说明书制氮机.docx
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说明书制氮机
一、产品简介
1.1PSA制氮机工作原理
氮气在自然界中分布很广，是空气的主要成分，在干燥空气中，氮气含量占空气的78%，因此空气是制取氮气的最大原料库，它取之不尽，用之不竭。
变压吸附（PRESSURESWINGADSORPTION）:
如果温度不变,在加压的情况下吸附,减压（抽真空或常压）解吸的方法,称为变压吸附。
碳分子筛（MOLECULARSIEVINGCARBON－－M.S.C）:
是一种以煤为主要原料经过特殊加工而成的活性炭、黑色，表面充满微孔晶体的颗粒，是一种半永久性吸附剂。
制氮原理：
碳分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于N2和O2在碳分子筛表面上的扩散速率不同,较小直径的气体分子（O2）扩散较快,较多进入分子筛固相（微孔）中，较大直径气体分子（N2）扩散较慢，进入分子筛固相较少。
氧的临界直径为，氮的临界直径为3Ａ，这样在气相中可得到氮的富集成份。
压缩空气进入碳分子筛吸附塔，当吸附压力增加时，氧和氮的吸附同时增加。
吸附开始后较短时间内，氧的吸附速度大大地超过氮的吸附速度，因此利用碳分子筛对氧和氮在某一时间内吸附量的差别这一特性，由程序控制器按特定的时间程序，结合加压吸附，减压解吸的循环过程（变压吸附过程），完成氮、氧分离，从而在气相中获得含氧量?
1%的普通氮气。
本制氮系统为变压吸附式制氮装置，它是以压缩空气（空压机提供）为原料，无热吸附干燥机除去压缩空气中的水分子，过滤器除去空气中的油和粉尘使气体达到制氮设备入口的空气要求。
设备利用碳分子筛的吸附特性，结合加压吸附、减压解吸，实现空气中的氮、氧分离，从而获得产品氮气。
1.2PSA制氮装置技术特点
◆多点复合式压紧装置
可以有效的提供分子筛的使用寿命，降低分子筛的粉化率；
◆分子筛
选用日本武田3KT-172型分子筛，使用寿命长，气耗比低；
◆复合流化床
采用复合式流化床，有效的保持分子筛的吸附效率，并给分子筛提供良好的解析环境；
◆气流扩散器
将进气集中的气流均匀的扩散，为吸附打下基础；
◆气流收集器
将制备的高纯度氮气最大量的收集，减小因气流收集而造成的效率降低；
◆气动阀
选用德国宝德角座式气动阀，使用寿命可达300万次，密封面采用聚四氟乙烯材料，密封性强，维修保养简单，维修成本低；
◆程控阀
选用日本SMC电磁阀，使用寿命可达500万次；
◆自动排空装置
具有氮气不合格自动排放功能，并设有手动供气、排空阀，用户可根据用气情况自行选用手动/自动功能，且手动阀的设置有利于维修气动阀、排除故障；
◆控制柜
采用双层门柜体，防护等级高；PLC采用西门子品牌，人机交换界面采用西门子品牌，可直观的显示设备的工作状态、故障时间、故障愿意，且修改设备的参数；
◆控制系统
使用全自动无人值守控制系统，自动记录运行时间、氮气纯度、流量等参数，并预留远传DCS接口；多台设备时，可实现根据用户用气量大小自动、梯度开关机，用气量小时，可以自动将三台制氮机定义为主、辅、备机，实现真正的智能、节能；
◆控制气路
控制气路采用不锈钢材质，耐腐蚀性强，不易老化，且布局美观，配合铜制卡套，避免跑冒滴漏。
1.3PSA制氮装置性能指标
氮气产量：
260Nm3/h
氮气纯度：
≥98%N2（无氧含量）
氧含量：
≤2%
氮气露点：
≤-40℃
工作压力：
输出压力：
可调
电源：
空压机撬块380V50Hz160KW电源一路
制氮机撬块220V50Hz电源一路
干燥机撬块220V50Hz电源一路
空气总管道口径DN80
氮气总管道口径DN40
1.4
本套装置平面布置示意图
1.5PSA制氮装置主要部件图解
二、PSA制氮装置使用说明
2．1制氮机阀位示意说明
图2-1气动阀待机阀位图
图2-2气动阀控制程序图：
工作状态----左塔吸附（时间0—58）
图2-3气动阀控制程序图：
工作状态----均压过程（时间58—60）
图2-4气动阀控制程序图：
工作状态----右塔吸附（时间0—58）
2．2阀组工作说明表
附2-1表：
FDA空分制氮机阀位工作程序表
阀位
工况
QV1
左排
QV2
右排
QV3
均压1
QV4
左进
QV5
右进
QV6
左出
QV7
右出
QV8
均压2
左塔工作
t=0～58s
关
开
关
开
关
开
关
关
均压过程
t=59～60s
关
关
开
关
关
关
关
开
右塔工作
t=61～118s
开
关
关
关
开
关
开
关
表2-2：
制氮机自动运行表显工况表
显示
工况
左塔压力
右塔压力
空气罐压力
氮气罐压力
控制气源压力
自动灯
电源灯
左塔工作
t=1min
～
MPa
0
MPa
亮
亮
均压过程
t=2s
～
MPa
～
Mpa
～
MPa
右塔工作
t=1min
0
～
MPa
～
MPa
2．3阀组分布图
上阀组实物图
下阀组实物图
2．4PSA制氮系统控制说明
2.4.1.
控制面板示意图
2.4.2.面板操作说明
开-关：
旋转到相应指示，控制系统启停
手动-自动：
旋钮开关开启后，可选择自动控制或手动控制
电源灯：
旋钮开关开启后，电源灯亮（红色）
手动灯：
选择手动控制后，手动灯亮（黄色）
自控灯：
选择自动控制后，自控灯亮（绿色）
测氧仪：
显示实时氧含量（%）
左吸按钮：
手动控制时可控制“左进气”“左出气”“右排气”阀门开启
右吸按钮：
手动控制时可控制“右进气”“左出气”“右排气”阀门开启
均压按钮：
手动控制时可控制“上均压”“下均压”阀门开启
2.4.3.制氮机操作使用说明
a）压缩空气系统调试完成后，空气贮罐压力达以上时，制氮设备进入调试状态。
调试前的准备
1.检查各组阀门处于待机状态：
按《制氮机待机状态阀位示意图》检查设备是否处于待机状态，否则按《制氮机待机状态阀位示意图》设置各阀门开关位置，使之处于待机状态。
2.
查控制柜处于待机状态：
按《制氮机控制面板示意图》检查各控制开关处于关闭状态，检查控制柜中控制气源三联体上的减压阀并调节压力至[],制氮机吸附塔压力表压力显示[0MPa]、空气气源压力表压力显示大于[MPa]、氮气罐压力表处于[0MPa]，并按图调整相应开关使之处于待机状态。
b）启动
c）检查压缩空气压力：
按制氮系统操作程序，供制氮机无油无水[油含量≤，压力?
的压缩空气。
d）调试控制气源压力：
当空气贮罐压力?
，调整控制气路气源三联体减压阀的压力表读为，作为先导电磁阀控制器及气动阀的动力源。
e）开启压缩空气总进气阀
f）启动制氮机程序控制器：
将开关旋转至“开”状态，电源灯亮，旋转手动-自动旋钮，开启自动运行开关，模式自动指示灯亮；
g）启动氮气罐入口阀：
当吸附塔达吸附压力～时（见图示吸附塔压力表），打开氮气贮罐入口阀门，旋转角度根据压力现场调试确定。
h）不合格氮气排空：
按表2-3顺序调试
表2-3制氮机运行手动阀状态表
自动供氮气/排空截止阀
手动供氮气截止阀
手动排空截止阀
金属流量计调节阀
备注
关闭
关闭
开启
缓慢开启流量调试至额定量的1/5,开启时间不低于2min
参见LZZH型金属流量计《使用说明书》
i）
调试氮气出口减压阀：
当氮气贮罐与吸附塔压力达到平衡时，调节氮气出口减压阀达到用户使用压力（或制氮机入口压力），调节范围～。
2.4.4.PSA制氮系统故障诊断与排除
◆纯度超标
（一）设备工作压力正常（与调试验收时比较）
1、检查设备产出流量是否超出额定值
2、如设备工作超过一年，请检查空气过滤器滤芯是否及时更换，如果过滤器滤芯超期使用，对空气中的油、水的过滤能力下降，将导致分子筛进油中毒，造成制氮机产能下降，纯度超标。
3、工作区瞬时流量加大，使设备工作状态改变，工作几个周期就会恢复。
4、检查测氧仪
①检测气体流量是否过大
②检测管路是否连接好
③氧电极是否过期
④仪表是否已校准
（二）设备工作压力异常
1、空压机出气压力比制氮机工作压力高以上
①检查空气过滤器中的滤芯是否堵塞
②空气入口阀口是否打开到位
2、空压机出口压力与制氮机工作压力一致
1）有大量气体从消声器排出
①左塔工作时，有大量气体排出，工作压力趋向正常
a.将制氮机运行模式切换到静态模式
b.如果右吸附塔压力不断大幅上升，与空气源压力相等时，请检查右进气阀垫是否损坏
c.将制氮机运行模式切换到手动工作模式
d.按下左吸键5-10秒后还原左吸键初始状态
e.如有大量气体从消声器排出请检查右出气阀垫及左排气阀垫是否损坏
②右塔工作时，有大量气体排出，工作压力趋向正常
a.将制氮机运行模式切换到静态模式
b.如果左吸附塔压力不断大幅上升，与空气源压力相等时，请检查左进气阀垫是否损坏
c.将制氮机运行模式切换到手动工作模式。
d.按下右吸键5-10秒后手动还原初始状态
e.如果出现右吸附压力在右吸键手动还原后大幅下降并且消声器大量排气的情况，请检查右排气阀垫及左出气阀垫是否损坏
③左右塔工作时都出现大量排气现象
请检查均压垫阀是否损坏。
2）消声器排气正常（一分钟排一次）
a.检查空压机工作是否正常
b.检查制氮机气动阀门工作状态是否正常
c.检查空气供气管道及制氮机手动进空气阀门是否打开到位
d.检查在对空状态下，氮气出口流量是否超出额定值
（三）制氮机工作状态异常
（1）左吸状态下，所有阀门不动作
请检查控制左吸状态的先导电磁阀片是否损坏或连接线路故障
（2）均压状态下，所有阀门不动作
请检查控制均压状态的先导电磁阀片是否损坏或连接线路故障
（3）右吸状态下，所有阀门不动作
请检查控制右吸状态的先导电磁阀片是否损坏或连接线路故障
◆、系统氮气出口压力下降
（一）纯度一起下降
（跳到纯度检测）
（二）纯度未下降：
①工作点瞬间氮气流量变大
②用户氮气需求量超出制氮机额定输出量。
◆、流量不能达到额定值
（一）检测流量时是在对空状态下
旋转氮气出口流量控制阀加大流量但开大流量后纯度下降并超标
（跳到纯度检测）
（二）检测流量时未在对空状态下
可直接从流量积算仪上显示流量
◆从消声器排出的气体中有黑色物质
（一）黑色物质为粉末状
请旋转压紧装置
（二）黑色物质为颗粒状
请立即通知厂家人员
◆罐体上法兰有大量气体泄漏并伴有尖锐的哨声
（一）法兰密封垫损坏，请更换
（二）法兰紧固螺丝松脱，请紧固。
◆自动排空异常
（一）持续排空
①纯度超标
（跳纯度检测）
②纯度不超标
纯度报警参数设置应与设备技术参数要求一致
（二）间歇式排空
①检查控制电磁阀是否故障
②检查测氧仪是否故障
③检查PLC输出是否正确
④检查电磁阀与PLC之间的电气线是否正常
⑤周围环境中是否有干扰磁场。
2.4.5.PSA制氮系统的维护与保养
a）气动阀的维护保养
本设备采用德国宝德气动阀，其执行机构为气动活塞制动控制阀门的开启，此阀门具有气动先导驱动旋转机构，制动器弹簧直接关闭阀门，自动调校插座位置，可达每秒一周期的运作。
维护保养详见《气动阀操作说明书》。
b）吸附塔组的维护与保养
吸附塔组为本机的关键件，其维护的好坏直接影响设备的使用寿命。
设备运行4-6个月时应进行维护，维修时先将吸附塔和连接管路内的压力排空，表压为0。
吸附塔压紧装置内有弹簧，法兰盖有预紧力，如需打开法兰盖，拆卸时要将法兰盖螺栓缓慢松开，把预紧力全部释放，防止崩伤，以免发生危险！
吸附塔体（见附图）上的压紧装置维护时，先旋开丝杠帽，检查丝杆座上的O型圈是否完好，如破损需及时更换。
然后将压紧丝杆对角依次均匀用力旋紧，直至无法旋紧为止，以补偿分子筛下沉量。
如不能及时旋紧丝杠，将会造成弹簧预紧力降低，分子筛产生沸腾现象，导致分子筛泄漏（消声器排出黑色烟雾），当压紧丝杠旋到接近法兰盖时（约50mm），应及时加装分子筛。
当设备消声器处排空时有黑色烟雾并同时氮气输出气也伴有黑色粉尘时，说明吸附塔组分子筛下沉量超出极限，分子筛沸腾，应立即停机，
维修压紧装置，加装分子筛至正常位置。
c）消声器的维护
当设备停机或长期不用时，消声器上的盖子要盖上,防止其它东西进入产生堵塞，避免排空不畅.
d）活性炭罐和过滤器的维护
当活性炭罐和过滤器正常使用4-6个月时，活性炭和过滤器滤芯的使用寿命基本到期，其过滤油和水的能力大大降低，应及时进行更换。
如果不及时维护，残留的油和水会污染制氮机的碳分子筛，造成碳分子筛中毒，导致分子筛吸附效率大幅降低，失去活性，给用户造成重大损失。
e）测氧仪的氧电极是有使用寿命的，一般为1-2年（具体见测氧仪说明书），为保证测量准确，请及时更换。
三、
系统操作过程注意事项
氮气供气阀：
作用为调节吸附罐产出的氮气流入氮气缓冲罐。
氮气回吹阀：
均压流程后有部分成品氮体通过此阀门回流到吸附罐中参与下一个流程的吸附，增强吸附效率。
单向阀的作用是控制气流的方向。
此部分供气阀、回吹阀和单向阀配合使用，即可保证氮气供出气量又可调节回吹氮气量，为调试设备时使用。
警告
氮气不能维持人的生命。
氮气为无色无味的惰性气体，是一种窒息性气体。
氮气是无毒的，但大量的氮气不能取代维持生命所需的氧气。
人在含氮85％以上的环境中短时间内即可导致窒息或死亡。
操作中要保证工作间通风及足够的氧含量，绝对避免氮气直入人的口鼻。
氮气排空口要远离人员工作区域！
1、在断开连接管线或管件进行焊接补漏或装配之前，要释放所有管线内和容器内的压力，否则会导致严重伤害或死亡。
2、氮气为无色无味无毒无氧气体，人体直接吸入易造成窒息，排放氮气时要远离人的口鼻，直接排入大气。
3、电源必须符合国家安全操作规范，必须可靠接地。
附录Ⅰ测氧仪
当被测气体为制氧机等正压气源时，被测气体经流量计从仪器进气口通入气室，由出气口经一段短胶管排入大气；对于负压气源需用微型气泵将气体泵入气室；测量时需维持气体流量在300mL/min（毫升/分钟）左右。
对于常压环境气体氧含量测量，只需将仪器置于被测气体环境中即可。
1.全自动空气定标（一键定标）
准备工作：
拔掉氧管，将气室置换为新鲜空气，保证气室中为新鲜空气，至少10分钟以上。
2.仪器一般性检验
首先将气室通入新鲜空气，观察氧含量显示值是否为%左右，然后用嘴向气室吹气，观察显示值是否变低（一般显示值在18%以下），随后显示值逐渐恢复为%左右。
如果显示值变动与上述情况相符，仪器属于正常。
3.传感器失效检查
拔掉氧管，将气室内置换为新鲜空气，既保证气室中为新鲜空气，至少10分钟以上，打开仪器电源开关等待显示氧含量后，按一下【时间】键，显示传感器电压，若显示电压低于，表明传感器已经失效，请联系生产厂家更换传感器！
4.调整测氧仪HD-CA参数,设定：
a.按[时间]键可依次显示传感器电压、温度，最后回到显示氧含量；
b.按任意键可点亮背光4秒钟；
c.
按[]键可消除报警状态下蜂鸣报警声、再按键可恢复报警声；
d.全自动定标（一键定标）。
氧电极使用说明
技术指标：
测量范围：
0~25%环境温度：
0~40℃
工作压力：
1个大气压气体流量：
50~500ML/分
1，温度：
氧电极使用环境温度和存放环境温度，不应低于0℃。
如环境温度低于零下温度，可导致氧电极内电解液结冰、膨胀，将氧电极透气膜挤破，使氧电极无法正常工作，故障现象：
21调节不下，数字跳不稳定。
2，气流：
通过氧电极的气体流量应在50~500ML/分,或者将皮管放入水中，每秒产3~10个气泡。
注意：
不要堵住气口，以防氧电极内薄膜被压破，故障现象同上。
3，摆放位置：
KY氧电极应垂直放置，导线一头在上方，通气一头在下方。
OX氧电极应水平放置。
故障现象：
读数为零或很小。
4，人为：
切勿用硬物碰撞薄膜（氧电极头部）。
5，定标：
开机稳定2分钟后，氧电极通气，吸气球吸气4~5次，或逆时针拧开氧电极头部有机玻璃，取出气头，2分钟后调到21%。
6，温差：
如将氧电极从一环境中移至另一环境中。
它们温差在5℃以上，最好1小时后再标定21%。
7，检定：
氧电极通空气3分钟后校正21％，稳定30分钟后其误差应小于％。
21％稳定后，再通纯氮气，其读数应小于％。
两项指标合格后，该氧电极正常，有条件可用标气检定。
注：
标气湿度较低，空气定标％，通标气5分钟后计数误差小于±，标气氧含量小于％，测量误差小于％。
氧电极插头连接方法：
棕色为热敏电阻，橙色为热敏电阻，25℃15KΩ。
红色线阳极-极化电压
黑色线阴极-至放大器输入端21％O2。
附录Ⅱ金属流量计
安装前准备
1，流量计用塑料袋和纸箱（或木箱）加防震等包装，开箱后，用户应按附录（装箱单）检查流量计及有关部件是否齐全、相符。
查看流量计在运输过程中有否损坏。
如有不符或运输中造成损坏，请与我们联系。
2，仪表为了防止在运输过程中的损坏，在仪表的指示器中装有固定指针的橡皮筋，安装前请打开指示器左盖，把橡皮筋轻轻取走，不要使指针位置变动。
3，取出在运输中防止浮子振动的阻动件，用手指顶动浮子，使浮子能够上下移动自由，并观察指针也能随之上下摆动。
安装
流量计必须垂直安装，进出口保证有5倍仪表口径的直管段。
对于新安装的管路，流量计安装前应该将管道冲洗干净。
为便于检修、维护、更换流量计及清洗管路。
在流量计上游应该安装阀门，在下游5～10倍仪表通径处安装流量调节阀，对于小口径（DN25以下）仪表上游应安装磁过滤器及滤网过滤器。
使用
流量计使用时应缓慢开启进口阀门至全打开，然后用流量计出口的调节阀调节流量；流量计停止使用时，应先缓慢关闭流量计出口的流量调节阀。
使用时应避免被测流体压力有急骤变化。
附录Ⅲ开机顺序
1）开关机操作步骤
1启动压缩机，点击压缩机控制面板的上启动按钮；（用户自备）
2
启动冷冻干燥机，点击冷冻干燥机面板上的启动按钮，观察运行灯是否指示正常；
3调节控制气路的二联体减压阀压力至；
4等待空气储罐的压力到达，打开制氮机入口阀门，启动制氮机，将制氮机控制面板上的电源旋钮钮旋至开位置，观察电源灯是否指示正常控制旋钮旋至自控位置，观察自控灯是否指示正常。
8.打开制氮撬上自动排空装置的自动送气阀门
自动供气阀门：
制氮系统根据实时监测的氮气中的氧含量判断是否合格，合格送气，不合格排空
手动供气阀门：
制氮系统不根据实时监测的氮气中的氧含量判断是否合格，系统强制送气。
手动排空阀门：
制氮系统不根据实时监测的氮气中的氧含量判断是否合格，系统强制排空。
9.等待缓冲罐上的压力与制氮撬上的吸附压力接近后，缓慢打开缓冲罐上压力调节阀和流量控制阀，观察出口压力表将送气压力调至现场需要，观察流量计流量将流量调至现场需要。
压力范围流量范围0-250Nm3/h
附录Ⅳ关机顺序
2）关机操作步骤，依次关闭制氮机、冷冻干燥机、压缩机、将系统内的压力泄放后关闭各个阀门关闭主配电盘内的各个电源。
1.关闭自动供气阀门，关闭流量调节阀，压力调节阀，关闭制氮机进气阀门（不停止制氮机，让制氮机继续切换吸附）打开缓冲罐手动排污阀泄压，至吸附塔和缓冲罐的压力表归零，泄压完成，将制氮机的控制旋钮旋至中间，电源旋钮钮旋至关位置
2.关闭压缩机，点击压缩机控制面板的停止按钮，关闭干燥机，点击干燥机控制面板的停止按钮。
3.待压缩机卸载关机（点击停止后卸载延时停机），干燥机停止后（点击停止后延时停机）。
打开空气储罐手动排污阀泄压，至空气储罐压力表归零，泄压完成。
4.关闭压缩机出口，空气储罐入口阀门。
5.关闭主配电柜内和干燥机控制箱、制氮机控制箱内所有空开。
6.关机完成。
终端厂使用提示：
终端厂内氮气用于管线排液钝化时，注意流量调节，避免流量过小至氮气管线内形成负压，至制氮机工作不正常。
※提醒：
氮气为惰性气体，含量过高容易使人窒息。
故绝对应该避免氮气直入人的口鼻。
注意：
1）长时间停机，卸掉系统内的压力；
2）设备维修前需要断掉所有的电源，卸掉管路内的压力。
附录Ⅴ电气原理图
附录Ⅵ系统流程图
附录Ⅶ易损件清单
制氮机易损件材料表
序号
名称
型号
数量
规格
更换日期
备注
1
过滤器滤芯
A/T/H-013
3
8400h
美国汉克森
2
电磁阀片
SYJ714M-4G-S
1
3年
日本SMC
3
气动阀维修包
DN32
1
正常2年
4
气动阀维修包
DN40
1
正常2年
5
气动阀维修包
DN50
1
正常2年
5
气动阀维修包
DN65
1
正常2年
6
气动阀维修包
DN20
1
正常2年
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