[发明专利]储藏罐的氮气供应系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮气供应系统，尤其是一种在空调系统的蓄热槽、在工厂或车间等使用的各种罐体、原油等石油化工产品的储藏罐等大空间储藏罐中为了阻隔与外部大气的接触而在内侧上部填充氮气之后再进行排出时，能够在降低氮气消耗量的同时实现有效密封的大空间储藏罐的氮气供应装置及其方法。

背景技术

通常，在地区性空调系统中所安装的蓄热槽中，为了阻隔与外部大气的接触而在蓄热槽的内侧上部空间(未被水充满的空间)使用水蒸气(蒸汽)进行填充而不使用空气，这被称之为“蒸汽密封(steam sealing)”。在采取如上所述的蒸汽密封方式时，会因为蓄热槽内侧的上部空间多为高温(98℃)多湿状态而导致蓄热槽上部铁质材料的腐蚀，还会因为保温材料的收缩膨胀而形成裂缝并因此导致寿命的缩短和更换成本的增加。此外，因为需要持续供应生成蒸汽用的电加热器和循环泵所需的电力，所以其电力消耗较高。为了解决上述问题，能够使用将氮气填充到蓄热槽内部的“氮气密封”方式以取代蒸汽密封。

此外，在工厂、车间等处对工程水进行水处理(净水处理等)之后，为了在正式使用之前阻隔与一般大气的接触而需要在储藏罐中进行氮气密封，但是因为储藏罐内水位的变化而需要反腐执行氮气的填充和排气处理。在这种情况下，会因为氮气的一次性使用以及排出而导致大量损失，从而导致密封成本的增加。因此，需要研究出一种能够通过重新使用所排出的氮气而降低其密封成本的方案。

此外，在液体状态的燃料用气体以及原油等石油化工产品的储藏罐中会利用阻燃性氮气对其内侧上部进行密封，在这种情况下也会因为氮气的过量排出而导致成本的增加。此外，在很多情况下同样会以防止爆炸以及防止腐蚀等目的而在罐体内部填充氮气，在这种情况下需要一种能够解决因为氮气的过量消耗而导致的成本增加的问题。

图1中图示了在一般氮气密封中所使用的氮气生成器的大致安装结构图(a)，以及用于对氮气生成器中所生成的氮气随时间的浓度变化以及阀开闭动作进行说明的图表(b)。

如图1的(a)所示，在氮气密封中所使用的氮气生成器通过接收由压缩机供应的压缩空气而生成氮气，而所生成的氮气在暂时储藏在缓冲罐中之后再被供应到各个储藏罐等需要氮气的位置。

其中，从压缩机供应到氮气生成器中的压缩空气的成分与大气的构成相同，由78％的氮气、21％的氧气、1％的其他物质构成，而氮气生成器将对压缩空气中的氧气进行分离，从而生成并供应99.0％～99.9999％纯度的高浓度氮气。

具体来讲如图1的(b)所示，最初的压缩空气内的氮气浓度为78％，而为了将压缩空气供应到氮气发生器，图1的(a)中的阀A将被打开。同时为了防止压缩空气的泄露，安装在氮气生成器中的排气用阀B将被关闭。此时在氮气生成器的出口一侧，用于排出低浓度氮气的阀C将被打开，而与缓冲罐连接的阀D将处于关闭的状态。在上述状态下，氮气生成器将开始工作且氮气的浓度将随着时间的经过而逐渐增加，从最初的78％上升至99.9％。在氮气的浓度上升至99.9％之后，阀C将被关闭而阀D将被打开，从而生成用于氮气密封的高浓度氮气(将产生99.9％以上氮气的过程记载为“生成氮气”)并移送到缓冲罐中。生成氮气的过程将在持续一定的时间之后中断，而在氮气生成器中所生成的氮气浓度将重新降低，此时阀D将被关闭。接下来在经过一定的时间之后将再次执行上述过程，从而周期性地生成氮气，且通常通过并列安装2台氮气生成器而持续性地生成一定浓度的氮气。

此外如图1的(b)所示，开始生成98.0％浓度氮气的时间早于开始生成99.9％浓度氮气的时间，且98.0％浓度的氮气从开始生成到结束生成的时长T1长于99.9％浓度的氮气从开始生成到结束生成的时长T2。因此，可以得知98.0％的氮气生成量大于99.9％的生成量。此外，在使用PSA方式的氮气生成器时为了生成99.9％的氮气通常需要排出压缩空气中的约四分之三(即，只有压缩空气中的四分之一被回收而其他部分将被排出消耗)，与此相反，为了生成98.0％的氮气只需要排出压缩空气中的二分之一左右而剩余的二分之一将被回收。即，氮气生成器所生成的氮气浓度越高，相对于流入到氮气生成器中的压缩空气量的氮气生成量越少，与此相反，所生成的氮气浓度越高，相对于压缩空气量的氮气生成量越多。因此，相对于生成99.9％浓度氮气的情况，在生成98.0％的氮气时不仅能够因为压缩空气的消耗量较少而降低压缩机的运行率，还能够因为氮气生成量较多而以较低的成本生成更多的氮气。