Die hochspezialisierte Branche der kryogenen Infrastrukturen

Kryotechniker entwerfen, fertigen, installieren, betreiben und warten kryogene Anlagen für eine Vielzahl von Branchen. Sie sind an der Herstellung von Arzneimitteln, der Gewinnung von Erdgas und Erdöl, der Weltraumforschung und vielen anderen spezialisierten Anwendungen beteiligt, die verflüssigte Gase verwenden. Kryotechniker können auch mit Supraleitern und Magnetfeldern arbeiten.

Kryogene Infrastrukturen – Die Grundlagen

Kryo-Behälter werden oft als “Kryostate” bezeichnet, weil sie ein integriertes System haben, das Kühlkomponenten, Isolierung und Sensoren umfasst, die explizit für die Aufrechterhaltung der niedrigen Temperatur der Gase im Inneren ausgelegt sind. Kryostate sind auch für das Pumpen von Flüssigkeiten in und aus ihrem Inneren verantwortlich. Der Kryostat selbst befindet sich in der Regel in einem Gebäude, das als “kryogene Anlage” oder Gehäuse bezeichnet wird und in dem einige technologische Systeme miteinander verbunden sind, um hochspezialisierte Endprodukte wie Flüssigerdgas (LNG) und Flüssiggas (LPG) herzustellen.

In der Kryotechnik ist es wichtig, zwischen dem “Prozessingenieur” und dem “Anlageningenieur” zu unterscheiden, auch wenn beide kryogene Dienstleistungen erbringen. Der Verfahrensingenieur ist mit der Auslegung der kryogenen Anlage befasst. Der Anlagenbauer stellt sicher, dass der Prozess innerhalb der zulässigen Parameter durchgeführt wird und überwacht die Betriebsbedingungen.

Die unterschiedlichen Anlagen in der Kryotechnik

Es gibt zwei Arten von Anlagen in der Kryotechnik: Produktionsanlagen und Lageranlagen. In einer Produktionsanlage werden Gase produziert, verflüssigt oder bei niedrigen Temperaturen gelagert. Diese Gase werden in der Regel bei -150 bis -200 Grad Celsius (°C) für Luftzerlegungs-, Gefriertrocknungs- oder Kompressionsanwendungen gelagert; oder bei bis zu -250 Grad Celsius für die Sauerstoffkonzentration oder die primäre Alkoholproduktion.

Speicheranlagen bieten Dienstleistungen zur Speicherung, Verarbeitung und Verteilung an. Sie stellen Lagertanks auf verschiedenen Druckniveaus und Temperaturen von -150 bis +60 Grad Celsius zur Verfügung. Einige kryogene Anlagen sind in der Lage, Gase zu verflüssigen, indem sie den Druck bei einer sehr kalten Temperatur reduzieren, um Hochdruckgase zu einem niedrigeren Preis zu verkaufen. Viele große Ölraffinerien haben vor Ort kryogene Anlagen zur Luftzerlegung.

Jobs und Perspektiven als Kryogenik-Ingenieur

Kryogenik-Ingenieure müssen ein gründliches Verständnis von Thermodynamik, Fluiddynamik, chemischen Reaktionsraten und Wärmeübertragung sowie Kenntnisse über elektrische und mechanische Komponenten haben. Sie sollten auch wissen, wie man mit den in der Kryotechnik verwendeten Rohrleitungen, Schläuchen und Ventilen arbeitet.

Kryotechniker können in leitende Positionen aufsteigen oder Prozessingenieure werden. Um eine dieser Karriereoptionen zu verfolgen, ist ein Master-Abschluss in Verfahrenstechnik erforderlich. Da es sich bei der Kryotechnik um ein spezialisiertes Fachgebiet handelt, gibt es nicht viele Stellen für Absolventen mit nur einem Bachelor-Abschluss.

Warum Spezialisierung in der Kryotechnik wichtig ist

Wenn Gase verflüssigt werden, werden sie reaktiver und korrosiver. Daher sollte das Material, aus dem die Ausrüstung für Flüssiggase besteht, sowohl gegen die Korrosion durch die Flüssigkeit als auch durch das Gas beständig sein. Beispielsweise ist Stahl im gasförmigen Zustand beständig gegen Wasserdampf, wird aber reaktiv, wenn er sich im flüssigen Zustand befindet; daher muss ein Material mit korrosionsbeständigen Eigenschaften verwendet werden. In ähnlicher Weise ist Aluminium sehr reaktiv, wenn es sich in der Gasphase befindet und kann daher nicht für kryogene Geräte verwendet werden.

Kryotechniker müssen bei der Auswahl der Ausrüstung auch den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials berücksichtigen. Die Aufrechterhaltung eines konstanten Temperaturniveaus ist in der Kryotechnik sehr wichtig, und wenn sich die Ausrüstung ausdehnt, kann dies zu Druckverlust und Leckagen führen. Korrosionsbeständigkeit und Kompatibilität sind besonders wichtig für Rohrleitungssysteme, die sowohl Flüssig- als auch Gasphasen enthalten, da sie mehr als eine Phase enthalten. Rohrleitungsmaterialien, die für Gassysteme verwendet werden, müssen eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, da Gassysteme abgekühlt werden müssen.

Um mit kryogenen Anlagen arbeiten zu können, müssen auch Prozessingenieure eine Ausbildung in technischen Disziplinen haben, die über mechanische Kälte- und Klimatechnik hinausgehen. Prozessingenieure müssen mit der Physik und den physikalischen Eigenschaften von Gasen bei flachen Temperaturen vertraut sein. Ein weiterer wesentlicher Aspekt, den Prozessingenieure beherrschen müssen, um ihre Ziele zu erreichen, ist der Umgang mit Fragen der Sicherheit, der Einhaltung von Umweltvorschriften und gesetzlichen Bestimmungen, die speziell für die Tieftemperaturtechnik gelten.

Einen weiteren Job in dieser Industrie haben Ausrüstungstechniker. Sie sind Spezialisten, die die Ausrüstung bauen, die den Bau und den Betrieb von kryogenen Anlagen unterstützt. Dazu gehört das Herstellen, Verschrauben und Schweißen von Komponenten nach exakten Vorgaben. Ausrüstungsingenieure müssen auch mit mechanischer Kältetechnik und Klimatisierung vertraut sein, um Hochdruckgetriebe, Motoren und Kompressoren zu spezifizieren, die ein bestimmtes Gasvolumen in kurzer Zeit erreichen.