变压吸附式制氮机撬的设计与应用

变压吸附式制氮机撬的设计与应用

朱乐

天津市柯普特机电设备工程有限公司 天津市 300000

【摘要】变压吸附（PSA）制氮机撬是一种新型设备,它具有结构紧凑、操作方便、维护简单等优点。制氮设备应用非常广泛，运用于医药、煤炭、橡胶、军事、塑料、电子、机械加工、冶金、食品、玻璃制造等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠。

【关键词】吸附 ； 制氮机撬 ；

一、前言

变压吸附（PSA）制氮机是利用物理方法将氧和氮分离的一种设备，利用升压吸附，降压解吸的原理，从压缩空气中吸附和释放氧气,从而得高纯度氮气的提纯设备。制氮机大多以成撬的方式提供，这样便于现场对制氮机及其附属设备进行整体吊装和安装调试，变压吸附式制氮机撬的设计和制造结构紧凑、配置专业、便于整体吊装、运输，现场安装方便也非常方便，已逐步形成了深远的市场影响力。

二、变压吸附式制氮机撬的设计

变压吸附式制氮机撬是由撬底座、空压机组、缓冲罐、精密过滤器、干燥机、空气工艺罐、制氮机、氮气工艺罐、管道、阀门、仪表、电缆、等控制系统等组成。在考虑最安全和合理检修空间的基础上，制氮机橇座底部为坚固工字钢作为支撑，上面铺设防滑花纹钢板，橇底座整橇配装4个吊耳，便于整体吊装，同时提供2个不锈钢接地端子，一个排污地漏盖板，并且所有底座型钢、管道支架、花纹钢板，均作抛丸、喷沙除锈处理，底座表面处理喷涂环氧富锌底漆+环氧中间漆+丙烯酸聚氨脂面漆，油漆干膜总厚度达到一定的防腐要求。

橇面各设备之间间距符合人体工程要求，这样检修通道非常方便，使得检修人员在通道内宽度和高度均符合安全操作要求。橇座上设备均在设计时考虑到符合人体工程学操作和维护保养，设计和制造留有足够的操作维修空间，方便操作人员通行，对设备的维护保养也很方便，并且在现场更换过滤器滤芯时，不拆卸任何设备零部件就能进行现场维修，非常简便快捷。

3. 制氮设备工艺流程

制氮机的主要组成部分有吸附塔、阀门、压紧气缸装置、仪表、电气元件及其他附件。一种特殊的复合床结构被采用到吸附塔的设计中，碳分子筛的填充使用了不同于传统填充的方法，即一种新型的独特的伸展扭转式振动填充法，使填充的碳分子筛更加均匀并紧实，制氮效率更高，其设计先进独特，且结构合理。经过滤处理后的洁净干燥的压缩空气通过左吸附塔进气阀进入后，穿过碳分子筛流向出口处,这时压缩空气中的氧气和少部分的二氧化碳气体被碳分子筛吸附,产出的氮气从吸附塔出口流向下游的氮气缓冲罐。经一段时间后,左吸附塔内的碳分子筛达到饱和状态后自动停止吸附工作,这时经过滤处理后的洁净干燥的压缩空气通过进气阀进入右吸附塔，进行吸附工作，左吸附塔内的分子筛进行再生，左右吸附塔塔交替进行吸附再生,连续产出合格氮气。

3. 制氮系统中的核心部分

吸附塔是整个制氮系统的核心部分，空气中的氧氮分离过程是在吸附塔中完成的。

1）吸附塔的结构特点

1. 吸附塔由压紧气缸、气缸活动杆、盖板、压板、椰垫，孔板，碳分子筛、不锈钢丝网、氧化铝、万向螺旋、封板、排污口等组成，它的内结构设计（万向螺旋改变气流方向）非常先进，使气流均匀、平稳的进入分子筛床层，最大限度减轻气体分子对碳分子筛的冲撞，更有利于保证氮气的纯度、同时能够保证碳分子筛的长期有效使用。考虑了吸附过程中氮气气体对分子筛的高速冲击的因素，避免了因气流快速冲击导致的分子筛粉化现象，同时也避免了粉化后的粉尘进入阀门和管道后引起的阀门损坏、堵塞和泄漏等现象。独创的分子筛复合床结构，使设备的机械性能不会因为碳分子筛吸附过多的水分而受到影响，同时碳分子筛的正常使用寿命也不会受到影响。

2. 吸附塔内干燥剂的压紧有弹簧形式、气囊式、椰垫式和气缸压紧方式，现在基本都选择比较先进的气缸压紧技术，制氮机一旦进入工作状态，压紧装置就开始工作，始终保证分子筛处于压紧状态，同时碳分子筛不被损坏，有效避免了气流高速冲击导致的分子筛粉化现象。压紧装置中设置了延位沉降报警系统，当压紧气缸下降到设定位置时，控制系统会报警提示，并且控制面板上也会有声光报警，此时就需要添加分子筛。该种压紧装置可靠性更高，维修维护也更方便。

2）吸附剂

如果用户正确操作并定期维护，吸附剂的正常使用寿命可以达到10年之久，既可以保证氮气的纯度、质量，又可以延长制氮机的使用寿命。

3）消音器

消声器采用独特的螺旋式结构和特殊的吸音材料（为玻璃纤维和植物纤维的合成材料），在降低速度的同时使改变气流的运行方向，并且再次降低和吸收气流压力，达到良好的降噪效果。消音器按照项目要求，可以放置在室内，也可以放置室外。

4）分子筛填充

专业振动平台填装分子筛，微波震动式填装技术，使分子筛的填装达到了紧密和均匀的效果，使分子筛在工作过程中不会流化，也不需要频繁补充碳分子筛。碳分子筛比较昂贵，补充分子筛周期越短，维护成本越高。

5）不合格氮气自动放空装置

在制氮机开启后，气动阀接收到氧分仪发出的氮气纯度不合格信号后，放空阀自动开启，合格氮气排气阀关闭，产出的不达标氮气自动排放到安全大气中或通过不合格氮气排放管道排出到室外。在氮气纯度达标后，放空阀将自动关闭，合格氮气排气阀将开启，产出满足使用要求的合格氮气。在整个使用过程中，制氮机设备可自动运行，非必要时候不需要人工操作，氮气工艺罐充满以后可以自动停机，当压力低于下限（可根据要求设定）可以自动重新启动。开机后，纯度不满足要求时自动放空，纯度满足要求后自行输送氮气。

3. 制氮系统中空气工艺罐和氮气缓冲罐的作用

空气工艺罐作为制氮系统的工艺罐，可以降低流体的脉动，从而减小整套装置的压力波动，减轻变压吸附装置的负荷。同时，在吸附塔工作周期切换时，也为制氮机提供气源，使其在短时间内迅速升压，很快上升到工作压力，保证了设备的稳定运行。也可以降低气流脉动，起到缓冲效果，减小系统压力的波动，使压缩空气平稳的进入制氮机的吸附塔。

氮气缓冲罐可来平衡从变压吸附制氮机分离出来的氮气的压力和纯度，保证产品氮输出气的稳定性。同时，在两吸附塔工作进行切换后，缓冲罐内部的一部分气体进入制氮机吸附塔，既可以给吸附塔增压，又能保护床层。

3. 制氮机撬的安全使用事项和保养

制氮机的安全使用事项：

1.将制氮机在停机和不带气压的情况下，连通气路。

2.吸入大量的氮气会导致窒息，同时过多的富氧气体也会引发火灾，所以使用制氮机撬的项目场地要保证足够的通风。

3.操作制氮机撬设备的人员，必须是经过专业培训的资格人员。 

4.为保证设备正常使用和操作人员安全，制氮机设备必须保证正确接地。

5.为确保系统正常，要定期检查安全装置。

6.制氮机的电源应保持持续平稳，以免因电源故障导致控制器和电磁阀不能正常使用。 

制氮机的保养：

1.制氮机的开机，运转和关机要严格按照规程操作。

2.制氮机显示器按键需要保持干净无油渍，定期用清洗剂擦洗。

3.定期检查安全装置和压力表，确保系统正常，确保制氮机无泄漏。

4.气管路保证连接可靠，经常检查整个系统密封性，及时维修更换漏气部件。

5.氮气分析仪要定期进行校验，以保证氮气纯度的正确读取。

6.定期检查气动阀和电磁阀的灵敏度，避免因阀门磨损引起氮气纯度。

6.长时间不使用制氮机，需要5-7天进行一次检测。

3. 结束语

制氮机撬广泛应用化工、新材料行业、石化、天然气行业、食品行业、热处理、冷炼行业、医药等行业，另外，生产能力和生产效率的逐渐提高，很多各行业对制氮机撬的需求也在不断加大，很多行业都需要制氮机撬，并且最大可能的减少现场的工作量，从而保证或加快项目的整体工期，这就需要设备在出厂前做好集成工作。制氮机撬的使用方便和安装灵活、设计专业、运行可靠，同时整个系统的集成在出厂前完成，减少了用户现场的施工用电缆、管道、桥架、型材、焊接、油漆等生产用料产生的垃圾，减少现场工作产生的环境污染。橇块化设计满足了施工现场的周期短、环保等要求，所以越来越多的用户认可制氮机撬，产品得到了广泛的应用。

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