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摘 要:为了保证PSA变压吸附式制氮机的工作质量,其日常维修工作需要重点关注。本文首先介绍了PSA变压吸附制氮机的工作原理及工艺流程,并分别从分子筛泄漏、设备内部构件开裂和产品气纯度不合格三个方面分析了PSA变压吸附制氮机的故障原因,论述了PSA变压吸附制氮机各个部件的维护措施,为保证制氮机的日常保养工作提供技术指导。
关键词:PSA变压吸附;制氮机;维护保养
引言
氮气资源在地球上属于充足的自然资源,而且随着科学技术的不断前进,化工业、电子制造、冶金行业、机械加工等多个行业都对氮提出了大量的需求,因此对空气中氮的提取成为一个热门的话题,但是氮气属于惰性气体,其理化性质稳定,很难从空气中分离,而制氮机很好的解决了这一难题。在工业中对于氮气的需求往往很严格,作为保护气的纯度需要在99.99%以上,方能起到保护和密封的作用,因此制氮机的工作效率及氮气纯度直接影响相关行业的发展。但是制氮机由于长期作业时长发生故障,为避免意外事故的发生,需要对制氮机进行日常的维护和保养工作,只有按照规定流程作业、定期进行安检,才能保證制氮机设备的正常运转。
一、PSA变压吸附制氮机的工作机理
PSA变压吸附制氮系统是依凭变压吸附法(Pressure Swing Adsorption,PSA)的气体分离技术,以环境大气为基础原料,采用对空气中氮和氧有选择性吸附作用的固体吸附剂(碳分子筛)进行分离的系统设备。其主要原理是利用氮分子和氧分子在碳筛里的扩散率不同,使得氧分子保存在固相中,氮分子保留在气相中。待碳筛达到系统平衡,改变压力可降低碳筛对氧分子的吸附能力,这个过程为再生以便进行下一次的分离。一般以两塔并联,交替加压吸附和降压再生的方式进行氮气分离和提取。
PSA制氮的工艺流程:空气首先经过过滤后进入压缩机,再经过一系列工序成为可以脱离的稳定气体。在气体压力大于0.6MPa时启动制氮机,使稳定气体进入A吸附塔利用碳筛对除氮气以外的气体进行吸附,氮气保存在氮气储罐中,此A塔吸附制氮过程持续40~120s。
然后使A、B吸附塔达到均压,再利用B吸附塔进行制氮,与此同时,A吸附塔进行降压放空,称之为解析。如此循环始终保持一塔吸附一塔解吸同时进行,完成氮气分离,最终可以获得纯度为95%~99.9%的合格氮气,在此过程中需要合理有效的控制各个区域以达到最好的分离效果。
二、PSA变压吸附制氮机故障分析
PSA制氮机作为工程系统中重要设备,为避免在实际运行中发生分子筛泄露、滤网破损及结构件焊缝开裂等现象,需要对PSA制氮机运行故障进行分析[3]。
三、PSA变压吸附制氮机的日常修护
(一)空气压缩机
空气压缩机主要为PSA制氮机提供压缩空气,其控制参数依照实际工况需求而定。通常情况下出气量应该不小于16.5m3/min;出气压力值应该维持在0.8MPa到0.98MPa左右;含油量不大于3ppm;温度应低于45℃。因此在日程检修过程中,要检查空气压缩机的各个指标是否符合标准,定时进行月度检查和季度保养,严格执行《维护手册》。对空气压缩机性能影响最大的因素为温度,而日常的季节气候、空气湿度及自来水的质量都会对温度造成影响。尤其对于冷却水的二次利用,既要保证水质的纯度,又要考虑经济效益,因此选择合适的空气压缩机对PSA制氮机正常运作的保障。
(二)冷干机
冷干机的日常检修主要包括冷凝水及废水的排除是否发生堵塞、系统压力是否正常。因为散热器长期工作会积攒大量的灰尘,需要及时进行吹扫保证散热器能够正常散热。同时冷干机的过滤器要定期进行更换,保证过滤质量。
(三)活性炭吸附器
活性炭吸附器的主要功能为对空气进行过滤、吸附,因此活性炭和氧化铝活性剂的优良影响制氮效果,又因为其质量受到空气压缩机和冷干机的影响,通常工作环境下,活性炭和氧化铝的更换频率为3至5年更换一次。
(四)氧氮分离装置-分子筛吸附塔
碳分子筛是PSA制氮机中最重要的部件,其硬度、产氮气量、回收率等都直接影响制氮效率,对其影响的最大因为为温度,较高的温度会影响碳分子筛的吸附能力,因此需要定期进行检查及更换。
(五)气体检测器及气体储罐
气体检测器是用来检测各个部件区域的气体含量,同时也是PSA制氮机安全性能的保障,因此气体检测器的检修需要格外关乎,每年都需要进行返厂检测,对气体检测器的灵敏度和传感器等进行严格校正。同样气体储罐也需要进行定期检查,每月自查每年自检,使用期限要严格控制在使用寿命内。
四、结论
PSA制氮机为多种行业提供氮气资源,其日常的维护和保养保证了氮气的产出效率,因此了解PSA制氮机的制氮原理,分析制氮机故障的产生原因,并针对制氮机各个部件的检测和维护进行详细系统的分析,为制氮机的正常运作提供保障,延长其使用寿命,避免意外事故的发生。
参考文献:
[1] 孙移.PSA制氮机控制系统的设计与优化[J].机械设计与制造工程,2018, 414(05):73-76.
[2] 孙烈刚,吴迪,李天文,等.变压吸附制氮性能主要影响参数的研究[J].现代化工,2014(09):131-133+135.
[3] 朱自洲,喻纯钢.褐煤提质装置中PSA制氮机运行故障分析及处理[J].现代化工,2016(1):143-146.
作者简介:
王洪宝(1987-);性别:男,民族:汉语 籍贯:黑龙江省绥化市人,学历:本科,毕业于沈阳工业大学;现有职称:中级工程师;研究方向:给排水,采暖通风。
关键词:PSA变压吸附;制氮机;维护保养
引言
氮气资源在地球上属于充足的自然资源,而且随着科学技术的不断前进,化工业、电子制造、冶金行业、机械加工等多个行业都对氮提出了大量的需求,因此对空气中氮的提取成为一个热门的话题,但是氮气属于惰性气体,其理化性质稳定,很难从空气中分离,而制氮机很好的解决了这一难题。在工业中对于氮气的需求往往很严格,作为保护气的纯度需要在99.99%以上,方能起到保护和密封的作用,因此制氮机的工作效率及氮气纯度直接影响相关行业的发展。但是制氮机由于长期作业时长发生故障,为避免意外事故的发生,需要对制氮机进行日常的维护和保养工作,只有按照规定流程作业、定期进行安检,才能保證制氮机设备的正常运转。
一、PSA变压吸附制氮机的工作机理
PSA变压吸附制氮系统是依凭变压吸附法(Pressure Swing Adsorption,PSA)的气体分离技术,以环境大气为基础原料,采用对空气中氮和氧有选择性吸附作用的固体吸附剂(碳分子筛)进行分离的系统设备。其主要原理是利用氮分子和氧分子在碳筛里的扩散率不同,使得氧分子保存在固相中,氮分子保留在气相中。待碳筛达到系统平衡,改变压力可降低碳筛对氧分子的吸附能力,这个过程为再生以便进行下一次的分离。一般以两塔并联,交替加压吸附和降压再生的方式进行氮气分离和提取。
PSA制氮的工艺流程:空气首先经过过滤后进入压缩机,再经过一系列工序成为可以脱离的稳定气体。在气体压力大于0.6MPa时启动制氮机,使稳定气体进入A吸附塔利用碳筛对除氮气以外的气体进行吸附,氮气保存在氮气储罐中,此A塔吸附制氮过程持续40~120s。
然后使A、B吸附塔达到均压,再利用B吸附塔进行制氮,与此同时,A吸附塔进行降压放空,称之为解析。如此循环始终保持一塔吸附一塔解吸同时进行,完成氮气分离,最终可以获得纯度为95%~99.9%的合格氮气,在此过程中需要合理有效的控制各个区域以达到最好的分离效果。
二、PSA变压吸附制氮机故障分析
PSA制氮机作为工程系统中重要设备,为避免在实际运行中发生分子筛泄露、滤网破损及结构件焊缝开裂等现象,需要对PSA制氮机运行故障进行分析[3]。
三、PSA变压吸附制氮机的日常修护
(一)空气压缩机
空气压缩机主要为PSA制氮机提供压缩空气,其控制参数依照实际工况需求而定。通常情况下出气量应该不小于16.5m3/min;出气压力值应该维持在0.8MPa到0.98MPa左右;含油量不大于3ppm;温度应低于45℃。因此在日程检修过程中,要检查空气压缩机的各个指标是否符合标准,定时进行月度检查和季度保养,严格执行《维护手册》。对空气压缩机性能影响最大的因素为温度,而日常的季节气候、空气湿度及自来水的质量都会对温度造成影响。尤其对于冷却水的二次利用,既要保证水质的纯度,又要考虑经济效益,因此选择合适的空气压缩机对PSA制氮机正常运作的保障。
(二)冷干机
冷干机的日常检修主要包括冷凝水及废水的排除是否发生堵塞、系统压力是否正常。因为散热器长期工作会积攒大量的灰尘,需要及时进行吹扫保证散热器能够正常散热。同时冷干机的过滤器要定期进行更换,保证过滤质量。
(三)活性炭吸附器
活性炭吸附器的主要功能为对空气进行过滤、吸附,因此活性炭和氧化铝活性剂的优良影响制氮效果,又因为其质量受到空气压缩机和冷干机的影响,通常工作环境下,活性炭和氧化铝的更换频率为3至5年更换一次。
(四)氧氮分离装置-分子筛吸附塔
碳分子筛是PSA制氮机中最重要的部件,其硬度、产氮气量、回收率等都直接影响制氮效率,对其影响的最大因为为温度,较高的温度会影响碳分子筛的吸附能力,因此需要定期进行检查及更换。
(五)气体检测器及气体储罐
气体检测器是用来检测各个部件区域的气体含量,同时也是PSA制氮机安全性能的保障,因此气体检测器的检修需要格外关乎,每年都需要进行返厂检测,对气体检测器的灵敏度和传感器等进行严格校正。同样气体储罐也需要进行定期检查,每月自查每年自检,使用期限要严格控制在使用寿命内。
四、结论
PSA制氮机为多种行业提供氮气资源,其日常的维护和保养保证了氮气的产出效率,因此了解PSA制氮机的制氮原理,分析制氮机故障的产生原因,并针对制氮机各个部件的检测和维护进行详细系统的分析,为制氮机的正常运作提供保障,延长其使用寿命,避免意外事故的发生。
参考文献:
[1] 孙移.PSA制氮机控制系统的设计与优化[J].机械设计与制造工程,2018, 414(05):73-76.
[2] 孙烈刚,吴迪,李天文,等.变压吸附制氮性能主要影响参数的研究[J].现代化工,2014(09):131-133+135.
[3] 朱自洲,喻纯钢.褐煤提质装置中PSA制氮机运行故障分析及处理[J].现代化工,2016(1):143-146.
作者简介:
王洪宝(1987-);性别:男,民族:汉语 籍贯:黑龙江省绥化市人,学历:本科,毕业于沈阳工业大学;现有职称:中级工程师;研究方向:给排水,采暖通风。