VPSA变压吸附制氧设备说明书.docx
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VPSA变压吸附制氧设备说明书
1概述
1.1真空变压吸附制氧技术
真空变压吸附制氧技术是一种新型的从空气中制取富氧的技术，真空变压吸附（VACUUMPRESSURESWINGADSORPTION，简称VPSA），是一个近似等温变化的物理过程，它是利用气体介质中不同组分在吸附剂上的吸附容量不同而产生的气体分离，吸附剂在压力升高时进行选择性吸附，在压力降低至负压时得到脱附再生。
真空变压吸附分子筛制氧设备是以电力为动力、空气为原料，利用沸石分子筛在加正压状态下对氮的吸附容量增加，负压时对氮的吸附容量减少的特性，通过对两只吸附塔切换作用，形成正压吸附、负压脱附的循环过程，实现空气中氧、氮的分离，连续制取所需求的工业用氧。
真空变压吸附制氧设备的制氧过程为物理吸附过程，无化学反应，对环境不造成污染，是一种理想的供氧方式。
整个制氧过程相对于传统的深冷法制氧方式，具有结构简单、工艺流程简单、使用操作方便、设备启动迅速、常温低压运行、安全可靠、能耗小、制氧成本低等一系列优点。
真空变压吸附制氧设备工作过程
瑞气真空变压吸附分子筛制氧设备是以洁净空气为原料，经空气过滤器进入罗茨鼓风机，升压至45kpa左右，出口气体温度约50℃，经过换热器进行冷却，使温度降到35℃左右，再进入已经再生完毕处于工作状态的吸附器。
在吸附器内，空气中的水分、二氧化碳等极性分子气体经过氧化铝、13X脱水剂被吸附，干燥空气再通过LiX分子筛后空气组分中的氮气组分被分子筛吸附分离，氧气在吸附器顶部富积进入氧气平衡器，纯度93±3%左右的富氧通过调节阀稳压处理进入缓冲罐，缓冲罐中的富氧压力在10~15kpa，缓冲罐出口富氧经过氧气压缩机升压达到所需的压力要求，高压富氧气冷却后通过氧气储罐再送至用氧用户。
为获得连续稳定的产品氧气，瑞气真空变压吸附分子筛制氧设备设置两只吸附器，交替产氧，一只吸附器产出氧气时，另一只吸附器处于抽真空再生状态，吸附器在真空泵作用下抽至-60kpa左右，排出的富氮组分经过消音处理排至室外。
1.3适用范围
本设备配套于中大型工业用氧气装置，提供纯度93%左右富氧以供使用。
1.4设备运行环境条件
环境温度：
2℃～40℃
相对湿度：
≤80%
大气压:
86KPa～106KPa
机械杂质：
≤30mg/m3；
油含量：
≤0.01ppm；
CS2：
≤mg/m3；
CO2：
≤350ppm；
C2H2：
≤ppm；
∑CnHm饱和及不饱和烃：
≤2mg/m3；
酸性物质：
∑NOx+SO2+HCl+Cl2的和≤8PPm。
1.5供电
单相220±11V/50HZ2kW
三相380±19V/50HZ三相五线233kW
2设备主要性能参数
氧气产量：
300Nm3/h（20°C,101.325Kpa）
氧气浓度：
93%（V/V）
氧气出口压力：
Mpa
3型号规格说明
真空变压吸附制氧设备的命名
真空变压吸附制氧设备规格参数表
制氧机类型
产品氧气纯度％
产氧规格范围Nm3/h
产品氧常压露点℃
出口压力范围MPa
VPSAO
90±3
200～5000
≤-50
注1：
如用户有特殊要求，规格及基本性能参数不同于本标准规定时按合同规定。
注2：
氧气纯度中剩余其他成分为氮、氦、氖、氩等惰性气体。
注3：
本标准中如无特别注明，露点均为常压露点。
注4：
本标准中如无特别注明，压力均为相对压力（表压）。
注5：
本标准中流量单位“Nm3/h”均是指1个大气压下，20℃时的流量单位。
4真空变压吸附制氧设备的基本组成
真空变压吸附制氧设备包括鼓风机系统、真空泵系统、仪表气系统、氧氮分离系统、氧气平衡系统、氧气增压系统、电气控制系统等七大部分组成。
（工艺流程图见附图1）
4.1鼓风机系统
作为整套设备的进气动力部件鼓风机，为氧氮分离系统提供合适的正压气源气体将对之后的系统稳定有效工作起到重要作用。
鼓风机系统包括入口空气滤清装置、鼓风机主体及配套电机、旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀、出口单向阀、换热器、波纹管接头（或弹性接头）等成套设备。
装置
空气气源通过空气滤清装置进行过滤，保证微粒杂质含量不得超过100mg/m3，微粒最大尺寸不得超过鼓风机叶轮最小工作间隙的一半。
为了保证整套系统的开机率，空气滤清板一开一备。
主要技术参数：
型号：
ZRL-200
数量：
1套
4.1.2鼓风机主体及配套电机
罗茨鼓风机是一种容积式气体鼓风机，机壳内两个叶轮彼此保持一定的啮合间隙，通过同步齿轮带动作等速反向旋转，达到把吸入气体从进口推移到出口，并克服出口侧高压气体阻力而强制排气的目的。
结构如图1所示，在机壳内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动做彼此反向的同步旋转运动。
在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙。
工作原理如图2所示。
罗茨风机的关键零件是转子，而转子的关键是它的型线，山东章丘鼓风机厂罗茨鼓风机是引进日本大晃机械工业株式会社的最新设计制造技术而生产的产品，叶轮采用新型特殊型线，保证了两叶轮啮合间隙均匀，减少内泄漏，提高了容积效率。
另外同步齿轮与轴承、四氟密封等高精度、高性能零部件确保设备稳定，低振动运行。
配套电机采用山东开元电机有限公司生产的三相异步电动机，本电动机防护等级IP54，绝缘等级F级。
具有高效、节能、噪音低、振动小、重量轻、性能可靠、安装维修方便等优点。
图1罗茨风机结构简图图2罗茨风机工作原理图
主要技术参数：
型号：
RRE-200
气量：
64Nm3/min
升压：
kPa
配套电机：
Y280M-4
驱动方式：
皮带轮传动
转速：
1350r/min
功率：
90KW
轴功率：
80KW
电源：
380V/50HZ
尺寸：
1820x14050x940
重量：
T
冷却水量：
m3/h
4.1.3旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀
变压吸附过程中为了提高产品气的回收率，两只吸附塔存在一定时间的均压过程，均压过程鼓风机旁通排空，另在鼓风机停车检测时防止气流返流需要先行旁通泄压保护，故设置一旁路，气动切换蝶阀由程序控制进行对外排空操作，另外为了对鼓风机出口压力进行有效调节，设置一旁路手动蝶阀。
阀门采用耐莱斯双偏心硬密封气动蝶阀，可适应短周期频繁切换，阀体有无泄漏，寿命长，切换时间短等优点。
型号：
10"-815W-P1-11-223443TT
阀体材质：
WCB
阀板材质：
CF8
阀杆材质：
17-4PH
密封座材质：
PTFE
气缸：
芬兰进口B1CU11
电磁阀：
ASCO8345G001
气控阀：
ASCO系列
减压阀：
AW4000-03
数量：
1只
为了保护风机电机，防止因为突然断电等特殊原因造成的返流现象，在鼓风机出口设置单向阀。
型号：
DCV-200
数量：
1只
4.1.5换热器
空气经鼓风机升压后出口温度在50℃-60℃之间，分子筛的最佳工作状态在0℃-40℃，为了保证分子筛的有效利用，需对加热空气进行热交换。
换热器采用不锈钢人形波纹板式换热结构，换热效率高，体积小，冷却水用量少，是一种较好的换热方式。
型号：
BRQ-G
换热面积：
50m2
设计温度：
200℃
设计压力：
0.4MPa
数量：
1台
4.1.6波纹管接头
罗茨鼓风机运行过程不可避免的产生较大的震动，为了减少震动跟后续设备带来的影响及减少震动带来噪音。
在鼓风机进出口安装配对的弹性接头和波纹管接头。
4.2真空泵系统
分子筛吸附达到动态饱和状态之后必须进行解吸再生，沸石分子筛被证明在负压真空状态下有更好的解吸再生效果，真空泵系统是整套系统不可获缺的重要部分。
真空泵系统包括真空泵主体及配套电机、旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀、波纹管接头（或弹性接头）、密封软化水装置等成套设备。
真空泵主体及配套电机
罗茨真空泵是一种旋转式容积真空泵。
其结构形式是由罗茨鼓风机演变而来的。
工作原理与罗茨鼓风机相同。
主要技术参数：
型号：
RRF-250W
气量：
Nm3/min
升压：
-kPa
配套电机：
Y315L2-6
驱动方式：
皮带轮传动
转速：
880r/min
功率：
132KW
轴功率：
114KW
电源：
380V/50HZ
尺寸：
3230x1079x1060
重量：
T
冷却水量：
1.0m3/h
密封软化水量：
2.4m3/h
4.2.2旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀
真空泵在停车时为了防止气流返流需要先行旁通泄压，做到零压启动，零压停机，设置一旁通阀进行控制，另外为了对真空泵抽气压力进行微量调节，设置一旁路手动蝶阀。
阀门采用国产保一软密封切换蝶阀，可适应长时间切换下的零泄漏要求。
型号：
D671X-10DN250
品牌:
保一
数量：
1只
4.2.4波纹管接头
罗茨真空泵运行过程不可避免的产生较大的震动，为了减少震动跟后续设备带来的影响及减少震动带来噪音。
一般我们在真空泵进出口安装弹性接头或者波纹管接头。
4.2.5密封软化水装置
密封软化水作为真空泵抽真空密封叶轮空隙的介质，可以有效提高真空泵的真空度。
4.3仪表气系统
气动蝶阀，气动调节蝶阀在自动控制切换过程中均需要0.5MPa左右仪表气源作为气缸驱动力，本系统由气源处理三联件、分储气包等部件构成；为了保证设备的开工率，对于需经常维护保养的过滤装置增设旁通阀。
4.4氧氮分离系统
氧氮分离装置是制氧设备的主要部件，主要由两个交替工作的吸附塔和气动切换蝶阀、气动可调节蝶阀、手动蝶阀等部件组成。
根据LiX沸石分子筛对空气中氮气、氧气分子的吸附容量不同，在正压吸附和负压脱附过程中实现氧氮分离，而正压吸附与负压脱附过程由可编程控制器按一定程序控制电磁阀并由电磁阀控制相应的气动阀自动运行，连续产出氧气，真空泵抽排出氮气和其它组分气体。
双吸附塔结构满足客户连续用气需求，吸附塔内部填装填料氧化铝、13X分子筛、LiX分子筛、瓷球，保证空气有效分离，满足产气需求。
4.4.2气动切换蝶阀
通过控制系统对电磁阀进行控制，周期性切换两塔进出气，保证设备正常稳定运行。
阀体材质：
WCB
阀板材质：
CF8
阀杆材质：
17-4PH
密封座材质：
PTFE
气缸：
芬兰进口B1CU系列
电磁阀：
ASCO系列
气控阀：
ASCO系列
数量：
8只
设备均压过程中为了保证均压效果设置耐莱斯气动调节蝶阀，阀门据有等百分比可调节性，零泄漏，寿命长等优点。
阀体材质：
WCB
阀板材质：
CF8
阀杆材质：
17-4PH
密封座材质：
PTFE
气缸：
芬兰进口B1CU系列
定位器：
芬兰进口NE系列
数量：
1只
4.5氧气平衡系统
氧气平衡检测装置主要由氧气平衡罐、氧气缓冲罐、质量流量计、氧气纯度分析仪、调节阀、压力传感器等组成。
氧气平衡罐和氧气缓冲罐是减缓吸附塔压力波动过大和稳定产品气压的主要措施。
质量流量计可显示瞬时和累积氧气流量，便于计量和管理。
氧气纯度分析仪可在线监测、显示产品氧气纯度，并输出信号给电气控制系统，当检测到的氧气纯度低于下限设定值时发出声光报警，并自动放空不合格氧气。
压力传感器监测输出产品氧气的压力，并输出信号给电器控制系统，按照既定控制方案，自动控制机组的启停与备用气源的开关。
4.6氧气增压系统
氧气增压装置是由氧气专用蝶阀、氧压机等组成，其主要作用是对产品氧气进行增压达到用户用气压力并输送给氧气储罐。
氧气储罐组件由氧气储罐、球阀、压力表、安全阀等组成，其主要作用是贮存部分产品氧气，保证氧气的稳定输出，并当因意外情况造成设备停机时的短暂供氧，防止供氧系统瘫痪。
4.7电气控制系统
电气控制系统包括工控机（详见人机界面使用说明书）、电控柜、仪控柜、可编程控制器PLC、电磁阀、指示灯、控制按等。
设备按照可编程控制器PLC编辑的程序自动运行，控制电磁阀的得失电，通过气控系统控制气动阀的开和关。
并采集和处理各种信号，显示设备各种运行状态。
用户可以在工控机上设置或更改控制参数，并可设定、显示设备运行状态。
5设备操作
1、确认打开鼓风机旁通阀（KV-1021）和真空泵旁通阀（KV-1031）；
2、鼓风机、真空泵盘车，检查泵机主副两油箱油位；
3、启动冷却水泵，打开空气换热器进出水阀（V-2007,V-2008），打开鼓风机、真空泵冷却水路进出水阀（V-2001、V-2002、V-2004、V-2005、V-2010、V-2011、V-2013、V-2014），打开密封水水箱入口阀加水，确认关闭鼓风机、真空泵排水阀（V-2003、V-2012）；
4、启动仪表气路，保持供气力达到>0.6Mpa；
5、打开氧气放空阀（KV-1061）；
6、启动柜供电。
5.2开车过程
1、调节密封水水箱出口阀（V-2015），首次调节好以后可以省去；
2、启动鼓风机、真空泵，待运行稳定；
3、启动PLC，即VSA制氧按钮。
4、调整
a、通过进气旁通阀（V-1021）控制吸附器压力，使其最高压力<45kpa，鼓风机排气压力<50kpa；
b、通过抽真空旁通阀（V-1031）控制真空度，使其压力不小于-55kpa，真空泵泵口真空度不小于-60kpa；
c、调整氧气放空阀（KV-1061）开度，逐渐关小，使氧气纯度达到93-95%；
d、按氧压机操作规程启动氧压机，关闭氧气放空阀（KV-1061）。
5.3停车过程
1、PLC停机；
2、鼓风机停机，关闭冷却水；
3、关闭真空泵密封水，真空泵空载运行5-10分钟后，停机；长期停机时，空载运行20分钟后，关闭冷却水，环境温度达到或小于0℃时，打开泵机排水阀排掉泵机内部冷却水；
4、断开启动柜电源；
5、关闭仪表气源；
6、按氧压机操作规程停止氧压机。
5.4产品氧压力报警：
若产品气压力低于设定值时，控制系统将发出间断声光报警（1秒钟间隔）并提示打开备用气源。
5.5瞬时断电重启操作
调节流量调节阀HV-1061使产品氧气流量计读数达到设定值的一半，再缓慢调节流量调节阀（约每2min开1/8圈），使产品氧气流量计读数达到设定值。
调节减少吸附周期时间，使产品气纯度迅速提高到需要的纯度。
6安全、安装及储运要求
安全事项
制氧设备是生产过程中的重要设备，制氧站内除工作人员外，严禁其他人随意进入室内。
6.1.2严禁在制氧站界区内吸烟和用火，容器或管道维修需要用火时，必须采取安全措施，并经安检部门检查同意后方可施工。
6.1.3制氧站界区内应保持整洁，不准堆放易燃易爆物品，人行通道上不准堆放物品，确保道路畅通。
操作人员在上岗前必须经过安全教育和操作方法的学习和实习，独立掌握制氧设备操作方法方可上岗工作。
6.1.5操作人员上岗必须着装整齐，严禁携带易燃易爆物品进入制氧站，严格按照使用说明书的规定进行操作。
6.1.6制氧站大门入口处和制氧站内醒目处，必须标志“严禁烟火”、“注意安全”等警告牌以示警惕。
6.1.7制氧站内应至少配备四个以上“1121”或“1301”小型干粉灭火器。
6.1.8制氧站设接地防雷装置一组，连接线采用40×4的扁钢，接地极埋地深度不少于0.8米，接地电阻不少于4欧姆。
6.1.9制氧设备使用的压力表应每年校验一次，合格后打上铅封。
6.1.10设备在卸压之前，不得进行任何与压力有关的维修工作。
6.1.11应每两周检查设备管路和管件的气密性，发现漏气应及时检修，合格后方能开机。
6.1.12制氧站的照明、通风设施应采用防爆安全型电路。
6.1.13每套设备出厂前均调试合格，并附有合格证，但并不能完全预防运输及装卸过程中发生的损害，故首次开机前应仔细检查系统的各个方面，以防故障发生。
6.1.14制氧设备所使用的原料为空气，应保持制氧站周围空气不受污染。
6.2使用安装技术条件
6.2.1制氧设备室内应保持通风，空压机进气应保证干净、无污染。
6.2.2排污口排放的污染物应排出室外，以免污染现场。
6.2.3本设备的安装要求详见设备基建图。
6.3储运贮存条件
6.3.1制氧设备在运输过程中应防倒置、防碰撞、防雨淋、防剧烈震动。
6.3.2包装后的制氧设备应储存在相对湿度不超过80%、无腐蚀性气体和通风良好的室内。
7设备维护
7.1使用注意事项
7.1.1氧气储罐属Ⅰ类压力容器，应根据国家有关规定，定期加以检查。
并接受当地锅检所的监督检查。
7.1.2本机的排污口应接塑料软管直达排水沟，以免污染生产现场。
7.1.3在检修设备时，一定要将仪表气路和各管路的压力降为零后才能拆卸各元件。
7.1.4在固定端未被可靠固定时，严禁在设备间接管。
7.1.5开流量计时务必缓慢，否则，气体流速过快会损坏流量计。
7.1.6机器运行期间须有人值班，并做好日常记录。
若有异常，应及时检修并报告上级主管部门。
7.1.7详细阅读鼓风机、真空泵、空气压缩机、氧压机、冷干机、换热器、阀门、流量计、测氧仪等设备仪器的使用说明书，正确使用，严格按照使用说明书的要求进行维护保养。
应清楚有关注意事项。
对下列项目，在正常情况下，每天至少检查一次，并按下表的要求检查，检查情况和处理结果做好记录。
序号
项目
检查内容
维护时期
1
各阀门开关状态
阀门开关状态是否正确
设备开、停机时
2
消声井排气状态
消声井是否排出粉尘
设备运行过程中
3
平衡罐排污阀排污
排污是否正常
开机前、停机后
4
仪表气罐排污阀排污
是否排出油污或粉尘
开机前、停机后
5
缓冲罐排污阀排污
排污是否正常
开机前、停机后
6
氧气储罐排污阀排污
排污是否正常
开机前、停机后
7
各仪表读数
是否正常
设备运行过程中
8
气源二联件油雾器
油杯是否有足够油面
设备运行过程中
9
鼓风机、真空泵运行状态
如出气温度、油面等是否正常
设备运行过程中
10
氧压机运行状态
排气压力，活塞动作等
设备使用过程中
11
各管道连接处的气密性
是否漏气
设备运行过程中
易损件、易耗件使用寿命参考表
序号
易损件、易耗件
使用寿命参考值
备注
1
LiX沸石分子筛
正常操作、维护10年以上
技术指标下降不明显无需添加或更换。
2
气动阀密封件
150万次
动作正常、无泄漏时无需更换。
3
电磁阀
150万次以上
动作正常时无需更换。
4
氧分析仪传感器
20000小时
传感器失效时更换
5
氧压机活塞环
3000小时
磨损更换
8智能保护功能：
瓷球自动压紧：
设备长期处于运行状态，吸附塔内的分子筛有老化、粉化的现象，分子筛可能出现下沉，这时瓷球就会有相应的补偿位移，从而确保吸附塔内的分子筛始终处于压紧状态，防止了因分子筛下沉而造成分子筛剧烈运动，确保氧气产量和纯度的稳定性。
MPa时系统会自动报警（此压力设定可由用户现场情况通过触摸屏设置）。
9设备检修及故障处理：
VPSA设备故障处理表
序号
故障描述
预防措施
故障机率和严重性
部件备品备件
易损件
1、氧压机
氧压机顶缸
氧压机一备一用
机率1
后果严重
易损件一套
润滑机油
止推轴承、活塞环、密封环、刮油环等
传动皮带
氧压机压缩气缸拉毛
严格按操作维护说明书进行
机率2
后果严重
传动皮带失效
按时保养更换
机率3
后果一般
2、鼓风机、真空泵
真空泵转子卡死
严格按操作维护说明书进行
入口加装过滤器
机率1
后果严重
润滑机油
传动皮带
轴承一组
前级过滤器
传动皮带
轴承等
电机过流烧毁
控制系统联锁保护，过流跳机
机率1
后果严重
传动皮带失效
按时保养更换
机率3
后果一般
轴承磨损
按时保养更换
机率3
后果一般
3、阀门
密封件磨损
按时保养更换
机率2
后果严重
气动阀执行机构
活塞密封圈
阀座密封圈
转轴密封圈
密封件一套
4、吸附塔
分子筛吸水
足够量的保护剂与吸水
足够大的换热器面积
机率1
后果严重
无
无
分子筛粉化
浮动瓷球压紧
机率1
后果严重
分离效率低
采用下凸筛板，最大效率的利用分子筛
按时保养检修阀门，防止泄漏
机率1
后果严重
5、仪表气系统
空压机或冷干机故障
参照说明书修护及维修
机率1
后果严重
无
无
过滤器失效
更换过滤器
机率1
后果严重
活性炭失效
更换活性炭
机率1
后果严重
注：
机率1、2、3分别代表发生机率的高低，数字越高发生机率越高。
10其它
10.1服务及保修
本产品出厂如出现确属质量原因不能使用，负责保修或调换。
如因下述原因，恕不保修:
10.1.1违反操作、保养规定而损坏。
10.1.2电源电压过低或波形畸变造成设备不能正常运行，或长期过载运行而损坏。
10.1.3气源温度过高损坏。
10.1.4超过保修期。
以上情况，我公司负责修理，酌情收取成本及差旅。
10.2产品出厂文件
序号
技术文件
数量
备注
1
附图1：
真空变压吸附制氧设备工艺流程图
1套
2
附图2：
真空变压吸附制氧设备电气原理图
1套
3
附图3：
真空变压吸附制氧设备平面布置图
1份
4
附图4：
真空变压吸附制氧设备外形尺寸图
1份
5
各配套阀门使用说明书
1套
6
真空泵、鼓风机、氧气压缩机、空压机及冷干机使用说明书
1份
7
各压力容器及控制柜证书及相关资料
1套
8
附表1：
真空变压吸附制氧设备故障处理表
1份
升级会员 