Kriyojenik Sıvıdan Gaza Dönüşüm: Hacim, Yoğunluk ve Oranlar

Sıvı gaz dönüşüm oranı, bir birim kriyojenik sıvının buharlaştığında ne kadar gaz ürettiğini gösterir. Standart koşullarda sıvı azot yaklaşık 1'e 696, sıvı oksijen yaklaşık 1'e 861, sıvı argon yaklaşık 1'e 847 ve LNG yaklaşık 1'e 600 oranında genleşir. Bu oranlar depolama boyutlandırmasını, buharlaştırıcı seçimini ve kapalı alan güvenliğini belirler.

Arkalarındaki aritmetik basittir ve dökme kriyojenik ekipman alan herkesin bunu yapabilmesi gerekir. Gaz talebinizi saatte metreküp olarak bildiğinizde genleşme oranı bunu doğrudan saatte litre sıvıya, oradan da gerçekçi bir tank kapasitesine ve teslimat sıklığına çevirir.

Bu yazı oranları veriyor, hesapları her iki yönde de adım adım yapıyor ve yayımlanan değerlerin kaynaklar arasında neden hafifçe farklılaştığını açıklıyor.

Kriyojenik sıvı gaz dönüşüm oranı nedir?

Kriyojenik sıvı gaz dönüşüm oranı, diğer adıyla genleşme oranı, bir hacim sıvının bir referans sıcaklık ve basınca kadar ısıtıldığında ürettiği gaz hacmidir. 1'e bir sayı biçiminde yazılır; buradaki sayı gaz hacmidir.

Bu oran vardır, çünkü bir gazı sıvılaştırmak molekülleri arasındaki boşluğun neredeyse tamamını ortadan kaldırır. Kriyojenik tedarikin tüm ticari mantığı budur: birkaç metreküp sıvıyı taşımak ve depolamak, bunun birkaç yüz katı hacmi sıkıştırılmış gaz olarak taşımaktan çok daha ekonomiktir. Genleşme oranı bu iki dünyayı birbirine bağlayan sayıdır.

Oran üç pratik yerde kullanılır.

• Depolama kapasitesini tesisin gaz talebine ve tercih ettiği teslimat aralığına göre boyutlandırmak
• Sıvı akışı tüketirken gaz debisi vermek zorunda olan buharlaştırıcıları ve regazifikasyon ekipmanını boyutlandırmak
• Küçük bir sıvı dökülmesinin büyük bir gaz hacmi ürettiği kapalı alanlarda güvenliği değerlendirmek

Azot, oksijen, argon ve LNG için genleşme oranları nedir?

Aşağıdakiler endüstriyel gaz ve LNG sektöründe kullanılan standart genleşme oranlarıdır ve tamamı standart koşullarda verilmiştir.

Sıvı azotun standart koşullarda sıvı gaz genleşme oranı yaklaşık 1'e 696'dır. Sıvı azot gaz haline geçtiğinde hacmi yaklaşık 696 katına çıkar, yani bir hacim sıvı azot kabaca 696 hacim azot gazı üretir.

Sıvı oksijenin standart koşullarda sıvı gaz genleşme oranı yaklaşık 1'e 861'dir. Sıvı oksijen gaz haline geçtiğinde hacmi yaklaşık 861 katına çıkar, yani bir hacim sıvı oksijen kabaca 861 hacim oksijen gazı üretir.

Sıvı argonun standart koşullarda sıvı gaz genleşme oranı yaklaşık 1'e 847'dir. Sıvı argon gaz haline geçtiğinde hacmi yaklaşık 847 katına çıkar, yani bir hacim sıvı argon kabaca 847 hacim argon gazı üretir.

LNG'nin standart koşullarda sıvı gaz genleşme oranı yaklaşık 1'e 600'dür. LNG gaz haline geçtiğinde hacmi yaklaşık 600 katına çıkar, yani bir hacim LNG kabaca 600 hacim doğal gaz üretir.

Hızlı başvuru için liste halinde özetlenmiş hali.

• Sıvı azot (LIN): yaklaşık 1'e 696
• Sıvı oksijen (LOX): yaklaşık 1'e 861
• Sıvı argon (LAR): yaklaşık 1'e 847
• LNG: yaklaşık 1'e 600

Buradaki yaklaşık sözcüğü önemlidir. Bunlar mühendislik tahminleri ve güvenlik değerlendirmesi için kabul görmüş çalışma değerleridir. Sözleşmeye esas mutabakat değerleri değildir ve aşağıdaki referans koşullar bölümü bunun nedenini açıklıyor.

Litre sıvı nasıl metreküp gaza çevrilir?

Hesap tek bir çarpmadır ve insanları yanıltan tek şey litreden metreküpe geçiştir.

Hatırlanacak kural 1.000 litrenin 1 metreküpe eşit olmasıdır. Buna göre bir litre sıvı azot yaklaşık 696 litre gaz üretir, bu da 0,696 metreküptür. Bir metreküp sıvı azot yaklaşık 696 metreküp gaz üretir.

Çözümlü örnekler

• Tamamen dolu 20.000 litrelik bir sıvı azot tankı, 20.000 çarpı 696 eşittir 13.920.000 litre gaz tutar; bu da 13.920 metreküp azot gazıdır
• 20.000 litrelik bir sıvı oksijen tankı, 20.000 çarpı 861 eşittir 17.220.000 litre tutar; bu da 17.220 metreküp oksijen gazıdır
• 1.000 litrelik bir sıvı argon kabı, 1.000 çarpı 847 eşittir 847.000 litre tutar; bu da 847 metreküp argon gazıdır
• 20 metreküplük bir LNG tankı, 20 çarpı 600 eşittir 12.000 metreküp doğal gaz tutar

Bu değerlerin kabın tamamen dolu olduğunu varsaydığını unutmayın. Pratikte tank bir çalışma seviyesine kadar doldurulur ve bir yeniden dolum tetikleme seviyesine kadar indirilir, dolayısıyla kullanılabilir gaz karşılığı daha düşüktür. Bu düzeltme aşağıdaki boyutlandırma bölümünde uygulanıyor.

Gaz talebinden sıvı tüketimine nasıl geri hesaplanır?

Alıcı için en önemli yön budur, çünkü tesisler talebi gaz biriminde ölçer, tedarikçiler ise sıvı satar. Gereken sıvı hacmini bulmak için gaz talebini genleşme oranına bölün.

Azot örneği

Bir tesisin saatte 300 metreküp azot gazı tükettiğini varsayalım.

• Saatte gereken sıvı: 300 bölü 696 eşittir 0,431 metreküp, yani saatte 431 litre
• 24 saat kesintisiz çalışmada: 431 çarpı 24 eşittir günde 10.344 litre, yani günde kabaca 10,3 metreküp sıvı azot
• 7 günlük teslimat aralığında: 10.344 çarpı 7 eşittir 72.408 litre kullanılabilir sıvı

Oksijen örneği

Saatte 500 metreküp oksijen gazı tüketen bir tesisin ihtiyacı 500 bölü 861 eşittir saatte 0,581 metreküptür; bu da saatte 581 litre sıvı oksijen, kesintisiz çalışmada günde yaklaşık 13.940 litre demektir.

Aynı yöntem argon için 847, LNG için 600 değeriyle çalışır. Talebiniz saatte normal metreküp olarak belirtilmişse hesap boyunca birimleri tutarlı tutun ve tedarikçinizin hangi referans koşulu uyguladığını teyit edin.

Sıvı gaz dönüşüm oranı depolama tankı boyutunu nasıl belirler?

Günlük sıvı tüketimini bildiğinizde tank boyutlandırma, teslimatlar arasında ne kadar süre çalışmak istediğiniz ve tankın ne kadarının gerçekten kullanılabilir olduğu sorusuna dönüşür.

Azot örneğinden devam edersek, günde 10.344 litre ve 7 günlük teslimat aralığıyla sahanın teslimatlar arasında 72.408 litre kullanılabilir sıvıya ihtiyacı vardır. Kullanılabilir hacim geometrik kapasiteyle aynı şey değildir. İşletme pratiğiniz tank yüzde 20 seviyesine düştüğünde dolum siparişi vermek ve yüzde 90 seviyesine kadar doldurmaksa, geometrik kapasitenin yalnızca yaklaşık yüzde 70'i kullanılabilir; bu durumda gereken tank kabaca 72.408 bölü 0,70, yani yaklaşık 103.000 litredir.

Bu ilk değere ardından birkaç düzeltme uygulanır.

• Buharlaşma kaybı: modern sabit kriyojenik tanklar boyuta ve izolasyona bağlı olarak günde içeriğin kabaca yüzde 0,2 ila 0,6 kadarını kaybeder, bu yüzden sürekli düşük çekişli sahaların buna pay ayırması gerekir
• Tepe talep: ortalama tüketime göre boyutlandırılmış bir tank kısa süreli yüksek debili bir dönemi yine de karşılayamayabilir; bu bir kapasite sorunu olduğu kadar buharlaştırıcı ve basınç kontrolü sorunudur
• Teslimat lojistiği: pratikteki teslimat aralığı yalnızca tüketime değil, sahaya hizmet veren tankerin boyutuna ve tedarikçinin güzergâhına da bağlıdır
• Yedek: birçok saha kaçırılan bir teslimatı karşılamak için dolum tetikleme seviyesinin üzerinde bir tampon tutar
• Gelecekteki büyüme: bugünkü talebe göre tam ölçülü seçilmiş bir tank, bir sonraki üretim artışının önündeki kısıt haline gelir

Düşük ve orta tüketimde bu aritmetik çoğunlukla tam bir dökme tank yerine bir MicroBulk kabı işaret eder. Yüksek veya büyüyen tüketimde ise daha büyük bir dökme kabı ya da manifoldla birleştirilmiş bir çifti işaret eder.

Genleşme oranı kapalı alanlarda güvenlik için neden önemli?

Kriyojenik depolamayı ekonomik kılan aynı aritmetik, kriyojenik dökülmeleri kapalı alanlarda tehlikeli kılar. Küçük bir hacim dökülen sıvı büyük bir hacim gaza dönüşür ve azot ile argon renksiz ve kokusuz olduğu için hiçbir uyarı vermez.

10 litre sıvı azotun döküldüğünü düşünün. 1'e 696 oranıyla bu 6.960 litre azot gazı üretir, yani yaklaşık 7 metreküp. 5 metreye 4 metreye 2,5 metre ölçülerindeki kapalı bir odada oda hacmi 50 metreküptür. Açığa çıkan gazın karıştığı ve eşit hacimde havanın yerini aldığı varsayılırsa kalan hava oranı (50 eksi 7) bölü 50, yani yaklaşık 0,86 olur. Normal hava yaklaşık yüzde 20,9 oksijen içerir, dolayısıyla oksijen derişimi kabaca yüzde 18'e düşer.

Birçok ulusal düzenleme yaklaşık yüzde 19,5 değerinin altındaki oksijen derişimini oksijen yetersizliği olarak kabul eder. Bu örnekte küçük bir odada 10 litrelik bir dökülme o sınırı aşmaya yetmektedir ve daha büyük bir dökülme ya da daha küçük bir hacim sınırı çok daha hızlı aşar.

Pratik sonuçlar doğrudan orandan çıkar.

• Dökme kapları açık alanda ya da olası salım hacmine göre tasarlanmış havalandırması olan hacimlerde konumlandırın
• İnert kriyojenik sıvıların kapalı veya kısmen kapalı alanlarda elleçlendiği yerlere oksijen izleme sistemi kurun
• Çukurları, kanalları, bodrumları ve merdiven boşluklarını birikme noktası kabul edin, çünkü soğuk gaz başlangıçta yoğundur
• Aynı aritmetiği sıvı oksijen için ters yönde uygulayın; orada dökülme atmosferi zenginleştirir ve çevredeki malzemeleri çok daha kolay tutuşur hale getirir
• Risk değerlendirmesini yazarken genleşme oranını kullanın, böylece değerlendirilen salım hacmi varsayılmak yerine hesaplanmış olur

Yayımlanan sıvı gaz dönüşüm oranları neden hafifçe farklı?

Farklı kaynaklarda hafifçe farklı sayılar bulacaksınız ve fark neredeyse her zaman bir hata değil, referans koşuldur.

• Referans sıcaklık: gaz hacmi sıcaklığa bağlıdır ve farklı standartlar referans olarak 0, 15 veya 20 santigrat dereceyi kullanır. Daha yüksek bir referans sıcaklık daha büyük bir gaz hacmi, dolayısıyla daha büyük bir oran verir
• Referans basınç: normalde bir atmosferdir, ancak her zaman açıkça belirtilmez
• Sıvının durumu: kullanılan sıvı yoğunluğu normal kaynama noktasındaki ya da tipik bir depolama basıncındaki yoğunluk olabilir ve bunlar aynı değildir
• Bileşim: LNG bir karışımdır; ağırlıklı olarak metan içerir ama kaynağa göre değişen miktarlarda etan, propan ve azot barındırır. Bu yüzden genleşme oranı kargo bileşimiyle değişir ve değer kesin bir sayı yerine yaklaşık 1'e 600 olarak verilir

Mühendislik boyutlandırması ve güvenlik değerlendirmesi için yukarıdaki oranlar doğru çalışma değerleridir. Ticari teslim ve faturalandırma için tedarik sözleşmenizde yazılı değerleri ve referans koşulları kullanın, çünkü hesabı kapatan sayılar onlardır.

Kütleye dönüşüm nasıl yapılır?

Birçok tedarik sözleşmesi litre yerine kilogram veya ton üzerinden yazılır. Kütle, sıvı hacmi ve gaz hacmi arasında dönüşüm yapmak, ilgili sıvının gerçek depolama koşulundaki yoğunluğunu gerektirir; LNG için ayrıca kargo bileşimini gerektirir. Bu yoğunluk değerlerini genel bir kaynaktan değil, gaz tedarikçinizin teslim edilen ürüne ait veri sayfasından alın, çünkü yoğunlukta yapılan küçük bir varsayım hatası tüm hesabı kaydırır.

Oran buharlaştırıcı ve regazifikasyon boyutlandırmasına nasıl uygulanır?

Bir buharlaştırıcı gaz debisiyle, genellikle saatte normal metreküp olarak değerlendirilir, ancak sıvı tüketir. Tesisin gaz talebini buharlaştırıcıdan geçen sıvı debisine bağlayan şey genleşme oranıdır ve her boyutlandırma hesabının ilk adımı budur.

• Ortalama talepten değil tepe gaz talebinden başlayın, çünkü ortalamalara göre boyutlandırılmış bir buharlaştırıcı tepe dönemlerde geride kalır ve alt tarafa soğuk gaz verir
• Tepe gaz talebini ürünün genleşme oranını kullanarak sıvı debisine çevirin
• Kurulum sahasındaki ortam koşullarını uygulayın, çünkü ortam havalı buharlaştırıcı kapasitesi düşük hava sıcaklığı ve yüksek nemde azalır
• Her birinin defrost yapabilmesi için devir düzenli asıl ve yedek üniteler planlayın ve çifti ikisinin de sürekli çalıştığını varsayarak değil görev durumuna göre boyutlandırın
• LNG regazifikasyonunda alt tarafta gereken teslim sıcaklığını ve basıncını teyit edin, çünkü ısı yükünü debi kadar bunlar da belirler

Her teklif için işe yarar bir mantık kontrolü, verilen gaz kapasitesini saatte litre sıvıya geri çevirmek ve tank kapasitesiyle karşılaştırmaktır. Buharlaştırıcı nominal debide tankı birkaç saatte boşaltabiliyorsa, ekipman sipariş edilmeden önce depolama ve teslimat planı gözden geçirilmelidir.

Sıkça Sorulan Sorular

İlgili yazılar

• kriyojenik depolama tankı nasıl boyutlandırılır
• MicroBulk ile dökme kriyojenik depolama karşılaştırması
• oksijen yetersizliği ve zenginleşme tehlikeleri
• ortam havalı buharlaştırıcı nasıl boyutlandırılır
• dağıtıcılar için LNG regazifikasyon temelleri
• kriyojenik depolama tankları