مشکلات رایج و راه‌حل‌های آن در آزمون محیط کریوژنیک شیرهای دمای پایین

سرمازده اجزای اصلی سیستم‌های کریوژنیک هستند و عملکرد آن‌ها در شرایط دمای بسیار پایین، به‌طور مستقیم بر ایمنی و پایداری سیستم تأثیر می‌گذارد. آزمون محیط کریوژنیک روشی مهم برای ارزیابی عملکرد شیرهای دمای پایین است؛ با این حال، در فرآیند واقعی آزمون، اغلب مشکلات رایجی رخ می‌دهد که پیشرفت و دقت آزمون را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بر اساس آمار صنعتی، ۷۵٪ از شکست‌های آزمون شیرهای کریوژنیک ناشی از مشکلات رایج عملیاتی است. این وبلاگ به بررسی و دسته‌بندی مشکلات رایج در آزمون محیط کریوژنیک شیرهای دمای پایین پرداخته و راه‌حل‌های متناظری ارائه می‌کند تا به همکاران صنعت در بهبود کارایی و کیفیت آزمون کمک کند.

۱. مشکل رایج ۱: یخ‌زدن و قفل‌شدن شیر در حین آزمون

در طول آزمون کریوژنیک، شیر اغلب یخ‌زده و قفل می‌شود و در نتیجه امکان انجام آزمون چرخه باز و بسته‌شدن وجود ندارد. این مشکل ۳۵٪ از کل شکست‌های آزمون را تشکیل می‌دهد. دلایل اصلی آن عبارتند از: عدم کافی بودن فرآیند رفع گریس و خشک‌کردن شیر، که منجر به تشکیل یخ در مسیر داخلی شیر می‌شود؛ پکینگ مقاوم در برابر دمای پایین نیست و در شرایط فوق‌العاده سرد، یخ‌زده و سفت می‌شود و باعث قفل شدن میله می‌گردد؛ دمای شیر یکنواخت نیست و منجر به تشکیل یخ در نواحی محلی می‌شود.

راه‌حل: قبل از آزمایش، شیر باید به‌طور کامل از گریس پاک شده و خشک شود؛ برای این منظور از عوامل حذف گریس حرفه‌ای و اجاق‌های خشک‌کن دمای بالا استفاده می‌شود تا تمام گریس و رطوبت از بین رفته و میزان رطوبت ≤۰٫۰۵٪ تضمین گردد؛ جنس درزبندی مقاوم در برابر دمای پایین (مانند PCTFE یا گرافیت انعطاف‌پذیر) انتخاب شود تا کشسانی آن در شرایط فوق‌العاده سرد حفظ شود؛ از سیستم کنترل دقیق دما استفاده شود تا سرمایش یکنواخت شیر تضمین گردد و از سرمایش بیش‌ازحد محلی جلوگیری شود؛ خطای یکنواختی دما ≤±۲°سانتی‌گراد باشد.

۲. مشکل رایج ۲: نرخ نشت بیش‌ازحد شیر شیر

در آزمون عملکرد درزبندی کریوژنیک، نرخ نشت شیر اغلب از استاندارد بیشتر می‌شود که یکی از شایع‌ترین مشکلات است و ۳۰٪ از شکست‌های آزمون را تشکیل می‌دهد. دلایل اصلی عبارتند از: نشستن نادرست صندلی شیر و دیسک شیر، که منجر به ایجاد شکاف‌هایی بیش از ۰٫۰۰۵ میلی‌متر می‌شود؛ آسیب دیدن درزبند در حین مونتاژ؛ و ناسازگاری محیط آزمون با ماده درزبند، که باعث منقبض‌شدن و تغییر شکل درزبند بیش از ۵٪ می‌گردد.

راه‌حل: پیش از آزمون، تناسب بین صندلی شیر و دیسک شیر را بررسی کنید و در صورت وجود شکاف، آن‌ها را دوباره پردازش یا تعویض نمایید؛ در فرآیند مونتاژ دقت لازم را به کار گیرید تا از آسیب دیدن درزبند جلوگیری شود؛ محیط آزمون را متناسب با ماده درزبند انتخاب کنید تا سازگاری بین محیط و درزبند تضمین شود و از تغییر شکل درزبند ناشی از واکنش شیمیایی یا انقباض سردی جلوگیری گردد. پس از اعمال این بهبودها، نرخ قابل قبول بودن آزمون عملکرد درزبندی به ۹۹٪ می‌رسد.

۳. مشکل شایع ۳: کنترل نادرست دمای آزمون

دقت کنترل دمای آزمایش به‌طور مستقیم بر نتایج آزمایش تأثیر می‌گذارد. در آزمایش‌های واقعی، پدیدهٔ کنترل نادرست دما اغلب رخ می‌دهد و حدود ۱۵٪ از شکست‌های آزمایش را تشکیل می‌دهد؛ مانند اینکه دمای آزمایش به مقدار تنظیم‌شده نرسد یا نوسان دما بیش از حد زیاد باشد (از ±۱°C فراتر رود). دلایل اصلی این مشکل عبارتند از: عدم کالیبره‌بودن سنسور دما که منجر به اندازه‌گیری نادرست دما می‌شود؛ خرابی سیستم خنک‌کنندهٔ محفظهٔ آزمایش که باعث کند شدن فرآیند خنک‌سازی یا عدم توانایی حفظ دمای تنظیم‌شده می‌گردد؛ و درزدار بودن محفظهٔ آزمایش که منجر به تداخل دمای محیطی می‌شود.

راه‌حل: سنسور دما را قبل از آزمایش کالیبره کنید تا دقت اندازه‌گیری دما تضمین شود و دورهٔ کالیبراسیون نباید از ۶ ماه بیشتر باشد؛ سیستم خنک‌کنندهٔ محفظهٔ آزمایش را به‌طور منظم بررسی کنید و در صورت بروز خرابی، به‌موقع آن را تعمیر و نگهداری نمایید؛ اطمینان حاصل کنید که محفظهٔ آزمایش به‌خوبی درزبندی شده است و لایه‌های عایق حرارتی را در اطراف محفظهٔ آزمایش نصب کنید تا از تأثیر دماهای خارجی جلوگیری شود. پس از اعمال این بهبودها، دقت کنترل دما به ±۰٫۵ درجهٔ سانتی‌گراد می‌رسد.

۴. مشکل رایج ۴: نتایج نادرست آزمون فشار

در آزمون فشار کریوژنیک، نتایج آزمون فشار اغلب نادرست هستند و ۱۲٪ از شکست‌های آزمون را تشکیل می‌دهند؛ برای مثال، فشار بازشدن اندازه‌گیری‌شده شیر بیش از ±۳٪ از مقدار تنظیم‌شده انحراف دارد. دلایل اصلی عبارتند از: نبود کالیبراسیون صحیح نیمکت آزمون فشار، که منجر به اندازه‌گیری نادرست فشار می‌شود؛ نصب نامناسب شیر، که باعث نشت فشار بیش از ۰٫۱ مگاپاسکال در دقیقه می‌شود؛ و تبخیر شدن محیط آزمون، که منجر به ناپایداری فشار می‌گردد.

راه‌حل: قبل از انجام آزمون، نیمکت آزمون فشار را کالیبره کنید تا از دقت اندازه‌گیری فشار اطمینان حاصل شود و دوره کالیبراسیون نباید از ۶ ماه تجاوز کند؛ شیر را به‌طور محکم نصب کنید و پیش از آزمون قسمت اتصال را از نظر نشت بررسی نمایید؛ محیط آزمونی با پایداری خوب در دمای پایین (مانند هلیوم یا نیتروژن مایع) را انتخاب کنید و اقدامات عایق‌بندی لوله‌ها را انجام دهید تا از تبخیر محیط آزمون و ناپایداری فشار جلوگیری شود. پس از اعمال این بهبودها، دقت اندازه‌گیری فشار به ±۰٫۰۵٪ FS می‌رسد.

۵. مشکل رایج ۵: آسیب‌دیدن اجزای شیر در طول آزمون

در طول آزمون کریوژنیک، اجزای شیر (مانند ساقه و فنر) اغلب دچار آسیب می‌شوند که منجر به شکست آزمون می‌گردد؛ این مورد ۸٪ از کل شکست‌های آزمون را تشکیل می‌دهد. دلایل اصلی این امر عبارتند از: جنس اجزای مورد نظر از الزامات مقاومت در برابر دمای پایین تبعیت نمی‌کند و در نتیجه شکست شکننده رخ می‌دهد؛ فشار آزمون از حداکثر فشار کاری مجاز شیر بیشتر از ۱۰٪ است؛ و انجام نادرست عملیات باعث ایجاد ضربه به اجزا می‌شود.

راه‌حل: برای اطمینان از داشتن شکل‌پذیری کافی در شرایط دمای بسیار پایین، قطعاتی را از مواد مقاوم در برابر سرما (مانند CF3/CF3M، LC3/LCB) انتخاب کنید و مقدار شکل‌پذیری ضربه‌ای آن‌ها را حداقل ۲۷ ژول بر سانتی‌متر مربع در نظر بگیرید؛ فشار آزمایش را به‌دقت کنترل کنید تا از فشار کاری حداکثر مجاز شیر فراتر نرود؛ عملیات را مطابق رویه‌های آزمایش انجام دهید و از اعمال نیروهای ناگهانی و ضربه‌ای به قطعات خودداری کنید. پس از اعمال این بهبودها، نرخ آسیب‌دیدگی قطعات در طول آزمایش به ≤۱٪ کاهش می‌یابد.

6. نتیجه‌گیری

در آزمایش محیط سرمازده شیرهای سرمازده مشکلات رایجی مانند یخ‌زدن و قفل‌شدن شیر، نرخ نشت بیش از حد و کنترل نادرست دما اغلب رخ می‌دهند. این مشکلات عمدتاً ناشی از آماده‌سازی نامناسب قبل از آزمون، تجهیزات نامؤلف، و انجام عملیات به‌صورت غیراستاندارد هستند. با اتخاذ راهکارهای مناسب مانند تقویت فرآیند پیش‌آزمون، کالیبره‌کردن منظم تجهیزات و استانداردسازی رویه‌های اجرایی، می‌توان این مشکلات را به‌طور مؤثری جلوگیری کرد، کارایی و کیفیت آزمون را ارتقا داد و قابلیت اطمینان شیرهای دمای پایین را تضمین نمود. پس از رفع این مشکلات رایج، کارایی آزمون ۴۰٪ افزایش و هزینه‌های آزمون ۳۰٪ کاهش می‌یابد.