FD系列变压吸附制氮机使用说明书
江苏苏净集团有限公司
保护气氛分公司
中国苏州桐泾北路玻纤路口
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1．技术参数
1.1设计参数
1.2性能参数
1.3公用工程设施
2.安全
2.1系统指定用途
2.2防止事故规定
2.3危险来源
3.功能和系统结构
3.1采用CMS分离空气3.2变压吸附（PSA）3.3工艺步骤
3.4压缩空气提纯
3.5分离空气
3.6氮气贮存及供气
4.安装
4.1安装要求
4.2常规安装方式
5.操作
5.1控制系统
5.2控制过程
5.3氧分仪
5.4 开机
5.5关机
6.维护及保养
6.1制氮机日常检查维护内容6.2系统常见问题的处理方法
7.附件
7.1 总图
7.2 工艺流程图
7.3 原理图
7.4 接线图
技术参数
1.技术参数
1.1 设计参数
对压缩空气的要求：
压缩空气量≥13.2Nm3/min
压缩空气压力＞0.8Mpa
压缩空气露点≤2℃-10℃
1.2 性能参数
对产品气的要求：
（1）氮气产气流量：165Nm3/h
（2）氮气纯度：≥99.9%（无氧含量）（3）氮气露点：≤-40℃
1.3 公用工程设施
电源电压：220V/50Hz
功率： 1kW
安全
1.安全
必须认真阅读操作手册，在操作系统前，手册中警告必须引起特别重视。
江苏苏净集团有限公司不对由操作者错误造成的系统损害负责。
2.1系统指定用途
PSA制氮系统是依据1.2节中描述的流量、纯度进行设计的，无江苏苏净集团有限公司的书面批准，不能作以下改动：
·改动设置超过1.2节中的限制范围
·系统本身硬件装置的改变
如以上情况发生，质保书失效。
2.2防止事故规定
所有预防事故条款是由国家法定部门规定的，在操作时须严格遵守。
2.3危险来源
人身危害！
由于系统的自动操作功能，压缩，干燥器和PSA系统有可能自动启动。在任何养护工作开始前，必须关闭整个系统和系统各部分。
火灾！
PSA制氮系统排放出的废气中为浓缩氧气（approx.35Vol.%），容易引起火灾。因此废气必须排放到户外，禁止吸烟。
窒息！
产品气中的氧含量低，用于呼吸氧含量不足。由于缺氧可能有窒息的危险，因此产品气不能呼吸。
人身伤害！
系统装置和管道均为常压状态。在拆卸管道和系统部件时，连接高速流量气体立即扩张，会直接或间接造成人身伤害。在养护开始前，系统和管道必须泄压。
3.功能和系统结构
采用气体分离工艺将空气中的氮气和氧气分离的方式制氮。
3.1采用CMS分离空气
用一种特殊处理过的活性碳即碳分子筛（CMS）分离空气。
图3－1 分离空气所用碳分子筛
CMS的孔直径在氮气和氧气分子直径范围内。由于氧分子比氮分子体积小，重量轻，因此先被吸附在碳分子筛表面。图3-1为碳分子筛分离空气过程。
3.2变压吸附（PSA）
空气压力越高，CMS表面所吸附的气体分子越多，如图3-2所示，压缩气体进入一吸附塔，从下到上流经塔体。
图3－2 变压吸附工艺过程（PSA）
吸附塔内充满了CMS，气体通过时，氧分子和氮分子在CMS表面吸附。由于分子直径不同，氧分子吸附在CMS表面多于氮分子。根据流经吸附塔空气的速度，大多数氧分子被吸附，氮分子由吸附塔上端流出。
流量速度决定了气体在吸附塔中的吸附时间，即氧分子的吸附时间：
·流速高→氧吸附时间短→产品气中剩余氧含量高→氮气纯度低
·流速低→氧吸附时间长→产品气中剩余氧含量低→氮气纯度高
经过一段时间后，CMS被所吸附的氧分子饱和需进行再生，再生是通过降压实现的。由于CMS在低压时不能再吸附气体分子，大多数分子在降压时被排空。这一过程称为解吸。
为达到连续供气，在一个吸附塔处于再生状态时，另一个吸附塔为生产状态。
碳分子筛的性能通常是由产气量和回收率来描述的，这两个性能指标是与产生的氮气纯度、运行压力直接相关的。一般来讲，纯度不变时，产气量是随运行压力的提高而增加的，而回收率只随压力升高稍有增长，当压力一定时，回收率和产气量都随产生的氮气中的氧含量增加而增大, PSA系统的最佳操作压力为0.75Mpa左右。
3.3工艺步骤
制氮分为三部分：
1.压缩空气提纯
2.分离空气
3.氮气储存和供气
整个工艺流程图和控制系统原理图附在手册后，时序可观看电控箱上的流程铭牌。
3.4压缩空气的生成和提纯
由界外送进我司制氮机的压缩空气
1、先进入一级聚合微粒过滤器（离心式油水分离器），除去大部分粉尘与油水滴；
性能：过滤精度：3μ除水率：99％除油雾率：40％
2、再经过冷干机降低压缩空气的压力露点，使得空气中大量水汽冷凝，尔后进入
二级聚合微粒过滤器（主管路过滤器），进一步除去粉尘及油水滴；
性能：过滤精度：1μ除水率：100％除油雾率：70％
3、经过第三级除油过滤器（微油雾过滤器），进一步除去压缩空气中的油雾；
性能：过滤精度：0.01μ除水率：100％除油雾率：99.999％
此时的压缩空气达到PSA所需空气质量，空气进入吸附塔前，先经活性碳吸附器。
活性碳吸附器为一只装有活性碳吸附剂的压力容器，活性碳的压紧采用自动压紧装置（容器详细结构见蓝图）。活性碳吸附器安装在吸附塔的前级，起保护分子筛的作用，当压缩空气净化系统中的冷干机或过滤器出问题又未被发现时活性碳吸附器可起到短时间除水、除油、除尘的作用，以避免污染分子筛。活性碳吸附器只起预防功能，不可以只依靠它长时间工作。
经活性碳吸附器后，空气进入吸附塔A、B，其中杂质含量如下：
·残油含量≤0.003mg/m3（at21℃）
·残余粉尘≤0.01μm
·残余水含量≤1.18g/m3 （压力露点：2～10℃）
压缩空气生成的冷凝液通过冷凝排放管排放到指定地点。
大气量制氮机配有仪表气罐提供所有气动控制阀的空气。
3.5分离空气
压缩后的空气通过PC阀AV101、AV102或AV103进入吸附塔A或B。
吸附塔A或B为两只装有碳分子筛的压力容器，是制氮机的主体部分，对氧氮的分离即在此处完成。碳分子筛的压紧采用自动压紧装置（容器详细结构见蓝图）。为保证吸附塔运行良好，需定期补充碳分子筛。
PSA 工艺是由PC 阀AV101- 108八个阀所控制的。表3-1详细叙述了该工艺。
表3-1：完整周期步骤
生成的氮气通过PC 阀AV106或AV107、A V108流出吸附塔A 或B 进入氮气缓冲罐。 在制氮机顶部安装有反吹气手动阀，适当调节此阀开度来给予再生塔一定量的再生气以帮助再生塔解吸，此阀在第一次开机调试好后以后使用过程中基本不用再调节，保持当初的开度即可。
3.6氮气贮存及供气
氮气缓冲罐
·缓冲由PSA 过程后引起的压力波动
·保证吸附塔A 和B 在吸附开始时的压力最小值
手动流量控制阀（纯气出口阀、不合格放空阀）根据流量计F101测量的值手动调节氮气流量，然后氮气进入客户系统。流量计F101显示氮气缓冲罐输出的实际氮气流量。
本设备配置的流量计，起显示产品气流量的作用，单位为Nm 3/h 。一般地，流量计在标准状况下标定，实际纯气气量=纯气流量计示值×1 P 。P 为纯气压力，单位为kg/cm 2，具体换算参见流量计说明书附录。
如果流量计在出口压力下标定，可直接读出实际氮气流量。 在氮气出口管路上装了氮气取样口以检测氮气纯度。
4．1 安装要求
1)清洁、干燥的压缩空气
2)220V/50HZ的电源
3)通风良好、地面平整
4．2 常规安装方式
制氮机系统应置于固定的位置，放在平整的地面上。要避免把装置放在温差很大的地方，同时还应位于通风良好的区域。如果装置处于房间内有限的区域内，则必须将富氧放空气体和不合格的氮气用管路排至室外。
5．操作
5.1控制系统
PSA系统是由日本欧姆龙CPM1A-30CDR-A型程序逻辑控制器（PLC）、氧分仪、流量计及辅助线路构成。控制系统按一定的时序发出信号，控制8个程序阀的开闭，氧分仪在线分析产品氮气中的氧含量，如氧含量超过报警值时，控制器发出信号提醒打开不合格气出口阀，关闭氮气出口阀，让气体直接放空，防止不合格气进入下工段。
5.2控制过程
·主要控制过程
由可编程序逻辑控制器（PLC）、电磁阀、气动控制阀组成。程控阀按事先编制的时序开启和关闭，自动完成PSA过程的吸附，均压和解吸。
·控制柜面板介绍：
控制柜操作面板上有氧分仪、流程显示铭牌、压力表及开关键。详见图5-1。
图5-1 控制柜面板布置图
1.AIA氧分仪及氧高报警（A1）
在线分析产品气中的氧含量。以数字直接显示，当产品气的氧含量超过设定值后，产品气氧浓度高限报警（报警值在氧分仪上设定），产品气出口阀连锁动作，AV110开启，AV109关闭，PSA系统不合格氮气直接放空。
2.电源开关（A2）
两位选择开关，通断控制柜的工作电源即启动和关闭PSA系统。
3. 运行/停止按钮（A3）
当运行/停止按钮按下后，制氮机需运行一个周期(2分钟)停止。再次按运行/停止按钮，制氮机恢复运行。如需立即停机可关闭电源开关。
4.压力表（P1-P4）
P1-P4压力表分别显示A塔压力、B塔压力、氮气罐压力和出口压力。
5.3氧分仪
PSA系统生产的氮气中剩余氧含量是由氧分仪连续监控的。
样品气管路由以下部分构成：
·减压阀调节正确样品气压力。
·流量调节阀调节样品气流量。
测量剩余氧含量：
1．调节减压阀将压力调节到1.0bar。
2．调节流量调节阀，感觉到有气出来即可。
3．当氧分仪读数稳定时，读出氧含量。
为确保氧分仪读数正确，氧分仪必须按一定周期校正。同时要经常查看样品气流量和压力。校正和检查内容参见氧分仪使用说明书。
校正氧分仪
氧分析仪中的氧检测池在出厂时都是经过了严格的标定。氧检测池在使用过程中会发生漂移，所以应该在使用一段时间后，对氧检测池重新进行标定。
利用空气中氧含量恒定的原理进行满刻度标定。压缩空气进入系统后，先将气体取
样支路接入空气进气一方，等待5分钟左右观看测量值是否为“21.0”，如果不符，
需要重新调整。详见氧分仪使用说明书
5.4开机
1）当压缩空气源压力达到0.7Mpa时打开制氮机总进口截止阀，此阀不宜开得过大，能保证制氮机最终能达到吸附压力即可，调节气动阀门工作气源处的减压阀压力至
0.4-0.5Mpa。
2）顺时针打开PLC主站电控柜上的制氮机电源开关，在制氮机控制柜的氧分仪上设定氧含量上限，装置正常工作。根据两个吸附塔的压力变化来判断两吸附塔是否正常切换，工作塔的压力应与压缩空气的压力相差0.05Mpa 左右，再生塔压力为零，均压时两塔压力应接近原工作塔压力的一半。
3）打开氧分仪电源，调节取样减压阀将压力调节到 1.0bar，调节取样流量调节阀，将气量调至在探头出口处能感觉到有气出来即可，注意采样气量不宜过大。检测氮气纯度。
4）通过调整氮气出口阀的开度来调节氮气的纯度和流量。缓慢打开放空出口截止阀，调节流量至额定流量的二分之一。当氮气纯度达到要求后，缓慢打开纯气出口截止阀，将流量调至所需的流量，关闭放空出口截止阀，设备正常运转即可投入使用。
5.5关机
1)关闭氮气出口阀和取样阀；
2)关闭压缩空气进口阀；
3)关闭制氮机电源。
6.1制氮机日常检查维护内容
注：系统中空压机及冷干机的维护保养详见相应的使用说明书。
6.2系统常见问题的处理方法
附件
7.附件
7.1总图
7.2工艺流程图
7.3 原理图
7.4 接线图