和亞鵬

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

PSA變壓吸附制氮機的維護與保養(yǎng)

和亞鵬

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

要保證PSA（變壓吸附法）制氮機生產出合格的氮氣，日常的檢查及設備的定期維護與保養(yǎng)致關重要，只有按照操作規(guī)程進行作業(yè)、定期對相關組件進行維護與保養(yǎng)，才能為設備正常工作提供保障。

PSA；變壓吸附；制氮機；氣體分離

1 PSA變壓吸附制氮氣介紹

1.1 變壓吸附法

變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption簡稱PSA)是一種氣體分離技術。1960年，美國C． W． SKARSTROM首先獲得了PSA分子篩制氧的專利權, 接著英、德、日等國相繼進行了大量的試驗研究工作。1970年美國UCC (聯(lián)合碳化物公司) 首先實現(xiàn)了工業(yè)化，并且在PSA 技術的開發(fā)及應用方面長期處于領先地位。PSA法在與傳統(tǒng)的分離方法競爭中，不斷地改進和完善，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）對氮和氧發(fā)揮選擇性吸附作用，把空氣中的氮和氧分離開來的技術設備。碳分子篩對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散速率不同，較小直徑的氣體（氧氣）分子擴散較快，較多進入分子篩固相。這樣氣相中就可以得到氮的富集成分。大約2min左右，分子篩對氧的吸附達到平衡，根據(jù)碳分子篩在不同壓力下對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氧分子的吸附，這一過程稱為再生。變壓吸附法通常使用兩塔并聯(lián)，交替進行加壓吸附和降壓再生，從而獲得連續(xù)的氮氣。

1.3 工藝概述

一個完整的氮氣制取系統(tǒng)包括：空氣壓縮機（組）—壓縮空氣凈化組件—空氣儲罐—PSA制氮裝置—氮氣緩沖罐—氮氣儲罐（低壓）—氮氣增壓系統(tǒng)—氮氣儲罐（高壓）。

2 設備介紹

2.1 制氮機選型

制氮機選型涉及的問題較多，首先要做好前期市場調研，確定具體的型號規(guī)格前（產氮氣量、氮氣純度、出口壓力及露點等），主要對制氮機的性能和特點作出全面的比較分析，同時要根據(jù)本地的工作環(huán)境作出正確選擇。

2.2 制氮機裝置介紹

我單位2012年購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。該系統(tǒng)設計是為科研實驗供給提供兩種氮氣，一種是普通氮氣（普氮），另一種是高純氮。普氮（PN130—39型生產）產量不大于130m3/h，當?shù)獨饧兌炔坏陀?9．9%時，系統(tǒng)出氣閥門開啟生產普氮，系統(tǒng)壓力為 0．4～ 0．7 MPa；高純氮（PN10—59型生產）產量不大于10m3/h，當普氮純度達到99．99%時開啟系統(tǒng)，在氮氣中氧氣含量不高于10μL/L時系統(tǒng)出氣閥門開啟自動控制生產高純氮氣，開啟增壓機自動控制系統(tǒng)供氣壓力為1．2～1．8 MPa。兩種氮氣純度在線檢測。

3 制氮機的設備配置及運行

3.1 制氮機的設備配置

制氮機的設備配置包括下述單元：（1）英格索蘭空壓機（螺桿式）一臺（型號為17NNm3/min，1．0MPa）；（2）香港奧迪斯冷干機一臺（型號為 2Nm3，1．0MPa）；（3）空氣儲罐一臺（型號為2Nm3，1．0MPa）；（4）美國漢克森三級過濾器一套（型號為XF-9/7/3-17）；（5）蘇州杜爾制氮機130Nm3/h，99．9% 一 套（ 型 號 為 DPD-130/39）；（6）蘇州杜爾制氮機10Nm3/h，99．999%一套（型號為DPD-10/59）；（7）氮氣緩沖罐一臺（型號為3Nm3，1．0MPa）；（8）安慶風牌氮氣增壓機兩臺（型號為 VW-0．8MPa/2．0 MPa）；（9）氮氣儲罐五臺（型號為 1Nm3，1．0MPa）；（10）氮氣儲罐一臺（型號為3Nm3，1．0 MPa）；（11）氮氣儲罐一臺（型號為 20Nm3，1．0MPa）；（12）氮氣儲罐一臺（型號為 1Nm3，2．0MPa）；（13）氮氣儲罐一臺（型號為10Nm3，2．0MPa）；（14）蘇州杜爾電氣控制系統(tǒng)（工控機）（型號為PLC微電腦控制）一套；（15）美國漢克森BURKET品備件（濾芯電磁閥）（型號為XF-9/7/3 6014）各兩套等。

3.2 制氮機的生產運行

電氣控制系統(tǒng)按特定程序控制時序，交替進行加壓吸附和解壓再生，產氣過程自動運行，氮氣流量壓力純度可調并連續(xù)顯示。

3.3 人員巡檢和關注重點

制氮機操作人員巡檢的時候，應該關注以下幾個方面：（1）首先應該看氮氣純度和露點是否達到要求，然后再看是否可以正常吸附再生；（2）檢查機器所需電源、氣源、水源、溫度條件是否正常；（3）觀察空氣儲氣罐壓力，保持空氣儲氣罐壓力在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）定期檢查冷干機的散熱片是否干凈，以免因散熱不良影響干燥機的效用與壽命；（6）精密過濾器的周期性維護主要是根據(jù)過濾器的使用狀況定期更換濾芯，可參照過濾器廠商推薦的周期維護辦法和措施來維護過濾器；（7）氧分析儀的校準，每月檢查1次，如果發(fā)現(xiàn)氧含量高于額定值時，要考慮是否氧探頭的使用壽命已到期，及時更換氧探頭，建議更換周期為1年；（8）定期檢查電磁閥氣動閥的靈敏度、調壓閥的壓力范圍、氣體分析儀的精度、吸附塔的壓緊情況、消聲器排氣狀況、流量計內管清潔程度等對出現(xiàn)問題及處理，以保證設備正常運行。

4 制氮機的設備維護與保養(yǎng)

4.1 空氣壓縮機（螺桿式）

空氣壓縮機（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構決定?？諝鈮嚎s機應滿足：（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℃指標要求。

在實際使用中，空壓機日常檢查包括：運行溫度（≤ 105℃）、工作壓力（0．8～ 1．0MPa）、水壓（0．3～0．6MPa）等，月度檢查包括油位、管線連接處有無滲漏等，季度保養(yǎng)包括進氣過濾網清潔、空氣過濾芯清潔、連接件檢查等，年度保養(yǎng)按英格索蘭（INGEROLL RAND）產品《維護手冊》由INGERSOLL RAND專業(yè)工程師執(zhí)行。在日常使用中，應遵循手冊維護建議及優(yōu)先次序：（1）根據(jù)控制器的顯示進行維護；（2）每年維護1次。當設備出現(xiàn)一般故障，由設備責任人按照手冊中故障診斷指導的維修方法進行排除，無法排除的請聯(lián)系INGESOLL RAND專業(yè)工程師解決。

日常影響空氣壓縮機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，該設備冷卻水管設計為進、出直徑為40mm的自來水，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，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（本地水質硬度在每升380毫克至410毫克之間），夏季對空壓機來說是最考驗設備性能的時候，也是對設備的冷卻器當初類型選擇是否合適的一種查驗。在PSA變壓吸附制氮裝置上，空壓機在設備維護與保養(yǎng)資金的投入最多，對選擇這種類型的制氮方法一定要做好前期市場調查與調研，計劃好后期的保養(yǎng)資金投入。

4.2 冷干機

冷凍式干燥機（型號/規(guī)格：IDS-150AC；20Nm3/min）日常檢查包括：冷干機排出的冷凝水、三級過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；維護與保養(yǎng)是定期吹掃散熱器（尤其春、夏季更要經常吹掃防止影響散熱）、清潔排污口、定期（一般為12個月）更換3個過濾器（型號：3級過濾器XF3―44、7級過濾器XF7―44、9級過濾器XF9―44）；冷凍式干燥機選型、安裝方法、安裝位置及季節(jié)等因素，對其脫油、脫水均有一定的影響。

4.3 活性炭吸附器

吸附器內的活性炭、氧化鋁活性與壓縮機空氣質量及冷干機的脫油、脫水好壞直接有關，一般根據(jù)設備的使用情況，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的核心，它的性能指標包括：硬度、產氮氣量（Nm3/T-h）、回收率（N2/Air）%、回裝密度等。使用中防止過熱影響吸附效果、強烈氣流沖擊造成分子篩粉化等。

4.5 氣體檢測儀

⑴氮氣純度分儀（普氮）規(guī)格型號：0～1000 ppm P860 4N昶艾；⑵氧氣純度分儀（高純）規(guī)格型號0～100ppm O2GNL—9100 昶艾；按使用說明書每年返回生產廠家進行檢測、標定儀器傳感器探頭，平時發(fā)現(xiàn)異常時進行核對，排查原因。

4.6 氣體儲罐

做為產品的儲存設備，每月進行一次自查，自檢每年一次；外委技術監(jiān)督局探傷檢查3年進行一次，6年后到達設計使用壽命，根據(jù)檢驗結果判定繼續(xù)使用或報廢。

5 結語

維護與保養(yǎng)工作是保證PSA制氮機正常工作的必要條件，做為公用工程設備的PSA制氮機，它的平穩(wěn)工作是單位開展工業(yè)的實驗條件與保障。按時對設備的各個單元做好維護與保養(yǎng)工作，可以防止故障、延長設備使用壽命、降能增效。

TQ116.1

A

1671-0711（2017）10（下）-0178-02