制氮机

-1-江阴市荣辰机械制造有限公司一、适用范围本说明书是关于操作使用和维护产氮量为10～1000Nm3/h，氮气纯度(无氧含量)≤99.99%的PSA(变压吸附)制氮系统的一般指南，其目的是帮助经过培训的操作者进行系统的启动，停机等正常操作和一般的维修和调节。用户需要氮气纯度99.99%的高纯氮时，可另向本公司订购氮气净化处理装置.氮气纯度可达99.9995%。用户如需产氮量小于10Nm3/h的制氮系统，可向本公司订购微型制氮机。经本系统制取的氮气，其质量指标可达到:氮气纯度(无氧含量)：98～99.99%；露点：≤-40℃压力：0.2～0.8MPa(可调)产氮量:10～1000Nm3/h二、PSA制氮原理PSA制氮是以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附来获得纯度为98～99.99%的氮气的新型制氮技术。碳分子筛系由硬煤磨细后，经一系列加工成型烧结所得。经活化成型后的碳分子筛其晶粒体分布着无数微孔孔穴。碳分子筛是属于速度分离型吸附剂，由于分子直径小的氧分子比分子直径稍大的氮分子在运动中的扩散速度要快十倍，所以，从分子动力学来讲，当空气进入碳分子筛床层时，分子直径小的氧以较快的速度进入碳分子结晶微孔中，氧被富集在碳分子固相中，而氮分子则在气相中富集，从而将氧气和氮气从空气中分离开来。碳分子筛对氧的平衡吸附量随吸附压力升高而增加，随压力的降低而减少，即所谓变压吸附。通常吸附时空气的压力应控制在适宜的压力范围内，以得到较佳的吸附效果。当进入碳分子筛床层的空气压力降低到常压(0.1MPa)时，碳分子筛微孔中吸附氧分子即被释放出来，即所谓常压解吸。-2-江阴市荣辰机械制造有限公司三、PSA制氮系统工程配置为达到制氮系统能够正常地运行，必要的工程配置是必须的。下图为PSA制氮系统的配置工艺简图（工艺配置典型流程图）。1、空压机7、A级过滤器2、球阀8、吸附塔A3、空气贮罐9、吸附塔B4、C级过滤器10、消音器5、冷干机11、氮气贮罐6、T级过滤器12、流量计Y1～Y8电磁气动阀P1—空气压力测试点V1、V4、V6、V7柱塞阀P2—吸附塔A压力测试点V2针形阀P3—吸附塔B压力测试点V3单向节流阀P4—氮气出口压力测试点V5调压阀2134567101112氮气出口放空口压缩空气-3-江阴市荣辰机械制造有限公司10～1000Nm3/hPSA制氮机系统工程配置简图（一）压缩空气源系统压缩空气气源系统包括：空气压缩机（无油或螺杆式）、空气缓冲罐、过滤器和冷干机。压缩空气气源系统达到以下质量标准：压力0.75～1.0MPa；含水量：露点≤-17℃；含油量≤5ppm；固体粒径≤0.01μ。它是保证制氮系统正常运行的前提。该系统中，各部分运行要点如下：1、空气压缩机是本系统的关键设备，提供足够的气量和相对恒定的供气压力（0.75～0.85MPa）是系统正常工作的必备条件。因此，推荐用户采用运行可靠、维护简单、维修周期长、低噪音、无基础运转的螺杆式空气压缩机，并严格按照生产厂使用说明书要求进行正确使用和维护保养。若用户利用已有的空压站提供的压缩空气，必须要保证有足够的供气量和相对恒定的供气压力，并做到原料气的含油、水、尘量符合规定。否则会影响制氮机的使用效率，严重时会由于油污染分子筛引起分子筛中毒永久性失效。2、冷干机是空气源净化处理过程中除水的关键设备，用户应详细阅读冷干机生产厂家提供的使用说明书，严格按照使用要求进行监视运行情况和维护保养，以确保经冷干机干燥处理后的压缩空气的含水量达标。3、C、T、A级过滤器是空气源净化处理过程中为达到除水、除油、除固态粒子，使进入吸附系统空气源质量达到标准所必须的配套的设备，各级的作用不同，C级过滤处理精度为3μ，作用是初级过滤油水，T级过滤处理精度为0.1μ，作用是微量除水，A级过滤处理精度为0.01μ，作用是微量除油。在工作中前级的失效将影响下级的正常工作，用户在使用中应详细阅读生产厂使用说明书要求，定期检查自动排水器工作情况及过滤器进出气两端压降是否正常，定期（6000～8000小时）更换相同规格的滤芯，以确保各过滤器运行正常。4、空气贮罐是压缩空气气源系统的一个组件，它主要作用是为了控制空压机的超负荷运行和防止原料空气的压力波动。也有沉积压缩空气中的部分油和水的作用，因此贮罐下部排污阀门应作好排污工作。（二）、变压吸附分离系统该系统为制氮系统主体，由电磁气动控制阀Y1-8，吸附塔A、B，柱塞阀V1、V4、V6、V7，针形调节阀V2，单向节流阀V3，氮气缓冲罐11，调压阀V5，消声器10，流量计12，测氧仪、压力表等组成。为了得到连续不断地输出恒定的氮气，系统设置了A、B两个吸附塔，进行交替工作，其工作程序如下：由气源系统来的干净压缩空气，先通过V1手动调节阀调节进气的流-4-江阴市荣辰机械制造有限公司速，后经电磁气动控制阀Y1、Y2由吸附塔A下部进入塔体，经吸附塔中碳分子筛床层吸附，并逐步向上推进，在此过程中，空气中的氧分子被吸附在碳分子筛微孔中，大量氮气及少量氧气由塔上部流出，再经电磁气动控制阀Y6、Y8，单向节流阀V4进入氮气缓冲罐11。此过程即为A塔吸附制氮。与此同时，B吸附塔中吸附的氧分子经电磁气动控制阀Y5和消声器10排空，即B塔解吸脱氧。A、B两塔交替进行工作连续供氮。当A塔工作一段时间，吸附塔中碳分子筛对氧的吸附接近饱和时，则该塔及时停止吸附。此时Y1、Y4、Y5、Y8均处于关闭状态，而Y2、Y3、Y6、Y7同时处于开启状态，实行A、B两吸附塔均压，均压的作用是把A塔外气相中的气体（此气体含氧量少）转移至B塔再利用，均压时间一般为1～2秒，均压后即切换进入B塔吸附，A塔解吸状态。此时压缩空气经电磁气动控制阀Y1、Y3进入B吸附塔下部。经B塔中碳分子筛床层吸附。分离出来的氮气经Y7、Y8、V3进入氮气贮罐11，即B塔吸附制氮。为将解吸后吸附塔内的剩余氧气彻底从吸附塔释放到空气中，即清扫干净，从吸附工作的吸附塔塔顶分流出一部分氮气，正常流量为产氮量的8.5%～10%，经针形调节阀V2控制后进入解吸的吸附塔内进行吹扫，加快氧气向吸附塔外部的扩散速度，直至下一个循环。A、B两塔交替吸附、解吸，即形成连续不断向氮气缓冲储罐输送氮气。由于储罐具有一定的容量，能连续输出稳定的氮气。氮气储罐中的氮气经柱塞阀V4、调压阀V5、和流量计12及柱塞阀V6、V7将氮气输送至用气处或放空（纯度不合格）。以上Y1—Y8电气控制阀动作顺序，切换时间程序全部由可编程序控制器控制使二塔连续不断供应合格氮气。当制氮机具有不合格氮气自动排空功能时，在开机后因输出之氮气没有达到氮分析仪设定的纯度，Y9电磁气动控制阀将自动打开将不合格氮气自动排空。在同时具有报警功能时，还将同时输出声光报警进行提示。当氮气纯度达到氮分析仪设定的纯度时，Y9电磁气动控制阀进行自动关闭，同时，Y10电磁气动控制阀自动打开，将合格氮气自动输出。影响吸附效果的因素主要有：1、吸附过程中的吸附压力。吸附压力越高，分子筛对氧气的动态吸附量就越大，吸附氧多，氮气的纯度就越高。因此在系统工作中应注意A、B塔的吸附压力（正常为0.7～0.8MPa）。2、气体通过吸附塔的流速。流速越快，气体与分子筛的接触时间短，分子筛对氧分子的吸附量少。调整流速主要是通过单向节流阀V3控制，出厂时该阀已调至最佳开启度。3、分子筛的再生彻底程度。吸附塔内分子筛吸附氧气饱和后要进行下一次工作，需再生解吸彻底，使分子筛的静态最大吸附量达到最大，则下一次吸附的效果就越好，反之就越差。再生彻底程度与再生气的流量有关，调节流量主要由针形调节阀V2控制，出厂时该阀已调至最佳开启度，-5-江阴市荣辰机械制造有限公司并已锁定。用户在使用过程中对该阀调节量不能随意改变，以免影响制氮机的正常工作。4、进入吸附塔压缩空气中的含水量。分子筛吸附氧气的同时也吸附水分，吸附水分多则吸附氧气就少。制氮机工作时应注意冷干机工作是否正常，因为冷干机是空气气源净化部分除水最为关键的设备，冷干机工作效果的好坏直接影响进入吸附塔压缩空气中的含水量，同时也要多作各个点的排水和排污工作，以免水分在管路的沉积影响空气中的含水量指标。（三）、电气控制系统该系统是PSA制氮工作的指挥中心，指挥PSA制氮机组按预先设定的程序要求，进行有序地工作。PSA制氮系统各电磁气动控制阀工作状态见下表：●表示该阀处于开启状态1、电气原理图PSA制氮系统电气原理图见附图。2、控制系统操作说明根据各使用单位的不同要求，控制系统有二种类型，一种为简易型操作控制系统；另一种为触摸屏型操作控制系统。简易型操作控制系统，适用于对氮气纯度不需要调整、改变的一般用户，因而没有人机对话界面，只需合上电源开关，按启动按钮，制氮机即开始工作、各阀门也随即开始自动切换工作，开始输出氮气。按一下停止按钮，制氮机即停止运行。动作程序阀号Y!Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10吸附A●●●●●均压A=B●●均压a=b●●吸附B●●●●●均压B=A●●均压b=a●●自动排空●氮气输出●-6-江阴市荣辰机械制造有限公司触摸屏型操作控制系统，适用于需对氮气纯度进行调节(通过改变调整吸附、均压等程序工作时间)的用户，以及对系统有特殊要求的用户，如需要空压机、冷干机同时联动远控开停机，不合格氮气自动放空并报警，合格氮气自动输出，显示工作状态和停机故障原因等。由于设有人机对话界面，调整非常方便，工况反映直观实时，所有监视操作集中于触摸屏上，下面对此类型控制系统进行具体说明。合上电源开机后，触摸屏即打开第一页面，显示“运行状态”此时屏上指示灯指示出当前运行状态是手动和停止状态，若此时轻触自动、启动按钮，则相对应的指示灯亮，此时制氮机即处于开机状态，屏上显示此时此刻的运行状况，先显示冷干机启动，3秒后显示空压机启动，再过3秒后显示氮气输出，若有不合格氮气自动放空并报警功能时，由于刚开机时输出的氮气纯度未达到标准，则此时屏上显示“自动排空”和报警灯，触摸“解除”按钮即可将报警解除，若氮气纯度达到标准后，屏上则显示出“氮气输出”工作状态。在“运行状态”页面下方设有“流程”、“设定”、“显示”、“检阀”、“地址”、“电话”等六个翻页按钮，轻触某个翻页按钮则显示相应的页面。“流程”页面设有PSA制氮工艺流程图，并显示出当前流程中各阀的运行状态，可直观地监视到流程中的各阀开闭状态。“设定”页面，主要便于用户方便地修改程序动作过程中各程序动作的时间，从而改变程序状态以调节氮气输出纯度，满足用气需要和节约能源，在需要修改原设定值时，用手指轻触需修改数据的位置，反色后按右边数字键，并按键确认后，即修改完成。“显示”页面主要用来显示各程序动作在当前运行中时间的实录和各程序之间的时间切换实况，从时间角度来监视各程序动作执行是否正常。“检阀”页面用来检查电磁阀开关状态用，在运行过程中操作“检阀”按钮及Y1~Y8按钮无效，只有在手动、停止状态时操作此页面按钮才可起到检阀功能。“检阀”按一次启用检阀功能，再按一次“检阀”时，检阀功能关闭。“Y1~Y8”钮按下阀通，放手时阀关断。“地址”、“电话”页面便于用户与本公司联系使用。3、开机运行及注意事项3.1、开机运行3.1.1、打开箱门，合上电源开关及箱左侧壁上船形开关，电源指示灯亮或触摸屏页面上显示出“运行”状态画面。3.1.2、检查各工艺阀门状况，按工艺要求打开或关闭气路、水路上有关阀门。3.2、注意事项：-7-江阴市荣辰机械制造有限公司3.2.1、为保证PLC正常运行，控制箱应有可靠接地。3.2.2、用户不可随便改变PLC上的有关“开关”的设置状态，以免影响PLC的正常工作。3.2.3、供电电源电压，质量应符合国家标准，面板上电源开关关掉后，应大于5秒钟以后再开启，否则将影响PLC正常工作，甚至损坏PLC。警告：禁止对正在运行的程序动作修改设定数据！四、系统的安装1、安装场所必须通风、干燥、无腐蚀性气体且灰尘少的地方。2、水冷式冷干机及空压机的冷却水的压力、水量、水温必须满足其生产厂使用说明