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        移動式膜分離制氮

        更新時間:2018/12/24 11:44:45

        膜分離原理、系統的工藝流程及性能指標

        1、膜分離原理

        通常一切氣體均可以滲透通過高分子膜,其過程是氣體分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側表面,然后借助于濃度梯度在膜中擴散,最后從膜的低壓側解析出來,其結果是小分子和極性較強的分子(如水汽、氧氣、二氧化碳等)的通過速度較快,在膜的滲透側被富集;而大分子和極性較弱的分子(如氮氣、氬氣等)的通過速度較慢,被滯留在膜的滯留側被富集從而達到混合氣體分離的目的。膜分離就是利用各種氣體在高分子膜上的滲透速率的不同,來進行氣體分離的,其分離推動力為氣體在膜兩側的分壓差,所以膜法氣體分離沒有相變、不需要再生,它具有設備簡單、操作及維護費用低等優點。



        一根膜分離器(組件)是由成千上萬根中空纖維分離膜集裝在一個外殼內,其結構類似于列管式換熱器,它可以在最小的空間里提供最大的分離膜表面積,所以膜分離系統具有占地面積小、重量輕、分離效率高等優點。



        2、制氮系統的工藝流程:

        膜分離制氮裝置的工藝過程示意簡圖如下:



        生產過程概述:

        空氣經壓縮機壓縮、風冷后冷卻器冷卻以2.2MPa的壓力進入氣液分離器、精密過濾器、冷凍式干燥機除去壓縮空氣中的液體、油霧,再經過一級超精密過濾器和一級活性炭過濾器的過濾,脫除顆粒及油霧,可以將壓縮空氣中的含油量降低到0.01ppm以下、并可以過濾除去直徑大于0.01mm的所有固體顆粒;并經過加熱器升溫,以不低于2.1MPa壓力、空氣溫度不低于50℃進入膜分離器系統進行分離。壓縮空氣經膜分離后得到壓力低于進氣壓力的氮氣,氮氣純度達到95%(氮氣的濃度最高可以達到99.9%),氮氣的露點可以達到-40℃以下。

        3、裝置中各組成部件性能指標:

        ● 冷凍式干燥機

        根據冷凍除濕原理,壓縮空氣在換熱器中和制冷劑進行熱交換,空氣中的水分冷卻后再次發生冷凝,從而將其中所含的大部分水蒸汽、油霧冷凝成液滴,由自動排水閥排出。

        空氣過濾器:

        額定壓力:2.4MPa

        過濾壓降:≤0.25psi

        ● 顆粒過濾器

        裝有1μm的濾芯,去除1 micron的粒子,包括凝聚的液體水和油,將油霧含量降至0.6mg/Nm3(21℃時)。過濾效率99.925%

        ● 油霧過濾器

        裝有0.01μm的濾芯,去除0.01 micron的粒子以及水霧和油霧,將油霧含量降至0.01mg/Nm3(21℃時)。過濾效率99.999%

        ● 活性炭過濾器

        除掉氣源中的重烴,使油蒸汽含量最大不超過0.003mg/Nm3(21℃時)。

        壓縮空氣經過上述凈化過濾處理后需達到如下要求:

        ● 最大油含量@21℃:<0.01mg/Nm3;

        ● 固體顆粒去除精度:<0.01μm;

        空氣過濾系統配置:

        ● 過濾器有差壓就地顯示和壓差遠程監視,自動報警、停機聯鎖裝置。

        ● 電子定時排放閥,加電伴熱

        ● 手動排放閥

        4、膜分離制氮系統

        設計條件:入膜組壓力2.1 MPaG  入膜組溫度 50℃

        控制方式:         就地/自動控制(PID)

        采用整體保溫并加電伴熱帶,以保證膜系統在低溫下正常、高效的工作。

        數據來源:參見UBE NM-510HP膜組數據表

        5、膜組裝置的框架

        采用包括支架在內的耐用鋼結構裝置。

        備有地腳螺栓便于安裝及校平。

        全部采用不銹鋼管及管件以提高系統的耐用性和耐腐蝕性,保證系統壽命。

        所有電器均使用安裝在鋼性導管中的標準電纜連接。

        表面保護:帶環氧樹脂底漆的聚氨酯涂層以滿足油田工業環境。

        6、控制系統

        膜分離制氮設備采用PLC可編程控制器+觸摸屏工作界面的自動控制系統,由采樣監測、純度控制、溫度控制、流量檢測及系統保護等裝置組成??刂葡到y具有工作可靠、結構簡單、維護方便的特點。

        控制系統可以監控和記錄的內容包括:系統啟、停機;氮氣純度、壓力、瞬時流量、累積流量、膜制氮系統運行參數、過濾器工況及報警;膜系統操作溫度異常自動報警保護;氧含量超標報警與排放自動切換;流量和純度在線參數監視和自動設定。

        1)配備觸摸屏,顯示直觀、簡單,可顯示流程、主要參數趨勢圖,具有報警記錄等功能;

        2)設有溫度控制系統,保證膜管入口溫度恒定。當溫度超過設定值時,自動切斷加熱器,并關閉膜管入口氣動閥,保護膜管;

        3)設有安全聯鎖裝置,當系統運轉但無空氣進入系統或空氣壓力小于一定值時,加熱器自動關閉,保護膜組和加熱器。

        4)系統設置有空氣切斷閥,當系統發生故障時可自動切斷空氣進入膜組,停機保護。

        5)入口空氣閥可控制溫度超標的壓縮空氣進入膜分離器,保護膜分離器不會受到污染和損壞。

        6)純度調節控制系統:

        A、監控氧分析儀,確保產品氮氣中氧含量實際顯示??蓽y定氧含量范圍0.1%~25%,精度可達到滿刻度±0.2%。

        B、設置有產品氣純度調節閥,使產品氮氣純度在95%~99.9%連續可調;

        C、設置有自動排空閥,當產品氣純度超出設定值后可將不合格氣體自動排向大氣。

        7)自動放空和背壓裝置:采用獨特、先進的背壓系統,確保膜分離制氮裝置在高壓工作條件下,氮氣純度與氮氣流量的穩定一致,不會因氮氣壓力升高而產生純度與流量的變化。

        8)系統預留通訊接口,可以方面與用戶的中央控制系統進行對接,方便對設備進行集中管理。

        9)PLC 設有運行計時器,可提醒用戶定時進行設備檢查、更換過濾器濾芯等。

        10)不合格氮氣自動排放系統排放口裝有消音器,朝向撬裝箱體頂部。

        11)過濾器具有自動排污功能。

        12)監控系統軟件具有靈活、易于學習和操作的特點,有良好的人-機界面。

        13)監控系統具有數據采集、各單元之間數據傳輸、數據顯示、機組流程圖、實時趨勢畫面、歷史數據存儲與顯示、數據上傳、數據存取、報表打印、報警顯示、氮氣純度調節、氮氣流量控制等功能,并可實現緊急停車。提供操作幫助信息,與報警信號結合,提供操作指導信息,便于及時準確地處理故障。

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