碳分子筛变压吸附制氮装置设备说明书及操作手册

1、碳分子筛变压吸附制氮装置中船重工电机科技股份 前 言十分感谢您选用“中船电气”牌变压吸附碳分子筛制氮机，本公司产品在出厂前均已经过严格的检验和测试，但为了确保机器能够安全、可靠、耐久地使用，请操作人员在机组运行前详细阅读本使用说明书，充分掌握该制氮机组的操作规范和技能，使其设备长期处于良好的工作状态。谢 谢！安 全 敬 告在操作制氮机前，请务必仔细阅读：安全注意事项：（1）储气罐排污储气罐使用一段时间后，应打开排污阀，进行排污。如果储罐内有剩余气体，排放时应避免气流直接冲击人体。以防止可能出现的危险。（2）拆卸管路拆卸管路时应确认管路中没有压缩空气。如有，应将压缩空气排净后再进行拆卸。（3）回

2、吹球阀的设定回吹球阀经调试人员设定好回吹量,操作人员不得扳动。 （4）流量控制阀门的设定球阀Q4经技术人员定好流量后,操作人员不用再调。在初次送气时,阀Q4应全部关闭,打开Q3后，再缓慢调整Q4至所需流量,调整Q4的同时,应相应调整减压阀T,使两者同时达到压力与流量要求。（5）样气检测阀门的设定样气流量通过调速阀TS来调定。样气流量为350+50毫升/分，一次调定后，不再调。（一般以脸颊感觉不到气流，嘴唇能感觉到气流为准）（6）冷干机的安全操作 严禁频繁启、停冷媒压缩机，启、停间隔必须在3分钟以上。以免损坏制冷压缩机。（7）消声器的安全操作 消声器排空时，应避免排空气流中（可能携带）的固体颗粒

3、直接冲击人体。且排出气体为富氧空气（易助燃），应注意防火。警告：一切违反安全注意事项的行为，都可能会造成严重后果目 录一、相关知识 示二、变压吸附（PSA）制氮原理及系统设备概述5. 设备主要性能指标三、设备安装及工况条件四、设备调试及开、停车.设备首次开车（设备调试）五、设备检验.设备现场检验、调试验收六、设备维护七、随机附件.随机提供的资料、备件.设备标示、警示牌八、设备保修条款.设备保修期限、范围、措施附件一 PSA变压吸附制氮系统流程图一、相关知识1.气体知识氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。高纯氮气常作为保护性气体，用

4、于隔绝氧气或空气的场所。氮气（N2）在空气中的含量为78.084%（空气中各种气体的容积组分为：N2：78.084%、O2：20.9476%、氩气：0.9364%、CO2：0.0314%、其它还有H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2，冷凝点：-210。2压力知识 变压吸附（PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂0.85MPa，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量；因此设备安装、调试、操作维修时必须注意安全，不得近距离面对气体。非专业人员或未经许可，请勿擅动系统中管路阀门、压力表等部件。内部拆卸时，必须确认其内压力为零。 本说明书所指压力除注明外，均为

5、表压。3电力知识 制氮系统中冷干机、制氮主机等设备均需要接入380V或220V电源，电源条件规定见下表。电压 V允差 %相 位频率 Hz允差 %3805 三相501220 单相 必须注意安全用电（电压超过36V对人有危害）！请仔细阅读各设备的接电要求，严格按照要求连接电源。使用220V电源的设备切勿使用380V电源，一定要有接地保护，避免发生短路。非专业人员或未经许可请勿擅动制氮系统中的电路电器。4安全知识 在安装、调试、操作、维护本制氮系统之前，请务必先阅读以下安全警示！ 氮气作为隔绝空气或氧气等气体的惰性气体，在密封环境中容易使人缺氧窒息。使用时，人员必须处于通风良好的环境中，人或动物切勿

6、在充满高纯氮气的密封环境中，以免发生伤亡事故。当发生事故时，迅速将事故者运往敞开、通风的大气中做人工呼吸。 由于整个制氮系统中气体均是带压的，需防止压力气体的加渣冲击；在空压机、冷干机、制氮主机及氮气出口，请勿站人。整个系统中的连接管路必须牢固可靠密封，确认可靠，以免漏气或造成管路破裂，发生人员伤亡或财物损坏。 由于整个制氮系统中要使用380V或220V动力电源，请注意用电安全！非专业人员或未经许可和培训的其他人员切勿擅自操作电器或擅改电路。本制氮系统中的所有设备必须由专业人员或经过技术培训并合格的操作人员操作。否则，造成设备损坏我公司将不负任何责任，也不在设备保修范围之内。对于不顾上述安全警

7、示，漠视安全知识，不遵守安全操作规范等造成的人员伤亡及财物损坏等，我公司将不承担任何责任。5知识产权 中船电气拥有 “皆利”牌制氮机的所有知识产权，包括技术方案、设计图纸、工艺流程、安装、调试、操作、维护说明等技术资料和制造工艺、设备的知识产权。任何人或机构未经我公司正式书面授权许可，均不得复制、引用技术资料，模仿设备外观、制造工艺等。本公司保留对所有侵犯本公司知识产权的行为进行法律追究的权利。6. 提示 在使用系统设备前，首先必须阅读本操作使用说明书的全部内容，在全面了解有关知识的基础上，才可动手操作各设备。若有未详尽之内容，请拨打 ： +86ax:+86 035

8、1-2879484二、制氮原理及系统设备概述1概述 我公司于八十年初期引进该项技术,经过多年的消化吸收与开发研制,逐步完善了制氮设备的设计和制造技术,大大提高了设备可操作性和可靠性,可向各类工业领域提供了各种型号的制氮设备,并形成了以下鲜明的特征：(1)工艺流程简单、可靠工艺流程揉和了美国KEMP流程与德国B.F流程的特长,删除了易出故障又不必要的部件,保留了对保证碳分子筛发挥性能及寿命的必要部件,使设备既能保证技术指标,又符合我国国情,成本适中。(2)压力容器安全、可靠所有压力容器均严格按照GB150钢制压力容器设计、制造，经劳动局锅检所监检、验收合格,附全套产品质量证明书、监检证书、竣工图

9、。(3)吸附塔设计合理吸附塔根据气体动力曲线,设计有独特的分流装置,塔内部3/4处于层流状态,保证CMS发挥最大效能,上部的压紧装置,保证分子筛免受冲击,延长了使用寿命,检查口开闭容易,方便装料与检查,方便更换分子筛。(4)碳分子筛品质优良选用德国B.F公司制氮专用碳分子筛(一级品),保证产N2效率和防冲击磨损性能。(5)自动化程度高,运行可靠设备的控制部分由PC(Programmable Controller)可编程序控制器实现,设有手动/自动档,在自动档时,按启动按钮设备即进入全自动运行状态,在手动档时,用钮子开关可逐一检查各电磁阀,气动阀的动作情况。PC机选用日本OMRON公司产品,适应

10、性强,质量可靠。(6)快速开闭式气动阀运行故障率低气动阀采用德国盖米技术设计制造,开启关闭迅速，质量可靠，使用方便。 (7)先导电磁阀控制方式优良每个气动阀配置一个先导电磁阀控制开闭动作,先导电磁阀选用单向二位五通,控制可靠；电磁阀上设有手动钮,可以在不通电状态下,检查电磁阀和气动阀的运行状况。我公司配套电磁阀为英国诺冠(Norgren Martonair)公司产品。2PSA制氮工作原理：变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，

11、表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示：碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来： 由这两个吸

12、附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。3.PSA制氮基本工艺流程 1）空压机提供压缩空气（用户自备）。2）压缩空气先进入C级过滤器、T级过滤器、冷冻式干燥机、A级过滤器、H级过滤器和活性炭高效除油器过滤，成为洁净的压缩空气。然后进入空气缓冲

13、罐进行稳压。 3）洁净的压缩空气经气动阀进入A吸附塔,吸附塔内的碳分子筛吸附掉空气中的氧气,未被吸附的氮气大部分经气动阀进入氮气贮罐,小部分氮气经回吹阀Q0进入B吸附塔,吹扫B塔内的碳分子筛，使其解吸出的氧气，并经气动阀、消音器排空。约一分钟后,A塔吸附接近饱和时,各气动阀关闭,均压气动阀打开,A塔中的气体进入B塔,约1-2秒后,两塔压力相当,此时,A塔排气气动阀打开,塔内气体经消音器排空。B塔进气,产气阀打开,压缩空气进入B塔, 氧气被碳分子筛吸附,产出的氮气大部分进入氮气贮罐,小部分氮气回吹清扫A塔,使A塔中的碳分子筛解吸吸附的氧气,约一分钟后,两塔均压,切换,重复上述步骤,如此循环不断产

14、出纯度合格的氮气。4）.氮气在氮气储罐中稳压后，最终氮气的纯度合格后经调压阀、流量计送至工作面。5）从空气缓冲罐中接出小部分空气经气源二联件,调压过滤,穿过电磁阀进入气缸的A面缸体内。电磁阀接收PC机根据程序自动运行输出的信号,电磁阀通电后,电磁阀内阀芯动作,切换A、B口与P口的接通状态,从而使气缸的B面缸体充入气体,打开气动阀，电磁阀断电后,气动阀关闭,恢复原状。4PSA制氮系统设备4.1 压缩空气源压缩空气源1.0Mpa，排气压力过高、过低均不好。PSA制氮系统中设备主要电力消耗就是压缩空气源的功率消耗。42 压缩空气预处理设备因为制氮主机中碳分子筛对压缩空气的品质要求很高，而压缩空气中气

15、体温度高，又含有大量的水分和一定的粉尘、油雾，所以在压缩空气进入制氮主机前必须进行降温、除水、除油、除尘等处理，此部分设备主要就是为了此目的。对压缩空气的净化处理至关重要，这一点请用户千万不要忽视！因为压缩空气净化处理的好坏直接关系到碳分子筛的使用寿命，从而直接关系制氮机的长期有效使用。一旦碳分子筛油“中毒”或水“中毒”，制氮机将效率下降，指标无法达到正常。对压缩空气除水主要采用冷冻式干燥机。冷冻式干燥机是采用R-134a或R-22冷媒作为冷却剂，将压缩空气中气体降温，其内气态水和油冷却至液态，然后除去。具体操作参照冷干机使用说明。对压缩空气除油、除尘主要采用不同类型、不同过滤精度的多级过滤器

16、。过滤器是通过由很多微孔的纤维材料制成的滤芯或活性炭除去介质中的污染物（水、油、微粒、异味），所有过滤器都有除水、除油、除尘的作用，只不过不同类别的过滤器主要功能不同。主路过滤器主要起除尘和除液态水作用；离心式油水分离器作为前置过滤器，主要起一级除水、除油作用；微油雾过滤器主要是进一步除油，使介质含油量很少；活性炭吸附过滤器主要是起深度除油和吸附碳氢化合物、除异味的作用。过滤器的配置主要根据空压机排出的压缩空气品质而定。配置太少，压缩空气得不到充分的净化处理，无法达到制氮机对压缩空气的品质要求，这是不允许的；配置太多，固然对压缩空气处理效果好，但会造成管路中气体压力损耗较多，同时也造成成本过高

17、，没有必要。一般来说，对无油空压机，需配置一至两级过滤器，主要是除尘、除水；对含油空压机，则需配置三至四级过滤器。43 制氮主机 制氮主机一般由吸附塔、气动阀和电控柜三部分组成，具体地包括底盘、空气缓冲罐、氮气缓冲罐、吸附塔，碳分子筛、分气系统、压紧装置，气动阀、电磁阀、PLC控制器、消音器、氮气分析仪、流量计、压力表等仪器仪表，连接管路等附件。a.氮气产量:860Nm3/hb.氮气纯度:c.氮气压力:Mpad.耗 电:9kw三 设备安装及工况条件1.设备布置要求制氮系统中的所有设备（除空气储罐、氮气储罐、高效除油器）均无须基础，室内平整干净地面即可。但对于较大规格的空压机、压缩空气干燥设备等

18、，如设备有基础要求，则需做基础。一般来说，各设备沿厂房墙面布置。空压机、冷干机应放在上风口或通风良好的地方，如果空压机后没有空气储罐，则空压机与冷干机之间的距离应尽可能大一些，二者之间的管路长度尽可能长一些，以利于通过大气环境降低压缩空气温度。各设备之间间距应至少大于1m，各设备与墙的距离应至少大于，设备的操作面应面向人员方便操作的方位，以便于人员对设备的操作和维护、检修。2.工况条件环境温度：0T40相对湿度：65%原料空气：机械杂质：20mg/m3 CO2含量：250ppm C2H2含量： CnHm含量：20ppm 不含刺鼻气味及腐蚀性气体电 源：3380V、1220V、50Hz 冷 却

19、水：水温：25，pH值：78，总硬度：3.2mmol/L， 悬浮物含量：100mg/L，进水压力：3.设备安装设备安装由用户负责，我公司负责指导设备安装。将系统用电源和冷却水引至设备现场，备好配电盘、冷却水供应设施。 按设计图纸将所有设备连接管路安装好，并进行整机气密试验。四、设备调试及开、停车1.设备调试前准备工作将220V，1000W的电源插板与制氮主机上的电控柜上电源线接线端子相连，确认电控箱有电。按启动按钮后机器开始空运行，运行指示灯亮。对照程序检查PLC运行是否正确。按照冷干机的使用说明书，确认冷干机接入电源电压（380V），并接好电源。安装好冷干机的冷却水管路，接通冷却水。1.3压

20、缩空气源排气压力应设定在0.850.95Mpa, 排气压力不得低于0.8Mpa.1.4按图纸，检查系统管道连接安装的完整性、安全性和气密性。1.5分段吹扫管路，保压试验。1.6安排专职操作维护管理人员，预读产品说明书、手册，并做专项培训。2设备首次启动（设备调试）：检查系统中各设备是否处于安全、原始备电待用状态；启动冷干机：首先打开冷干机的冷却水前后阀门，按启动按钮为开，冷干机运转，预冷35分钟。合上制氮主机电控柜电源开关。接通压缩空气源，升压；压缩空气进入制氮机的空气缓冲罐。半开空气缓冲罐下方排污阀放空23分钟，然后关闭排污阀等待空气压力上升。当空气缓冲罐的压力达到压缩空气源设定的最高压力时

21、,调节气源二联件减压阀，使压力设定为0.5MPa0.65MPa。开启空气进气阀Q1，按下制氮主机电控柜的启动按钮，即可进入正常的工作状态。由于刚刚开机时,吸附塔内的吸附气体需要置换, 因此进入氮气储罐的阀门暂时不要打开,让制氮吸附塔组间循环工作10分钟左右,再缓慢打开氮气产气阀，使纯氮气进入氮气储罐。半开氮气罐排污阀放空2分钟左右，置换氮气罐；然后关闭排污阀等待氮气压力上升。待氮气储罐压力达到0.85Mpa后，调节氮气减压阀，使得出口压力达到用户要求值。由于氮气刚进入氮气储罐时氮气储罐内含有空气,此时氮气纯度较低，不能供给用气点使用，控制系统会自动根据氮气分析仪的纯度信号控制先放空气体，纯度合

22、格后自动向工作面输送。 调整好样气流量，把样气取样管接到氮气分析仪（见使用说明书）的探头上,打开氮气分析仪，经过几个流程后，氮气的纯度即以数字的形式从表上显示出来。3. 设备正常开车步骤首先打开冷干机的冷却水前后阀门，按下冷干机启动按钮，冷干机运转，预冷35分钟。打开制氮主机电控柜的电源开关。打开压缩空气源，压缩空气经冷干机和过滤器，进入空气缓冲罐，各压力表指示逐渐上升。当空气缓冲罐的压力达到0.90MPa时,按下制氮主机电控柜的启动开关，即可进入正常的工作状态。待氮气储罐压力达到0.85 Mpa后，然后缓慢直至完全打开流量计前面的球阀Q3,这时可观察到流量计显示仪表上流量值增大，并达到用户要

23、求。 4设备正常停车步骤关闭压缩空气源。关闭制氮主机。关闭冷干机，切断冷却水供应。阀Q3若长期不用时将系统各设备电源切断。其它阀门不用关闭。若长期不用时才将各阀门关闭。制氮机紧急停车按钮。阀Q35.3按下冷干机紧急停车按钮。5.4关闭进入制氮机的压缩空气阀门。5.5打开空气、氮气缓冲罐排污阀放空。6设备正常运行状态描述6.1电源指示灯亮，运行指示灯亮，6.2空气储罐压力表、氮气储罐压力表示值会有一定幅度波动，但不应过大。6.3 A、B吸附塔压力应约在1分钟周期交替变换高值、低值。流量计流量指示应基本稳定，波动不应过大。氮气分析仪示值应不小于制氮设备的额定纯度，也许会有少许波动，但不应波动过大。

24、7操作注意事项：根据用气压力和用气量调节流量计前面的调压阀和流量计后的产氮阀,不要随意调大流量，以保证设备的正常运转。7.2空气进气阀和氮气产气阀开度不宜过大，以保证纯度达到最佳。7.3调试人员调节好的阀门不要随意转动，以免影响纯度。7.4不要随意动电控柜内的电器件，不要随意拆动气动管道阀门。操作人员要定时察看控制柜上的氮气分析仪，流量显示仪，并对其变化作一个日常纪录以备设备故障分析。7.6 按照冷干机、过滤器的技术要求保养和维护，以保证空气品质。按照设备维护、保养规定更换易损件，并进行保养；如发现过滤器前后压差0.1Mpa，必须及时更换过滤器滤芯。7.78 完整填写日常记录表。五、设备检验1

25、.检验标准制氮机设计、制造条件： JB/T6427-92压力容器 设计技术条件： GB150-89 制造标准： GB150-89 探伤标准： JB-4730-94消音器噪音测量： JB/T6427-92管道设计、安装： JB5902制氮碳分子筛： 按供货商提供的性能参数测氧仪鉴定标准： JJ365-1998 流量计设计、制造标准： JB/T6844-19932.设备出厂检验2.1 外观检验 设备出厂前，首先要对我们提供的所有的外观进行目测检验。包括设备喷漆颜色是否一致，表面是否平整，是否有碰伤划痕，焊缝是否都打磨干净，是否有毛刺和残留焊渣，设备结构是否合理美观，底盘是否平稳，电控部分接线是否整

26、齐、没有隐患等。2.2 密封性检验 在我方工厂内，将制氮设备与空气净化设备连接起来，整套系统试运行，检验制氮机内的管路和阀门是否有漏气现象。2.3 电控及仪表检验 在我方工厂设备试运行时，按照本说明书中第四条第1款的方法检验电控系统是否运行正常，各压力表、流量计等仪表是否正常工作。24 技术指标检测 在我方工厂内，模仿用户的整套制氮设备使用条件和要求，将制氮设备与空压机、空气预处理设备连接起来，整套系统试运行，检测制氮机的实际产气量、纯度、压力等参数，以确定设备是否达到合同规定的技术指标。如指标达不到，则分析原因，并对设备进行适当调整，直至达到规定的技术指标。25 设备包装清点 对所有提供的设

27、备出厂检验完毕后，在全套设备运输前，对需要包装的设备进行适合运输的包装。同时，按照合同的设备交货清单清点所有设备，无一遗漏，将所有设备包装好或备好待运。六、设备维护1.设备日常维护 对制氮系统中的设备的维护主要包括冷干机、过滤器、制氮主机的维护。空压机、冷干机的日常维护以其使用说明书的要求为准。过滤器的排污口要经常检查是否堵塞；制氮机消音器的排气口要经常检查是否畅通。所有设备外观均要保持清洁、干净，经常用湿布或中性肥皂水擦洗。2.设备周期性维护水冷式冷干机主要是定期清洗水冷凝器，以防水垢沉淀堵塞。请认真阅读冷干机的操作维护使用说明书，严格按照冷干机厂商推荐的周期维护办法和措施来维护冷干机。过滤

28、器的周期性维护主要是根据过滤器的使用状况定期更换滤芯。如果发现过滤器的压力差过大，请及时更换滤芯。请参照过滤器厂商推荐的周期维护办法和措施来维护过滤器。制氮主机基本上不用周期性维护。用户可在每年公司（厂）所有设备大修时检查一下制氮机是否运行正常。如正常，则不用维修；如不正常，则按第3小节处理。3设备常见故障及处理故障现象故障原因排除办法打开电源开关，电源指示灯不亮1.电源未接通2.电源保险损坏3.电源开关损坏1.接通电源2.更换电源保险3.更换电源开关A、B吸附塔压力不能上升到正常值1.二联件压力设定太低或三号电磁阀不动作号气动阀漏气1.设定压力2.维修电磁阀或更换3.检查气动阀，如有故障维修

29、或更换4.如漏气，更换气动阀密封垫使用过程中氮气纯度波动较大1.用气量有波动1.保持用气量不超过设备最大流量氮分仪示值不准确1.有空气混入1.检定氧探头及测纯系统2.更换氧探头氮气纯度达不到指标1.二、三、六、七号气动阀中有漏气的，导致分子筛再生不完全2.氧探头失效1.更换漏气的气动阀的密封垫2.更换氧探头4设备维护记录表维护时间是否正常操作者故 障 现 象故障排除内容 用户可按此表格式或根据自己的实际需要制作设备维护记录表，将此表留存备查，在设备维护或维修时作一参考。此项工作非常重要，不可忽视。七、随机附件1.随机提供的资料通常，我司随设备提供的资料有：公司样本；制氮机合格证；制氮机操作使用说明书；配套设备的合格证及其使用说明书；其他双方约定的需要我司提供的技术资料、图纸等。2.设备标示牌对制氮设备，我司均在制氮机的控制柜上贴有设备标示牌，表明制氮机型号、技术参数及我厂的维修联系 等信息。特别声明：我公司只负责对制氮系统内由我公司提供的产品的保修，不承担由于制氮设备损坏而造成