공분장치 액질소 저장과 기화 시스템은 저온 액질소 매체의 특성을 중심으로 설계되어 액질소 저장, 수송, 기화, 정제 및 안전 제어가 일체화된 고효율 공업 시스템이다.이 시스템은 공분탑에서 생산된 순도 높은 액체 질소를 원료로 정밀한 저장, 여과, 증압, 환열, 완충 및 분배 과정을 통해 저온 액체 질소를 서로 다른 업계의 수요에 부합하는 상온 질소로 전환한다.
공분 장치 액체 질소 저장 및 기화 시스템저온 액체 질소 매체의 특성을 중심으로 설계되어 액체 질소 저장, 수송, 기화, 정제 및 안전 제어가 일체화된 고효율 공업 시스템이다.이 시스템은 공분탑에서 산출된 고순도 액질소를 원료로 정밀한 저장, 여과, 증압, 환열, 완충 및 분배 과정을 통해 저온 액질소를 서로 다른 업종의 수요에 부합하는 상온 질소로 전환시켜 전자, 화학비료, 석탄화학공업, 철강 등 분야에 안정적이고 신뢰할 수 있는 질소 공급을 제공하며 높은 안전성, 낮은 손실률, 강한 적응성 등 우세를 갖추고 있다.
시스템의 원료는공분탑 아래 탑 꼭대기에서 나오는 액질소, 그 순도는 99.999% 에 달하고, 온도는 -196 ℃ 로 안정적으로 유지되며, 후속 질소 품질을 보장하는 기초이다.
액체 질소 수송 채택직경 150mm의 스테인리스강 저온 파이프, 파이프 외층은 이중 보호 보온 설계를 채택한다: 1층은 50mm 두께의 펄 모래 보온층으로 외부 열량의 침입을 효과적으로 차단하고 액체 질소 증발 손실을 줄일 수 있다;2층은 0.5mm 두께의 알루미늄 가죽 보호 커버로 외력의 파괴로부터 보온층을 보호하여 보온 효과를 한층 더 높일 수 있다.
파이프 끝 배치공기압 마감 밸브, 밸브 열림도는 PLC 시스템이 저장탱크의 액위에 따라 자동으로 조절하여 지능화 유량 제어를 실현한다.탱크의 액위가 85% 에 도달하면 밸브는 자동으로 30% 개도까지 작아져 액체 질소 수송량이 50m³/h 정도로 안정되도록 보장하여 액위가 너무 높아 발생하는 안전 위험이나 유량 파동이 시스템 안정에 영향을 주지 않도록 한다.
액체 질소가 저장탱크에 들어가기 전에 반드시 거쳐야 한다필터 정밀도 5μm의 저온 필터, 필터 내부는 구리 네트워크 필터를 사용하여 파이프 용접 과정에서 남아 있는 철 부스러기, 산화 가죽 등 고체 불순물을 정확하게 차단할 수 있습니다.
모 화학공장은 일찍 이 려과기를 설치하지 않아 1mm 직경의 금속립자가 저장탱크에 들어가 후속기화기의 날개통로를 막아 직접 기화능력이 40% 하락하고 기업이 부득불 36시간 생산을 중지하고 정리하여 엄중한 경제손실을 초래하였다.그러나 필터를 설치한 후, 매 분기 분해 검사는 필터에 소량의 회백색 분말 모양의 불순물이 부착되어 있는 것을 발견했을 뿐, 시스템의 정상적인 운행에 영향을 주지 않으며, 필터 단계가 시스템의 안정성에 대한 관건적인 역할을 충분히 구현하였다.
시스템 채택입식 저온 저장탱크액체 질소 저장 핵심 설비로서 유효 용적은 500m³로 기업의 대규모, 연속화 생산의 액체 질소 저장 수요를 만족시킬 수 있으며, 그 구조 설계는 저온 환경에서의 안전성과 보온성을 충분히 고려한다:
탱크 재질: 탱크 내담은 06Cr19Ni10 스테인리스강을 사용하여 우수한 저온 내부식성과 인성을 갖추고 있으며 -196 ℃ 의 저온 환경에 적응할 수 있습니다.외담은 Q345R 탄소강으로 강도가 높고 원가가 낮으며 탱크에 믿음직한 구조지지를 제공한다.
단열 설계: 내담과 외담 사이에서 10⁻Pa의 높은 진공도를 추출하는 동시에 단열성능의 팽창진주암을 충전하여 열전달을 대폭 낮추고 액질소증발손실을 감소시켜 저장탱크가 장시간 안정적으로 액질소를 저장하도록 보장한다.
지지와 침강 방호: 탱크 바닥에 6개의 스테인리스강 지지 다리를 설치하고, 각 지지 다리와 기초 사이에 30mm 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌판을 깔면 지반 침강이 탱크에 대한 압출 변형을 효과적으로 줄일 수 있으며, 저장 탱크의 사용 수명을 연장할 수 있다.
액위 모니터링: 저장탱크 상단에는 마그네틱 플립보드 액위계가 장착되어 있으며, 액위 표시 정밀도는 ± 5mm에 달하여 현장 작업자가 직관적으로 액위를 볼 수 있도록 한다;동시에 레이더 액위 변송기를 장착하여 액위 데이터를 실시간으로 중앙 통제실의 모니터링 스크린으로 전송할 수 있으며, 원격 실시간 모니터링을 실현하여 액체 질소 수송량을 제때에 조정할 수 있다.
저장탱크의 압력통제는 시스템의 안전을 보장하는 핵심으로서 정상적인 조작압력은 엄격히 0.5MPa로 유지되며 구체적인 통제조치는 다음과 같다.
안전밸브 유압: 외부 환경의 온도가 상승하고 액체 질소가 증발하여 탱크 내의 압력이 0.6MPa로 상승할 때, 탱크 상단의 안전밸브는 자동으로 도약하고, 방출된 저온 질소는 방공관 통로를 통해 30m 높이의 방공통으로 유인하여 질소가 저공에 축적되어 안전 위험을 유발하지 않도록 한다.방공 파이프는 구부림 공법을 채택하여 직각 구부림이 없어 국부 저항을 줄이고 유압이 원활하도록 확보할 수 있다;파이프 외벽도 마찬가지로 보온 처리를 하여 저온 질소로 인해 파이프에 서리가 내려 주변 설비의 정상적인 운행에 영향을 주는 것을 방지한다.
事故警示: 모 천연가스처리공장은 일찍 안전밸브의 교정검사가 정확하지 않아 탱크내의 압력이 0.8MPa로 초과상승하여 탱크의 프랑스밀표지가 루출되였다. 비록 긴급강압처리를 거쳐 사고가 확대되지 않도록 하였지만 안전밸브의 정기적인 정밀검사의 중요성도 경고하였다.
폭파편 예비 방호: 안전밸브의 고장으로 인한 초압 위험을 방지하기 위해 저장탱크에는 폭파편이 장착되어 있으며, 그 폭파압력은 0.7MPa로 설정되어 있다.안전밸브가 정상적으로 압력을 방출하지 못하고 탱크내의 압력이 지속적으로 0.7MPa로 상승할 때 폭파편은 초압에서 순식간에 파렬되여 재빨리 압력을 방출하여 탱크의 안전을 보호한다.폭파편은 매년 한번씩 교체해야 하며 교체할 때 반드시 표지의 청결에 긁힌 흔적이 없도록 비밀을 지켜야 하며 교체후 루출이 나타나지 않도록 방지해야 한다.
액체 질소를 사용해야 할 때, 저장탱크 밑부분의 출액 밸브가 열리고, 액체 질소는 펌프 전 여과기를 통해 들어간다저온 액체 질소 펌프, 이 펌프는 액체 질소 증압 수송의 핵심 설비이며, 구체적인 매개변수와 조작 요구는 다음과 같다:
장치 매개 변수: 피스톤 구조, 모터 출력 75kW, 유량은 20-100m³/h 범위 내에서 유연하게 조절할 수 있으며, 수출 압력은 최고 2.5MPa에 달하며, 서로 다른 하위 사용자의 압력과 유량 수요를 만족시킬 수 있다.
저온 보호 설계: 펌프체 케이스가 폴리우레탄 발포층을 감싸 냉량 손실을 줄인다;축봉은 파문관기계밀봉을 채용하고 밀봉면재질은 WC-Co합금으로 우수한 저온밀봉성과 내마모성을 구비하여 -196 ℃ 의 작업상황에서 루출이 없도록 확보하였다.
시작 작업 사양: 펌프를 가동하기 전에 반드시 예냉을 진행하고, 펌프체의 예냉밸브를 열어 액체 질소가 펌프 챔버를 천천히 흐르게 하고, 펌프 케이스의 온도가 -180 ℃ 로 내려가면 아래에서 모터를 가동할 수 있다.규범에 따라 예냉하지 않으면 온도차가 너무 크면 펌프체 부품이 변형되어 설비 고장을 일으킬 수 있다.
액체 질소 펌프에서 나오는 고압 액체 질소는 먼저 들어간다보드 히터기화를 진행하는데 이 고리는 저온액질소를 상온질소로 전환하는 관건이다.
열교환기 매개변수: 316L 스테인리스강 재질의 납땜판식 구조로 단판 면적 0.5 ㎡, 총 전열 면적 80 ㎡로 효율적인 전열 성능을 갖추고 있다.고온측에는 증기관망에서 온 0.8MPa 포화증기가 통하여 증기가 응축되여 방출된 열량을 통해 액질소를 상온으로 가열한다.
온도 제어: 환열기 수출입 파이프에 온도 센서가 장착되어 있으며, 수출 질소 온도가 -5 ℃ 보다 낮을 때 증기 조절 밸브가 자동으로 커지고 증기 공급량이 증가하여 질소 증기화를 확보한다.
사고 사례: 모 석탄화학공업프로젝트는 증기압력파동으로 환열기의 전열이 부족하고 기화가 불충분한 -30 ℃ 의 질소가 후속도관에 진입하여 프랑스패드가 얼어 갈라지고 질소가스루출을 유발하여 이 단계의 온도안정통제의 중요성을 두드러지게 하였다.
긴급 기화 보장: 시스템도 제공비상 기화기, 판식 환열기가 고장 나 질소 가스 출구 온도가 -10 ℃ 보다 낮을 때 증기 수입 밸브가 닫히고 동시에 방통 밸브를 열어 충분히 기화되지 않은 가스 혼합물이 긴급 기화기에 들어가게 한다.이 기화기는 공기욕식으로 날개관의 총길이가 500m에 달하며 환경공기의 열량을 리용하여 남은 액체를 질소증식시킬수 있으며 하류관에 진입하는것은 건조한 질소가스임을 확보하여 저온가스혼합물이 하류설비를 손상시키지 않도록 할수 있다.
기화 후의 질소가 들어오다버퍼 탱크, 이 설비의 용적은 50m³이고 설계압력은 2.0MPa이며 주요역할은 질소가스압력을 안정시키는데 구체적인 기능과 설계는 다음과 같다.
압력 안정 기능: 하류 사용자의 가스 사용량이 갑자기 증가할 때, 완충 탱크 내에 저장된 질소는 즉시 보충할 수 있으며, 압력 파동을 ± 0.05MPa 범위 내로 통제하여 압력 급강하가 사용자의 생산에 영향을 주지 않도록 한다;탱크 상단에는 압력계와 압력변송기가 장착되어 있어 압력이 1.8MPa보다 낮으면 액체질소펌프가 자동으로 속도를 높여 가스 공급량을 증가시킨다;압력이 2.0MPa 이상이면 펌프가 속도를 줄이거나 정지하여 압력을 자동으로 조절합니다.
방부 설계: 탱크의 내벽은 모래를 분사하여 녹을 제거하는 처리를 하고, 표면의 산화층을 제거한 후 에폭시 아연 바탕 페인트와 페인트를 칠하여 우수한 부식 방지 성능을 갖추고 있으며, 완충 탱크의 사용 수명을 연장한다.
완충탱크가 수출하는 질소가스는 두갈래로 나뉘여 각기 부동한 업종사용자의 수요를 만족시키는 동시에 정확한 계량설비를 갖추어야 한다.
고순도 질소 브랜치: 질소 가스 통과정밀 여과기, 여과기 내에 활성탄과 분자체가 장착되어 있어 질소 가스 중의 수분과 유분을 효과적으로 제거하고 질소 가스 노점을 -70 ℃ 로 낮추어 전자 업계의 고순도 질소에 대한 가혹한 수요를 만족시킬 수 있으며 전자 부품 생산 과정 중의 제품 품질을 보장할 수 있다.
산업용 질소 브랜치: 다른 한 갈래의 질소가스는 직접 총관에 들어가 화학비료공장으로 수송되는 합성암모니아장치로서 보호가스로 사용되며 합성암모니아과정에서 원료와 제품이 산화되는것을 방지하고 생산안전과 제품순도를 보장한다.
유량 계량: 두 파이프라인에 모두 터빈 유량계가 장착되어 있으며, 측정 정밀도는 ± 0.5% 이며, 각 사용자의 가스 사용량을 실시간으로 계량할 수 있으며, 데이터를 에너지 관리 시스템에 업로드하여 기업이 에너지 소비 통계와 원가 계산을 쉽게 할 수 있다.
시스템에는 *의 보안 잠금 장치가 설치되어 있으며, 핵심 장치와 핵심 단계를 포괄하여 시스템 운행 안전을 전면적으로 보장한다:
액체 질소 펌프 안전 보호: 액체 질소 펌프의 베어링 온도가 80 ℃ 를 초과하면 정지 신호를 트리거하는 동시에 펌프 출구 밸브를 자동으로 닫아 펌프의 마른 마모로 인한 설비 파손이나 화재 등 안전 사고를 방지한다.
열 교환기 보안: 판식 환열기의 질소 가스 수출 온도가 -10 ℃ 보다 낮을 때, 비상 기화기를 가동하는 것 외에 증기 수입 밸브를 닫아 증기가 지속적으로 유입되어 에너지 낭비나 설비 이상을 초래하지 않도록 한다.
저장탱크 액위 안전 보호: 저장탱크의 액위가 15% 보다 낮을 때 중앙통제실은 저액위경보를 발송하여 조작인원에게 공분장치와 련계하여 액질소생산량을 증가하도록 주의를 준다.액위가 10% 미만일 경우 시스템은 자동으로 출액밸브를 닫아 공분탑의 정상적인 운행을 우선적으로 보장하고 공분탑이 원료부족으로 련쇄고장을 일으키지 않도록 한다.
파이프라인은 시스템 내 미디어 수송의 핵심 운반체로서 그 배치와 보호 설계는 시스템의 안정성과 안전성에 직접적인 영향을 미친다.
배치 원칙:"냉상열하"의 원칙에 따라 저온 파이프는 가능한 한 가공하여 부설하고, 고온 파이프와 최소 300mm의 거리를 유지하며, 고온 파이프가 저온 파이프에 열을 전달하지 않도록 하고, 액체 질소 증발 손실을 줄인다.
브래킷 설계: 저온 파이프의 지지대는 미끄럼 지지대를 사용하여 파이프가 저온에서 수축할 때 자유롭게 이동할 수 있도록 허용하여 파이프가 열팽창과 냉축으로 인해 응력이 발생하여 파열되지 않도록 한다;지지대와 파이프 사이에 나무 블록을 깔아 금속이 직접 접촉하여 냉교 효과가 발생하는 것을 방지하고 냉량 손실을 더욱 줄인다.
밸브 선택: 파이프의 밸브는 모두 저온 볼 밸브를 사용하며, 밸브 코어 재질은 구리 합금으로 양호한 저온 인성을 갖추고 있다;밀봉면은 폴리테트라플루오로에틸렌으로 저온 작업 상황에서 스위치가 유연하고 누출률이 1 × 10 ⁻ ⁶ Pa · m³/s 미만으로 시스템 밀봉성을 보장한다.
高安全性: 저장탱크의 안전밸브, 폭파편 이중 초압 보호, 설비의 온도, 압력 연결 보호, 그리고 파이프의 저온 보호 설계에 이르기까지 시스템은 전면적인 안전 보장 체계를 형성하여 저온, 고압 환경에서의 안전 위험을 효과적으로 피할 수 있다.
저손실률: 저장탱크의 고진공단열, 파이프의 이중보온, 환열기의 고효률전열 등 설계를 통해 액질소증발과 랭량손실을 대폭 감소시킨다. 모 대형제철소는 이 시스템을 응용하여 액질소손실률을 0.5% 이하로 통제하여 기업의 생산원가를 낮추었다.
높은 안정성: PLC 시스템은 자동으로 유량, 압력을 조절하고, 완충 탱크는 압력을 안정시키며, 필터는 불순물을 차단하고, 각 단계의 협동 작용으로 질소 공급의 유량, 압력, 순도 안정을 확보하며, 하류 사용자의 연속적인 생산 수요를 만족시킨다.
강한 적응성: 액체 질소 펌프의 유량은 유연하게 조절할 수 있으며, 질소 가스는 고순도 질소와 공업 질소 두 갈래의 수출로 나뉘며, 전자, 화학 비료, 석탄 화학 공업 등 서로 다른 업종의 수요에 적합할 수 있으며, 응용 범위가 광범위하다.
모 대형 강철 공장은 스스로 이 공장에 투자했다공분 장치 액체 질소 저장 및 기화 시스템이래 1800일 연속 운행에 문제가 없음을 실현하여 철강 생산 과정 중의 압연, 열처리 등 단계에 안정적인 질소 가스 보호를 제공하여 강재의 산화를 효과적으로 방지하고 강재의 품질을 향상시켰으며 동시에 낮은 손실률도 기업에 대량의 액체 질소 구매와 운행 원가를 절약하여 기업 생산의 안정적인 운행의 중요한 보장이 되었다.
