制氮设备使用说明书

变压吸附空分制氮是一种新型的从空气中制取氮气的技术。变压吸附（PRESSURE SWING ADSORPTION，简称PSA），是一个近似等温变化的物理过程，它是利用气体介质中不同组份在吸附剂上的吸附容量的不同，吸附剂在压力升高时进行选择性吸附，在压力降低时得到脱附再生。变压吸附空分制氮一般采用两只吸附塔，塔内装填碳分子筛吸附剂，当一只吸附塔在进行吸氧产氮时，另一只吸附塔在脱氧再生，如此交替循环连续不断地产出氮气。

RICH公司自1979年从美国引进PSA技术开始，首先在中国使该项技术产业化，并一直致力于PSA技术的研究、创新和发展。RICH公司在近20多年的设备生产和市场推广历程中，已推广应用近1000多套`PSA制氮设备，广泛应用于石油、化工、电子、食品、煤炭、医药、热处理等领域。RICH已成为中国PSA行业的第一品牌，RICH的PSA技术具有节能、稳定、可靠的特点，其技术处于世界先进水平。

2、RICH取得的专利技术：

至2003年止，瑞气产品已取得11项专利技术：

ZSGP管道式气动阀 -------------------------------------(213676.6)

变压吸附气体分离装置 ---------------------------------(97213543.X)

卧式变压吸附气体分离填料塔 ---------------------------(97213544.8)

卧式变压吸附气体分离填料塔 ---------------------------(971027.1)

变压吸附气体分离装置 ---------------------------------(982153.3)

气体分离(纯化)自动压紧填料塔 -------------------------(98215653.7)

变压吸附气体分离装置 ---------------------------------(99101651.3)

变压吸附气体分离装置 ---------------------------------(99203214.8)

气体纯化装置 -----------------------------------------(99207466.5)

气体纯化工艺------------------------------------------(01127220.1)

变压吸附气体分离装置----------------------------------(01263561.8)

3、型号规格说明：

3.1、制氮机的命名

□  □—□ 

                           产氮规格(Nm3/h)

                           产品氮气纯度代码

                           制氮机类型：　            

BGPN－普通常规型

PGPN－食品专用型

KYZD－矿用地面移动式

KYGD－矿用地面固定式

举例说明：BGPN295-1000表示普通常规型制氮机，产品氮气纯度为99.5%，产氮规格为1000Nm3/h。

3.2、制氮机规格参数表

制氮机

4.1、型号规格

型号规格：    BGPN39-550

产 氮 量：    550Nm3/h

氧 含 量：    ≤0.1%

常压露点：    ≤-45℃

产品氮压力：   0.6MPa

4.2、设备运行环境条件

环境温度：     2℃～40℃

相对湿度：     ≤80%

大 气 压:      76KPa～106KPa

通风良好，周围空气应干净、无油雾，无腐蚀性气体。

4.3、压缩空气指标

流  量：    ≥40m3/min(20℃，101.325kPa)（PSA耗气量）

压  力：    ≥0.8MPa

温  度：    ≤45℃

含尘粒径：    ≤5um

油含量：     ≤3 mg/m3

4.4、供电

三相  380V/50Hz 7.4Kw  单相  220V/50Hz 0.2Kw

5、设备组成

变压吸附制氮设备由空气净化组件、空气储罐组件、氧氮分离组件、氮气缓冲罐组件、电气控制系统五大部分组成。设备工艺流程图见附图1（国家专利，专利号：99203214.8,99101651.3）。

5.1空气净化组件

碳分子筛是变压吸附制氮设备的核心部分，油中毒是碳分子筛的主要失效形式之一，对水的吸附会降低碳分子筛对氧的吸附能力，有油润滑空压机排出的压缩空气通常含有油和水，所以必须在压缩空气进入氧氮分离组件之前除油除水。空气净化组件由分离过滤器、管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器、超精过滤器、活性炭除油器、电子排污阀、球阀等组成，其作用是除去压缩空气中的尘埃、水和油，为氧氮分离组件提供洁净的原料--空气。

主要技术参数：

型    号：       AC-40

处理气量：　　　  40 Nm3/min

出气露点：       ≤-20℃

出气含油量：     ≤0.003 mg/m3

外形尺寸：       2400×1950×2385（mm）

5.1.1分离过滤器

压缩空气先进入分离过滤器，有效的去除压缩空气中的液态水雾。

主要技术参数：

型   号：        RF400-E11-GL

处理气量：       40 m3/min

分水效率：       ≥99％

最高使用温度：    65℃

最大工作压力：   1.6 MPa

5.1.2管道过滤器

压缩空气进入管道过滤器，将压缩空气中＞1μm的固体粒子、油雾和水分滤除。

主要技术参数：

型   号：       RF400-E7-GL

处理气量：       40 m3/min

过滤精度：       1μm

滤芯数量：       1只

压力损失：       ≤0.01 MPa

滤芯更换压差：   ≤0.035 MPa

残余含油量：     ≤1ppm

最大工作压力：   1.6 MPa

工作温度：       ＜65℃

5.1.3冷冻干燥机

    经管道过滤器出来的压缩空气进入冷冻干燥机，冷冻干燥机的作用是将压缩空气强制冷却到5℃左右，空气中的水蒸汽凝结成液态水，通过水分过滤器分离过滤，由排污阀排出，从而使压缩空气的常压露点达到-20℃左右。

主要技术参数：

型   号：        GL-400AT

处理气量：       40 Nm3/min

进气温度：       ≤45℃

环境温度：       5～38℃

冷    媒：       R22　

常压露点：       -20℃

工作压力：       0.7～1.0MPa

功    率：       7.4kw

电    源：       380V/50Hz

5.1.4精过滤器

压缩空气经冷冻干燥机后进入精过滤器，将压缩空气中＞0.01μm的固体粒子、99.99%油雾和水分滤除。

主要技术参数：

型   号：        RF400-E5-GL

处理气量：       40 m3/min

过滤精度：       0.01μm

滤芯数量：       1只

压力损失：       ≤0.01 MPa

滤芯更换压差：   ≤0.035 MPa

残余含油量：     ≤0.01PPm

最大工作压力：   1.6 MPa

工作温度：       ＜65℃

5.1.5超精过滤器

压缩空气随后进入超精过滤器，将压缩空气中＞0.001μm的固体粒子、99.999%油雾和水分滤除。

主要技术参数：

型   号：        RF400-E3-GL

处理气量：       40 m3/min

过滤精度：       0.001μm

滤芯数量：       1只

压力损失：       ≤0.012 MPa

滤芯更换压差：   ≤0.035 MPa

残余含油量：     ≤0.01PPm

最大工作压力：   1.6 MPa

工作温度：       ＜65℃ 

5.1.6电子排水器

作用是去除空气过滤器中的冷凝水，冷凝水排放时间在0.5秒到10秒范围内可调，排放间隔时间在0.5分钟到45分钟内可调，由电磁阀、专业定时器和接线盒组成。

主要技术参数：

型   号：         0PT-B

最高使用压力：       1.6MPa

防护等级：        IP65

环境温度：           2～55℃

指示灯:              LED指示电源通断

电器连接:            DIN43650A

工作方式:            自动循环

5.1.7活性炭除油器

除油器内装填活性炭，它的作用是将超精过滤器输出的压缩空气进行深度除油处理，保证压缩空气中油含量≤0.003mg/m3。

主要技术参数：

空气储罐组件的作用是保证系统用气平稳，在系统切换时防止瞬间气流流速过快，影响空气净化效果，提高进入吸附器的压缩空气品质，有利于延长分子筛的寿命。其组成有空气储罐、安全阀、球阀、压力表等。

主要技术参数：

型    号：        CG-40

最大工作压力：     1.0MPa

安全阀开启压力：   1.01MPa

外形尺寸：        Φ1412×3238 (mm)

5.2.1空气储罐

主要技术参数：

图   号：      LJ.C-05-239-0A

设计压力：      1.02MPa

最大工作压力：  1.0MPa

试验压力：      1.28MPa

设计温度：      150℃

工作温度：      ＜100℃

支座型式：      支座式

5.2.2安全阀

作用：保证制氮系统使用安全。

主要技术参数：

型   号:        A28H-16T/DN32

开启压力：       1.01MPa

最高工作压力：   1.6MPa

5.3氧氮分离组件

氧氮分离系统是制氮设备的主要部件，由两个交替工作的吸附塔（塔内装填碳分子筛）和管道式气动阀、消声器、截止阀、止回阀、浮动球阀、压紧气缸等组成。

作用：一只吸附塔在压力升高时吸氧产氮，同时另一只吸附塔降压脱氧再生，如此交替循环工作，不断产出氮气。

主要技术参数：

型    号：     NGN39-550

产 气 量：     550Nm3/h

设计氮气纯度：  99.9%

设计吸附压力：  0.75MPa

外形尺寸：     3000×2150×3208(mm)

5.3.1 吸附塔

主要技术参数：

图   号：     2006-B484-00（06XFa13.3）

工作压力：     1.0MPa

试验压力：     1.38MPa

设计温度：     60℃

工作温度：     50℃

支座型式：     支腿式

5.3.2管道式气动阀（国家专利，专利号：.213676.6）

主要技术指标：

型   号：       ZSGP1.6/DN100

最大工作压力：   1.6MPa

控制气源压力：   0.3～0.5MPa

切换速度：       ≤0.3S

泄漏量：         在允许最大工作压力下泄漏量为零

介质温度：       -20～250℃

环境温度：       -20～55℃

环境湿度：       ≤95%

材    质：       1Cr18Ni9Ti

5.3.3压紧气缸（国家专利，专利号：98215653.7）

 压紧气缸的作用是始终压紧吸附塔内的碳分子筛，防止分子筛因下沉而产生窜动造成粉化。为此，专门设计安装了压紧气缸。并具有碳位下限声光报警和自动停机保护功能。

主要技术参数：

    型   号：      QG-10-300L

设计压力：      1.0MPa

    试验压力：      1.5MPa

    最大工作压力：  1.0MPa

最大行程：      135mm 

5.3.4消声器

主要技术指标：

处理气量：     60Nm3/min

排气噪声：      ≤85dB（A）

5.3.5截止阀     

作用：管路切断或流量调节。

主要技术参数：

型    号：      J41W1.6/DN80

最高工作压力：   1.6MPa

5.3.6止回阀

作用: 阻止气体逆向流通。

主要技术参数：

型    号：     ZHF-100

最高工作压力：   1.6MPa

5.3.7再生气针形阀

作用:再生气流量调节。

主要技术参数：

型   号：       J41W1.6/DN32

最高工作压力：   1.6MPa

5.3.8碟阀

作用:进口流量调节

主要技术参数：

型    号：    D373H-16C DN100 

最高工作压力：   1.6MPa

5.4氮气缓冲罐组件

氮气缓冲罐组件主要由缓冲罐、流量计、压力表、粉尘过滤器、调压阀、球阀、截止阀、安全阀等组成。其主要作用是使氮气压力和流量及纯度平稳，并通过不合格氮手动放空装置排空不合格氮气。在出口侧设置有取样口，并通过氮气分析仪监测产品氮中氧含量。

主要技术参数：

型    号：      NT-77

最大工作压力：   1.0MPa

安全阀开启压力： 1.05MPa

外形尺寸：      Φ2016×4123（mm）

5.4.1缓冲罐

主要技术参数：

图   号:      CQG10/0.88-07477*0

设计压力：     0.88MPa

最大工作压力： 0.8MPa

试验压力：     1.1MPa

设计温度：     100℃

工作温度：     <100℃

支座型式：     支座式

5.4.2流量计

作用：测量产品氮气流量

主要技术参数：

型    号：    H250/RR1/M9/AIR/DN80

测量范围：     90～900 Nm3/h

标定压力:      0.6MPa 

测量精度：     1.6

最高使用压力： 1.6MPa

防护等级：     IP67

5.4.3粉尘过滤器

作用：是将产品氮气中＞0.01μm的粉尘滤除。

主要技术参数：

型   号：        RF40-E5-G

处理气量：       14 m3/min

滤芯数量：       1只

过滤精度：       0.01μm

初始压差：       ≤0.012MPa

滤芯更换压差：   ≤0.035 MPa

最大工作压力：   1.6 MPa

工作温度：       2～65℃

5.4.4针形阀

   作用：管路切断或流量调节。

主要技术参数：

型    号：      XQ150400

最高工作压力：   1.6MPa

5.4.5调压阀

作用：调节产品氮气压力。

主要技术参数：

型   号：        QTY-65

调压范围：         0.05~1.0MPa

最高工作压力：    1.6MPa

5.4.6 安全阀

作用：保证制氮系统使用安全。

主要技术参数：

型   号：       A28H-16/DN50 

开启压力：       0.84MPa

最高工作压力：   1.6MPa

5.4.7 氮气分析仪

作用：监测产品氮气纯度，并输出信号给电控系统，以判断氮气纯度是否合格，氮气不合格时电控系统发出声光报警。

型    号：    EN-550

测量范围：    0.1PPm～25%

输出信号：    4～20mA

样气流量：    200～800ml/min

响应时间      ＜20s

电    源：    220V±10%AC

频    率：    50Hz±1%

环境温度：     0～40℃

5.5、电气控制系统(电气原理图见附图2)

5.5.1 电控制系统：包括可编程序控制器PLC、电磁阀、指示灯、蜂鸣器、按钮、触摸屏等。作用是控制设备启停，显示设备运行状态。

5.5.1.1 可编程控制器PLC

作用: 按编制程序运行，控制电磁阀的得失电，通过气控系统控制气动阀的开和关。

主要技术参数：

型   号：          CPU224

输入电压：         24V/DC

输出电压：         24V/DC

输入点数：         14个

输出点数：         10个

5.5.1.2 电磁阀

作用：得电与失电时气路切换，控制气动阀开和关。

主要技术参数：

型   号：        4V310-10/DC24V

电源电压：       24VDC 

绝缘等级：       F级

耗电量：         3W 

操作压力：       0.15～0.8MPa

最高操作频率：    5次/秒 

反应时间：       ≤0.05s

5.5.1.3 指示灯

作用：显示设备正常运行状态、故障状态和阀门状态。

5.5.1.4 按钮

作用：电源开关、启停开关。

5.5.2 气控制系统：主要由气源二联件、球阀、紫铜管等组成。 作用是给驱动气动阀开关时提供气源。

5.5.2.1 气源二联件

作用: 给驱动气动阀开关时提供一定压力、流量、无尘、润滑的仪表气源。

主要技术参数： 

型    号：        TC5010-06

调压范围：         0.05～1.0MPa

使用温度范围:      5～60℃

过滤精度：            5μm

5.5.2.2 球阀

作用：仪表气路开关阀。

主要技术参数：

型   号：          Q11F-16P DN20

最高工作压力：     1.6MPa

6．安全、安装及储运：

6.1、安全事项

6.1.1操作人员在上岗前必须经过安全教育和操作方法的学习和实习，掌握制氮设备的操作方法后方可上岗工作。

6.1.2 操作人员必须严格按照使用说明书的规定进行操作。

6.1.3 设备在卸压之前，不得进行任何与压力有关的维修工作。

6.1.4每套设备出厂前均调试合格，并附有合格证，但并不能完全预防运输及装卸过程中发生的损害，故首次开机前应仔细检查系统的各个方面，以防故障发生。

6.1.5氮气虽然无毒性，对人体呼吸无害，但也不能维持生命，若长时间大量吸入肺部会引起气闭式假死状态，损伤智力。

6.1.6工作人员须熟知空气中氧气浓度低于18%时，则有缺氧症发生，若低于10%时会导致手足麻痺，如果低至7%上下时，会发生严重意识不明，甚至死亡。

6.1.7在缺氧场所作业时（如进入吸附塔内部进行检修时），应适当进行换气，换气方式分为自然通风和强制通风两种，以保持作业场所的空气正常含氧量在18%～21% 之间。

6.2、使用安装技术条件

6.2.1制氮设备室内应保持通风，气源应保证干净、无污染、无腐蚀性介质。

6.2.2 制氮设备与空压机的安装应注意采取措施防止制氮设备消声器放空富氧气体重吸入空压机。

6.2.3 制氮设备只须水平放置在平整基础上，无需地脚螺栓固定。

6.2.4 制氮设备与建筑墙体、其它设备之间的距离应大于800mm。

6.2.5 在固定端未被可靠固定情况下，严禁在设备间接管。

6.2.6 排污口排放的污染物应排出室外，以免污染现场。

6.2.7 严格按照铭牌上标示的电压、频率配置电源，电压波动范围不得超过额定电压的±10%，电源进线导线截面应按额定容量选配。

6.2.8 制氮设备外形尺寸图见附图3，制氮设备平面图见附图4。

6.3、储运贮存条件

6.3.1起吊设备进行装车或卸车时，严禁在起重物下站人。

6.3.2制氮设备在运输过程中应防倒置、防碰撞、防雨淋、防剧烈震动、空气净化组件和氧氮分离组件不能超过与垂直线10。的倾斜。

6.3.3制氮机应存放在干燥、清洁、通风良好、周围无腐蚀性物质的库房内。对于短期露天存放和运输时应加盖雨布，且设备不应与地面直接接触。

6.3.4设备长期不用或者停机时应关闭好阀门。

7、设备操作：

7.1、设备开、停机时手动阀门状态表（阀号请参阅工艺流程图）

7.1.1 开机时手动阀门状态表：

7.2.1开机时气动阀动作时序表：

7.2.2 停机时所有气动阀门均处于关闭状态。

7.3、正常运行时本机的仪表读数（仪表号请参阅工艺流程图）

7.4.1碳位报警：

设备在长期使用中,吸附塔内分子筛有一定下沉，在压紧气缸的同步压紧作用下可保证分子筛不粉化,当气缸行程达到了第一次报警位置处，控制系统发出间断声光报警(7秒钟间隔)，提示用户应尽快添加分子筛，制氮设备仍可继续运行,声光报警同时存在；如用户继续使用设备，分子筛继续下沉到一定程度，气缸行程达到了第二次报警位置处，制氮机将自动卸压后停机，同时控制系统发出连续声光报警。此时应立即添加分子筛，否则控制系统拒绝工作。

7.4.2产品氮纯度报警：

若产品气达不到纯度要求时，控制系统将发出间断声光报警（1秒钟间隔），通过不合格氮排空装置手动放空，若不合格气体连续排空时间超过1小时，则说明设备运行异常，不能制得合格氮气。控制系统自动卸压后停机，并发出间断声光报警(4秒钟间隔)。这时应检查制氮设备查找原因。

注：在设备运行过程中发生产品氮气纯度报警时，用户可先降低产氮量保证用气，再作检查制氮设备查找原因。

7.5、开机操作

7.5.1开机前准备：

7.5.1.1所有的阀门应处于正确的开／关位置(具体参见停机时手动和气动阀门状态表)。

7.5.1.2 检查各配套设备是否处于正常状态。(具体参照配套设备说明书)。

7.5.1.3 电源是否在正常范围以内。

7.5.2开机步骤

7.5.2.1 开启电控柜的电源开关。

7.5.2.2 开启冷冻干燥机，预冷3～5分钟。                  

7.5.2.3 供气:打开空压机或气源向整机供气。

7.5.2.4 开启球阀HV1。

7.5.2.5开启球阀BV3、BV6排污后关闭；BV8、BV11、BV12定期排污（每月1次）。

7.5.2.6 开启球阀BV9，仪表气支路供气（第一次开机时）。 

7.5.2.7 调节气源二联件中的调压阀，使仪表气压力P2在0.3～0.5MPa范围内。    

7.5.2.8按照《氮气分析仪说明书》设定氮气分析仪氧含量的上限值为0.1%。              

7.5.2.9开启电控柜的运行开关，控制系统启动，电磁阀按预定程序动作，气动阀也对应动作，制氮机进入运行过程。

7.5.2.10缓慢打开球阀HV2，使吸附塔压力表P3或P4读数达到设定值。

7.5.2.11氧氮分离系统工作2～3个循环周期后，打开节流阀LV1到记录开度，输出氮气到氮气缓冲罐；  

7.5.2.12调节调压阀TV3，使氮气缓冲罐出口氮气压力P9读数达到设定值。

7.5.2.13打开针形阀LV3，使氮气流量为200～800ml/min，氮气分析仪进入工作状态。

7.5.2.14缓慢开启节流阀LV4使流量计读数达到本机设定值。

7.6、停机操作

7.6.1关闭节流阀LV4,停止供氮。

7.6.2关闭碟阀HV2，节流阀LV2，并记录阀门LV2，开度以备下次开机。

7.6.3等吸附塔压力降为小于0.02MPa时关闭电控柜的运行开关，“PC”机停止工

作。 

7.6.4关闭电控柜的电源开关，关闭针形阀LV3 , 氮气分析仪停止工作。

7.6.5关闭冷冻干燥机。

7.6.6关闭空压机或气源。

7.6.7关闭球阀HV1。

7.6.8切断电源。

   结束，等待下一次开机

7.7、瞬时断电重启动操作

调节流量调节阀LV4，使产品氮气流量计FL 读数达到设定值的一半，再缓慢调节流量调节阀（约每2min开1/8圈），使产品氮气流量计FL读数达到设定值。

7.8、操作注意事项

7.8.1吸附塔、缓冲罐、除油器、空气储罐均属Ⅰ类压力容器，应根据国家有关规定，定期加以检查。并接受当地锅检所的监督检查。

7.8.2在检修设备时，一定要将仪表气路和各管路的压力降为零后才能拆卸各元件。

7.8.3开流量调节阀时务必缓慢，否则，气体流速过快会损坏流量计。

7.8.4详细阅读冷干机、过滤器、流量计、氮气分析仪、调节阀、调压阀等配套设备和仪器的使用说明书，正确使用，严格按照使用说明书的要求进行维护保养。应清楚有关注意事项。

7.8.5本机运行期间须有人值班，每半小时检查一遍仪表读数是否正常，有无报警现象，并做好日志记录。若有报警，必须及时检修。

8、设备维护

8.1、设备维护要求

8.1.1碳分子筛是制氮设备的核心，为防止污染而失效，必须严格控制空压机排气含油量,并定期更换过滤器滤芯和除油器内活性炭。

8.1.2定期检查压紧气缸压力表，若无压力或脱附过程压力下降时则说明气缸不能正常压紧碳分子筛，应及时排除故障，以防止碳分子筛未被压紧而窜动造成分子筛粉化。分子筛间隙重组或正常损耗发生碳位报警时，应及时停机添加碳分子筛。

8.1.3正在运行过程中，如发现消声器放空口有大量黑色粉尘喷出时，应及时停机查找原因，避免碳分子筛粉化加剧。

8.1.4碳分子筛的储存、运输及装卸均不会对人体有害，填充碳分子筛时可戴护目镜、呼吸过滤器及用抽气扇，填充后应以肥皂洗净皮肤接触处。

8.1.5发生氮气纯度报警、碳位报警和吸附压力下降等故障时应及时查找原因并排除故障。

8.1.6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；经常检查气动阀、冷冻干燥机的运行状态是否正常。

8.1.7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，以此来保证设备始终处于待机状态。

8.1.8参照过滤器、冷冻干燥机、压紧气缸、管道式气动阀、手动阀、流量计、氮气分析仪、电磁阀、调节阀、压力容器等使用说明书或文件定期进行维护。

8.2、日常设备维护表

对下列项目，在正常情况下，每天至少检查一次，并按下表的要求检查，检查情况和处理结果做好记录。

10、易损件、易耗件使用寿命参考表