变压吸附制氮机操作规程

第一章总述

一、制氮机原理简介

变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。变压吸附（PSA）制氮机是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。本厂生产的PSA空分制氮设备广泛运用于石油化工、电炉炼钢、玻璃生产、造纸等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。

三、制氮工作原理：

1、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。碳分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内

部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂.其孔型分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。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分子在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子扩散速率较慢。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。

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。

四、制氮基本工艺流程：

制氮机基本工艺流程示意图

空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过中间均压阀连通，

使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。同时左吸附塔中碳分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。反之左塔吸附时右塔同时也在解吸。为使分子筛中降压释放出的氧气完全排放到大气中，氮气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。这个过程称之为反吹，它与解吸是同时进行的。右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。

制氮机的工作流程是由可编程控制器控制九个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制九个气动管道阀的开、闭来完成的。三个二位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸状态。左吸、均压、右吸的时间流程已经存储在可编程控制器中，在断电状态下，三个二位五通先导电磁阀的先导气都接通气动管道阀的关闭口。当流程处于左吸状态时，控制左吸的电磁阀通电，先导气接通左吸进气阀、左吸产气阀、右排气阀开启口，使得这三个阀门打开，完成左吸过程，同时右吸附塔解吸。当流程处于均压状态时，控制均压的电磁阀通电，其它阀关闭；先导气接通均压阀开启口，使得这两个阀门打开，完成均压过程。当流程处于右吸状态时，控制右吸的电磁阀通电，先导气接通右吸进气阀、右吸产气阀、左排气阀开启口，使得这三个阀门打开，完成右吸过程，同时左吸附塔解吸。每段流程中，除应该打开的阀门外，其它阀门都应处于关闭状态。

四、制氮系统设备

制造普通纯度氮气（氮气纯度95%～99.9%），PSA制氮系统由下

列设备组成：（根据不同用户要求，具体组成可能有所变化）

1、空气压缩机

空压机的排气量根据制氮机的规格而定。一般为了不使空压机一直满负荷运转，有一定的卸载时间，有利于空压机长期有效使用，在选择空压机的排气量时，螺杆空压机的排气量一般要比制氮机要求的气量大10~15%，活塞空压机一般要比要求的排气量大20~25%。

空压机的额定排气压力最好选择为0.8~1.0Mpa（最少要≥0.7Mpa），排气压力过高、过低均不好。

对于地处海拔高度≥1000m的地方，选择空压机时要考虑大气压力，请咨询空压机供货商或咨询我公司。

空压机排出的压缩空气中含油量必须≤10ppm w/w，最好使用无油空压机。

PFN制氮系统中设备主要电力消耗就是空压机的功率消耗。

(维护与保养参照参照制氮机净化系统)

2、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或（和）吸附式干燥器。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。吸附式的无热再生干燥机是采用一种可再生的干燥剂作为吸附剂，利用压力变化、气体膨胀等原理，采用变压吸附分离水分的分离工艺，将压缩空气中的水分除去。

如果要求氮气露点不是太低（≤—40℃常压），则用一级冷冻干燥机即可；如果要求氮气露点较低（≤—60℃常压），则需同时配置冷冻干燥机和吸附式干燥器。冷冻式干燥机有风冷和水冷两种方式，处理气量较小时（≤12~20m3/min），用风冷式即可。吸附式干燥器有无热再生和微热再生两种类型，都对气量有一定损耗

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。过滤器是通过由很多微孔的纤维材料制成的滤芯或活性碳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；初过滤器主要起一级除油作用；精过滤器主要是进一步除油，使介质含油量很少；活性碳除油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，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。

3、制氮主机

PFN制氮主机对压缩空气的要求如下：

压力≥ 0.75Mpa ,

残油含量≤ 0.008PPm,

机械杂质≤ 0.01m

常压露点≤—23℃

制氮主机一般由罐体、管路阀门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、布气系统、压紧装置，气动管道阀、电磁阀、单向管道阀、过滤减压阀等阀门，PLC控制器、高效消音器、氮气分析仪、流量计、压力表等仪器仪表，连接管路等附件。

4、氮气后期净化处理

这部分设备是根据用户成品氮气的使用场合和工艺需要来配置，为选配设备。一般来说，制氮机产出的氮气还是比较洁净的，可满足大多数用户的用气标准。但对于食品、啤酒、饮料、制药、精密加工等行业，要求成品氮气无菌、无异味、无尘等，就要对氮气进行后期除菌、除尘、除异味处理。主要是在氮气输出管道中再配置除菌过滤器、除尘除异味过滤器，使成品氮气中不含细菌和尘埃等无机物和有机物。

第二章、设备调试及开、停车

一、设备运行前准备

1、将220V /50HZ的电源插板与制氮机上的电控柜上电源线插头相连；

2、确认电控箱有电；

3、确认制氮机上所有阀门处于原始关闭状态。

4、打开电控柜上的电源开关，即发现：

通电指示灯亮，按启动开关，运行指示灯即说明控制器正常，然后关闭电源待用。

5、检查压缩空气气源系统

按照空压机和冷干机的使用说明书，确认空压机、冷干机等需要接电的设备应接入的电源电压（380V或220V），并接好电源。

6、截断排气阀门；

7、区域性空载试压；

8、由排空口放气30分钟左右；

9、检测机器性能；

10、空压机排气压力应设定在0.75～0.85Mpa为最佳, 排气压力不得低于0.75Mpa；

11、冷干机需与当地环境相符合, 试运转看处理压缩空气时是否能达到常压露点—23℃左右；

12、按图纸，检查系统管道连接安装的完整性、安全性和气密性；

13、分段吹扫管路；

14、保压试验；

15、配好专职操作维护管理人员；

16、预读产品说明书、手册；

17、并做专项培训。

二、设备首次启动（设备调试）：

1、检查系统中各设备是否处于安全、原始备电待用状态；

2、启动冷干机：按电源按钮为开，冷干机运转，空车运转3—5分钟，打开其前后阀门（全开）；

3、空压机开启：如需冷却水，首先打开其前后阀门；按照使用说明书开启电源开关；

4、使压缩机运转，升压：压缩空气经冷干机和过滤器处理后进入制氮机的空气缓冲罐。打开空气罐下方排污阀放空片刻，然后关

闭排污阀等待空气压力上升；

5、当空气缓冲罐的压力达到空压机设定的最高压力时,调节先导气减压阀，使压力设定为空气压力的1/2。开启空气进气阀，打开电控柜上的电源开关, 过几秒钟，即可进入正常的工作状态；

6、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5分钟左右,再缓慢打开氮气产气阀，使纯氮气进入氮气储罐。打开氮气罐排污阀放空5分钟左右，置换氮气罐；然后关闭排污阀等待氮气压力上升；

7、待氮气储罐压力达到0.6 Mpa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，应先放空。具体操作为缓慢打开流量计下球阀至全开，然后缓慢打开放空阀, 这时可观察到流量计浮子上升，放空阀开度视流量示值达到额定流量为准。此时流量示值为带压流量，实际标态下的流量为Q N=√（表压×10+1）×流量计读数，式中：

Q N——标态下额定流量

Q S——流量计示值流量

P S——氮气压力（表压）

举例说明：

现场一个浮子流量计的指示读数为5.0M3/h，流量计下游的调压阀压力表压力（图2）为0.6MPa，那么在标准状态下的实际流量：Q N≈√（0.6×10+1）×流量计读数≈5.0×2.64

≈13.229 N M3/h

8、把普氮测试仪表（见使用说明书）与氮气取样口的微量调节阀连接,普氮的纯度即以数字的形式从表上显示出来,等到纯度稳定后，微微开启取样调节阀，经过几个流程后，纯度会有所上升。通过微调调节阀可使纯度达到最佳状态（取样气体不要太大以免影响测试仪正常工作）；

9、氮气纯度达到最佳后，关闭放空阀门，打开通往后级用气设备的阀门，流量控制值为设备性能所要求。产品氮气即可使用；

三、设备正常开车步骤

1、打开冷干机电源，空车转运3-5分钟；

2、空压机开启压缩空气经冷干机和过滤器处理后进入制氮机的空气缓冲罐，各压力表指示逐渐上升；

3、当空气缓冲罐的压力达到空压机设定的最高压力时,打开电控柜上的电源开关，即可，进入正常的工作状态；

4、待氮气储罐压力达到0.6Mpa后，缓慢打开放空阀, 这时可观察到流量计浮子上升，放空阀开度视流量示值要小于性能页中额定流

量为准。把普氮测试仪表接到测试口上,普氮的纯度即以数字的形式从表上显示出来,等到纯度达到工艺要求后，关闭放空阀门，打开通往后级用气设备的阀门，流量控制为设备性能页所要求值。产品氮气即可使用。

四、设备正常停车步骤

1、关闭制氮机电源开关；

2、关闭氮气供气阀门；其它阀门不用关闭。若长期不用时才将各阀门关闭。

3、关闭冷干机电源开关。

4、关闭空压机电源（如空压机还为其它设备供气则不需关机）。

5、关闭进入制氮机的压缩空气阀门。

6、若长期不用时将系统各设备电源切断，放空所有机器内的残留气体。

五、故障紧急停车步骤

1、关闭制氮机电源开关。

2、关闭流量计下游阀门。

3、关闭空压机、冷干机的电源开关。

4、关闭氮气供气阀门。

5、关闭进入制氮机的压缩空气阀门。

6、打开空气、氮气缓冲罐排污阀放空。

六、设备正常运行状态描述

1、电源指示灯亮。

2、A塔压力由均压时平衡压力逐渐升至最高，同时右吸附塔压力由均压时平衡压力逐渐降为零。

3、B塔压力由均压时平衡压力逐渐升至最高，同时左吸附塔压力由均压时平衡压力逐渐降为零。

4、正常工作时，两个压力表显示一个带压，一个不带压。

5、氮气出口压力指示为正常用气压力，使用时压力会有稍微波动，但变化不应过大。

6、流量计流量指示应基本稳定，波动不应过大，流量计的示值应不大于制氮设备的额定产气量。

7、测氮仪示值应不大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。

七、操作注意事项：

1、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。

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。

3、调试人员调节好的阀门不要随意转动，以免影响纯度。

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。

5、操作人员要定时察看机上四只压力表，对其压力变化作一个日常纪录以备设备故障分析。

6、定期观察出口压力、流量计指示及氮气纯度，与性能页的值对照，发现问题及时解决。

7、按照空压机、冷干机、过滤器的技术要求保养和维护，以保证空气品质。空压机、冷干机必须每年至少检修一次，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≥0.05~0.1Mpa，必须及时更换过滤器滤芯。

8、完整填写日常记录表。

第三章、设备保养维护

★警示：在进行任何维护之前，必须要切断电源，并将系统彻底泄压。

一、系统维护保养

1、排污系统

每天定时检查排污系统（高效除油器、精密过滤器、冷冻式干燥机、缓冲储气罐），每班(8小时)至少排放四次,若遇天气潮湿或压缩空气含水量较高时,可适当增加排放次数；定期更换滤芯、等易损配件（建议更换周期为1年）。

2、电器系统

定期检查各接口有无脱线或松动，若有应及时处理；上述过程必须在断电状况下进行；

定期检查电源电压是否正常AC220V±15%。

控制柜内须经常清扫灰尘（注意先切断电源）并检查后面板各插头是否良好。

3、消声器与放空系统

消声器废气与自动放空废气应接至室外，以免氮气设备排气带来较大噪声。为避免消声器的堵塞，在消声器上部应有防雨部件，定期检查消声器是否堵塞。

二、定期维护

1、严格按操作法启动、运转与关机。

2、根据氮气含氧量，及时调整氮气出口流量。

3、根据生产需要，不定期检测氮气含氧量。

4、检查设备的压力、流量，1次/小时。

5、设备和现场要经常保持清洁。

6、每班检查各部连接螺栓、地脚螺栓紧固情况。

7、每3个月检查一次碳分子筛的下降量，并及时压紧。

8、每12个月检查消声器缓冲物的通畅情况，及时清理。

9、建议每年至少打开一次阀门将运转部件清洗上润滑油，并换上密封件。

三、检查、维护时与周期

四、设备常见故障及处理

第四章、安全注意事项

1、认真阅读使用说明书

开启本设备前，应详细阅读本使用说明书及所附带的主要部件说明书。如氮气分析仪器，PC控制器……并严格遵守其操作规程及注意事项。

2、做好设备接地保护：设备运行前应由电工做好设备的接地保护，并验证有效后方可开机运行。

3、防氮气泄漏

本设备的气体产品为氮气，含有微量氧或者根本不含氧。吸入这种气体或暴露在这种气体中，会使人缺氧或窒息。必须严格防止这种气体泄漏或排放到封闭空间或人员活动的场所。本机房保证通风良好。

4、防止超压工作

根据分子筛的吸附特性，吸附压力应控制在0.65～0.8 Mpa之间某一位置，且要工作压力稳定。本设备的容器设计压力为0.9Mpa，超过此压力将对容器构成危险，同时，使分子筛及元器件造成损坏，但如低于规定的压力，又影响氮气的产量和纯度。所以制氮机应在比较稳定的最佳压力范围内工作。

压力表、安全阀应根据劳动局规定定期检验。

5、严格要求定时排水

压缩空气经过滤器、冷干机冷凝分离后便会有水滴分离出来积少成多，必须通过排污阀将水排掉。长期不排水，水份将通过这一系统的设备进入吸附塔内，逐渐使碳分子筛吸水饱和。在压力的不断冲击下开始粉化破碎，造成分子筛失效，所以本设备规定各手动排污阀每小时排水1次。（注：如设备内需要冷却水，当环境温度低于0℃，设备停机不用时，应把冷却器中的冷却水放掉，防止冷却器冷却管冻裂。）

6、防止碳分子筛油中毒

碳分子筛的表面布满的微孔，在一定压力下这些微孔可达到吸附氧而分离出氮气来，如果分子筛表面被油污染，微孔堵塞将不能在吸附了，其表现氮纯度、流量降低。进入压缩空气中的油源有两方面：A．环境空气中有油烟。

B．压缩机润滑油带入。前者解决的方法是：压缩机的安装地点应选择无油烟、无毒、无可燃性气体成份的清洁的空气环境中，后者虽

然选无油压缩机，实践证明，压缩机内的隔油能力随着运行时间的不断增长而减弱，空气中的含油量不断增加，长期运行而不处理会造成分子筛中毒失效。对压缩气体中的含油量，应做到每季化验一次，含油量应符合压缩机出厂时指标。另外，要求每个过滤器及高效除油器内的滤芯应定期更换。