第49卷第11期2021年6月
广州化工
Guangzhou Chemical Industry
Vol.49No.11
Jun.2021
邓韬，王开兵，钟小禹，刘巍，王君，全诗林
（广州广钢气体能源股份有限公司，广东广州511458）
摘要：目前，随着电子气行业对氮气的性能要求越来越严苛，需要氮气设备具有包括氮气供应连续性、氮气供应可靠性及氮气产品杂质含量等要求。现有的制氮机往往很难全方位满足电子气供气要求，本文主要论述了一种适用于电子气工厂的新型制氮机，具有宽泛的负荷调节范围，可节约能耗，可保证氮气供应的连续性及可靠性，且无需增设纯化器即可保证氮气产品纯度，关键设备一用一备，可避免设备宕机对制氮供气的影响，保证供气系统的可持续性。 关键词：制氮机；氧氮精憎；可持续供气
中图分类号：TQ914.1文献标志码：B文章编号：1001-9677（2021）011-0115-03 Study on A New Type of Nitrogen Generator Process Suitable
for Electronic Gas Factory
DENG Tao,WANG Kai-bing,ZHONG Xiao-yu,LIU Wei,WANG Jun,QUAN Shi-lin
(Guangzhou Guanggang Gases&Energy Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou511458,China)
Abstract:As the electronic gas industry has more and more stringent performance requirements for nitrogen,nitrogen equipment is required to have performance including nitrogen supply sustainability,nitrogen supply reliability and nitrogen product impurity content.Existing nitrogen generators are often difficult to meet the requirements of electronic gas supply in all aspects.A new type of nitrogen generator suitable for electronic gas factories was discussed.It had a wide load adjustment range,which can save energy and ensure nitrogen.The continuity and reliability of the supply,and the purity of nitrogen products can be guaranteed without additional purifiers.The key equipment was used and one was prepared to avoid the impact of equipment downtime on the nitrogen production and gas supply,and ensure the sustainability of the gas supply system.
dc-ac
Key words：nitrogen generator；oxygen and nitrogen distillation；gas supply sustainability
在工业领域中，制氮机大量应用于石化、天然气液化、冶金、食品、制药、电子工业中，制氮机的氮气产品既可作为仪表用气，也可作为工业原料和制冷剂，是工业生产中必备的公用设备“切。但是，目前现有制氮机主要存在以下问题：（1）在有设备宕机时，制氮机的运行都会受到不良影响，氮气供应连续性和可靠性难以保证；（2）现有制氮机无法去除氮气产品中的CO杂质，CO杂质的去除需要后续增加纯化器，设备复杂且难以保证氮气产品的纯度；（3）电子气客户用气往往具有独有的爬坡特性，用气量随机台和产线逐步增加而增加，且每一个用气量具有阶段性特征，爬坡持续时间往往需要1~2年，甚至更长，现有制氮机的负荷调节范围窄，导致大量能耗浪费I。
服装展示模特本文论述的这种适用于电子气工厂的新型制氮机，克服了现有技术存在的几大难题，氧氮精僧系统采用双塔设计可提高氮气提取率，降低精憎耗能；吸附器内设置有多层填料层可祛除有害的微量碳氢化合物，提高氮气的纯度；且该制氮机的关键设备都至少设置两组，一用一备，可防止设备宕机对制氮供气的影响，可增加制氮机的运行可靠性和氮气供气的连续性。1新型制氮机的工艺设计原理
这种适用于电子气工厂的新型制氮机，包括空气过滤及压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、换热器系统、氧氮精憎系统及后备系统，本制氮机工作流程如图1所示。空气先由空气入口进入空气过滤器去除空气中的灰尘和机械杂质，后送往空气压缩机压缩至所需压力后进入空气冷却塔，空气自下 而上先后经冷却水和冷冻水冷却后流出空气冷却塔，空气中剩余的杂质如比0、co2,co、n2o以及有害的微量碳氢化合物在通过吸附器时被吸附去除，纯化后的空气经换热器冷却到液化温度后进入第一塔参与精僧，经第一塔精僧后在第一塔底部得到富氧液空，在第一塔顶部得到纯氮气，底部的富氧液空经过冷器过冷后可进入第一冷凝蒸发器、第二冷凝蒸发器中作为冷源，第一塔顶部的纯氮气一部分作为氮气产品经换热器复热后送用户，其余则进入第一冷凝蒸发器中被富氧液空冷凝为液氮，液氮一部分作为回流液参与第一塔精憎，一部分流至后备系统O
第一作者：邓韬（1972-），男，工程师，主要从事工业气体的工艺和装备设计、工程技术、运行技术以及应用技术等方面的研究和管理工作。
116广州化工2021年6月
图1适用于电子气工厂的制氮机的工艺流程图
Fig.1Process flow chart of nitrogen generator suitable远程监控设备
for electronic gas factory
2新型制氮机的系统设计
2.1空气过滤及压缩系统瓜子烘干机
图2为空气过滤及压缩系统结构示意图，空气过滤及压缩系统1包括空气过滤器11及空气压缩机12，空气过滤器11设有空气入口，空气过滤器11与空气压缩机12连接，空气压缩机12的出口端与空气预冷系统2的入口端连接，空气过滤器11及空气压缩机12均为至少两组，两组空气压缩机12并联设置，制氮机的负荷调节范围为30%〜105%。空气过滤器11与空气压缩机12连接后与出气管道连通，压缩后空气经出气管道与空气预冷系统2连接，空气压缩机12与出气管道之间可设置阀门以分配两台空气压缩机12的空气压缩量。
图2空气过滤及压缩系统结构示意图
Fig.2Schematic diagram of air filtration and compression
system structure
图3空气预冷系统的结构示意图
Fig.3Schematic diagram of the structure of the air
pre-cooling system
图3空气预冷系统的结构示意图，空气预冷系统2包括空气冷却塔21、水冷塔22、至少两台冷却水泵23
、至少两台冷冻水泵24、及冷水机组25，空气冷却塔21设有与冷却水泵23连接的冷却水进口以及与冷却机组连接的冷冻水进口，冷冻水进口位于冷却水进口上方，冷却水泵23与空气冷却塔21连接，水冷塔22、冷冻水泵24、冷水机组25及冷冻水进口顺次连通，空气冷却塔21顶部设有与空气纯化系统3连接的出气口，入口端设于空气冷却塔21的下部。水冷塔22底部、空气冷却塔21底部均设有液位控制系统26，液位控制系统包括与控制器连接的液位计和自动液位控制阀。
2.3空气纯化系统
图4为空气纯化系统的结构示意图，空气纯化系统3包括与出气口连通的两台吸附器31及两台电加热器32。吸附器31内设有用于吸附杂质气体的填料层，吸附器31的出口端与换热器系统4连通。电加热器32加热得到的加热空气送入吸附器31中再生吸附器31内的分子筛，两台电加热器32—备一用，吸附器31的数量并不作为限制性规定，可根据应用需求进行增加，但需保证至少一台吸附器31处于工作状态。
图4空气纯化系统的结构示意图
Fig.4Schematic diagram of the structure of the air
purification system
2.4换热器系统及氧氮精tg系统
图5为换热器系统及氧氮精憎系统的结构示意图，本系统采用双填料塔设计，换热器系统4包括换热器41及过冷器42，换热器41为板翅换热器包括第一富氧空气通道、第二富氧空气通道、纯化空气通道以及产品氮气通道，纯化空气通道与空气纯化系统3连接，产品氮气通道连接于第一塔51的顶部，第一富氧空气通道连接于过冷器42与膨胀机55输入端之间，第二富氧空气通道与膨胀机55输出端连接。第二塔53的顶部设有接液槽56，接液槽56与第一塔51、第二塔53连通，接液槽56与第一塔51之间连接有液氮泵57o
氧氮精憎系统5包括自下而上设置的第一塔51、第一冷凝蒸发器52、第二塔53及第二冷凝蒸发器54，液化空气进入第—塔51精徭在第一塔51顶部得到纯氮气、在第一塔51底部得到富氧液空，过冷器42的一端与第一塔51底部连通，过冷器42的另一端与第一冷凝蒸发器52、第二冷凝蒸发器54连通，第一塔51的顶部与换热器41、第一冷凝蒸发器52连通，第一冷凝蒸发器52与后备系统6连接
。
第49卷第11期邓韬，等：一种适用于电子气工厂的新型制氮机工艺研究117
图5换热器系统及氧氮精憾系统的结构示意图Fig.5Schematic diagram of the structure of the heat exchanger system and the oxygen and nitrogen distillation system 垄断，具有较大发展前景。
这种制氮机的氧氮精憎系统采用了双塔设计，可提高氮气提取率，降低精憾耗能。液化空气进入第一塔精憾在第一塔顶部得到纯氮气、在第一塔底部得到富氧液空，底部的富氧液空经过冷凝转为液氮，液氮的一部分又回流至第一塔精憾，液氮的另一部分流至后备系统的液氮储槽。当制氮机宕机时，切换自动调压切换系统，在转注泵的作用下，液氮储槽内的液氮进入真空压力储槽，经汽化后作为氮气产品使用，增加了制氮机的运行可靠性和氮气供气的连续性，从而加大氮气供应量。
这种制氮机的关键设备都至少设置了两组，一备一用，一组设备出现故障，可立即启用备用设备，全程不影响制氮机工作，保障了制氮机的连续性运转。通过控制系统检测制氮机的压力值，当低于报警低压力时或冷箱停车信号发生后，系统自动调节供气压力，当供气压力无法调节或调节过小时，系统自动无扰切换到后备供气系统。一备一用运作流程如图7所示。
2.5后备系统
水下呼吸器
图6为后备系统的结构示意图，后备系统6包括顺次连接的自动调压切换系统、汽化器61、真空压力储槽62及液氮储槽63o真空压力储槽62与液氮储槽63之间连接有转注泵67，液氮 经汽化后进入真空压力储槽62，再经转注泵67转入液氮储槽63中储存；相反地，当制氮机宕机时，切换自动调压切换系统，在转注泵的作用下，液氮储槽63内液氮进入真空压力储槽62，经汽化后作为氮气产品使用。自动调压切换系统包括远程自动控制调压阀64、自力式调压阀65及安全阀66，远程自动控制调压阀64和安全阀66串联设于主气路上，自力式调压阀65设于支气路上且与远程自动控制调压阀64、安全阀66并联，主气路、
图6后备系统的结构示意图
Fig.6Schematic diagram of the structure of the backup system
矿泉水瓶盖3工艺特点
这种制氮机的空气压缩机有两组，且采用的是并联设置。两组空气压缩机采用大小不均衡的配置，可根据客户逐渐上升的用气计划，通过分配两台空气压缩机的空气压缩量实现30%〜105%超宽运行调整负荷，既满足可靠性，又充分考虑到用气客户用气量爬坡阶段的最低开机负荷经济性，可节约大量能耗和大量投资费用。
这种制氮机的纯化系统包括两台吸附器及两台电加热器，图中31代表吸附器，图中32代表电加热器。吸附器内设置有三层填料层，第一吸附层内装填有活性氧化铝可用于吸附脱除h20；第二吸附层内装填有猛铜催化剂可用于吸附co，该猛铜催化剂专门应用于该制氮机，可有效去除空气中co；第三吸附层内装填有分子筛可用于吸附C02O空气中剩余的杂质以及一些有害的微量碳氢化合物在通过吸附器时也能被吸附去除，可提高氮气的纯度，可满足电子气行业对氮气中杂质含量的高标准要求，该制氮机可做到氮气产品中氮气纯度02^1ppb，这在国内相关工作报道中第一次达到，有望于突破国外制氮机
供气界区压力低低报警
制氮机停机
图7后备系统工作流程图
Fig.7Work flow chart of the backup system
4结论
本文针对现有制氮机的一些不足之处，提出了一种适用于电子气工厂的新型制氮机工艺，从制氮机的设计原理出发，阐述制氮工艺的五大系统结构及其运作模式。现今社会各行业对氮气的需求量都很大，
制氮机的发展需要随着社会需求不断更新改进。从实际操作出发，该制氮机能有效降低能耗，节约能源，在保证低能耗的前提下，还能进一步提高氮气纯度和保持一定的供应量。该制氮机可有效吸附氧气和co，其纯度达到02^1ppb o另外，该制氮机工艺还设置里一备一用关键设备，通过控制系统检测气压变化保证可持续供气。
参考文献
[1]张丽霞.制氮机氧气收集装置探讨[J].机械管理开发,2019,34
(6)：61-62.
[2]谢维滨.制氮机加热器温度保护回路改造[J].石化技术,2020,27
(10)：106-107.
[3]屈伟亮.制氮机氧气收集装置的设计[J].化学工程与装备,2020
(I):182-183.
[4]王松.高效制氮工艺研究应用[J].化工设备与管道,2019,56
(5)：43-46,
[5]石景丽，刘荣军，朱平.变频调速技术在压缩机节能改造上的应用
[J].压缩机技术,1998(3):26-27.
[6]顾飞龙，张力钧，张丽华.变压吸附制氮装置用于工业生产中的惰
性保护[J].化工机械,2002(2)：87-8&
[7]杨华钦.制氮机故障维修维护方法研究[J].中小企业管理与科
技,2017(9)：
155-156.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议