Ko standardni grelniki kartuš nočejo zagnati – Diagnosticiranje okvare-hladnega zagona v kriogenih sistemih
Kriogeni skladiščni objekt pri -90 stopinjah mora segreti napeljavo za prenos dušika, da prepreči blokado ledu, vendar se nameščeni grelni elementi preprosto ne aktivirajo. Standardni kartušni grelniki, izbrani na podlagi nazivne moči pri sobni-temperaturi, ne ustvarijo nobene toplote ali pa izgorejo takoj po vklopu električne energije v ekstremnem mrazu. Ta scenarij se izvaja veliko pogosteje, kot mnogi upravitelji objektov pričakujejo, in težava je le redko v kakovosti izdelka – gre za temeljno neskladje med predpostavkami zasnove in realnostjo delovanja.
Kaj se dejansko zgodi znotraj standardnega kartušnega grelnika med hladnim-zagonom pri -90 stopinjah? Upornostna žica, običajno nikelj-kromova zlitina, kot je NiCr 80/20, kaže bistveno drugačne električne lastnosti pri kriogenih temperaturah v primerjavi z okoljskimi pogoji. Pri -40 stopinjah upor pade za približno 10 do 15 odstotkov. Pri -90 stopinjah je zmanjšanje še bolj izrazito. To pomeni, da za dano uporabljeno napetost teče več toka in se proizvede več moči, kot bi kazalo v standardnih specifikacijah. Grelec z nazivno močjo 10 amperov pri sobni temperaturi lahko med hladnim zagonom potegne 11 do 12 amperov, kar obremenjuje napajalne tokokroge in krmilne komponente, ki niso bili zasnovani za tak vpad.
Toplotno krčenje materialov povzroča dodatne težave. Od sobne temperature do temperature tekočega dušika se nerjavno jeklo skrči za približno 0,3 odstotka, medtem ko se zlitine Inconel skrčijo za približno 0,2 odstotka. To diferencialno krčenje med plaščem, izolacijo in uporovno žico ustvarja notranje napetosti, ki jih običajne konstrukcije ne morejo prenesti. Standardno stiskanje z magnezijevim oksidom, ki zadostuje za uporabo v okolju, razvije mikroskopske praznine, ko se materiali krčijo z različnimi stopnjami, kar ogroža dielektrično trdnost in ustvarja poti za električno sledenje.
Vdor vlage predstavlja morda najbolj zahrbten mehanizem okvare. Ko se kriogena oprema med vzdrževalnimi cikli segreje, atmosferska vlaga kondenzira na hladnih površinah. Standardna tesnila grelnika, ki so popolnoma primerna za suha okolja, omogočajo postopen vdor vode, ki zmrzne v ledene kristale med poznejšim ohlajanjem. Približno 9-odstotno povečanje prostornine, ko se voda spremeni v led, ustvari zadosten pritisk, da poči ovoj ali ogrozi notranjo izolacijo.
Za zanesljivo delovanje pri -90 stopinjah in manj specializirani inženiring obravnava vsakega od teh načinov okvare. Hermetično tesnjenje s steklo-na-kovinsko ali keramično konstrukcijo preprečuje dostop vlage. Notranji zbiralniki vlage absorbirajo vso preostalo vlago iz proizvodnje ali najmanjšega puščanja v življenjski dobi. Tehnike stiskanja z visoko gostoto, ki dosegajo gostoto nad 3,2 grama na kubični centimeter, ohranjajo strukturno celovitost v ekstremnem temperaturnem območju. Prilagodljivi nosilci tuljav in skladna izolacijska embalaža se prilagodijo različni toplotni kontrakciji brez ustvarjanja notranjih šivov, ki povzročajo zlome.
Izračuni-moči hladnega zagona morajo upoštevati zmanjšano odpornost grelnih elementov pri kriogenih temperaturah. Nadzorni sistemi morajo vključevati funkcije za-omejitev toka ali zaporedja-rampanja, ki postopoma povečujejo napetost v nekaj minutah, kar omogoča enakomerno porazdelitev temperature, preden se doseže polna delovna moč. Ta pristop podaljša življenjsko dobo delovanja za faktorje tri ali več v primerjavi z neposredno uporabo s polno-močjo.
