和亞鵬

（中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽(yáng) 471003）

PSA變壓吸附制氮機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)

和亞鵬

（中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽(yáng) 471003）

要保證PSA（變壓吸附法）制氮機(jī)生產(chǎn)出合格的氮?dú)?，日常的檢查及設(shè)備的定期維護(hù)與保養(yǎng)致關(guān)重要，只有按照操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)、定期對(duì)相關(guān)組件進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，才能為設(shè)備正常工作提供保障。

PSA；變壓吸附；制氮機(jī)；氣體分離

1 PSA變壓吸附制氮?dú)饨榻B

1.1 變壓吸附法

變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption簡(jiǎn)稱(chēng)PSA)是一種氣體分離技術(shù)。1960年，美國(guó)C． W． SKARSTROM首先獲得了PSA分子篩制氧的專(zhuān)利權(quán), 接著英、德、日等國(guó)相繼進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作。1970年美國(guó)UCC (聯(lián)合碳化物公司) 首先實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，并且在PSA 技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用方面長(zhǎng)期處于領(lǐng)先地位。PSA法在與傳統(tǒng)的分離方法競(jìng)爭(zhēng)中，不斷地改進(jìn)和完善，從而得到了迅速發(fā)展。

1.2 工作原理

PSA制氮系統(tǒng)是以空氣為原料，利用一種高效能、高選擇的固體吸附劑（碳分子篩）對(duì)氮和氧發(fā)揮選擇性吸附作用，把空氣中的氮和氧分離開(kāi)來(lái)的技術(shù)設(shè)備。碳分子篩對(duì)氮和氧的分離作用主要是基于這兩種氣體分子在碳分子篩里的擴(kuò)散速率不同，較小直徑的氣體（氧氣）分子擴(kuò)散較快，較多進(jìn)入分子篩固相。這樣氣相中就可以得到氮的富集成分。大約2min左右，分子篩對(duì)氧的吸附達(dá)到平衡，根據(jù)碳分子篩在不同壓力下對(duì)吸附氣體的吸附量不同的特性，降低壓力使碳分子篩解除對(duì)氧分子的吸附，這一過(guò)程稱(chēng)為再生。變壓吸附法通常使用兩塔并聯(lián)，交替進(jìn)行加壓吸附和降壓再生，從而獲得連續(xù)的氮?dú)狻?/p>

1.3 工藝概述

一個(gè)完整的氮?dú)庵迫∠到y(tǒng)包括：空氣壓縮機(jī)（組）—壓縮空氣凈化組件—空氣儲(chǔ)罐—PSA制氮裝置—氮?dú)饩彌_罐—氮?dú)鈨?chǔ)罐（低壓）—氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)—氮?dú)鈨?chǔ)罐（高壓）。

2 設(shè)備介紹

2.1 制氮機(jī)選型

制氮機(jī)選型涉及的問(wèn)題較多，首先要做好前期市場(chǎng)調(diào)研，確定具體的型號(hào)規(guī)格前（產(chǎn)氮?dú)饬?、氮?dú)饧兌?、出口壓力及露點(diǎn)等），主要對(duì)制氮機(jī)的性能和特點(diǎn)作出全面的比較分析，同時(shí)要根據(jù)本地的工作環(huán)境作出正確選擇。

2.2 制氮機(jī)裝置介紹

我單位2012年購(gòu)置了一套蘇州杜爾氣體化工裝備有限公司的PN10—59型/PN130—39型PSA制氮機(jī)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為科研實(shí)驗(yàn)供給提供兩種氮?dú)猓环N是普通氮?dú)猓ㄆ盏?，另一種是高純氮。普氮（PN130—39型生產(chǎn)）產(chǎn)量不大于130m3/h，當(dāng)?shù)獨(dú)饧兌炔坏陀?9．9%時(shí)，系統(tǒng)出氣閥門(mén)開(kāi)啟生產(chǎn)普氮，系統(tǒng)壓力為 0．4～ 0．7 MPa；高純氮（PN10—59型生產(chǎn)）產(chǎn)量不大于10m3/h，當(dāng)普氮純度達(dá)到99．99%時(shí)開(kāi)啟系統(tǒng)，在氮?dú)庵醒鯕夂坎桓哂?0μL/L時(shí)系統(tǒng)出氣閥門(mén)開(kāi)啟自動(dòng)控制生產(chǎn)高純氮?dú)?，開(kāi)啟增壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)供氣壓力為1．2～1．8 MPa。兩種氮?dú)饧兌仍诰€(xiàn)檢測(cè)。

3 制氮機(jī)的設(shè)備配置及運(yùn)行

3.1 制氮機(jī)的設(shè)備配置

制氮機(jī)的設(shè)備配置包括下述單元：（1）英格索蘭空壓機(jī)（螺桿式）一臺(tái)（型號(hào)為17NNm3/min，1．0MPa）；（2）香港奧迪斯冷干機(jī)一臺(tái)（型號(hào)為 2Nm3，1．0MPa）；（3）空氣儲(chǔ)罐一臺(tái)（型號(hào)為2Nm3，1．0MPa）；（4）美國(guó)漢克森三級(jí)過(guò)濾器一套（型號(hào)為XF-9/7/3-17）；（5）蘇州杜爾制氮機(jī)130Nm3/h，99．9% 一 套（ 型 號(hào) 為 DPD-130/39）；（6）蘇州杜爾制氮機(jī)10Nm3/h，99．999%一套（型號(hào)為DPD-10/59）；（7）氮?dú)饩彌_罐一臺(tái)（型號(hào)為3Nm3，1．0MPa）；（8）安慶風(fēng)牌氮?dú)庠鰤簷C(jī)兩臺(tái)（型號(hào)為 VW-0．8MPa/2．0 MPa）；（9）氮?dú)鈨?chǔ)罐五臺(tái)（型號(hào)為 1Nm3，1．0MPa）；（10）氮?dú)鈨?chǔ)罐一臺(tái)（型號(hào)為3Nm3，1．0 MPa）；（11）氮?dú)鈨?chǔ)罐一臺(tái)（型號(hào)為 20Nm3，1．0MPa）；（12）氮?dú)鈨?chǔ)罐一臺(tái)（型號(hào)為 1Nm3，2．0MPa）；（13）氮?dú)鈨?chǔ)罐一臺(tái)（型號(hào)為10Nm3，2．0MPa）；（14）蘇州杜爾電氣控制系統(tǒng)（工控機(jī)）（型號(hào)為PLC微電腦控制）一套；（15）美國(guó)漢克森BURKET品備件（濾芯電磁閥）（型號(hào)為XF-9/7/3 6014）各兩套等。

3.2 制氮機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行

電氣控制系統(tǒng)按特定程序控制時(shí)序，交替進(jìn)行加壓吸附和解壓再生，產(chǎn)氣過(guò)程自動(dòng)運(yùn)行，氮?dú)饬髁繅毫兌瓤烧{(diào)并連續(xù)顯示。

3.3 人員巡檢和關(guān)注重點(diǎn)

制氮機(jī)操作人員巡檢的時(shí)候，應(yīng)該關(guān)注以下幾個(gè)方面：（1）首先應(yīng)該看氮?dú)饧兌群吐饵c(diǎn)是否達(dá)到要求，然后再看是否可以正常吸附再生；（2）檢查機(jī)器所需電源、氣源、水源、溫度條件是否正常；（3）觀察空氣儲(chǔ)氣罐壓力，保持空氣儲(chǔ)氣罐壓力在0．7～0．75 MPa之間，不要低于額定值；（4）每次檢查自動(dòng)排水器，以免堵塞或損壞而失去排水作用；（5）定期檢查冷干機(jī)的散熱片是否干凈，以免因散熱不良影響干燥機(jī)的效用與壽命；（6）精密過(guò)濾器的周期性維護(hù)主要是根據(jù)過(guò)濾器的使用狀況定期更換濾芯，可參照過(guò)濾器廠商推薦的周期維護(hù)辦法和措施來(lái)維護(hù)過(guò)濾器；（7）氧分析儀的校準(zhǔn)，每月檢查1次，如果發(fā)現(xiàn)氧含量高于額定值時(shí)，要考慮是否氧探頭的使用壽命已到期，及時(shí)更換氧探頭，建議更換周期為1年；（8）定期檢查電磁閥氣動(dòng)閥的靈敏度、調(diào)壓閥的壓力范圍、氣體分析儀的精度、吸附塔的壓緊情況、消聲器排氣狀況、流量計(jì)內(nèi)管清潔程度等對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題及處理，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。

4 制氮機(jī)的設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)

4.1 空氣壓縮機(jī)（螺桿式）

空氣壓縮機(jī)（組）為PSA變壓吸附制氮裝置提供所需的壓縮空氣，其流量、壓力等要求根據(jù)PSA變壓吸附制氮裝置的用氣量決定。PSA變壓吸附裝置的效率（消耗）將主要由分子篩性能、工藝流程及吸附器結(jié)構(gòu)決定?？諝鈮嚎s機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足：（1）出氣量≥16．5m3/min；（2）出氣壓力在0．8～0．98MPa之間；（3）含油 量≤3ppm；（4）溫度≤45℃指標(biāo)要求。

在實(shí)際使用中，空壓機(jī)日常檢查包括：運(yùn)行溫度（≤ 105℃）、工作壓力（0．8～ 1．0MPa）、水壓（0．3～0．6MPa）等，月度檢查包括油位、管線(xiàn)連接處有無(wú)滲漏等，季度保養(yǎng)包括進(jìn)氣過(guò)濾網(wǎng)清潔、空氣過(guò)濾芯清潔、連接件檢查等，年度保養(yǎng)按英格索蘭（INGEROLL RAND）產(chǎn)品《維護(hù)手冊(cè)》由INGERSOLL RAND專(zhuān)業(yè)工程師執(zhí)行。在日常使用中，應(yīng)遵循手冊(cè)維護(hù)建議及優(yōu)先次序：（1）根據(jù)控制器的顯示進(jìn)行維護(hù)；（2）每年維護(hù)1次。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)一般故障，由設(shè)備責(zé)任人按照手冊(cè)中故障診斷指導(dǎo)的維修方法進(jìn)行排除，無(wú)法排除的請(qǐng)聯(lián)系INGESOLL RAND專(zhuān)業(yè)工程師解決。

日常影響空氣壓縮機(jī)性能的主要因素是溫度，而影響溫度的主要因素（在壓力及流量不變的條件下）有：季節(jié)、水溫及水質(zhì)，該設(shè)備冷卻水管設(shè)計(jì)為進(jìn)、出直徑為40mm的自來(lái)水，用水量約為9t/h直接排放，如果不循環(huán)利用水資源將是一筆不小的浪費(fèi)，如果想循環(huán)利用冷卻水二次投入，也是一筆不少的資金投入（本地水質(zhì)硬度在每升380毫克至410毫克之間），夏季對(duì)空壓機(jī)來(lái)說(shuō)是最考驗(yàn)設(shè)備性能的時(shí)候，也是對(duì)設(shè)備的冷卻器當(dāng)初類(lèi)型選擇是否合適的一種查驗(yàn)。在PSA變壓吸附制氮裝置上，空壓機(jī)在設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)資金的投入最多，對(duì)選擇這種類(lèi)型的制氮方法一定要做好前期市場(chǎng)調(diào)查與調(diào)研，計(jì)劃好后期的保養(yǎng)資金投入。

4.2 冷干機(jī)

冷凍式干燥機(jī)（型號(hào)/規(guī)格：IDS-150AC；20Nm3/min）日常檢查包括：冷干機(jī)排出的冷凝水、三級(jí)過(guò)濾器排出的污水是否暢通，冷卻劑壓力（0．3～0．6 MPa）、壓縮空氣壓力（＜1．0MPa）是否正常；維護(hù)與保養(yǎng)是定期吹掃散熱器（尤其春、夏季更要經(jīng)常吹掃防止影響散熱）、清潔排污口、定期（一般為12個(gè)月）更換3個(gè)過(guò)濾器（型號(hào)：3級(jí)過(guò)濾器XF3―44、7級(jí)過(guò)濾器XF7―44、9級(jí)過(guò)濾器XF9―44）；冷凍式干燥機(jī)選型、安裝方法、安裝位置及季節(jié)等因素，對(duì)其脫油、脫水均有一定的影響。

4.3 活性炭吸附器

吸附器內(nèi)的活性炭、氧化鋁活性與壓縮機(jī)空氣質(zhì)量及冷干機(jī)的脫油、脫水好壞直接有關(guān)，一般根據(jù)設(shè)備的使用情況，3～5年更換一次活性炭、氧化鋁。

4.4 氧氮分離裝置—分子篩吸附塔

碳分子篩是變壓吸附制氮機(jī)的核心，它的性能指標(biāo)包括：硬度、產(chǎn)氮?dú)饬浚∟m3/T-h）、回收率（N2/Air）%、回裝密度等。使用中防止過(guò)熱影響吸附效果、強(qiáng)烈氣流沖擊造成分子篩粉化等。

4.5 氣體檢測(cè)儀

⑴氮?dú)饧兌确謨x（普氮）規(guī)格型號(hào)：0～1000 ppm P860 4N昶艾；⑵氧氣純度分儀（高純）規(guī)格型號(hào)0～100ppm O2GNL—9100 昶艾；按使用說(shuō)明書(shū)每年返回生產(chǎn)廠家進(jìn)行檢測(cè)、標(biāo)定儀器傳感器探頭，平時(shí)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行核對(duì)，排查原因。

4.6 氣體儲(chǔ)罐

做為產(chǎn)品的儲(chǔ)存設(shè)備，每月進(jìn)行一次自查，自檢每年一次；外委技術(shù)監(jiān)督局探傷檢查3年進(jìn)行一次，6年后到達(dá)設(shè)計(jì)使用壽命，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果判定繼續(xù)使用或報(bào)廢。

5 結(jié)語(yǔ)

維護(hù)與保養(yǎng)工作是保證PSA制氮機(jī)正常工作的必要條件，做為公用工程設(shè)備的PSA制氮機(jī)，它的平穩(wěn)工作是單位開(kāi)展工業(yè)的實(shí)驗(yàn)條件與保障。按時(shí)對(duì)設(shè)備的各個(gè)單元做好維護(hù)與保養(yǎng)工作，可以防止故障、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降能增效。

TQ116.1

A

1671-0711（2017）10（下）-0178-02