丁杰

摘 要：制氮機對于整個生產(chǎn)系統(tǒng)運行來說，起著至關重要的作用，制氮機的運行需要空氣壓縮機提供壓縮空氣，而空氣壓縮機屬于高耗能設備，怎么樣能使制氮機充分利用壓縮氣體從而減少空氣壓縮機的做功，減少其能耗。在實際生產(chǎn)中通過增加制氮機的單塔吸附時間來增加單個吸附周期的時長，減少兩塔切換次數(shù)，從而減少大量氣體未被利用就被放空的情況，提高制氮機對壓縮空氣的利用率，從而可以達到降低能耗的目的。

關鍵詞：變壓吸附 制氮機 吸附時間 節(jié)能 壓縮空氣

中圖分類號：TQ116 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0096-01

氮氣作為保護氣和密封氣在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應用，變壓吸附制氮機作為生產(chǎn)氮氣的重要設備以其具有能耗低，操作方便等特點已經(jīng)得到迅速的發(fā)展以及廣泛應用。在實際生產(chǎn)中我們往往只注視制氮機本身的低能耗，而忽視了給制氮機提供壓縮氣體的空壓機的能耗。通過提高制氮機對壓縮空氣的利用率，減少對壓縮氣體的需求，達到降低空壓機能耗的目的，方法簡單易行，節(jié)能效果明顯。

1 變壓吸附制氮工作原理、工藝流程

1.1 變壓吸附制氮機工作原理

變壓吸附制氮機是以碳分子篩為吸附劑，利用加壓吸附，降壓解吸的原理從空氣中吸附和釋放氧氣，從而分離出氮氣的自動化設備。碳分子篩是一種以煤為主要原料，經(jīng)過研磨、氧化、成型、碳化并經(jīng)過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內(nèi)部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑，呈黑色。

碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)O2、N2的動力學分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴散至分子篩的微孔之中，而不會排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體。碳分子篩對O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動力學直徑的微小差別，O2分子的動力學直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴散速率，N2分子的動力學直徑較大，因而擴散速率較慢。變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性，采用加壓吸附，減壓解吸的循環(huán)周期，使壓縮空氣交替進入吸附塔來實現(xiàn)空氣分離，從而連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氮氣。

1.2 變壓吸附制氮機基本工藝流程

空氣經(jīng)空壓機壓縮后，經(jīng)過除塵、除油、干燥后，進入空氣儲罐，經(jīng)過空氣進氣閥、左吸進氣閥進入左吸附塔，塔壓力升高，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，未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)時間為幾十秒。左吸過程結束后，左吸附塔與右吸附塔通過上、下均壓閥連通，使兩塔壓力達到均衡，這個過程稱之為均壓，持續(xù)時間為2～3s。均壓結束后，壓縮空氣經(jīng)過空氣進氣閥、右吸進氣閥進入右吸附塔，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)時間為幾十秒。同時左吸附塔中碳分子篩吸附的氧氣通過左排氣閥降壓釋放回大氣當中，此過程稱之為解吸。反之左塔吸附時右塔同時也在解吸。為使分子篩中降壓釋放出的氧氣完全排放到大氣中，氮氣通過一個常開的反吹閥吹掃正在解吸的吸附塔，把塔內(nèi)的氧氣吹出吸附塔。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。

2 吸附時間更改的實際生產(chǎn)運用

2.1 制氮機基本情況

制氮機設計流量為800Nm3/h，供氣壓力≥0.6MPa，供應氮氣純度≥99%，單個周期吸附時間設定為47s，；實際正常生產(chǎn)中氮氣需求量平均200Nm3/h，這意味著制氮機并沒有達到滿負荷運行，導致在設定時間內(nèi)吸附罐內(nèi)碳分子篩空間未飽和，未能將設備最優(yōu)化利用，又切換至另外一個吸附塔工作，轉入下一個吸附周期；切換次數(shù)較多，導致均壓反吹次數(shù)多，放空氣體量較大，導致浪費。

2.2 吸附時間更改

利用制氮機的工作原理，在保證氮氣純度要求，供氣量保持穩(wěn)定的情況下，將吸附時間逐步增加，最終吸附時間增加到140s左右。通過增加吸附時間，減少兩塔切換次數(shù)，使罐內(nèi)碳分子篩空間被充分利用，這樣可以減少在兩塔切換過程中均壓、反吹、解吸的次數(shù)，大大減少了放空。在遇到氮氣需求量增大的特殊情況下，及時降低吸附時間以達到純度要求。

3 更改前后對比

3.1 切換次數(shù)

改造前每小時切換次數(shù)=3600s/（吸附時間+均壓時間）=3600s/（47s+3s）=72

改造后每小時切換次數(shù)=3600s/（吸附時間+均壓時間）=3600s/（140s+3s）≈25改造后減少切換數(shù)=改造前周期次數(shù)-改造后周期次數(shù)=72個-25個=47個

3.2 氮氣壓力

由于切換次數(shù)的減少，放空氣體大量減少，氣體被充分利用，且單個塔吸附周期時長增加，有利于制氮機增加產(chǎn)氣的連續(xù)性，造成系統(tǒng)氮氣壓力上升0.03～0.05MPa，更有利于避免因氮氣系統(tǒng)壓力低而造成影響生產(chǎn)的問題。

3.3 氮氣純度

氮氣純度由99.8%降低至99.2%左右，滿足生產(chǎn)所需求的≥99%的要求。

3.4 節(jié)能效果

給制氮機供應壓縮氣體的空壓機額定功率為441KW，額定電壓為10kV，額定電流為30A，額定供氣壓力0.8MPa。在供氣狀況基本不變的情況下，吸附時間增加后，根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)顯示空壓機電流下降I降=1.3A左右。這樣根據(jù)電量計算可知空壓機每月節(jié)約電量為：

空壓機每月可節(jié)約電量=30天*24h/天*P*I降/Ie=30天*24h/天*441kW*1.3A/30A=13759.2kWh。

通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比，吸附時間的增加，對空氣壓縮機的節(jié)能效果非常明顯，對氮氣的系統(tǒng)壓力穩(wěn)定也能起到一定的作用，雖然氮氣純度有少許下降，但是可以滿足生產(chǎn)需求。所以說在氮氣需求量較大時為了保證氮氣純度，適當?shù)慕档臀綍r間，在氮氣需求量小的時候，為了使制氮機充分利用壓縮氣體來減少空壓機的能耗，適當?shù)脑黾游綍r間；這樣對吸附時間靈活的運用，操作簡便，既可以滿足生產(chǎn)需求，又可以達到非常好的節(jié)能效果。

參考文獻

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