DT制氮装置使用说明书.doc

文件资料

DT系列
煤矿用移动式碳分子筛制氮装置
使用说明书

中船重工电机科技股份有限公司
2009

目 录

一、 概述
二、 主要特征与主要性能参数
三、 变压吸附制氮原理及工艺流程
1． 工作原理
2． 工艺流程
四、 变压吸附制氮机安装操作及维护
1． 安装
2． 操作
3． 维护保养

五、 常见故障及排除方法
六、 运输及贮藏
七、 气体流量修正说明
八、 技术文件目录

附图：流程图

一.概述:
1、简介
N2在自然界中分布很广,是空气的主要成分(约占78%),在常温常压下无色、无味、无毒、不燃、不爆,使用上很安全。N2分子结构十分稳定,化学性质很不活泼,通常难以同其它物质发生化学反应,表现为很大的惰性,被广泛用于保护气体,随着科学技术的进步和经济的发展,N2的应用范围日益扩大,并已深入许多工业部门和日常生活领域。
工业用氮气的制取是以空气为原料,将其中的O2和N2分离而获得,其方法主要有深冷空分法、分子筛空分法及薄膜空分法等。在一般中小型用户(1000Nm3/h以下)中广泛使用分子筛空分法制取氮气。与深冷空分法相比,具有工艺流程简单、占地小、投资省、操作简单、维护方便等优点,而且产品N2纯度可按实际需要作任意调节,装置适应性好。分子筛空分法目前以碳分子筛(Cardon Molecular Sieves 简称CMS )空分法为主,CMS是德国亚琛B.F(Bergbau Forschung of Esen)矿业研究有限公司于70年代首先研制成功的新型高效吸附剂。CMS法分离N2、O2是通过一种新型气体吸附分离技术——变压吸附(Pressure swing adsorption 简称PSA)技术来实现的,这一技术起源于德国四十年代一项专利文献,成熟于七十年代美国的工业应用,主要用于氧氮分离、空气干燥,八十年代已有比较完整的数学模型来描述,这项技术有如下优点:
1）产品氮气纯度高。
2）一般可在室温和不高的压力下工作,床层再生时不用加热,节能经济。
3）设备简单,操作、维护简便。
4）完全实现自动化。
2、执行标准
《煤矿用移动式膜分离制氮装置通用技术条件》MT/T774-1998
《变压吸附制氧、制氮设备》 JB/T 6427—2001
《DT/DM系列煤矿用移动式制氮装置》Q/320292AAJH03-2007

3、用途
DT系列煤矿用移动式碳分子筛制氮装置适用于具有爆炸性危险气体（甲烷）和煤尘的矿井中的煤层的防火和灭火。
4、使用条件
适用于在下列条件下工作：
（1）环境空气温度范围为5℃~30℃；
（2）环境空气相对湿度不大于95%（25℃时）；
（3）在有爆炸性危险气体（甲烷）和煤尘的矿井中；
（4）在无强烈颠簸振动的环境中；
（5）大气压力：86-106kpa；
5、制氮装置的型号及含义
D T — X1 / X2 （□）
设计序号

制氮装置 氮气纯度（%）

碳分子筛方式 氮气产量（Nm3/h ）

二.主要特征与主要性能参数:
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,向各类工业领域提供了各种型号的制氮设备,并形成了一系列鲜明的特征。
1.主要特征:
(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。
(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,塔内部处于层流状态,保证CM发挥最大效能,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,出料口为双层结构,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, 可逐一检查各电磁阀动作情况。PC机选用日本OMRON公司产品,适应性强,质量可靠。
(6) 专利型气动阀组。
采用合资公司生产的超薄气缸配合本公司的阀座组,组成结构紧凑的活塞机构驱动，运动简单，可靠性高，耗气量小，使用寿命长等优点。抑可使用全进口阀门。
(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；电磁阀有电路保护和指示灯,动作状态一目了然,又可防止电路冲击,损坏电磁线圈；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（用改锥将电磁阀上的红色手动按扭按下去，然后顺时针旋转180度，电磁阀打开；复位，电磁阀关闭）。
(8)结构合理，移动方便。
本机型为紧凑式结构，满足了井下巷道要求；可移动式结构，又方便了井下近距离使用。

2.主要性能指标参数:
(1)产N2量： 150~1000Nm3/h
(2)N2纯度： ≥97%
(3)N2压力： 0～0.7MPa(可调)
(4)工作压力： 0.5～0.8MPa
(5)外形尺寸： 3800（长）×1450（宽）×2000（高） （单车）
三.工作原理及工艺流程:
1.工作原理 ：
CMS制氮机主要是应用变压吸附原理进行O2、N2分离。CMS是属于速度分离型的吸附剂,当吸附质的性质相差不大时,直径较小的气体分子扩散速度较快,较多地进入分子筛的固相,而直径较大的气体分子扩散速度较慢,较少地进入分子筛的固相,根据CMS的微孔结构特点,当空气进入CMS时,分子直径比N2(3.0A)稍小的O2(2.8A)以较快的速度扩散进入CMS的孔道,并优先被选择吸附,在吸附初始的短时间内,O2迅速富集于CMS颗粒内部,而N2则因未来得及被吸附,在气相中富集,将其收集于贮罐即可制得所需N2。CMS具有加压对氧的吸附量增加,减压时对氧的吸附量减小的特性,因此PSA采用加压制氮,减压再生的制氮方式,为了连续不断地产气,采用A.B两个吸附塔轮流循环工作,流程由PC机进行程序自动控制。
2.工艺流程：
干燥、无油、无尘的压缩空气进入空气贮罐,进行稳压后,经气动阀进入A吸附塔,吸附塔内的CMS吸附掉空气中的O2,未被吸附的N2大部分经气动阀、单向阀、进入氮气贮罐,小部分N2经回吹阀进入B吸附塔,吹扫塔内的CMS解吸出的O2再经气动阀,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1-3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,O2被CMS吸附,产出的N2大部分进入氮气贮罐,小部分N2回吹清扫A塔,使A塔中的CMS解吸吸附的O2,约一分钟后,两塔均压,切换,重复上述步骤,如此循环不断产出N2,氮气贮罐中的产品N2经调压阀、流量计输送至工作面。
从空气贮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,电磁头通电后,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，电磁头断电后,气动阀关闭,恢复原状。
四.安装,操作与维护
1.安装
设备由牵引机运输至使用场所，工作面附近应有660V或1140V动力电源，且空压机附近应有良好的通风状况。
(1)给空压机接上水源、电源，检查无误后，通电验证。
(2)给电控柜接上电源,检查无误后,通电验证。
(3)安装流量计,压力表。
(4)将设备上氮气输出口与输送管连接至工作面。
(5)将设备各管路连接好，做管路气密性试验，做到无任何泄漏。
2.操作
(1)开机顺序
A．先打开送水阀。
B．闭合空压机电源开关，启动空压机。
C．打开设备管线上至送气阀的所有球阀。
D．闭合控制柜电源开关，按启动按钮设备进入自动运行状态。
E．调节送气阀使产气量达到额定值。
(2)关机顺序
A． 断开控制柜电源开关。
B． 关闭空压机，断开空压机电源开关。
C． 关闭送气阀及设备管线上的所有球阀。
D． 关闭送水阀。
(3).说明
a．压力表指示不足0.5MPa时,仍然可以使用,但N2纯度达不到设定指标,当压力低于0.4Mpa时,设备仍运行,但N2纯度降低；禁止小于0.3MPa下使用设备。
b．经调试人员设定好回吹量,操作人员不得再动。
c．经调试人员设定好流量后,操作人员一般不用再调。
3.维护
(1)碳分子筛的维护
a.CMS是制氮装置的核心,为防止污染而失效,必须严格按照对压缩空气的含油量要求来维护空压机。一般配置最好选用无油空压机,并经常检查过滤器,定期清洗滤芯(约3个月),必要时应更换滤芯；除油器中活性碳隔半年应更换。
b.正常操作条件下,碳分子筛可使用五年甚至更长时间,一般连续使用五年后,产N2量、产N2纯度未有明显下降时,仍可继续使用。如有明显下降时(油污染后不满五年也会发生此种情况),应全部更换分子筛,更换时应通知厂方专业调试人员在场指导更换。
c.应定期检查吸附塔内的分子筛压紧装置(正常运行15天后开盖检查一次，填满后运行一个月再检查一次，此后连续运行每半年检查一次),避免分子筛有任何移动,填充分子筛时,禁止用硬物直接捣,扎分子筛,应用木棰震击筒壁,装填实在。
d.正在运行过程中,如发现透明亚大管中有喷黑色粉尘时,说明分子筛已下降至装料口以下,不能压紧,产生移动冲击而产生黑尘,应及时填充压紧。
e.分子筛的储存,运输,及装卸均不会对人体有害,填充分子筛时可戴护目镜及用抽气扇,填充后应以肥皂洗净皮肤接触处。
f.如订货时,订有备用分子筛,则分子筛应装于PE塑料桶内储存于干燥及封闭处,尽量避免昼夜温差过大。储存妥当的分子筛能保存两年以上性能不变。存放时间过长的分子筛在填入吸附塔前,应先烘干活化。
(上述关于分子筛的要求,均以BF焦碳分子筛测试标准为依据)
(2)电磁阀的维护保养
a.电磁阀体进入异物后,易堵塞先导孔,应经常检查排气消音器是否有异物,消音器如被油雾或粉尘堵塞,应拆开消音器,清洗异物和油雾,使排气通畅。
b.在受到异常电压,电流冲击时,电磁头会损坏。应首先检查保护电路和指示灯,如正常,确认为电磁头损坏,更换备用电磁头,同时查找损坏电磁头的原因,有时电磁头发出鸣叫声,主要原因是电压不足,对先导芯的吸合力不强。
c.一般电磁阀出现故障时,整阀拆下修理,换上备用阀继续运行可不影响设备使用,更换电磁阀时应关闭控制气路球阀。
(3)PC的维护
电控柜平时不要经常打开,避免粉尘进入PC机内部影响正常运行。外部环境条件应满足PC机环境要求,温度(0-55℃),相对湿度(35-85％),避免温度变化急剧,造成结露,环境中应无腐蚀性,可燃性气体。另外PC机避免受到振动或传导冲击。
PC机内部电池应按照PC说明书规定的有效期和方法进行更换,一般在25℃时电池使用寿命为五年,高于此温度使用时寿命会缩短,电池的有效期一到,ALARM,LED灯就闪烁(报警),要在一周内更换电池。
未及更换电池或更换时不慎丢失程序造成不能运行时,应及时通知厂方人员,重新写入程序。
(4)设备的维护
a.设备连续运行时,应经常检查各管道连接处的气密性,不得有漏气现象；经常检查电磁阀,气动阀的运行状态。在一定的流量下,纯度有明显的下降时,一般是电磁阀出现故障,应停机检查,电磁阀有故障更换备用阀。
b.设备长期搁置不用或间断使用时,应保证每月开机一次,每次四小时,保证分子筛始终处于活化干燥状态,每半个月手动运行气动阀若干次,防止气动阀抱死,影响启动运行。因长期不用,维护不良造成设备不能正常运行时,应通知厂方调试人员来维修设备。
(5)单向阀,调压阀的维护
单向阀发生抱死,调压阀不能调低压力,一般是管道中进入异物,卸开阀门,清除异物可恢复正常,单向阀的橡胶密封件,调压阀的膜片长期使用磨损后,
应注意更换。
五. 故障与排除方法

故障现象
故障原因
排除方法
1.整机不产气
或产气量小
1.1 气动阀卡死不动作
1.2 电磁阀失灵
1.3 电路故障
1.4 PC机失灵
1.5 调压阀损坏
1.1 拆卸并清洗气动内部
1.2 检查接线线圈与阀体
1.3 检查接线与PC机保险
1.4 通知厂家处理
1.5 拆卸修理
2.氮气纯度
低于97%
2.1 连接管路接头松动
有渗漏
2.2 气动阀或电磁阀失灵
2.3 吸附塔工作压力降低
2.4 分子筛粉化失效
2.1 用肥皂水检漏并排除
松动
2.2 按1.1、1.2排除
2.3 提高进气压力检查调压
阀0.5-0.65MPa
2.4 补充或更换分子筛
3.电磁阀
发生故障
4.1 接线不紧
4.2 线圈失效
4.3 阀芯不动
4.1 排除
4.2 更换线圈
4.3 拆除清洗
六、运输及贮藏
产品在运输过程中不得受雨水侵袭及强烈的冲击或振动，产品不得倒置或
斜放。应放置在空气流通，相对湿度不大于90%（20±5℃时）、温度范围为
-20℃～50℃的仓库中。

七、气体流量修正说明
参照流量计说明书,修正公式如下：
Qsn = Qn×[(rn×Ps×T)/(rsn×P×Ts)]0.5 (1)
式中 Qsn ─ 氮气在标准状态(0℃,101325Pa)下的流量。
Qn ─ 流量计的读取示值。
rn ─ 空气在标准状态时的密度(1.293Kg/M3)。
rsn ─ 氮气在标准状态时的密度(1.252Kg/M3)。
Ps ─ 氮气测量时的绝对压力(标准大气压+表压)。
P ─ 流量计标尺上标准的绝对压力(标准大气压)。
Ts ─ 氮气测量时的绝对温度。
T ─ 流量计标尺上标注的绝对温度[(273.15+20)K]。
考虑到氮气与空气非常接近,环境温度也变化不大时,可用工程计算公式：
Qsn = Qn×(Ps/P)0.5 (2)
例: 流量计读取示值为50m3/h,环境温度为25℃,流量计下方压力表示值,0.3MPa则折合成标准状态下的氮气流量为:
按公式(1)：
Qsn =50×{[1.293×(0.3+0.101)×(273.15+20)]/[1.252×0.101×(273.15+25)]}0.5 =100.4 Nm3/h
按公式(2)： Qsn = 50×[(0.3+0.101)/0.101]0.5 = 99.6 Nm3/h
八.技术文件目录
1． 安装使用说明书 1份
附图： 流程图 1张
2． 产品合格证 1份
3． 空压机使用说明书及质量保证书 1套
4． 过滤器使用说明书、合格证及压容证 3套
5． 压容证 6套
6． 空气减压阀使用说明书、合格证 1套
7． 调压阀使用说明书、合格证 1套
8． 流量计说明书、合格证 1套
9． 氮分仪说明书、合格证 1套

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