功能和系统结构
3.功能和系统结构
采用气体分离工艺将空气中的氮气和氧气分离的方式制氮。 3.1采用CMS分离空气
用一种特殊处理过的活性碳即碳分子筛（CMS）分离空气。
图3－1 分离空气所用碳分子筛
CMS的孔直径在氮气和氧气分子直径范围内。由于氧分子比氮分子体积小，重量轻，因此先被吸附在碳分子筛表面。图3-1为碳分子筛分离空气过程。 3.2变压吸附（PSA）
空气压力越高，CMS表面所吸附的气体分子越多，如图3-2所示，压缩气体进入一吸附塔，从下到上流经塔体。
图3－2 变压吸附工艺过程（PSA）
功能和系统结构
吸附塔内充满了CMS，气体通过时，氧分子和氮分子在CMS表面吸附。由于分子直径不同，氧分子吸附在CMS表面多于氮分子。根据流经吸附塔空气的速度，大多数氧分子被吸附，氮分子由吸附塔上端流出。
流量速度决定了气体在吸附塔中的吸附时间，即氧分子的吸附时间： · 流速高→氧吸附时间短→产品气中剩余氧含量高→氮气纯度低 · 流速低→氧吸附时间长→产品气中剩余氧含量低→氮气纯度高
经过一段时间后，CMS被所吸附的氧分子饱和需进行再生，再生是通过降压实现的。由
于CMS在低压时不能再吸附气体分子，大多数分子在降压时被排空。这一过程称为解吸。 为达到连续供气，在一个吸附塔处于再生状态时，另一个吸附塔为生产状态。
碳分子筛的性能通常是由产气量和回收率来描述的，这两个性能指标是与产生的氮气纯度、运行压力直接相关的。一般来讲，纯度不变时，产气量是随运行压力的提高而增加的，而回收率只随压力升高稍有增长，当压力一定时，回收率和产气量都随产生的氮气中的氧含量增加而增大。 3.3工艺步骤 制氮分为三部分： 1. 压缩空气提纯 2. 分离空气 3. 氮气储存和供气
整个工艺流程图和控制系统原理图附在手册后，时序可观看电控箱上的流程铭牌。 3.4压缩空气的生成和提纯
由界外送来的压缩空气(0.75-0.85MPa),经过二级过滤，进一步除去粉尘及油水滴，达到PSA所需空气质量， 空气进入吸附塔A、B，其中杂质含量如下： ·残油含量≤0.003mg/m3（at21℃）
·残余粉尘≤0.01μm
·残余水含量≤5.57g/m3 （压力露点：2～10℃） 3.5分离空气
压缩后的空气通过PC阀AV101、AV102或AV103进入吸附塔A或B。
吸附塔A或B为两只装有碳分子筛的压力容器，是制氮机的主体部分，对氧氮的分离即在此处完成。碳分子筛的压紧采用自动压紧装置（容器详细结构见蓝图）。为保证吸附塔运行良好，需定期补充碳分子筛。
PSA工艺是由PC阀AV101- 108八个阀所控制的。表3-1详细叙述了该工艺。
状态 吸附塔A吸附，B解吸 打开阀门 AV101、AV102、AV105、 AV106、AV108 说明 A塔内分离空气，B塔内CMS再生 吸附塔A、B进行压力平AV102、AV103、AV106、B塔加压以减少空气需求 衡 吸附塔B吸附，A解吸 AV107、 AV101、AV103、AV104、 AV107、AV108 B塔内分离空气，A塔内CMS再生 吸附塔A、B进行压力平AV102、AV103、AV106、A塔加压以减少空气需求 衡 AV107、 表3-1：完整周期步骤 生成的氮气通过PC阀AV106或AV107、AV108流出吸附塔A或B进入氮气缓冲罐。 在制氮机顶部安装有反吹气手动阀，适当调节此阀开度来给予再生塔一定量的再生气以帮助再生塔解吸，此阀在第一次开机调试好后以后使用过程中基本不用再调节，保持当初的开度即可。
功能和系统结构
3.6氮气贮存及供气
氮气缓冲罐
·缓冲由PSA过程后引起的压力波动
·保证吸附塔A和B在吸附开始时的压力最小值
手动流量控制阀（纯气出口阀、不合格放空阀）根据流量计F101测量的值手动调节氮气流量，然后氮气进入客户系统。流量计F101显示氮气缓冲罐输出的实际氮气流量。
本设备配置的流量计，起显示产品气流量的作用，单位为Nm3/h。一般地，流量计在标准状况下标定，具体换算参见流量计说明书附录。
如果流量计在出口压力下标定，可直接读出实际氮气流量。
在氮气出口管路上装了氮气取样口以检测氮气纯度。
操 作
4．操作 4.1控制系统
PSA系统是由日本欧姆龙CPM1A-30CDR-A型（或西门子CPU224型）程序逻辑控制器（PLC）、控氧仪、流量计及辅助线路构成。控制系统按一定的时序发出信号，控制8个（或10个）程序阀的开闭，控氧仪在线分析产品氮气中的氮含量，氮含量超过报警值时，控制器发出信号提醒（或自动）打开不合格气出口阀，关闭氮气出口阀，让气体直接放空，防止不合格气进入下工段。 4.2控制过程 ·主要控制过程
由可编程序逻辑控制器（PLC）、电磁阀、气动控制阀组成。程控阀按事先编制的时序开启和关闭，自动完成PSA过程的吸附，均压和解吸。 ·控制柜面板介绍：
控制柜操作面板上有控氧仪、流程显示铭牌、压力表及开关键。详见图5-1。
图5-1 控制柜面板布置图
1.AIA控氧仪及氮含量低报警（A1）
在线分析产品气中的氮含量。以数字直接显示，当产品气的氮含量低于设定值后，产品气氮浓度低限报警（报警值在控氧仪上设定）。
操 作
2.电源开关（A2）
