Në prodhimin e gjysmëpërçuesve, sistemet e shpërndarjes kriogjenike pritet të bëjnë më shumë sesa thjesht të transferojnë azot të lëngshëm ose argon nga një pikë në tjetrën. Lëngu duhet të mbetet i qëndrueshëm, i pastër dhe njëfazor deri në pikën e përdorimit. Edhe sasi të vogla të hyrjes së nxehtësisë mund të gjenerojnë gaz të shpejtë, luhatje të presionit ose ndotje nga lagështia që ndikon në stabilitetin e procesit.

Kjo është arsyeja pseTub i izoluar me vakumsistemet përdoren zakonisht në fabrikat e gjysmëpërçuesve në vend të tubacioneve konvencionale të izoluara me shkumë. Kur kombinohen me një sistem të menaxhuar siç duhetSistemi Dinamik i Pompës së Vakumit, rrjedhja e përgjithshme e nxehtësisë mund të mbetet nën 3 W/m duke ruajtur stabilitetin afatgjatë të vakumit në të gjithë linjën e transferimit.

Për aplikimet gjysmëpërçuese, izolimi i vakumit nuk duhet të shihet si një shtresë pasive rreth tubit. Është një sistem termik aktiv që kërkon performancë të matshme të vakumit dhe mirëmbajtje afatgjatë. Në mjediset e prodhimit të çipave me precizion të lartë, edhe një rritje e lehtë e temperaturës së ngopjes së lëngut mund të çojë në kushte rrjedhjeje dyfazore që ndërhyjnë në qarqet e ftohjes, sistemet e pastrimit ose pajisjet e kontrollit të procesit.

Pse rrjedhja e nxehtësisë është e rëndësishme në sistemet gjysmëpërçuese kriogjenike

Çdo linjë transferimi kriogjenik ndikohet nga tre forma kryesore të transferimit të nxehtësisë:

• rrezatimi nëpër hapësirën unazore
• përçueshmëria e gaztë e shkaktuar nga molekulat e mbetura
• përçueshmëri e ngurtë përmes mbështetësve dhe distancuesve

Në një dizajn të duhurTub i izoluar me vakum, presioni unazor zakonisht zvogëlohet nën 1×10⁻⁴ Pa. Në atë nivel vakumi, molekulat e mbetura të gazit kanë një shteg të lirë mesatar dukshëm më të madh se boshllëku unazor, gjë që zvogëlon shumë përçueshmërinë e nxehtësisë në gaz.

Transferimi rrezatues i nxehtësisë kontrollohet duke përdorur izolim shumështresor (MLI). Izolimi përbëhet nga shtresa alternative të fletës reflektuese dhe materialit ndarës me përçueshmëri të ulët. Me dendësinë e saktë të shtresave dhe metodën e instalimit, fluksi rrezatues i nxehtësisë mund të reduktohet në vetëm disa vat për metër katror.

Rruga termike e mbetur vjen kryesisht nga mbështetëset mekanike. Për të minimizuar këtë efekt, përdoren zakonisht materiale me përçueshmëri të ulët si fibra qelqi G-10 ose Torlon®. Këto mbështetëse ende kanë nevojë për forcë të mjaftueshme mekanike për të toleruar tkurrjen termike, dridhjet dhe ngarkesën sizmike gjatë funksionimit.

Në distanca të gjata transferimi, ndryshimi midis izolimit me vakum dhe izolimit me shkumë bëhet shumë i dukshëm. Një sistem vakumi i mirëmbajtur mund të ruajë performancë termike të qëndrueshme për shumë vite, ndërsa izolimi me shkumë thith gradualisht lagështinë nga atmosfera. Pasi lagështia hyn në strukturën e izolimit dhe ngrin, efikasiteti termik zakonisht bie me kalimin e kohës.

Në sistemet praktike të shpërndarjes së gjysmëpërçuesve LN₂,tubacione të izoluara me vakummund të zvogëlojë ndjeshëm zierjen në krahasim me tubat tradicionalë të izoluar me shkumë, veçanërisht në linjat e gjata të jashtme ose në kolektorët kryesorë që funksionojnë vazhdimisht.

Sistemi Dinamik i Pompës së Vakumit

Një problem me xhaketat statike të vakumit është se cilësia e vakumit mund të përkeqësohet ngadalë me kalimin e viteve për shkak të çlirimit të gazrave, depërtimit të heliumit ose rrjedhjeve mikroskopike.

Për ta adresuar këtë, me diametër të madhTub i izoluar me vakumsistemet mund të pajisen me njëSistemi Dinamik i Pompës së VakumitSistemi normalisht përfshin një rregullim kompakt pompash turbomolekulare ose me spirale që rikthen periodikisht vakumin unazor në gjendjen e tij origjinale të projektimit.

Nivelet e vakumit monitorohen vazhdimisht duke përdorur matësa me katodë të ftohtë. Pompa aktivizohet vetëm kur presioni rritet përtej pikës së caktuar të synuar, kështu që konsumi i energjisë dhe kërkesat e mirëmbajtjes mbeten relativisht të ulëta.

Në një projekt përmirësimi të impiantit gjysmëpërçues në Hsinchu, Tajvan, një sistem pompimi vakumi i menaxhuar në mënyrë aktive lejoi që një tub transferimi LN₂ i vjetër të rikuperonte performancën termike afër gjendjes së tij origjinale të funksionimit pa e mbyllur linjën e prodhimit. Për projektet e reja, mirëmbajtja aktive e vakumit u jep operatorëve gjithashtu besim më të mirë në stabilitetin afatgjatë të izolimit gjatë gjithë jetëgjatësisë së sistemit.

Materialet dhe Dizajni i Sistemit

Për aplikimet gjysmëpërçuese dhe me pastërti ultra të lartë, tubi i brendshëm i procesit zakonisht prodhohet nga çelik inox 304L ose 316L. Sipërfaqet e brendshme pastrohen, nxirren dhe pasivizohen për të përmbushur kërkesat e shërbimit të pastrimit me oksigjen dhe për të minimizuar rrezikun e kontaminimit.

Mbulesa e jashtme mund të përdorë çelik karboni të lyer ose çelik inox në varësi të mjedisit të instalimit. Në zonat ngjitur me dhomat e pastra, shpesh preferohen mbështjellëset e jashtme prej çeliku inox për të shmangur korrozionin ose ndotjen sipërfaqësore.

Tkurrja termike gjithashtu duhet të merret në konsideratë me kujdes. Një linjë transferimi LN₂ mund të tkurret afërsisht 2.5–3 mm për metër midis temperaturës së ambientit dhe temperaturës së funksionimit. Për të thithur këtë lëvizje, kompensatorët e zgjerimit të tipit shakull zakonisht instalohen në vendet e llogaritura të ankorimit në të gjithë rrjetin e tubacioneve.

Kur kërkohet lëvizje ose fleksibilitet,Tub fleksibël i izoluar me vakumZakonisht përdoren montime. Vendndodhjet tipike përfshijnë lidhjet e rezervuarëve, lidhjet e pajisjeve, degët e kolektorëve dhe rrëshqitjet e lëvizshme të procesit.

Këto tuba fleksibël përdorin një bërthamë të brendshme të valëzuar së bashku me një mbështjellës vakumi dhe një strukturë MLI të ngjashme me tubin e ngurtë të vakumit. Montimet e projektuara siç duhet mund të ruajnë integritetin e vakumit pas ciklit termik kriogjenik të përsëritur, duke parandaluar gjithashtu formimin e akullit të jashtëm që është i zakonshëm në tubat e thurur jo të izoluar.

Valvola të izoluara me vakumdheNdarësit e Fazave

Menaxhimi i rrjedhjeve të nxehtësisë nuk kufizohet vetëm në seksionet e drejta të tubave. Valvolat dhendarës të fazavegjithashtu luajnë një rol të madh në ruajtjen e kushteve të qëndrueshme të rrjedhjes kriogjenike.

A Valvul i izoluar me vakumNormalisht përdor një mbulesë të zgjatur dhe një trup me vakum për të mbajtur zonat kritike të vulosjes larg temperaturave jashtëzakonisht të ulëta. Kjo ndihmon në parandalimin e ngrirjes rreth paketimit të boshtit dhe zvogëlon kondensimin e padëshiruar brenda strukturës së valvulës.

Pa izolim vakumi, valvulat mund të shndërrohen në pika të përqendruara të rrjedhjes së nxehtësisë brenda sistemit. Në shërbimin kriogjenik të lëngshëm, kjo mund të gjenerojë xhepa të lokalizuara avulli, kushte të paqëndrueshme rrjedhjeje ose ngjarje goditëse hidraulike.

Për sistemet e procesit gjysmëpërçues, valvulat globale me kapak të zgjatur dhe valvulat sferike me hyrje nga lart përdoren zakonisht në përputhje me kërkesat ASME B31.3 dhe EN 13480.

A Ndarës Fazash i Izoluar me VakumPërdoret për të hequr gazin e shpejtë përpara se lëngu të hyjë në pajisjet e ndjeshme të rrjedhës së poshtme. Në aplikimet gjysmëpërçuese, rrjedha e paqëndrueshme dyfazore mund të krijojë luhatje presioni mjaftueshëm të mëdha për të shkaktuar alarme procesi ose bllokime të pajisjeve.

Shumica e dizenjove të ndarësve përdorin një hyrje tangjenciale së bashku me një strukturë të brendshme të çmendjes për të përmirësuar efikasitetin e ndarjes së avullit-lëngut. Në shumë projekte, ndarësi kombinohet me një Mini-Rezervuar të instaluar pranë dyshemesë së procesit. Mini-rezervuari vepron si një vëllim lokal tampon që ndihmon në stabilizimin e luhatjeve afatshkurtra të kërkesës pa futur ngarkesë të konsiderueshme shtesë të nxehtësisë.

Shembull i Projektit Gjysmëpërçues

Një projekt zgjerimi i impiantit DRAM në Korenë e Jugut kërkonte një rrjet të ri shpërndarjeje LN₂ që shërbente pajisje testimi me ftohje me zhytje dhe mjete përpunimi të pllakave.

Instalimi përfshinte afërsisht 180 metra tub të ngurtë të izoluar me vakum të lidhur me degë të shumta mjetesh përmes montimeve të tubave fleksibël të izoluar me vakum. Një ndarës fazash i izoluar me vakum dhe një mini-rezervuar 2 m³ u instaluan pranë zonës së magazinimit me shumicë.

Sistemi Dinamik i Pompës së Vakumit mbajti presionin unazor nën 5×10⁻6 mbar në linjat kryesore të transferimit 6 inç.

Gjatë vënies në punë, rrjedhja e matur e nxehtësisë në kolektorin primar ishte mesatarisht afërsisht 1.3 W/m në kushte të qëndrueshme operimi. Pas një viti shërbimi të vazhdueshëm, ciklet periodike të rikuperimit të vakumit e mbajtën performancën e izolimit afër gjendjes fillestare bazë.

Krahasuar me konceptin e mëparshëm të izolimit me shkumë, impianti raportoi humbje dukshëm më të ulëta të azotit të lëngshëm dhe stabilitet të përmirësuar operativ. Regjistrat e procesit gjithashtu nuk treguan ngjarje kontaminimi të lidhura me lagështinë të shoqëruara me degradimin e izolimit.

Aplikacionet

Sistemet e transferimit kriogjenik të izoluara me vakum përdoren gjerësisht në prodhimin e gjysmëpërçuesve, infrastrukturën e LNG-së, shpërndarjen e gazit industrial dhe aplikimet e hidrogjenit të lëngshëm.

Edhe pse mjediset operative ndryshojnë, objektivi inxhinierik mbetet i njëjtë:

• ruajtja e stabilitetit të vakumit
• minimizoni hyrjen e nxehtësisë
• ruajtja e stabilitetit të fazës gjatë gjithë procesit të transferimit

Projektimi i sistemit normalisht ndjek standardet ndërkombëtare si ASME B31.3, EN 13480 dhe ISO 21029 në varësi të fushëveprimit të projektit dhe kërkesave rajonale.

Për impiantet gjysmëpërçuese, performanca e sistemit të shpërndarjes kriogjenike ndikon drejtpërdrejt në efikasitetin e funksionimit, konsumin e lëngjeve dhe besueshmërinë afatgjatë të procesit. Për shkak të kësaj, tubacionet, valvulat, ndarësit dhe sistemet e mirëmbajtjes me vakum duhet të projektohen si një sistem termik i integruar dhe jo si komponentë të pavarur.

At HL Cryogenics, ne punojmë me kontraktorë EPC, kompani gazi dhe fabrika gjysmëpërçuese për të zhvilluar zgjidhje transferimi kriogjenik bazuar në kushtet aktuale të funksionimit, objektivat e ngarkesës termike dhe kërkesat e instalimit në vend të konfigurimeve standarde të katalogut.

Nëse po planifikoni një projekt të ri fabrike gjysmëpërçuese ose po përmirësoni një rrjet ekzistues shpërndarjeje LN₂, ekipi ynë i inxhinierisë mund t'ju ndihmojë të vlerësoni performancën e rrjedhjes së nxehtësisë, strategjinë e vakumit dhe konfigurimin e sistemit për funksionim afatgjatë.