Πάγωμα 1ου σταδίου “Joule - Thomson - Effekt”

Οι αιτίες είναι πολλές που μπορούν να προκαλέσουν πάγωμα στο πρώτο στάδιο ενός ρυθμιστού.

Ο κύριος και ο πιο πιθανός λόγος οφείλεται στην υπερβολική κατανάλωση ή στην ελεύθερη ροή (Free flow) αερίου το οποίο βρίσκεται σε δοχείο (φιάλη κατααδύσεων) σε υψυλή πίεση, φαινόμενο το οποίο για πρώτη φορά το περιέγραψαν ο William Thomson 1. Baron Kelvin  και ο James Prescott Joule το 1856 και ονομάζεται “Joule-Thomson-Effekt”.

 James P. Joule (1818 - 1889)

William Thomson 1. Baron Kelvin (1824 - 1907)

Λίγα λόγια για τη θεωρία του φαινομένου.

Ο εξερχόμενος αέρας στο σημείο εκτόνωσης από μια πίεση 200 ή 300 bar τη στιγμή της εκτόνωσης δημιουργεί διαφορά θερμοκρασίας η οποία υπερβαίνει τους 40°C. 

Αν υποθέσουμε ότι η εξωτερική θερμοκρασία είναι 20 °C και έχουμε ελεύθερη ροή από τα 200 bar μέχρι να αδειάσει η φιάλη στο 1 bar στο σημείο εκτόνωσης του αέρα έχουμε περίπου -20°C.

Όπως μπορείτε να διαπιστώσετε στο πιο κάτω διάγραμμα, η πιο μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας του φαινομένου (Joule-Thomson-Effekt) σε ελεύθερη ροή του αερίου είναι στα 150 bar.

Σε ελεύθερη ροή στα 400 bar δεν παρατηρείται αυτό το φαινόμενο, απεναντίας από τα 400 bar και πάνω αντιστρέφεται και έχουμε θέρμανση αντί ψύξη. 

Το φαινόμενο δεν ισχύει για τα ευγενή αέρια.

Διάγραμμα: “Joule-Thomson-Effekt”

Αρκετά με την θεωρία, ας εξετάσουμε το πρώτο στάδιο του ρυθμιστή στη κανονική του λειτουργία. Το φαινόμενο του (Joule-Thomson-Effekt) παρουσιάζεται σε κάθε αναπνοή από τον ρυθμιστή μας ή σε κάθε είδους διαρροή. 

Στο σημείο εκτόνωσης του αερίου  στο εσωτερικό του 1ου σταδίου αναπτύσσονται θερμοκρασίες από -18 °C έως -12 °C, είναι όμως στιγμιαία και παρ’ ότι  αναπτύσσονται κρύσταλλοι πάγου μόλις σταματήσει η ροή του αέρα εξατμίζονται, όταν όμως έχουμε υπερβολική κατανάλωση ή μεγάλη διαρροή τότε αναπόφευκτα δημιουργείται πάγος μέσα - έξω στο πρώτο στάδιο αλλά και στο εσωτερικό της φιάλης. 

Ο πάγος από το εξωτερικό κέλυφος του 1ου σταδίου υγροπειήται και στην συνέχεια εξατμίζεται όταν σταματήσει η εκτόνωση, αντίθετα ο πάγος στο εσωτερικό της φιάλης εγκλωβίζεται υγροποιήται και έτσι άθελά μας έχουμε υγρασία στο εσωτερικό της φιάλης ή σε ακραία περίπτωση νερό μέσα στη φιάλη. 

Ποτέ και για κανένα λόγο δεν πρέπει να εκτονώνουμε (αδειάζουμε) τη φιάλη μας βίαια π.χ. όταν θέλουμε να την δώσουμε για υδροστατικό έλεγχο ή όταν θέλουμε να αντικαταστήσουμε τον αέρα λόγω του ότι δεν χρησιμοποιήσαμε τη φιάλη μας για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Άλλος ένας σημαντικός λόγος είναι η κατασκευή του πρώτου σταδίου ενός ρυθμιστή (αυτό όμως είναι θέμα κατασκευαστού).
 

Το άνοιγμα “Χ” στην παρακάτω εικόνα, στο σημείο εκτόνωσης του αέρα μεταξύ πιστονιού και της έδρας κλεισίματος δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή, στους μοντέρνους ρυθμιστές κυμαίνεται συνήθως από 1,8mm - 2mm, κάτω από εκεί ο κίνδυνος παγώματος μεγαλώνει, αν όμως η απόσταση αυτή είναι πολύ μεγαλύτερη, τότε μειώνεται ο κίνδυνος παγώματος αλλά έχει μεγάλες διακυμάνσεις στη μέση πίεση.

Συνοψίζοντας εκτός από την παραπάνω περιγραφή συμαντικό είνα ακόμα η θερμοκρασία περιβάλλοντος, η πιθανή υγρασία (μόνιμη υγρασία στο εσωτερικό της φιάλης) ή ακόμα και νερό σε περίπτωση που η φιάλη εκτονώνεται  βίαια (αδειάζει πολύ γρήγορα) πολλές φορές π.χ αντικατάσταση του αερίου αν δεν χρεισιμοποιήται συχνά.

Η θεωρία του "Joule - Thomson - effekt" είναι τεράστια σε όγκο, γι' αυτό περιορίζω την περιγραφή μου μόνο ότι αφορά  την κατάδυση. 

Χρήστος Ευθυμίου