PFN变压吸附制氮机操作规程Word下载.docx

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二、PFN制氮工作原理：

变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。

碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示：

碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。

这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。

碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。

压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。

最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。

碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来。

由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。

变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。

变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。

三、PFN制氮基本工艺流程：

图1

PFN制氮机基本工艺流程示意图

图2

放空系统示意图

空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。

左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过中间均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。

均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。

同时左吸附塔中碳分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。

反之左塔吸附时右塔同时也在解吸。

为使分子筛中降压释放出的氧气完全排放到大气中，氮气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。

这个过程称之为反吹，它与解吸是同时进行的。

右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。

制氮机的工作流程是由可编程控制器控制九个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制九个气动管道阀的开、闭来完成的。

三个二位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸状态。

左吸、均压、右吸的时间流程已经存储在可编程控制器中，在断电状态下，三个二位五通先导电磁阀的先导气都接通气动管道阀的关闭口。

当流程处于左吸状态时，控制左吸的电磁阀通电，先导气接通左吸进气阀、左吸产气阀、右排气阀开启口，使得这三个阀门打开，完成左吸过程，同时右吸附塔解吸。

当流程处于均压状态时，控制均压的电磁阀通电，其它阀关闭；

先导气接通均压阀开启口，使得这两个阀门打开，完成均压过程。

当流程处于右吸状态时，控制右吸的电磁阀通电，先导气接通右吸进气阀、右吸产气阀、左排气阀开启口，使得这三个阀门打开，完成右吸过程，同时左吸附塔解吸。

每段流程中，除应该打开的阀门外，其它阀门都应处于关闭状态。

四、PFN制氮系统设备

制造普通纯度氮气（氮气纯度95%~99.9%或95%~99.99%），PFN制氮系统由下列设备组成：

（根据不同用户要求，具体组成可能有所变化）

空

压

机

→

压缩空气预处理设备

制氮

主机

氮气后

期净化

处理

氮气储罐

或

用气点

1、空气压缩机

空压机的排气量根据制氮机的规格而定。

一般为了不使空压机一直满负荷运转，有一定的卸载时间，有利于空压机长期有效使用，在选择空压机的排气量时，螺杆空压机的排气量一般要比制氮机要求的气量大10~15%，活塞空压机一般要比要求的排气量大20~25%。

空压机的额定排气压力最好选择为0.8~1.0Mpa（最少要≥0.7Mpa），排气压力过高、过低均不好。

空压机排出的压缩空气中含油量必须≤10ppmw/w，最好使用无油空压机。

PFN制氮系统中设备主要电力消耗就是空压机的功率消耗。

2、压缩空气预处理设备

因为制氮主机中碳分子筛对压缩空气的品质要求很高，而压缩空气中气体温度高，又含有大量的水分和一定的粉尘、油雾，所以在压缩空气进入制氮主机前必须进行降温、除水、除油、除尘等处理，此部分设备主要就是为了此目的。

对压缩空气的净化处理至关重要，因为压缩空气净化处理的好坏直接关系到碳分子筛的使用寿命，从而直接关系制氮机的长期有效使用。

一旦碳分子筛油“中毒”或水“中毒”，制氮机将效率下降，指标无法达到正常。

压缩空气除水采用吸附式干燥器。

吸附式的无热再生干燥机是采用一种可再生的干燥剂作为吸附剂，利用压力变化、气体膨胀等原理，采用变压吸附分离水分的分离工艺，将压缩空气中的水分除去。

对压缩空气除油、除尘主要采用不同类型、不同过滤精度的多级过滤器。

过滤器是通过由很多微孔的纤维材料制成的滤芯或活性碳除去介质中的污染物（水、油、微粒、异味），所有过滤器都有除水、除油、除尘的作用，只不过不同类别的过滤器主要功能不同。

主路过滤器主要起除尘和除液态水作用；

初过滤器主要起一级除油作用；

精过滤器主要是进一步除油，使介质含油量很少；

活性碳除油过滤器主要是起深度除油和吸附碳氢化合物、除异味的作用。

过滤器的配置主要根据空压机排出的压缩空气品质而定。

配置太少，压缩空气得不到充分的净化处理，无法达到制氮机对压缩空气的品质要求，这是不允许的；

配置太多，固然对压缩空气处理效果好，但会造成管路中气体压力损耗较多，同时也造成成本过高，没有必要。

一般来说，对无油空压机，需配置一至两级过滤器，主要是除尘、除水；

对含油空压机，则需配置三至四级过滤器。

3、制氮主机

PFN制氮主机对压缩空气的要求如下：

压力≥0.75Mpa,

残油含量≤0.008PPm,

机械杂质≤0.01μm

常压露点≤—23℃

制氮主机一般由罐体、管路阀门和电控柜三部分组成，具体地包括底盘、空气缓冲罐、氮气缓冲罐、吸附塔，碳分子筛、布气系统、压紧装置，气动管道阀、电磁阀、单向管道阀、过滤减压阀等阀门，PLC控制器、高效消音器、氮气分析仪、流量计、压力表等仪器仪表，连接管路等附件。

4、氮气后期净化处理

这部分设备是根据用户成品氮气的使用场合和工艺需要来配置，为选配设备。

一般来说，制氮机产出的氮气还是比较洁净的，可满足大多数用户的用气标准。

但对于食品、啤酒、饮料、制药、精密加工等行业，要求成品氮气无菌、无异味、无尘等，就要对氮气进行后期除菌、除尘、除异味处理。

主要是在氮气输出管道中再配置除菌过滤器、除尘除异味过滤器，使成品氮气中不含细菌和尘埃等无机物和有机物。

一、布置要求

制氮系统中的所有设备一般来说均无须基础，室内平整干净地面即可。

一般来说，各设备沿厂房墙面布置。

空压机、冷干机应放在上风口或通风良好的地方，如果空压机后没有空气储罐，则空压机与冷干机之间的距离应尽可能大一些，二者之间的管路长度尽可能长一些，以利于通过大气环境降低压缩空气温度。

各设备之间间距应至少大于1m，各设备与墙的距离应至少大于0.8m，设备的操作面应面向人员方便操作的方位，以便于人员对设备的操作和维护、检修。

设备之间的管路连接应根据所有设备就位后的实际情况而定，因此，这些管路连接由用户负责。

所有管路最好采用硬连接方式（螺纹连接或焊接），应由专业人员施工，以免发生泄漏现象。

二、工况条件

环境温度：

≤40℃

相对湿度：

≤65%

原料空气：

机械杂质：

≤20mg/m3

CO2含量：

≤250ppm

C2H2含量：

≤0.5ppm

CnHm含量：

≤20ppm

不含刺鼻气味及腐蚀性气体

电源：

380V、220V、50Hz

冷却水：

水温：

≤25℃，pH值：

7~8，总硬度：

≤3.2mmol/L，

悬浮物含量：

≤100mg/L，进水压力：

≥0.2Mpa

焊割气：

如果需要切割操作，须准备氧气瓶、乙炔瓶等

工具设备：

必要的常用工具，焊接、切割设备，套丝工具等

三、安装

所有设备就位后，设备之间的管路连接就根据实际情况现场配置。

所有管路必须采用硬连接方式（螺纹连接或焊接），应由专业人员施工，以免发生泄漏现象。

将系统用电源和冷却水引至设备现场，备好配电盘、冷却水供应设施。

一、设备调试前准备

1、将220V/50HZ的电源插板与制氮机上的电控柜上电源线插头相连；

2、确认电控箱有电；

3、确认制氮机上所有阀门处于原始关闭状态。

4、打开电控柜上的电源开关，即发现：

通电指示灯亮，按启动开关，运行指示灯即说明控制器正常，然后关闭电源待用。

5、检查压缩空气气源系统

按照空压机和冷干机的使用说明书，确认空压机、干燥机等需要接电的设备应接入的电源电压（380V或220V），并接好电源。

6、截断排气阀门；

7、区域性空载试压；

8、由排空口放气30分钟左右；

9、检测机器性能；

10、空压机排气压力应设定在0.75~0.85Mpa为最佳,排气压力不得低于0.75Mpa；

11、按图纸，检查系统管道连接安装的完整性、安全性和气密性；

12、分段吹扫管路；

13、保压试验；

14、配好专职操作维护管理人员；

15、预读产品说明书、手册；

16、并做专项培训。

二、设备首次启动（设备调试）：

1、检查系统中各设备是否处于安全、原始备电待用状态；

2、启动干燥机：

按电源按钮为开，干燥机运转，空车运转3—5分钟，打开其前后阀门（全开）；

3、空压机开启：

如需冷却水，首先打开其前后阀门；

按照使用说明书开启电源开关；

4、使压缩机运转，升压：

压缩空气经冷干机和过滤器处理后进入制氮机的空气缓冲罐。

打开空气罐下方排污阀放空片刻，然后关闭排污阀等待空气压力上升；

5、当空气缓冲罐的压力达到空压机设定的最高压力时,调节先导气减压阀，使压力设定为空气压力的1/2。

开启空气进气阀，打开电控柜上的电源开关,过几秒钟，即可进入正常的工作状态；

6、由于刚刚开机时,吸附塔内的吸附气体需要置换,因此进入氮气储罐的阀门暂时不要打开,让制氮吸附塔组间循环工作5分钟左右,再缓慢打开氮气产气阀，使纯氮气进入氮气储罐。

打开氮气罐排污阀放空5分钟左右，置换氮气罐；

然后关闭排污阀等待氮气压力上升；

7、把普氮测试仪表（见使用说明书）与氮气取样口的微量调节阀连接,普氮的纯度即以数字的形式从表上显示出来,等到纯度稳定后，微微开启取样调节阀，经过几个流程后，纯度会有所上升。

通过微调调节阀可使纯度达到最佳状态（取样气体不要太大以免影响测试仪正常工作）；

8、氮气纯度达到最佳后，关闭放空阀门，打开通往后级用气设备的阀门，流量控制值为设备性能所要求。

产品氮气即可使用；

三、设备正常开车步骤

1、打开干燥机电源，

2、空压机开启压缩空气经干燥机和过滤器处理后进入制氮机的空气缓冲罐，各压力表指示逐渐上升；

3、当空气缓冲罐的压力达到空压机设定的最高压力时,打开电控柜上的电源开关，即可，进入正常的工作状态；

4、待氮气储罐压力达到0.6Mpa后，缓慢打开放空阀,这时可观察到流量计浮子上升，放空阀开度视流量示值要小于性能页中额定流量为准。

把普氮测试仪表接到测试口上,普氮的纯度即以数字的形式从表上显示出来,等到纯度达到工艺要求后，关闭放空阀门，打开通往后级用气设备的阀门，流量控制为设备性能页所要求值。

产品氮气即可使用。

四、设备正常停车步骤

1、关闭制氮机电源开关；

2、关闭氮气供气阀门；

其它阀门不用关闭。

若长期不用时才将各阀门关闭。

3、关闭干燥机电源开关。

4、关闭空压机电源（如空压机还为其它设备供气则不需关机）。

5、关闭进入制氮机的压缩空气阀门。

6、若长期不用时将系统各设备电源切断，放空所有机器内的残留气体。

五、故障紧急停车步骤

1、关闭制氮机电源开关。

2、关闭流量计下游阀门。

3、关闭空压机、干燥机的电源开关。

4、关闭氮气供气阀门。

6、打开空气、氮气缓冲罐排污阀放空。

六、设备正常运行状态描述

1、电源指示灯亮。

2、A塔压力由均压时平衡压力逐渐升至最高，同时右吸附塔压力由均压时平衡压力逐渐降为零。

3、B塔压力由均压时平衡压力逐渐升至最高，同时左吸附塔压力由均压时平衡压力逐渐降为零。

4、正常工作时，两个压力表显示一个带压，一个不带压。

5、氮气出口压力指示为正常用气压力，使用时压力会有稍微波动，但变化不应过大。

6、流量计流量指示应基本稳定，波动不应过大，流量计的示值应不大于制氮设备的额定产气量。

7、测氮仪示值应不大于制氮设备的额定纯度，也许会有少许波动，但不应波动过大。

七、操作注意事项：

1、根据用气压力和用气量调节流量计前面的调压阀和流量计后的产氮阀,不要随意调大流量，以保证设备的正常运转。

2、空气进气阀和氮气产气阀开度不宜过大，以保证纯度达到最佳。

3、调试人员调节好的阀门不要随意转动，以免影响纯度。

4、不要随意动电控柜内的电器件，不要随意拆动气动管道阀门。

5、操作人员要定时察看机上四只压力表，对其压力变化作一个日常纪录以备设备故障分析。

6、定期观察出口压力、流量计指示及氮气纯度，与性能页的值对照，发现问题及时解决。

7、按照空压机、冷干机、过滤器的技术要求保养和维护，以保证空气品质。

空压机、冷干机必须每年至少检修一次，按照设备维护、保养规定更换易损件，并进行保养；

如发现过滤器前后压差≥0.05~0.1Mpa，必须及时更换过滤器滤芯。

8、完整填写日常记录表。

一、检验标准

制氮机设计、制造条件：

JB/T6427-2001

压力容器设计技术条件：

GB150-1998

制造标准：

探伤标准：

JB-4730-94

设备喷漆、包装、运输：

JB2536、GB/T13384

消音器噪音测量：

JB/T6427-92

管道设计、安装：

JB5902

制氮碳分子筛、脱水分子筛：

按供货商提供的性能参数

测氧仪鉴定标准：

JJ365-1998

流量计设计、制造标准：

JB/T6844-1993

二、设备出厂检验

1、外观检验

设备出厂前，首先要对我们提供的所有的外观进行目测检验。

包括设备喷漆颜色是否一致，表面是否平整，是否有碰伤划痕，焊缝是否都打磨干净，是否有毛刺和残留焊渣，设备结构是否合理美观，底盘是否平稳，电控部分接线是否整齐、没有隐患等。

2、密封性检验

在我方工厂内，将制氮设备与空压机、空气预处理设备连接起来，整套系统试运行，检验制氮机内的管路和阀门是否有漏气现象。

3、电控及仪表检验

在我方工厂设备试运行时，按照本说明书中第四条第1款的方法检验电控系统是否运行正常，各压力表、流量计等仪表是否正常工作。

4、技术指标检测

在我方工厂内，模仿用户的整套制氮设备使用条件和要求，将制氮设备与空压机、空气预处理设备连接起来，整套系统试运行，检测制氮机的实际产气量、纯度、露点

等参数，以确定设备是否达到合同规定的技术指标。

如指标达不到，则分析原因，并对设备进行适当调整，直至达到规定的技术指标。

5、设备包装清点

对所有提供的设备出厂检验完毕后，在全套设备运输前，对需要包装的设备进行适合运输的包装。

同时，按照合同的设备交货清单清点所有设备，无一遗漏，将所有设备包装好或备好待运。

一、设备日常维护

对制氮系统中的设备的维护主要包括空压机、冷干机、过滤器、制氮主机的维护。

空压机的日常维护主要是经常检查空压机储气罐的排污口是否堵塞，散热孔处是否有遮拦；

冷干机的散热器要经常清扫；

过滤器的排污口要经常检查是否堵塞；

制氮机消音器的排气口要经常检查是否畅通。

所有设备外观均要保持清洁、干净，经常用湿布或中性肥皂水擦洗。

二、设备周期性维护

有油螺杆空压机的维护主要是进空气过滤器（其会被灰尘堵塞）的周期更换，以及每年的润滑油和油分离器的更换。

压缩机的维护也包括对机油的定期补充和更换（如有必要）。

无油活塞空压机也需要定期更换活塞环和补充润滑剂。

为保证制氮系统稳定可靠地运行和压缩机的长寿命运行，必须按照压缩机厂商推荐的周期维护办法和措施来维护压缩机。

风冷式冷干机的周期性维护主要是定期吹扫，清洗排污口；

水冷式冷干机主要是定期清洗水冷凝器，以防水垢沉淀堵塞。

请认真阅读冷干机的操作维护使用说明书，严格按照冷干机厂商推荐的周期维护办法和措施来维护冷干机。

过滤器的周期性维护主要是根据过滤器的使用状况定期更换滤芯。

如果发现过滤器的压力差过大，请及时更换滤芯。

请参照过滤器厂商推荐的周期维护办法和措施来维护过滤器。

制氮主机基本上不用周期性维护。

用户可在每年公司（厂）所有设备大修时检查一下制氮机是否运行正常。

如正常，则不用维修；

如不正常，则按第3小节处理。

三、设备常见故障及处理

故障现象

故障原因

排除办法

打开电源开关，电源指示灯不亮

1．电源未接通

2．电源保险损坏

3．电源开关损坏

1．接通电源

2．更换电源保险

3．更换电源开关

左吸时左吸附罐压力不能上升到正常值

1.先导气压力未设定好

2．控制左吸的电磁阀损坏

3．左吸进气阀未打开

1．先导气压力设定为空气压力的1/2

2．维修电磁阀或更换

3．检查管道阀，

4．如有故障维修或更换

均压时左右吸附罐压力不能均衡

1．控制均压的电磁阀损坏

2．上下均压阀未打开

1．维修电磁阀或更换

2．检查均压阀，

3．如有故障维修或更换

右吸时右吸附罐压力不能上升到正常值

1．控制右吸的电磁阀损坏

2．右吸进气阀未打开

2．检查管道阀，如有故障维修或更换

左吸或右吸时消音器不停排气，同时吸附罐压力不上升

1．反吹阀开得过大

2．电磁阀损坏

3．均压阀漏气

4．解吸阀漏气

1．将反吹阀开度调到适当

3．维修管道阀或更换

使用过程中氮气纯度波动

1．空气压力有波动

2．用气量有波动

1．保养、维修空压机

2．保持用气量不

3．超过额定流量

氮气测量仪显示数字不准确

1.有空气混入

2.氧探头失效

1.检定氧探头及测纯系统

2.更换氧探头