Dans de nombreuses industries, l’azote est utilisé sous forme liquide ; c’est dans cet état qu’il possède la plus grande capacité de refroidissement. Pour rester liquide, le liquide cryogénique doit toutefois être stocké à -196°C. Si l’azote se réchauffe, il perd sa forme liquide.
Quelles sont les méthodes de stockage qui permettent de maintenir l’azote liquide à la température requise le plus longtemps possible ? Dans ce blog, nous examinons le stockage de l’azote liquide. Nous abordons les questions de sécurité et d’isolation, et nous présentons les infrastructures que Demaco propose pour l’azote liquide.
L'importance d'un stockage sûr de l'azote liquide
Comme pour tous les autres gaz liquides, un stockage sécurisé est essentiel pour la production, la conservation et l’application de l’azote liquide. Ce sont les principales raisons pour lesquelles les utilisateurs d’azote liquide investissent dans des réservoirs de stockage cryogéniques isolés sous vide et dans les infrastructures cryogéniques isolées sous vide qui leur sont associées :
Risques de sécurité
- Le premier risque est l’augmentation de la pression dans le réservoir ou le conteneur et le danger d’explosion qui en découle. Si le liquide cryogénique se réchauffe en raison d’une mauvaise isolation, il devient gazeux. Un litre d’azote liquide augmente environ 694 fois de volume lorsqu’il devient gazeux à température ambiante et à pression atmosphérique. Si l’on utilise un réservoir ou une cuve de stockage fermée pour l’azote liquide, la capacité de stockage ne sera pas suffisante pour contenir le gaz. Le gaz doit donc être ventilé pour éviter l’accumulation d’une pression excessive et d’éventuelles explosions.
- L’asphyxie due au déplacement de l’oxygène dans les espaces mal ventilés constitue un deuxième risque pour la sécurité lors de l’application de l’azote liquide. Lorsque l’azote liquide s’évapore, il se dilate rapidement, ce qui fait chuter les niveaux d’oxygène dans l’air ambiant à une vitesse record. Sans avertissement préalable, ce phénomène peut entraîner une perte de conscience ou une suffocation.
- Enfin, une isolation insuffisante et des réservoirs de stockage défectueux peuvent provoquer des fuites de froid extrême. L’oxygène présent dans l’air peut alors se condenser en oxygène liquide. L’oxygène liquide est un oxydant puissant qui augmente l’inflammabilité des matériaux. Cela peut provoquer un incendie ou une explosion.
Pertes économiques
Un réservoir de stockage d’azote liquide ou un dewar qui fuit ou qui est mal isolé n’est pas seulement dangereux, mais aussi financièrement défavorable. Si une infrastructure fuit ou si l’isolation est inadéquate, la perte d’azote liquide peut atteindre des dizaines de litres par jour. Si le réservoir de stockage est de grande taille, cela peut passer inaperçu, mais il ne restera bientôt plus rien lorsque des conteneurs plus petits seront utilisés.
Gaz impur et approvisionnement stable en gaz
La plupart des applications qui utilisent de l’azote liquide dépendent d’un liquide cryogénique de haute qualité. Il s’agit par exemple des systèmes de réfrigération dans l’industrie alimentaire et des applications de cryoconservation. Lorsque le liquide dépasse son point d’ébullition, des bulles de gaz se forment, ce qui peut entraîner des problèmes de fonctionnement et de performance de l’application. Chaque application cryogénique a besoin d’azote liquide de haute qualité (capacité de refroidissement) et ne fonctionnera pas de manière optimale avec un mélange de liquide et de gaz.
Équipement de stockage d'azote liquide
Comment stocker l’azote liquide ? Pour réduire les risques décrits ci-dessus, la sécurité et l’isolation sont cruciales pour le stockage de l’azote liquide. Cependant, la meilleure façon de stocker le liquide cryogénique dépend de son utilisation. Voici les dispositifs de stockage de l’azote liquide les plus connus :
Réservoir d'azote liquide (en vrac)
Le stockage d’azote liquide à grande échelle utilise des réservoirs de stockage cryogéniques. Ces réservoirs, d’une capacité de plusieurs centaines à plusieurs milliers de litres, sont optimisés pour le stockage à long terme avec un échauffement minimal, ce qui entraîne des pertes par ébullition souvent inférieures à 0,05 % du contenu par jour. Ils sont également très résistants aux conditions extérieures changeantes et au froid interne extrême et sont équipés de la meilleure isolation possible.
La plupart des réservoirs de stockage sont principalement fabriqués en acier inoxydable et sont dotés de techniques d’amélioration de la qualité pour évacuer les gaz. Ils sont également équipés de soupapes de sécurité contre les surpressions et de dispositifs de contrôle de la pression et des niveaux de liquide. À des fins de contrôle, les grands réservoirs sont parfois équipés d’échelles et de systèmes d’accès pour faciliter l’utilisation et le contrôle de chaque composant.
Conteneur d'azote liquide
Les conteneurs de stockage sont utilisés pour stocker l’azote liquide à plus petite échelle. Les conteneurs de stockage se présentent sous des formes et des tailles pratiquement infinies. Il peut s’agir de petits dewars portables (1-15 litres), placés dans les laboratoires, ou de conteneurs mobiles plus grands pour le transport ou le stockage local dans les hôpitaux ou chez les producteurs de denrées alimentaires (jusqu’à 400 litres).
Outre leur taille, les conteneurs de stockage varient également en termes de forme et de matériau. Ils peuvent, par exemple, être en aluminium ou en acier inoxydable, mais ils ont un point commun : l’isolation est essentielle. L’isolation sous vide est souvent utilisée en combinaison avec des feuilles d’aluminium et du papier de verre pour minimiser l’intrusion de la chaleur.
Dewar d'azote liquide
Un type spécifique de conteneur de stockage cryogénique est le dewar, nommé d’après James Dewar, le scientifique qui a développé cette technologie au 19ème siècle. Les conteneurs Dewar sont conçus pour stocker et transporter de plus petites quantités de liquides cryogéniques. Ils contiennent donc souvent quelques litres d’azote liquide, bien qu’il existe également des dewars pouvant contenir des dizaines, voire des centaines de litres.
Les dewars sont presque toujours cylindriques, avec un col effilé pour empêcher l’intrusion de la chaleur et donc l’évaporation. Comme pour toute méthode de stockage de l’azote liquide, l’isolation est primordiale pour les dewars. Les Dewars sont souvent fabriqués en acier inoxydable, avec une méthode d’isolation similaire à celle des autres systèmes cryogéniques : isolation sous vide avec une couche de feuille d’aluminium et de papier de verre.
En raison de leur grande polyvalence, les dewars sont utilisés dans de nombreux secteurs d’activité. Dans l’industrie médicale, ils servent à transporter de petites quantités d’azote liquide pour les traitements. Les dewars sont également largement utilisés dans les laboratoires de recherche et dans l’industrie alimentaire. Depuis le 19e siècle, le dewar est populaire et le restera sans aucun doute.
Isolation sous vide
Comme décrit précédemment, l’isolation sous vide est essentielle pour stocker et transporter en toute sécurité des liquides cryogéniques à des températures extrêmement basses. Comment cette technologie fonctionne-t-elle exactement ?
L’isolation sous vide est une technique qui utilise une structure à double paroi avec un vide entre les parois pour minimiser le transfert de chaleur par convection. L’aspiration de l’air entre les parois intérieures et extérieures crée un vide qui constitue une barrière efficace contre la chaleur extérieure et le froid intérieur. Les gaz cryogéniques contenus dans le système sont ainsi moins susceptibles de bouillir et conservent donc leur forme liquide plus longtemps.
L’indice d’isolation d’un système isolé sous vide est nettement supérieur à celui des systèmes utilisant des matériaux d’isolation traditionnels. En fait, l’isolation sous vide est de 8 à 25 fois supérieure à celle d’autres matériaux couramment utilisés, tels que la mousse PIR/PUR ou l’Armaflex. Si l’on ajoute des matériaux d’isolation multicouches tels que la feuille d’aluminium et le papier de verre, pratiquement toute la chaleur sera maintenue à l’extérieur du système.
Infrastructures d'azote liquide de Demaco
Demaco est spécialisée, entre autres structures, dans le développement d’infrastructures cryogéniques avancées pour l’azote liquide. Notre expertise comprend la conception et la construction de tuyauteries isolées sous vide (VIP), de séparateurs de phase, de stations de remplissage, de plateaux de refroidissement, etc. Tous nos systèmes sont conçus pour répondre aux exigences spécifiques de divers secteurs, tels que les soins de santé, l’industrie alimentaire et la recherche scientifique. Chez Demaco, nous nous efforçons non seulement de répondre aux besoins de nos clients, mais nous continuons également à placer la barre plus haut en matière de technologie cryogénique. Tout tourne autour de Cryogenius !
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