PSA变压吸附制氮机的维护与保养

1  PSA 变压吸附制氮气介绍
1.1  变压吸附法
变压吸附法(Pressure Swing Adsorption简称PSA)是一种气体分离技术。1960 年，美国 C. W. SKARSTROM 首先获得了PSA分子筛制氧的专利权, 接着英、德、日等国相继进行了大量的试验研究工作。1970年美国UCC (联合碳化物公司) 首先实现了工业化，并且在PSA 技术的开发及应用方面长期处于领先地位。PSA 法在与传统的分离方法竞争中，不断地改进和完善，从而得到了迅速发展。
1.2  工作原理
PSA 制氮系统是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂（碳分子筛）对氮和氧发挥选择性吸附作用，把空气中的氮和氧分离开来的技术设备。碳分子筛对氮和氧的分离作用主要是基于这两种气体分子在碳分子筛里的扩散速率不同，较小直径的气体（氧气）分子扩散较快，较多进入分子筛固相。这样气相中就可以得到氮的富集成分。大约 2min 左右，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧分子的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和降压再生，从而获得连续的氮气。
1.3  工艺概述
一个完整的氮气制取系统包括：空气压缩机（组）—压缩空气净化组件—空气储罐—PSA 制氮装置—氮气缓冲罐—氮气储罐（低压）—氮气增压系统—氮气储罐
（高压）。
2  设备介绍 
2.1  制氮机选型
制氮机选型涉及的问题较多，首先要做好前期市场调研，确定具体的型号规格前（产氮气量、氮气纯度、出口压力及露点等），主要对制氮机的性能和特点作出全面的比较分析，同时要根据本地的工作环境作出正确选择。

3.  制氮机的生产运行
电气控制系统按特定程序控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，产气过程自动运行，氮气流量压力纯度可调并连续显示。
3.1  人员巡检和关注重点
制氮机操作人员巡检的时候，应该关注以下几个方面：（1）首先应该看氮气纯度和露点是否达到要求，然后再看是否可以正常吸附再生；（2）检查机器所需电源、气源、水源、温度条件是否正常；（3）观察空气储气罐压力，保持空气储气罐压力在0.7～0.75 MPa之间，不要低于额定值；（4）每次检查自动排水器，以免堵塞或损坏而失去排水作用；（5）定期检查冷干机的散热片是否干净，以免因散热不良影响干燥机的效用与寿命；（6）精密过滤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，可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；（7）氧分析仪的校准，每月检查 1 次，如果发现氧含量高于额定值时，要考虑是否氧探头的使用寿命已到期，及时更换氧探头，建议更换周期为1年；（8）定期检查电磁阀气动阀的灵敏度、调压阀的压力范围、气体分析仪的精度、吸附塔的压紧情况、消声器排气状况、流量计内管清洁程度等对出现问题及处理，以保证设备正常运行。

4  制氮机的设备维护与保养
4.1  空气压缩机（螺杆式）
空气压缩机（组）为PSA变压吸附制氮装置提供所需的压缩空气，其流量、压力等要求根据PSA变压吸附制氮装置的用气量决定。PSA变压吸附装置的效率（消耗）将主要由分子筛性能、工艺流程及吸附器结构决定。空气压缩机应满足：（1）出气量≥16.5m3/ min；（2）出气压力在0.8～0.98MPa之间；（3）含 油 量≤ 3ppm；（4）温度≤ 45℃指标要求。
在实际使用中，空压机日常检查包括：运行温度（≤ 105℃）、工作压力（0.8 ～ 1.0MPa）、水压（0.3～0.6MPa）等，月度检查包括油位、管线连接处有无渗漏等，季度保养包括进气过滤网清洁、空气过滤芯清洁、连接件检查等，年度保养按英格索 兰（INGEROLL RAND） 产 品《 维 护 手 册》 由INGERSOLL RAND 专业工程师执行。在日常使用中，应遵循手册维护建议及优先次序：（1）根据控制器的显示进行维护；（2）每年维护1次。当设备出现一般故障，由设备责任人按照手册中故障诊断指导的维修方法进行排除，无法排除的请联系 INGESOLL RAND 专业工程师解决。
日常影响空气压缩机性能的主要因素是温度，而影响温度的主要因素（在压力及流量不变的条件下）有：季节、水温及水质，该设备冷却水管设计为进、出直径为 40mm 的自来水，用水量约为 9t/h 直接排放，如果不循环利用水资源将是一笔不小的浪费，如果想循环利用冷却水二次投入，也是一笔不少的资金投入（本地水质硬度在每升380毫克至410 毫克之间），夏季对空压机来说是最考验设备性能的时候，也是对设备的冷却器当初类型选择是否合适的一种查验。在 PSA 变压吸附制氮装置上，空压机在设备维护与保养资金的投入最多，对选择这种类型的制氮方法一定要做好前期市场调查与调研，计划好后期的保养资金投入。
4.2  冷干机
冷 冻 式 干 燥 机（ 型 号 / 规 格：IDS-150AC； 20Nm3/min）日常检查包括：冷干机排出的冷凝水、三级过滤器排出的污水是否畅通，冷却剂压力（0.3 ～ 0.6 MPa）、压缩空气压力（＜1.0MPa）是否正常；维护与保养是定期吹扫散热器（尤其春、夏季更要经常吹扫防止影响散热）、清洁排污口、定期（一般为 12 个月）更换3个过滤器（型号：3级过滤器XF3―44、7 级过滤器 XF7―44、9 级过滤器 XF9―44）；冷冻式干燥机选型、安装方法、安装位置及季节等因素，对其脱油、脱水均有一定的影响。
4.3  活性炭吸附器
吸附器内的活性炭、氧化铝活性与压缩机空气质量及冷干机的脱油、脱水好坏直接有关，一般根据设备的使用情况，3~5 年更换一次活性炭、氧化铝。
4.4  氧氮分离装置—分子筛吸附塔
碳分子筛是变压吸附制氮机的核心，它的性能指标包括：硬度、产氮气量（Nm3/T-h）、回收率（N2/ Air）%、回装密度等。使用中防止过热影响吸附效果、強烈气流冲击造成分子筛粉化等。
4.5  气体检测仪
⑴氮气纯度分仪（普氮）规格型号：0～1000 ppm  P860  4N 昶艾；⑵氧气纯度分仪（高纯）规格型号 0 ～ 100ppm  O2  GNL—9100  昶艾；按使用说明书每年返回生产厂家进行检测、标定仪器传感器探头，平时发现异常时进行核对，排查原因。
4.6  气体储罐
做为产品的储存设备，每月进行一次自查，自检每年一次；外委技术监督局探伤检查 3 年进行一次，6 年后到达设计使用寿命，根据检验结果判定继续使用或报废。
5  结语
维护与保养工作是保证PSA制氮机正常工作的必要条件，做为公用工程设备的PSA制氮机，它的平稳工作是单位开展工业的实验条件与保障。按时对设备的各个单元做好维护与保养工作，可以防止故障、延长设备使用寿命、降能增效。

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