Mỗi khi độ cao tăng lên một đoạn, áp suất khí quyển lại giảm xuống, điểm sôi của nitơ lỏng cũng giảm theo. Bản thân thiết bị không thay đổi, nhưng quá trình hạ nhiệt của cùng một lô vật liệu trên cùng một máy sẽ khác đi. Các dự án có độ cao trên 2000 m (cao nguyên Nam Mỹ, cao nguyên Vân Quý, một số khu vực Trung Á), ở giai đoạn phương án cần lấy áp suất khí quyển tại địa phương làm điều kiện đầu vào, chứ không áp dụng trực tiếp thông số đồng bằng.
Ở điều kiện độ cao lớn, những mục nào thực sự thay đổi
| Thông số | Hướng thay đổi | Ảnh hưởng đến quá trình cấp đông |
|---|---|---|
| Áp suất khí quyển địa phương | Giảm khi độ cao tăng | Mọi khâu đo theo áp suất đều phải quy đổi |
| Điểm sôi nitơ lỏng | Giảm khi áp suất khí quyển giảm | Nitơ lỏng hóa hơi dễ hơn, chênh nhiệt độ khả dụng và điều kiện trao đổi nhiệt thay đổi |
| Mật độ không khí | Giảm | Cùng tốc độ quạt, lưu lượng khối giảm |
| Điều kiện làm mát máy nén | Không khí loãng, tản nhiệt kém đi | Dàn ngưng làm mát bằng gió cần tăng kích thước hoặc chuyển sang làm mát bằng nước |
Trong các mục này, trước tiên cần kiểm tra áp suất khí quyển và điểm sôi nitơ lỏng, vì chúng trực tiếp quyết định môi trường nhiệt độ thực tế mà vật liệu thấy được trong tủ hoặc trong tunnel. Áp suất khí quyển ở độ cao khoảng 2000 m tương đương khoảng tám phần mười áp suất khí quyển tiêu chuẩn, điểm sôi nitơ lỏng giảm tương ứng vài độ; giá trị cụ thể lấy theo áp suất khí quyển đo thực tế tại địa điểm dự án, không thể ước lượng thô theo độ cao.
Giai đoạn phương án cần khách hàng cung cấp: địa điểm dự án (thành phố), độ cao, áp suất khí quyển đo thực tế hoặc có thể tra cứu tại địa phương, phạm vi nhiệt độ môi trường hiện trường. Có bốn mục này mới có thể đánh giá thiết bị có cần điều chỉnh về cấu hình hay không.
Điểm sôi nitơ lỏng giảm, là tốt hay xấu cho cấp đông
Không thể kết luận chung, phải xem theo hai phần.
Một là nguồn lạnh. Lượng lạnh khả dụng của nitơ lỏng gồm hai phần: ẩn nhiệt hóa hơi và nhiệt hiện khi nitơ nhiệt độ thấp tăng nhiệt. Sau khi điểm sôi giảm, chênh nhiệt độ nhiệt hiện giữa điểm sôi và nhiệt độ thải gió mục tiêu thu hẹp lại, nhiệt lượng mà mỗi đơn vị khối lượng nitơ lỏng mang đi giảm nhẹ. Trong điều kiện lô, cách xếp hàng, nhiệt độ tâm mục tiêu đều không đổi, giới hạn lý thuyết sẽ dịch lên một chút.
Hai là điều kiện trao đổi nhiệt. Chênh nhiệt độ giữa nitơ lỏng và vật liệu do “nhiệt độ nitơ lỏng” đến “nhiệt độ vật liệu” quyết định. Điểm sôi giảm nghĩa là nitơ lỏng lạnh hơn, chênh nhiệt độ giữa vật liệu và nguồn lạnh lại tăng lên, tốc độ trao đổi nhiệt đơn vị thời gian tăng. Hai tác động ngược chiều nhau, kết quả phụ thuộc vào độ dày vật liệu, mật độ xếp hàng và cách cấp lỏng, chỉ có thể hiệu chuẩn qua chạy thử máy, không thể chỉ suy theo một công thức.
Kết luận là: năng lực xử lý và tiêu hao của dự án độ cao lớn, nếu áp dụng trực tiếp thông số đồng bằng sẽ bị lệch, phải để dư không gian điều chỉnh trong phương án.
Thông gió và quạt: tính lại theo lưu lượng khối
Khâu thông gió dễ bị bỏ qua. Thể tích nitơ sinh ra sau khi nitơ lỏng hóa hơi, với cùng khối lượng, tăng lên khi áp suất khí quyển giảm, nghĩa là cùng một lượng nitơ lỏng tại hiện trường độ cao lớn, thể tích khí sinh ra lớn hơn. Quạt thông gió chọn theo lưu lượng thể tích, nếu sao chép lưu lượng đồng bằng, hiện trường có thể xảy ra tình trạng không thải ra được.
- Tính khối lượng nitơ sinh ra theo lượng nitơ lỏng mỗi lô, rồi quy đổi thành lưu lượng thể tích theo áp suất khí quyển địa phương;
- Lưu lượng quạt để dư theo lưu lượng thể tích đã quy đổi;
- Sau khi mật độ nitơ giảm, năng lực trao đổi khí ở cùng áp suất gió giảm, trở lực ống gió phải tính lại.
Cách thông gió và giám sát nồng độ oxy của tủ cấp đông nitơ lỏng, xem Thông gió và giám sát nồng độ oxy của tủ cấp đông nitơ lỏng; dây chuyền kiểu tunnel đặt cửa hút khí thải ở đầu vào và ra vật liệu, kết cấu và thông số lưu lượng gió xem Tunnel cấp đông nitơ lỏng.
Phần làm lạnh và điện: đánh giá chuyển từ làm mát gió sang làm mát nước
Độ cao lớn thường đi kèm hai tình huống: mật độ không khí thấp, chênh nhiệt độ ngày đêm lớn. Đối với thiết bị cấp đông nitơ lỏng, phần làm lạnh chủ yếu dùng ở khâu phụ trợ (như đoạn tiền làm lạnh hoặc vòng tuần hoàn làm lạnh của máy cấp đông nhanh kiểu ngâm lỏng), nếu phần này dùng dàn ngưng làm mát bằng gió, sau khi độ cao tăng năng lực tản nhiệt giảm, cần đánh giá có chuyển sang làm mát bằng nước hoặc bay hơi hay không.
Thứ tự đánh giá đề xuất như sau:
- Trước tiên xác nhận những khâu nào trong thiết bị phụ thuộc tản nhiệt bằng không khí (dàn ngưng làm mát bằng gió, tản nhiệt tủ điện, bộ phận thủy lực hoặc khí nén);
- Tính lại năng lực tản nhiệt theo mật độ không khí địa phương;
- Phần không đủ chuyển sang làm mát bằng chất lỏng, hoặc tăng diện tích tản nhiệt;
- Linh kiện điện chọn riêng theo điện áp và tần số địa phương.
Các điểm chọn lựa liên quan đến điện áp, tần số, xem Chọn thiết bị cấp đông dưới khác biệt điện áp và tần số thị trường xuất khẩu.
Danh mục dữ liệu hiện trường
Tách theo các mục trên, dữ liệu hiện trường cần có ở giai đoạn phương án cho dự án độ cao lớn là:
| Mục dữ liệu | Mục đích |
|---|---|
| Địa điểm dự án và độ cao | Phán đoán sơ bộ khoảng áp suất |
| Áp suất khí quyển địa phương | Quy đổi điểm sôi nitơ lỏng và thể tích nitơ |
| Phạm vi nhiệt độ môi trường và độ ẩm | Đánh giá tản nhiệt và ngưng tụ của thiết bị |
| Điện áp nguồn, tần số, số pha | Chọn linh kiện điện |
| Điều kiện nước làm mát (nhiệt độ nước, lưu lượng nước, chất lượng nước) | Quyết định phương án làm mát gió/nước |
| Chiều cao xưởng và điều kiện thông gió | Bố trí thông gió và đường ống |
Dữ liệu đầy đủ thì cấu hình mới có căn cứ; thiếu mục mà bù bằng kinh nghiệm thì xác suất sai cao. Cấu thành tiêu hao nitơ lỏng và các yếu tố kiểm soát được tại hiện trường, xem Tiêu hao nitơ lỏng của cấp đông nitơ lỏng: Những yếu tố nào đang đẩy nó lên, kiểm soát tại hiện trường thế nào.
Câu hỏi thường gặp
Vùng độ cao lớn có dùng được cùng model máy không?
Được, phần lớn trường hợp model không đổi, thay đổi là chi tiết cấu hình: lưu lượng gió thông gió quy đổi theo áp suất khí quyển địa phương, đánh giá dàn ngưng làm mát bằng gió có chuyển sang làm mát bằng nước hay không, linh kiện điện chọn theo điện áp tần số địa phương. Phạm vi thay đổi cụ thể phải xem dữ liệu hiện trường mới xác định được.
Trên độ cao bao nhiêu thì phải quy đổi?
Không có một ranh giới chung. Thông thường độ cao trên 1000 m là bắt đầu kiểm tra thông gió và tản nhiệt, trên 2000 m đề xuất lấy áp suất khí quyển làm đầu vào phương án. Dự án đồng bằng dưới 1000 m xử lý theo áp suất khí quyển tiêu chuẩn.
Bồn chứa và đường ống cấp nitơ lỏng có cần thay đổi không?
Bồn chứa và đường ống do bên cung cấp khí xác định theo điều kiện địa phương, phía chúng tôi cung cấp lượng tiêu thụ khí và yêu cầu đầu nối của thiết bị. Chiều dài và hướng đi của đường ống cách nhiệt chân không xác nhận ở giai đoạn bố trí, các điểm liên quan xem Điểm chính thiết kế bồn chứa nitơ lỏng và đường ống nhiệt độ thấp.
Độ cao lớn có ảnh hưởng đến chất lượng đông kết không?
Chất lượng phụ thuộc vào thời gian vật liệu đi qua vùng tạo tinh thể băng, điều này do đường cong hạ nhiệt quyết định, không trực tiếp do độ cao quyết định. Độ cao thay đổi việc thiết bị có chạy được theo đường cong thiết kế hay không, làm đúng quy đổi thông số thì đường cong có thể tái hiện.
Dự án cấp đông ở độ cao lớn hoặc môi trường đặc biệt, có thể gửi địa điểm dự án, độ cao, nhiệt độ môi trường, điều kiện nguồn điện và thông tin sản phẩm mỗi lô, chúng tôi đưa gợi ý cấu hình theo điều kiện thực tế: Liên hệ Kunning Cryo
Quan hệ vật lý trong bài (áp suất khí quyển giảm theo độ cao, điểm sôi nitơ lỏng thay đổi theo áp suất) là kiến thức vật lý phổ thông; thông số thiết bị và cách thông gió trích từ tài liệu kỹ thuật tủ cấp đông nitơ lỏng, tunnel cấp đông nitơ lỏng của Kunning Cryo, dữ liệu từng model lấy theo thông số kỹ thuật tương ứng.