрое изменение температуры и поддержание ее заданного значения с высокой точностью. При замене жидкого гелия жидким азотом термостат может работать в интервале температур от 80 до 300 К без внесения каких-либо конструктивных изменений. Для исследований в области оптического, рентгеновского и гамма-диапазона (эффект Мессбауэра) при температуре 4–273 К предназначен безжидкостный криостат-рефрижератор CryoFree205. Поддержание низкой температуры в его рабочей области осуществляется криорефрижератором. Первая и вторая ступени рефрижератора посредством термоконтакта охлаждают экран и внутреннюю изотермическую камеру шахты криостата. Исследуемые образцы помещаются в изотермическую камеру, заполненную теплообменным газом — гелием. Для снижения до минимума вибраций образца криостат разделен на две части, расположенные на виброизолирующих опорах. Криорефрижератор, к которому прикреплен наружный кожух, шахта и тепловой экран, размещены в нижней части установки. В верхней части крепится шток с держателем образцов. Обе части связаны между собой через эластичную виброизолирующую муфту-стяжку из гофрированной резины. Наблюдение за проводимыми измерениями осуществляется через окна из прозрачных для указанных областей спектра материалов. ООО «Си Лаб» (г. Москва), дочернее подразделение австрийской компании SY-Lab Gerate, реализует в России компактные программируемые криозамораживатели IceCube 14. Такие устройства используются в медицинских и исследовательских центрах для замораживания различных биоматериалов жидким азотом. Идея разработки компактного прибора была обусловлена тем, что клиники и лаборатории располагают, как правило, ограниченным пространством для размещения такого рода оборудования. Поэтому низкотемпературная камера, компьютер и дисплей конструктивно объединены в одном устройстве. Жидкий азот от внешнего источника по специальному шлангу подается в замораживатель под небольшим давлением. В камере прибора он контролируемым образом испаряется и образцы охлаждаются согласно заданной программе. Прозрачная крышка позволяет наблюдать за процессом замораживания. Камера снабжена системой термической защиты для предотвращения перегрева, регулятором начальной температуры, клавишей паузы. Кроме того, она имеет предохранительный выключатель и звуковую сигнализацию на случай открытия крышки. Управление прибором осуществляется с помощью компьютера. Задание изменения температуры посредством графической программы дает возможность легко и быстро воспроизводить даже сложные температурные процессы. Измерение температуры выполняется с помощью двух или четырех экранированных четырехпроводных термометров, установленных на стальном держателе длиной 65 или 100 мм. Марина Народовая, фото Александра Ануфриенко