液氮系统设计的来龙去脉

　　液氮(LN2)是包括医疗保健、工业和制药行业在内的各个行业的重要资源。我们重点介绍制药设施液氮系统的设计，并讨论了设计过程中需要考虑的常见问题和关注点。

　　液氮系统包括储罐和汽化器，汽化器取决于对气态氮的需求，输送气体的管道和蒸汽排放口。制药设施中液氮系统的设计、系统和尺寸提供了设计师必须解决的共同问题和关注点。

　　储罐

　　低温储罐是液氮设计不可或缺的一部分，储罐的正确选择、放置和尺寸对系统至关重要。

　　什么是低温储罐?低温储罐用于在低温度下储存气体，定义为温度为-20华氏度(-28.9摄氏度)或更低的任何液态气体。液体形式是优选的储存方法，因为与相当数量的压缩气体相比，其体积显著减小，因此更经济实用。

　　低温储存系统包括散装储罐、用于将液态气体转化为气态的蒸发器以及将气体和/或液体输送到使用点的管道网络。

　　储罐是隔热的，有大型散装罐、微型散装罐或杜瓦罐。这些储罐可以水平或垂直安装。垂直位置为常见，因为它比水平位置占用的场地面积少。此外，立式罐为液体蒸发提供了较小的湿润面积，这是尽可能长时间地保持储存液体处于该状态所必需的。

　　低温储罐和辅助设备安装在结构工程师设计的结构垫上。储罐垫的厚度应至少为6英寸，或由结构工程师确定，并且足够大，可以容纳蒸发器和其他设备。

　　低温储罐的尺寸取决于交付之间预计使用的气体量，从每月一次到两次或根据客户的要求，以及每天、轮班或每周的气体使用量。这可以通过使用出口总数、每个出口使用的气体量以及每天的使用时间，并根据之前的项目经验来计算。

　　一旦确定了体积，一个好的经验法则是将储罐的实际可用容量增加30%，将额外的空体积的10%用作蒸发空间，将液化气所占体积的20%用作储备容量。当达到低液位报警点时，该储备应提供两到三天的液体供应，为供应商提供足够的时间来交付更多的液氮。

　　此外，在选择储罐尺寸和散装与微型散装储罐时，必须考虑项目现场是否能够容纳送货卡车的尺寸。散装罐通常需要更大的卡车，如果没有适当的许可，这些卡车将无法进入和运输;尽早与项目建筑师协调。由于某些司法管辖区限制了水箱的高度，因此应与市政府官员一起审查水箱的高度。

　　还建议咨询预期供应商，了解交货时间表和价格。在确定储罐尺寸时，必须在小化尺寸和确保交付之间的合理供应之间取得平衡。

　　低温液体储罐的制造符合多项法规和标准，包括UL-644、ASME非受火压力容器规范以及NFPA 50、50A和50B。NFPA 99，卫生保健设施，通常用作实验室标准。

　　除了上述规范外，工程师和设计师还应审查所有适用的规范，并确保设计符合有管辖权的机构规定的规范和设计标准。

　　汽化器

　　蒸发器是一种将液氮转化为气体的装置，通常用于避免在送货卡车上运送两相。铝蒸发器是常用的，而不锈钢是高纯度应用的。

　　蒸发器的尺寸是根据在低预期室外环境温度下将液体转化为气相的标准立方英尺/小时来确定的。在较冷的气候条件下，可能需要额外的加热源，如燃气或电热元件，并在蒸发器附近安装排水管，以清除积冰。定期清洁是必要的。

　　蒸发器与储罐放置在同一设备垫上，建议尽可能靠近储罐放置。

　　管道系统设计

　　输送低温的管道系统的设计应能承受高压和低压，并应以减少液氮蒸发损失为目标。合适的管道材料、隔热和蒸汽排放口的放置对于确保安全有效地输送液氮至关重要。

　　不锈钢、铜和铝是液氮系统常用的管道材料，因为它们具有良好的导热性，可以保持液氮的温度。

　　•真空夹套管道(VJP)。这是常用的绝缘材料。它由真空隔开的内外管组成，大限度地减少了传热。环形区域填充有超绝缘层，这是一种由铝等高反射金属制成的辐射屏蔽材料。这种材料的目的是减少辐射传热。

　　VJP隔热具有许多优点，例如提供优异的隔热质量，减少因热量增加而导致的制冷剂损失，减少积冰。然而，值得注意的是，尽管采用了VJP隔热材料，但由于温度低，处理液氮管道仍需要采取适当的安全措施。

　　•蒸汽排放口。在设计液氮系统时，重要的是要注意，随着时间的推移，管道中的液氮会转化为气相，气相在管道中上升，降低管道中液氮的输送压力(见图A)。

　　为防止和释放液氮管道中的气体，应在管道分配系统的高点安装蒸汽排放口。蒸汽排放口将气相和液相分离，确保液氮的质量得以保持。

　　它将液氮困在管道内，同时允许气态氮通过蒸汽排放口逸出，蒸汽排放口由内部浮子组件控制(见图B)。

　　排气套件将液氮保存在管道中，在使用点按需输送。在某些气候带，可能还需要在蒸汽通风口处安装通风加热器，以防止在端点处的通风管上结冰，通常在屋水平。

　　应与制造商代表讨论和协调蒸汽排放口的位置，并在图纸上准确显示，以确保在施工期间提供。值得注意的是，当液氮以小钢瓶输送时，蒸汽通风口的放置并不常见。

　　设计良好的液氮系统包括储罐、蒸发器、管道材料、隔热层和蒸汽排放口等设备，以确保高效和安全的应用。通过遵守相关规范和设计标准，使用适当的设计标准，并考虑送货卡车时间表和室外温度，可以创建一个提供性能和安全性的系统。

　　金凤mve公司拥有超过15年的建筑管道和消防系统设计经验。他在建筑暖通空调设计方面也很有经验。参与了广泛的项目：教育、实验室、高性能建筑设计、城市公共安全、高层公寓、零售、餐馆和其他商业类型的项目。