工作原理及結構
空分制氮設備是采用變壓吸附原理,利用碳分子篩從空氣中提取氮氣的裝置。
變壓吸附制氮機的吸附罐，在壓力高時，碳分子篩吸附空氣中的氧，而不易被吸附的氮氣成為產(chǎn)品;在壓力低時，氧從碳分子篩中脫附出來。利用壓力的變化，就能有效地從空氣中分離出所需要的氮氣。
變壓吸附制氮裝置的主要特點: 1. 設備簡單，體積小,制氮成本低。
2.操作方便,采用自動程序控制,操作、維護費用低。
本設備制成二塔結構，采用常壓解吸流程。空分制氮設備的產(chǎn)氣量與純度成反比。產(chǎn)氣量大時,氮體的純度降低;反之，減小氣量使氮氣的純度上升。用戶可根據(jù)需要選擇合適的氮氣產(chǎn)氣量和氮氣純度。
本設備的控制系統(tǒng)采用PLC程序控制器控制閥門動作。制氮機制氮氣基本工藝流程示意圖見附圖1、附圖2
附圖2
空氣經(jīng)空壓機壓縮后，經(jīng)過干燥、除塵后，經(jīng)過左吸進氣閥進入左吸附罐，罐壓力升高，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，未被吸附的氮氣穿過吸附床，經(jīng)過左吸出氣閥、氮氣產(chǎn)氣閥進入氮氣儲罐，這個過程稱之為左吸。持續(xù)時間為58秒。
左吸過程結束后，左吸附罐與右吸附罐通過上下均壓閥連通，使左右吸附罐壓力達到均衡，這個過程稱之為均壓，持續(xù)時間為2秒。
均壓結束后，壓縮空氣經(jīng)過右吸進氣閥進入右吸附罐，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，富集的氮氣經(jīng)過右吸出氣閥、氮氣產(chǎn)氣閥進入氮氣儲罐，這個過程稱之為右吸。持續(xù)時間為58秒。
同時，左吸附罐中碳分子篩吸附的氧氣通過左排4氣閥降壓釋放回大氣當中，此過程稱之為解吸。反之， 左吸附罐吸附時，右吸附罐同時也在解吸。為使分子篩中降壓釋放出的氧氣排放到大氣中，氮氣通過-一個常開的反吹閥吹掃正在解吸的吸附罐，把罐內(nèi)的氧氣吹出吸附罐。這個過程稱之為反吹。它與解吸是同時進行的。右吸結束后，進入均壓過程，再切換到左吸過程，一直循環(huán)進行下去。
制氮機的工作流程是由可編程控制器控制三個先導電磁閥，再由電磁閥分別控制八個氣動管道閥的開、閉來完成的。三個先導電磁閥分別控制左吸、均壓、右排狀態(tài)。左吸、均壓、右排的時間流程已經(jīng)存儲在可編程控制器中。
當流程處于左吸狀態(tài)時，控制左吸的電磁閥通電，先導氣接通左吸進氣閥、左吸產(chǎn)氣閥、右排氣閥，使得這三個閥門打開，完成左吸過程，同時右吸附罐解吸。
當流程處于均壓狀態(tài)時，控制均壓的電磁閥通電，其它閥關閉;先導氣接通上均壓閥、下均壓閥， 使得這兩個閥門打開，完成均壓過程。
當流程處于右吸狀態(tài)時，控制右吸的電磁閥通電，先導氣接通右吸進氣閥、右吸產(chǎn)氣閥、左排氣閥， 使得這三個閥門打開，完成右吸過程，同時左吸附罐解吸。
每段流程中，除應打開的閥門外，其它閥門都應處于關閉狀態(tài)。
四、設備安裝與使用
1.空分制氮設備應置于水泥平面基礎上。
2.管線應嚴格按照流程連接,如附圖2
五、設備正常開車步驟
1、打開冷干機電源，預冷3-5分鐘;
2、空壓機開啟，壓縮空氣經(jīng)冷干機和過濾器處理后進入空氣儲罐(用戶可自配)，各壓力表指示逐漸上升;
3、當吸附罐的壓力達到0.6MPa時，打開控制柜上的電源開關，即可進入正常的工作狀態(tài);
4、待氮氣儲氣罐壓力達到0.6MPa后，然后緩慢打開放空閥，這時可觀察到流量計浮子上升，調(diào)整氮氣流量為用戶要求流量，通過氮分析儀顯示，純度達到用戶要求的純度后，關閉放空閥，打開通往后級用氣設備的閥門,產(chǎn)品氮氣即可使用。說明:如果有外接儲氣罐，當儲氣罐壓力為0.6MPa時:
額定流量與實際標態(tài)下的流量關系為:
(簡化式)
QN-標態(tài)下額定流量
QS-流量計示值流量
PS-外接氮氣儲氣罐壓力
(表壓)
例: QN= 10 Nm3/h
PS = 0.6MPaX9.8
通過計算得出QS~4Nm3/h，此為制氮機在工作狀態(tài)下，儲氣罐壓力為0.6MPa時流量計的示值。
氮氣額定流量為20 Nm3/h,儲氣罐壓力為0.6MPa時，流量計指示應為8Nm3/h。
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