空分装置の液体窒素貯蔵と気化システムは低温液体窒素媒質の特性を中心に設計され、液体窒素貯蔵、輸送、気化、精製及び安全制御を一体化した高効率工業システムである。このシステムは空分塔から産出された高純度液体窒素を原料とし、精密な貯蔵、濾過、増圧、熱交換、緩衝及び分配プロセスを通じて、低温液体窒素を異業種の需要に合致する常温窒素ガスに転化し、
空分装置の液体窒素貯蔵と気化システム低温液体窒素媒質の特性設計をめぐって、液体窒素の貯蔵、輸送、気化、精製及び安全制御を一体化した高効率工業システムである。このシステムは空分塔から産出された高純度液体窒素を原料とし、精密な貯蔵、濾過、増圧、熱交換、緩衝及び分配プロセスを通じて、低温液体窒素を異業種の需要に合致する常温窒素ガスに転化し、電子、化学肥料、石炭化学工業、鉄鋼などの分野に安定で信頼性のある窒素供給を提供し、高い安全性、低損失率、強い適応性などの優位性を備えている。
システムの原料は空分塔下の塔頂部から産出した液体窒素その純度は99.999%に達し、温度は-196℃に安定して維持され、後続の窒素ガス品質を保障する基礎である。
液体窒素輸送用直径150 mmのステンレス低温配管、パイプの外層は二重防護保温設計を採用した：第一層は50 mm厚の真珠光沢砂保温層で、効果的に外界の熱の侵入を遮断し、液体窒素の蒸発損失を減少することができる、第二層は0.5 mm厚のアルミ皮保護カバーで、保温層を外力の破壊から保護し、保温効果をさらに高めることができる。
パイプエンド配備くうきしゃだんべん、バルブ開度はPLCシステムがタンク液位に基づいて自動的に調整し、インテリジェント化流量制御を実現する。タンクの液位が85%に達すると、バルブは自動的に30%開度まで閉じ、液体窒素輸送流量が50 m³/h前後に安定することを確保し、液位が高すぎることによる安全リスクや流量変動がシステムの安定に影響することを回避する。
液体窒素がタンクに入る前に、必ず通過しなければならないろ過精度5μmの低温フィルタフィルタ内部に銅メッシュフィルタコアを採用し、配管溶接過程で残留した鉄屑、酸化皮膜などの固体不純物を正確に遮断することができる。
ある化学工場では、このフィルターが取り付けられていないため、直径1 mmの金属粒子がタンクに入り、後続の気化器のフィン通路を塞ぎ、直接気化能力が40%低下し、企業は36時間操業停止を余儀なくされ、深刻な経済損失をもたらしたことがある。フィルターを設置した後、四半期ごとに分解検査を行ったところ、フィルターコアに少量の灰白色粉末状不純物が付着しているだけで、システムの正常な運行に影響を与えず、フィルターリングがシステムの安定性に与える重要な役割を十分に体現している。
システム採用たてがたクライオタンク液体窒素貯蔵コア設備として、有効容積は500 m³であり、企業の大規模、連続化生産の液体窒素貯蔵需要を満たすことができ、その構造設計は低温環境下の安全性と保温性を十分に考慮する：
タンク材質：缶体内胆は06 Cr 19 Ni 10ステンレス鋼を採用し、優れた低温耐食性と靭性を備え、-196℃の低温環境に適応できる、外胆はQ 345 R炭素鋼であり、強度が高く、コストが低く、缶体に信頼できる構造支持を提供する。
だんねつせっけい：内胆と外胆の間に10㎥Paの高真空度を引き出し、同時に断熱性能の膨張真珠岩を充填し、大幅に熱伝達を下げ、液体窒素の蒸発損失を減少し、貯蔵タンクの長時間安定した液体窒素の貯蔵を保障する。
支持と沈降保護：缶底に6組のステンレス支持脚を取り付け、各組の支持脚と基礎の間に30 mm厚のポリテトラフルオロエチレン板を敷設し、地盤沈下による缶体の押出変形を効果的に減少させ、貯蔵タンクの使用寿命を延長することができる。
液面モニタリング：タンクの上部に磁気フリッププレート液位計が設置され、液位の表示精度は±5 mmに達し、現場の操作者が液位を直観的に見るのに便利である、同時にレーダー液位変換器を装備し、液位データをリアルタイムで中央制御室の監視スクリーンに転送することができ、遠隔リアルタイム監視を実現し、液窒素輸送量をタイムリーに調整するのに便利である。
タンク圧力制御はシステムの安全を保障する核心であり、正常な操作圧力は厳格に0.5 MPaに維持され、具体的な制御措置は以下の通り：
リリーフバルブリリーフ：外部環境温度が上昇し、液体窒素の蒸発によりタンク内圧力が0.6 MPaに上昇すると、タンク上部の安全弁が自動的に踏み切り、放出された低温窒素ガスは放空管路を通じて30 mの高い放空筒に導き、窒素ガスが低空に蓄積して安全リスクを引き起こすことを回避する。放空管はろう曲げ技術を採用し、直角ベンドがなく、局所抵抗を減少させ、漏圧がスムーズであることを確保することができる、配管外壁も同様に保温処理を行い、低温窒素ガスによる配管結霜を防止し、周囲の設備の正常な運行に影響を与える。
事故警示：ある天然ガス処理場は安全弁の検査が不正確で、タンク内の圧力が0.8 MPaまで上昇し、タンクフランジの密封カバー漏れを引き起こし、緊急降圧処理を経て事故の拡大を回避したが、安全弁の定期精密検査の重要性を警告した。
爆破片予備防護：安全弁の故障による超圧リスクを防止するため、タンクには爆破片が取り付けられ、その爆破圧力は0.7 MPaに設定されている。安全弁が正常に圧力を逃がすことができず、タンク内の圧力が0.7 MPaまで上昇し続けると、爆破片は超圧の瞬間に破裂し、急速に圧力を放出し、タンクの安全を保護する。爆破片は年に1回交換する必要があり、交換時にはカバーの清掃に傷がないことを確実に守り、交換後の漏れを防止しなければならない。
液体窒素を使用する必要がある場合、タンク底部の液出し弁が開き、液体窒素がポンプ前フィルタを通って入る低温液体窒素ポンプこのポンプは液体窒素加圧輸送の核心設備であり、具体的なパラメータと操作要求は以下の通りである：
設備パラメータ：プランジャ式構造を採用し、モータ電力75 kW、流量は20-100 m³/hの範囲内で柔軟に調節でき、出口圧力は最高2.5 MPaに達することができ、異なる下流ユーザーの圧力と流量の需要を満たすことができる。
低温保護設計：ポンプハウジングはポリウレタン発泡層を包み、冷却量損失を減少する、軸封はコルゲート管機械密封を採用し、密封面の材質はWC-Co合金で、優れた低温密封性と耐摩耗性を備え、-196℃の運転状況で漏れがないことを確保した。
運用仕様の起動：ポンプを起動する前に予冷を行わなければならない。ポンプ本体の予冷弁を開けて、液体窒素をゆっくりとポンプキャビティを流れさせ、ポンプハウジングの温度が-180℃以下に下がるとモータを起動できる。規範に従って予冷しないと、温度差が大きすぎるとポンプ本体部品が変形し、設備故障を引き起こす可能性がある。
液体窒素ポンプから出た高圧液体窒素は、まずプレート式熱交換器気化を行い、この段階は低温液体窒素を常温窒素ガスに転化する鍵である：
熱交換器パラメータ：316 Lステンレス鋼材質のろう付け板式構造を採用し、単板面積は0.5㎡、総伝熱面積は80㎡で、高効率の伝熱性能を備えている、高温側に蒸気管網からの0.8 MPa飽和蒸気を通し、蒸気凝縮により放出された熱により液体窒素を常温に加熱する。
温度制御：熱交換器の出入口パイプに温度センサーが取り付けられており、出口の窒素ガス温度が-5℃を下回ると、蒸気調節弁が自動的に大きく開き、蒸気供給量を増やし、窒素ガスの気化を確保する。
事故事例：ある石炭化学工業プロジェクトは蒸気圧力の変動により、熱交換器の熱伝達が不足し、気化が不十分な-30℃の窒素ガスが後続配管に入り、フランジガスケットが凍傷し、窒素ガスの漏れを引き起こし、この段階の温度安定制御の重要性を際立たせた。
緊急気化保障：システムはまだ装備されているひじょうじょうはつきプレート式熱交換器が故障し、窒素ガス出口温度が-10℃未満の場合、蒸気入口弁は閉じ、同時にバイパス弁を開き、十分に気化していない気液混合物を緊急気化器に入れる。この気化器は空気浴式で、フィン管の総長さは500 mに達し、環境空気の熱を利用して残りの液体窒素を気化することができ、下流管に入るのは乾燥した窒素ガスであることを確保し、低温気液混合物が下流設備を損傷することを回避する。
気化後の窒素ガス進入バッファタンクこの設備の容積は50 m³、設計圧力は2.0 MPaで、主な作用は窒素ガス圧力を安定させることであり、具体的な機能と設計は以下の通りである：
圧力安定機能：下流ユーザーのガス使用量が急に増加した場合、バッファタンク内に貯蔵された窒素ガスは直ちに補充でき、圧力変動を±0.05 MPaの範囲内に制御し、圧力の急降下がユーザーの生産に影響を与えないようにする、タンクの頂部に圧力計と圧力変換器が設置され、圧力が1.8 MPa未満の場合、液体窒素ポンプは自動的に速度を上げ、給気量を増加する、圧力が2.0 MPaより高い場合、ポンプは減速または停止し、圧力の自動調整を実現する。
防腐設計：缶体内壁はサンドブラストによる錆除去処理を行い、表面酸化層を除去し、その後、エポキシ富亜鉛プライマーと上塗りを塗布し、優れた腐食防止性能を備え、バッファタンクの使用寿命を延長する。
バッファタンク出口の窒素ガスは2つのルートに分けられ、それぞれ異なる業界のユーザーのニーズを満たし、同時に正確な計量設備を備えている：
高純度窒素分岐路：窒素ガスが通りますせいみつろかきフィルターには活性炭と分子篩が入っており、窒素ガス中の水分と油分を効果的に除去し、窒素ガスの露点を-70℃に下げ、電子業界の高純窒素に対する厳しい需要を満たし、電子部品の生産過程における製品品質を保障することができる。
工業用窒素分岐路：別の道の窒素ガスは直接総管に入り、化学肥料工場の合成アンモニア装置に輸送し、保護ガスとして使用し、合成アンモニアの過程で原料と製品が酸化されるのを防止し、生産の安全と製品の純度を保障する。
りゅうりょうけいりょう：両ルートには渦街流量計が設置されており、測定精度は±0.5%であり、リアルタイムで各ユーザーのガス使用量を測定でき、そしてデータをエネルギー管理システムにアップロードし、企業がエネルギー消費統計とコスト計算を行うのに便利である。
システムには*の安全なインターロック装置が設置され、重要な設備と核心部分をカバーし、システムの運行安全を全面的に保障する：
液体窒素ポンプの安全保護：液体窒素ポンプの軸受温度が80℃を超えると、停止信号がトリガされ、同時にポンプ出口弁が自動的に閉じ、ポンプ本体の乾燥研磨による設備損傷や火災などの安全事故を防止する。
熱交換器の安全保護：プレート式熱交換器の窒素ガス出口温度が-10℃未満の場合、緊急気化器を起動するほか、蒸気入口弁を閉鎖し、蒸気の持続的な流入によるエネルギー浪費や設備異常を回避する。
タンク液位安全保護：タンクの液位が15%未満の場合、中央制御室は低液位警報を出し、操作者に空分装置と連絡して液窒素の生産量を増加させるよう注意する、液位が10%未満の場合、システムは自動的に出液弁を閉じ、優先的に空分塔の正常な運行を保証し、空分塔が原料不足による連鎖故障を回避する。
配管はシステム内媒体輸送のコア担体として、その配置と防護設計はシステムの安定性と安全性に直接影響する：
配置の原則：「冷上熱下」の原則に従い、低温パイプはできるだけ架空に敷設し、高温パイプとの間に少なくとも300 mmの距離を保ち、高温パイプが低温パイプに熱を伝達することを避け、液体窒素の蒸発損失を減少する。
スタンド設計：低温配管のブラケットはスライドブラケットを採用し、配管が低温下で収縮する時に自由に移動することを許可し、配管が熱膨張と冷縮による応力により破裂することを避ける、支柱とパイプの間に木の塊を敷設し、金属の直接接触によるコールドブリッジ効果の発生を防止し、さらにコールドボリューム損失を減少させる。
バルブ選択：パイプ上のバルブはすべて低温ボールバルブを採用し、バルブコアの材質は銅合金で、良好な低温靭性を備えている、シール面はポリテトラフルオロエチレンであり、低温モードでのスイッチの柔軟性を確保し、漏れ率は1×10µPa・m³/sより低く、システムのシール性を保障する。
高安全性：タンクの安全弁、爆破片の二重超圧防護から、設備の温度、圧力インターロック保護、さらに配管の低温防護設計まで、システムは全面的な安全保障システムを形成し、低温、高圧環境下の安全リスクを効果的に回避することができる。
低損失率：タンクの高真空断熱、配管の二重保温、熱交換器の高効率伝熱などの設計を通じて、液体窒素の蒸発と冷却量の損失を大幅に減少し、ある大型製鉄所はこのシステムを応用して、液体窒素の損失率を0.5%以下に制御して、企業の生産コストを下げる。
高い安定性：PLCシステムは流量、圧力を自動的に調節し、バッファタンクは圧力を安定させ、フィルタは不純物を遮断し、各段階は協力して作用し、窒素ガス供給の流量、圧力、純度の安定を確保し、下流ユーザーの連続生産需要を満たす。
てきおうせい：液体窒素ポンプの流量は柔軟に調節でき、窒素ガスは高純窒素と工業窒素の2つのルートに分けて出力し、電子、化学肥料、石炭化学工業などの異なる業界の需要に適応でき、応用範囲は広い。
ある大型製鉄所がこの空分装置の液体窒素貯蔵と気化システム以来、連続運転1800日の問題のないことを実現し、鉄鋼生産過程における圧延、熱処理などの一環に安定した窒素ガス保護を提供し、鋼材の酸化を効果的に防止し、鋼材の品質を向上させるとともに、低損失率も企業のために大量の液体窒素購入と運行コストを節約し、企業の生産安定運行の重要な保障となった。
