액체 질소 용기

액체 질소 용기의 유형은 듀어(dewar), 극저온 액체 실린더(cryogenic liquid cylinder) 및 극저온 저장 탱크(cryogenic storage tank) 등이 있어 그 내용에 대해 공유하고자 한다.

 

 

 

액체 질소 용기(Containers)

액체 질소는 여러 종류의 용기를 이용하여 보관, 운송 및 취급을 한다.

사용되는 용기의 유형은 듀어(dewar), 극저온 액체 실린더(cryogenic liquid cylinder) 및 극저온 저장 탱크(cryogenic storage tank)이다.

저장 수량은 몇 리터에서 수천 갤런까지 다양하다.

열 누출이 항상 존재하기 때문에 기화가 지속적으로 일어난다. 기화 속도는 용기의 디자인과 저장 수량에 따라 다르다.
용기는 해당 온도 및 압력에 대한 적용 코드 및 사양에 따라 해당 용기가 설계 및 제조된다.

 

 

듀어(Dewars)

일반적인 진공 재킷형 dewar는 다음 그림 1과 같다.

<Figure 1> Typical Dewar(Source:Air Products 기술자료)

 

neck tube의 배출구 위에 느슨하게 장착된 dust cap은 대기 중의 습기가 neck에 plugging되는 것을 방지하고 기화된 액체에서 생성된 가스가 빠져나갈 수 있도록 한다.
이 유형의 용기는 가압되지 않은 용기(non-pressurized container)이다. dewar 용량의 측정 단위는 일반적으로 리터(L, liter)로서, dewar 용기는 5 ~ 200L 로 유통되고 있다.

작은 dewar에서는 붓는 방식으로 액체 질소를 사용하지만 큰 사이즈는 이송 튜브가 필요하다.

가압 용기(pressurized vessels)인 극저온 액체 실린더(Cryogenic liquid cylinders)를 dewar라고 잘못 사용하는 경우도 있어 주의하여야 한다.

 

 

극저온 액체 실린더(Cryogenic liquid cylinders)

일반적인 극저온 액체 실린더는 다음 그림 2와 같다.

<그림 2a> Typical Cryogenic Liquid Cylinder, side view(Source:Air Products 기술자료)

 

<그림 2b> Typical Cryogenic Liquid Cylinder, top view(Source:Air Products 기술자료)

 

극저온 액체 실린더는 단열된 진공 재킷 압력 용기(insulated, vacuum-jacketed pressure vessels)이다. 이 실린더에는 과압으로부터 실린더를 보호하기 위해 safety relief valves와 rupture discs가 장착되어 있다. 이러한 용기는 max 350psig의 압력에서 작동하며 용량은 80 ~ 450L의 액체를 담을 수 있다.
액체 질소를 내부 기화기를 통시켜 기체 상태로사용하거나 자체 증기압에 의해 액체로 사용할 수 있다. 

 

 

극저온 저장 탱크(Cryogenic storage tanks)

일반적인 극저온 저장 탱크는 기화기 및 압력 제어 매니폴드(pressure control manifold)가 포함되어 운용되고 있고 다음 그림 3과 같다.

<그림 3> A Typical Customer Station with a Cryogenic Storage Tank(Source:Air Products 기술자료)

탱크는 구형 또는 원통형 모양으로서, 정해진 장소 또는 철도 차량,트럭 섀시 등에 고정되어 있다. 탱크. 크기는 500갤런에서 420,000갤런까지 다양하며, 모든 탱크는 powder와 진공의 환상공간(annular space)으로  단열되어 있다.

또한 탱크에는 제품 충전, pressure buildup, 압력 방출, 제품 배출 및 탱크 진공을 제어하는 다양한 회로가 장착되어 있다. 탱크는 관련 압력 및 온도에 대한 ASME 사양에 따라 설계되었다.

 

극저온 저장 탱크에 대한 세부 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/533

액화질소 저장 및 공급 시스템

 

 

이송 라인(Transfer lines)

액체 이송 라인은 액체 제품을 안전하게 듀어 또는 극저온 액체 실린더에서 제품을 안전하게 이송하는 데 사용된다.

일반적으로 -196℃의 액체질소가 공급되기 위해서는 진공배관을 사용한다.

진공배관은 외부 액체질소 탱크에서 액체질소를 공급할 때 기화를 감소시켜 손실을 최소화한다.

일반적인 듀어용 이송 라인은 bayonet 연결방식으로, 제품 증기압 축적을 이용하거나 외부 압력 소스를 사용하여 액체를 이송한다.

BAYONET 연결 방식은 다음그림 4와 같다.

<그림 4> BAYONET 연결 방식(Source:http://www.koreacryo.com/contents/front/engineering/engineering_pipingsystem.asp)

 

Spool의 양측에 Male과 Female의 Bayonet이 있는 형태로 각 Spool은 Evacuation 작업이 완료되어 있어 현장에서는
Clamp와 O-ring을 이용한 체결만으로 간단하게 연결 작업을 완료하기 때문에 현장 작업 시간이 매우 짧은 장점이 있지만,
길이의 변경이 어려워 정확한 실측에 의한 제작이 필요하다.

극저온 액체의 경우 이송 라인은 실린더의 액체 배출 밸브에 연결되어 있다.
액체 제품은 일반적으로 액체가 기체할 때 제품의 손실을 최소화하기 위해 단열된 이송 라인을 사용한다.
또한 저장 탱크에서 제품을 배출할 때는 단열된 flexible 또는 rigid 라인을 사용한다. 

 

Reference : 1. Air Products 기술자료

2. http://www.koreacryo.com/contents/front/engineering/engineering_pipingsystem.asp