车载氮气制备加注系统结构设计方案

1、车载氮气制备加注系统结构设计-汽车车载氮气制备加注系统结构设计李夺郑伟中航工业辽宁陆平机器股份有限公司辽宁铁岭112001摘要：介绍了一款氮气制备加注车上的氮气制备加注设备对氮气的生产、 储备及加注过程的设计思路，主要围绕氮气制备加注设备的系统匹配性进行了 阐述，并经过对样机的实验测试，证明其各项指标均达到良好效果。关键词：氮气制备加注设备氮气生产增压储备压力加注中图分类号：U469.6.03 。 TQ116.11 文献标识码：C文章编号：1004- 0226(2016)06-0099-031前言氮气在国民经济和日常生活中有着广泛的应用，如利用氮气作为焊接保护气；利用氮气封存画页、书卷；利用氮

2、气保鲜粮食、水果等。目前市场上的氮 气多由专业厂家生产，通过钢瓶储存、周转，对于大量使用氮气的用户既不经 济，也不方便。我国早期生产的制氮车采用的设备和工艺现己落后，故此介绍 一款小型化的车载氮气制备加注设备。2主要组成车载氮气制备加注设备系统主要由 4.5m车厢、空气压缩机、制氮机、增 压加注机、压缩空气缓冲罐、低压氮气缓冲罐、氮气钢瓶和30kW 发电机组组成。3空间布局整套系统布置在氮气制备加注车的厢体内。考虑到发电机组和空气压缩机 工作时需要满足良好的通风散热条件，同时为了避免产生噪声共振，将空气压 缩机布置在车厢前部，发电机组布置在车厢后部；车厢中部为工作舱，内部设 有制氮机、氮气增压

3、加注机、氮气钢瓶、空调机和附件柜等(如图 1 )。4主要设备4.1空气压缩机4.1.1功用选用滑片式空气压缩机，一方面是为制氮机提供氮气来源；另一方面是为 氮气增压加注机中的增压泵提供动力。4.1.2主要特点及性能参数滑片式空气压缩机，运动部件只有转子一个，可靠性高；转速低(1460r/mi n)，磨损小、寿命长；滑片靠离心力自动补偿与定子腔壁的间隙， 容积效率高；机器运行时不会产生振动，唯一的噪音来自电机和冷却风扇，噪 音相对较低。其性能参数如表1所示。H if H tam 14.2制氮机421功用选用膜式制氮机，主要是从压缩空气中分离氮气，纯度达99.5%。4.2.2主要特点及性能参数空气

4、在膜两侧压差的作用下，因膜中的溶解度和扩散系数的不同，空气中 的水分、氧气、二氧化碳等在膜中相对渗透速率较快，从而在膜渗透侧被富 集；而氮气、氩气渗透速率相对较慢，则被滞留在另一侧而得到富集，从而达 到了在空气中分离氮气的目的（如图 2 ）。膜式制氮机从空气中取氮，因原料无限，回收率高，能耗小，氮气成本很 低；其结构紧凑、体积小、轻便而节省空间，比早期的单级分馏塔先进，且无 运动部件，无噪音、无污染，可连续产气，几乎不需维修，现采用微电脑可精 确地将氮气纯度控制在很小的变化范围内，使制备出的氮气无浪费现象。其性 能参数如表2所示。* 1I.S雄mmDSXO廉叫戶it. S mb h10DM直饨

5、ar W.3%电Ift砧卓.kwmeMA, Vi-55外P尺+ Ee2 DOO600900即丄u27Q4.3增压加注机431功用选用气动增压加注机，将低压氮气缓冲罐内的0.8MPa氮气增压充填到15MPa，40L的氮气钢瓶内。4.3.2主要特点及性能参数增压加注机采用高低压组合的气动泵，将低压氮气储罐内的低压氮气，增压加注到标准氮气钢瓶内，以满足用户需求。整机结构紧凑，气动泵可在满负荷下频繁启动，效率高、可控性好、经久耐用（如图3）。其性能参数如表 3所示。AnanB31常必Ii -A11-aXLS 33420.10 $15系统匹配性5.1用气量校核空气压缩机为制氮机和氮气增压机提供气源及增量

6、，空气压缩机排气流量与制氮机、氮气增压机的耗气量需要合理匹配，即空气压缩机排气流量为3.25N m3/min，制氮机耗气量为1.5N m3/min，氮气增压加注机耗气量为1.5N m3/min 。制氮机和氮气增压加注机的耗气量总和为3.0N m3/mi n，小于空气压缩机的排气量3.25N m,Min，所以整个系统的用气量满足要求。5.2压力校核空气压缩机、制氮机和氮气增压机的压力匹配参数如图4所示。B4 mnMM:- 空先吐埔机g0 743.0从表4可知，空气压缩机出气压力为I.OMPa，可满足制氮机要求；制氮机压力为0.8MPa，同样能满足氮气增压机要求。5.3产氮量校核制氮机产氮量的技术

7、要求是当氮气纯度99.5%时0.1制氮012为倍的制氮机进口空气流量。其关系表达式为：式中，Q氯为制氮机的产氮量，NmQ/空为制氮机的进口空气流量，Q空-1.5x60N m3/h k为某一氮气纯度下的产氮系数，该机氮气纯度为99.5%，产氮系数 k=0.15 0.22，取 k=0.15。将式中已知数值代入可得 Q氯=13.5 N.m3 / h10N m3/h，满足制氮量 要求。5.4氮气制备时间校核充填一个15MPa下的40L氮气钢瓶所需时间小于45min。其关系表达 式为：I式中，T储为一个钢瓶的充氮时间，min。V瓶为标准状态下的钢瓶容积,V-40X10- 3X150 N m3 ; Q2

8、低为二级增压泵的入口压力在 2.5MPaP2 8MPa寸的出口平均流量，Q2 低=0.16 N m3/min。将式中已知数值代入可得 T储=37.5 min45 min，满足钢瓶充氮时间要 求。5.5电功率校核为了满足系统的用电要求和车载质量要求，配备1台30 kW 发电机组。该发电机组在额定功率的80%状态下工作是最理想的，即24 kW。由表1、表 2分别可知，空气压缩机功率为 22 kW 制氮机功率为0.8 kW，故供电能力 满足系统要求。6实验对车载氮气制备加注系统进行性能测试，实验详细数据如表5所示。as性誕清试miM S314 7541IS H肿44.MM 3142通过测试说明，系统所配置的空气压缩机、制氮机、增压加注机等设备性 能，均满足作业性能要求。7结语本文在车载氮气制备加注系统设计过程中，主要解决了车载情况下氮气生 产、增压储备和加注作业性能参数的匹配问题，同时通过实验验证其设计中采 用的校核方法与实际测试结果接近，满足此类产品的指标论证要求，亦可为