液氮凍結

液氮凍結

傳統的凍結法需要有氨、鹽水、冷卻水三個循環系統,這種方法冷量損失較大,也較為複雜。如果使液態致冷劑在凍結器內直接氣化,取消多次循環,可減少冷量損失,為此,曾用液態氨、二氧化碳和液氮直接氣化。

方法

超低溫液氮凍結

由於液氮氣化溫度為-195.8℃,它在凍結器內氣化,凍結速度比鹽水凍結可提高9 -10倍,故得名超低溫凍結。

液氮凍結取消了三大循環系統,不需凍結站,只需液氮凍結設備,即貯存槽、輸送槽車和管路,安裝較易,組織管理工作簡化。為某些工程的堵水、搶險和處理緊急事故提供了新手段。液氮凍結是凍結施工的一種新技術。

原理

在常溫常壓下,氮(N2)是一種無色、無臭、無毒的惰性氣體。氮氣在空氣中體積含量為78.16%,氮氣比空氣輕,在標準狀態下1米 氮氣重1.251公斤。氮氣在常壓下冷卻至-195.8℃變成液氮,其液體密度為807公斤/米 。在溫度為-210.1℃時,液氮凝固成雪狀的固體物質。

工業上,液氮是通過空氣分離裝置液化精餾獲得。高純度的液氮呈淺黃色,透明,稍輕於水。由於液氮的沸點低,通常處於猛烈的沸騰狀態。液氮惰性很強,沒有腐蝕性,不可燃,對震動、熱和電火花是穩定的。

工藝過程

液氮凍結工藝流程十分簡單。液氮由製取裝置生產,經汽車(或火車)的槽車運至施工地點,注入凍結器中的液氮供液管,在凍結管空間氣化,吸收周圍土壤的熱量,使土壤凍結。液氮氣化吸熱後,逸出凍結管,經氮氣排出管路放空。隨著液氮的氣化、揮發和不斷向凍結管供給新的液氮,直至形成符合設計要求的凍土牆,即可開掘施工。在掘砌過程中,繼續供給少量液氮,以維護凍土牆的強度。

凍結器結構

液氮凍結是無鹽水凍結,其核心是凍結器構造。凍結器既要保證液態製冷劑氣化,又要保證氣化迅速和均勻地吸熱。否則一部分氣化快,降溫也快,早凍;另一部分凍結管氣化慢,降溫慢,晚凍,不能保證正常凍結。

在封閉的空間,液氮漏損對操作人員存在嚴重威脅。因氮氣是看不見、嗅不著,容易使人缺氧而造成窒息。另外,液氮溫度低,操作人員需採取安全措施。純氮是耐火耐爆的,但要避免可燃物和氧的污染,運輸液氮不能暴露在空氣中。

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