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摘要：液化气储罐是一种利用自动空气压和液化气来分离加压储罐管道装置的重要系统功能结构组成的一部分，PBU储罐系统管道是广泛指与加压储罐配套的一种自动化空气加压式的储罐管道系统。这是一篇文章主要从加压储罐系统管道主体材料中的选材、管道和系统的耐热柔性和深冷以及储罐管道加热降温后的保冷等几个主要方面进行比较详细系统地深入研究了并分析了PBU加压储罐管道系统。

关键词：空气分离装、PBU系统

1 空气分离工艺简介

空气分离，即空分，是一种利用物理或化学手段进行分离液态空气，可获得各种高纯度的液态氮气、氧气和其他稀有有机气体的一个过程。空气分离主要方法有三种：低温空气分离、膜空气分离和分子介质筛选的吸附。这篇文章主要介绍了国外大型低温空分企业普遍采用的低温空分方法，其中的核心问题是如何利用空气中各气体组分的不同空气沸点。首先，空气被利用压缩机进行压缩、膨胀和加热冷却以后可获得低温液化液态空气。然后将低温液态空气气体送入低温蒸馏冷却塔与低温气态液化空气进行接触，由于液状气体和气态液体间与空气之间的一定温差，两者之间由此发生了不同热量的交换。用于低温气候液化液态空气气体中的液态氮和氧组分，由于低温的沸点首先快速蒸发而形成气相，而高温气态液化空气气体中的液态氧和氮组分由于高温的沸点首先快速凝结蒸发成液相。研究结果表明，气相中的氮含量系数越高，液相空气中的氧含量也就越高。经过这么多次空气循环之后，空气中通过氮和氧进行分离的主要目标就基本达到了。同样，氩和其他稀有氧的气体通过不同的空气沸点进一步从原来的液态氧中分离出来。低温空气分离是目前应用最广泛的空气分离方法，拥有属性纯度高，收率高，可用于提取氦、氖、氩、氪等稀有气体。

2 PBU 系统的设计

2.1 PBU简介

PBU，即Pressure Build-Up，是一种用于液化气储罐的空气浴换热器。它的作用是将空气作为热源，将气体加热。

2.2 PBU系统的工艺流程

如图1所示，当大量储存在储罐中的液化气需要运输到下游气化炉进行气化时，开启储罐和油箱PBU之间的联锁连接控制阀，少量液化气直接流入PBU，在PBU中进行快速热交换，体积快速大大增加，达到储罐预设值的输送压力通过联锁自动控制阀，输送空气回下游储罐，增加了整个过程液化气进入储罐的输送压力，为防止后续大量输送液化气输送到下游化油器提供了动力。在PBU储罐加压的整个操作过程中，除操作技术人员徒手操作储罐连接阀外，没有其他人员操作，运行方便成本低。节能增压储罐驱动力系统是基于储罐本身的增压介质，不需要涉及储罐附加任何能量，同时为了环保节能，高纯气体的储存环境不会受到各种外界环境因素的严重污染。如图一所示。

2.3 PBU系统管道材料设计

PBU系统的设计燃气装备设计操作温度一般最低为-196℃一直到65℃，设计燃料操作燃气压力一般为0mpa一直到2.76mpa;PBU燃气系统的操作温度一般最高为-140℃一直至低到-150℃，操作燃气设计使用压力一般为1mpa从1到1.5mpa。PBU燃气系统的介质为各种化学液态或高纯化学气态的气体比如化学氮气、氩气和氧气。为了充分考虑最低温度到-196℃的系统燃气设计操作温度和高纯液态化学气体的洁净空气环境使用需求，PBU燃气系统的燃油给水进气管道与燃油排气管道部件一般需要使用06Cr19Ni10，即304不锈钢。

2.4 安全阀管道的设计

设置空气安全控制阀组，是为了能够保证整个PBU进出口排气管道的空气压力不大于管道设计值的压力，消除安全隐患。为了能够保证系统的连续正常运行，避免因安全门阀不能检修而自动停机，将三通安全阀自动连接到双向安全门的阀工作模式上。为了能够保证一边的单向安全阀能够进行正常维护，另一边仍然有阀可以正常工作，两种方式都可以自由切换。

安全阀管道两端设计出口泄压排水管道的设计施工者在设计操作过程中还应特别注意以下几点：（1）每个出口管端设置φ10mm的泄压排泪排水孔以有效率地防止出口管道排水积雨;（2）为有效率地防止额外的管道水压和背压，管道流体污水泄压排放口的管端及其出口顶部应将其管端切成一个个水平口，使泄压排水管道介质直接用水通过管道向上高速泵将管道污水排出，且每个出口管端不得另外安装设置任何一种防雨帽;（3）根据管道泄压阀和管道污水排放口的管所排水引起的管道流体泄压反作用力，合理准确估计是否设置泄压排水管道支架。

2.5 管系的柔性和保冷设计

2.5.1 管系的柔性和应力分析

低温制冷管道的布置方式要求整个低温管道空间系统必须具有一定灵活性，以便于吸收系统正常运行后低温管道冷快速收缩时所引起的巨大应力。与其他加装温度补偿器成本相比，自然温度补偿简单可靠;由于低温管道空间直径小，用于大大增加低温管道空间系统温度柔性的低温管道补偿成本也比各种加装补偿器便宜得多。因此，在管道空间温度允许的条件情况下，自然温度补偿最好是普通管道低温管道系统的首选。以氩气储罐的PBU管系统作为一实例，进行系统建模。氩气 PBU 管系的应力模型图如图2所示。

2.5.2 管系的保冷设计

低温介质管道保温的设计目的主要是为了减少使用低温介质在运输管道中进行输送时的产生冷量和热损失，防止运输管道内壁表面冷凝，避免管道操作中的人员受到冻伤。运输管道的隔热冷却层层结构由内向外依次为管道冷却层、防潮保温层和管道保护保温层。

如表3所示，聚氨酯泡沫塑料由于不能适用于-196℃而被全部淘汰放弃。虽然各种泡沫塑料在热密度和强度上都使其具有明显的可对比性的优势，但是由于使用材料成本相对较高，聚苯丙异脲和甲基氰化脲酸酯则正好与之完全相反。对于PBU管系，根据低温管段内的应力荷载强度进行计算压力试验所得结果，在低温管段应力荷载不大的普通大型低温保冷管段上，使用各种聚异脲和甲基氰化脲酸酯保温材料也可进行一次大或小规模的的高温隔热保冷;在部分低温管段应力荷载较大的普通低温管段区域，使用其他品种泡沫塑料复合保冷玻璃保温材料也可进行一次规模高温保冷。

3 结语

面临当今社会人力资源的极度紧张，已完全不能充分满足现代人们使用需求的严酷社会现实，作为在当前针对已经具有耐热薄膜薄层物质的综合利用原理基础上又完全具有一定程度计划地对于薄膜物质进行深冷分离的管道膜设计显得尤为重要。本文以深冷采暖供热系统管道的设计技术流程以及问题分析为主要研究切入口，从深冷供热管道基层内壁保温材料的主体结构形式选择、应力控制原理技术分析和深冷供热管道基层内壁材料保冷层的技术设计等多个不同技术角度分别详细分析了当前PBU深冷供热系统在在技术设计上和应用上的过程中会遇到面临的所遇到的各个环节关键技术和在设计上的难点。在充分发挥兼顾资源使用成本安全性和资源使用成本经济性的设计特点同时，实现了最大的限度优化深冷系统技术设计。

参考文献

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