CN113336200A - 膜制氮装置及其自动控制方法和制氮车 - Google Patents

Abstract

一种膜制氮装置及其自动控制方法和制氮车。在该膜制氮装置中，氮气分离组件包括氮气分离膜、进气管道和输出管道；空压机向进气管道提供压缩含氮气体；发动机与空压机相连，以驱动空压机；加热组件位于空压机和进气管道之间，并对进入进气管道的压缩含氮气体进行加热。发动机包括冷却系统，加热组件包括热交换器和冷却液调节阀；热交换器与冷却系统相连并利用冷却系统中的冷却液对压缩含氮气体进行加热，冷却液调节阀被配置为调节进入热交换器中的冷却液的流量。由此，该膜制氮装置可利用发动机的废热来对压缩含氮气体进行加热，并且还可通过冷却液调节阀调节该压缩含氮气体的温度，从而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。

Description

膜制氮装置及其自动控制方法和制氮车

技术领域

本公开的实施例涉及一种膜制氮装置及其自动控制方法和制氮车。

背景技术

在石油和天然气开采领域，向油层注入氮气以提高原油采收率是一种重要的新技术。该技术利用氮气自身特性进行油层压力保持、混相与非混相驱及重力泄油等技术，可大大提高采收率。另外，由于空气中就含有大量的氮气(氮气的体积分数为78％)，相对于其他气体，向油层注入氮气具有无腐蚀、适应性好、经济等优点。

氮气的制备方法主要可分为：深冷分离法、变压吸附法和膜分离法。深冷分离法是通过对空气进行压缩、净化、制冷以使空气液化成为液态空气，然后利用液氧和液氮的沸点不同，通过精馏，使它们分离来获得氮气；变压吸附法是以压缩空气为原料，并利用氧和氮在吸附剂(例如碳分子筛)上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差异及吸附剂对氧和氮随压力不同具有不同的吸附容量的特性来实现氧、氮分离，从而获得氮气；而膜分离法是利用薄膜对气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的，从而获得氮气。

发明内容

本公开实施例提供一种膜制氮装置及其自动控制方法和制氮车。该膜制氮装置可通过利用发动机的冷却系统中的冷却液来对压缩含氮气体进行加热，并且还可通过冷却液调节阀调节进入热交换器中的冷却液的流量来调节该压缩含氮气体的温度，从而可保证进入氮气分离组件中的压缩含氮气体保持最佳温度，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。另外，该膜制氮装置利用发动机的冷却系统中的冷却液的废热来进行加热；一方面，该膜制氮装置达到了节能、环保的目的；另一方面，该膜制氮装置无需设置额外的加热器(例如电加热器)，从而大大降低了成本。并且，由于该制氮装置也无需外接电网来为加热器提供能源，而是直接利用发动机的冷却系统中的冷却液的废热来进行加热，从而还可大大延伸该膜制氮装置的应用场景，特别是利于野外的石油、天然气开采作业。

本公开至少一个实施例还提供一种膜制氮装置，其包括：氮气分离组件，包括氮气分离膜、进气管道和输出管道，所述进气管道位于所述氮气分离膜的第一侧，所述输出管道位于所述氮气分离膜的第二侧；空压机，被配置为向所述进气管道提供压缩含氮气体；发动机，与所述空压机相连，并被配置为驱动所述空压机；以及加热组件，位于所述空压机与所述进气管道之间，并被配置为对进入所述进气管道的所述压缩含氮气体进行加热；所述发动机包括冷却系统，所述加热组件包括热交换器和冷却液调节阀，所述热交换器与所述冷却系统相连并被配置为利用所述冷却系统中的冷却液对所述压缩含氮气体进行加热，所述冷却液调节阀被配置为调节进入所述热交换器中的所述冷却液的流量。

例如，本公开一实施例提供的膜制氮装置还包括：温度传感器，位于所述加热组件和所述氮气分离膜之间；氮气纯度检测仪，被配置为检测所述输出管道中的氮气纯度；以及控制组件，分别与所述温度传感器和所述氮气纯度检测仪通信相连，并被配置为根据所述氮气纯度检测仪检测到的氮气浓度值和所述温度传感器检测到的温度值控制所述冷却液调节阀的开度。

例如，本公开一实施例提供的膜制氮装置还包括：流量调节阀，位于所述输出管道上，并被配置为调节输出流量；压力传感器，位于所述加热组件和所述氮气分离膜之间；所述控制组件还与所述压力传感器通信相连，并被配置为根据所述氮气纯度检测仪检测到的氮气浓度值和所述压力传感器检测到的压力值控制所述流量调节阀的开度。

例如，在本公开一实施例提供的膜制氮装置中，所述氮气纯度检测仪包括氧浓度传感器。

例如，本公开一实施例提供的膜制氮装置还包括：预处理组件，位于所述空压机和所述加热组件之间，被配置为对所述压缩含氮气体进行过滤处理和除湿处理中的至少一种。

本公开至少一个实施例还提供一种膜制氮装置的自动控制方法，其包括：利用所述空压机向所述氮气分离组件的所述进气管道提供压缩含氮气体；检测所述压缩含氮气体的实时温度；判断所述压缩含氮气体的所述实时温度是否位于预设温度阈值的范围之内；若所述实时温度位于所述预设温度阈值的范围之内，则判断温度正常，若所述实时温度不位于所述预设温度阈值的范围之内，则计算所述实时温度与预设温度阈值的温度差异值；以及若所述温度差异值大于零，下调所述冷却液调节阀的开度，若所述温度差异值小于零，上调所述冷却液调节阀的开度，所述冷却液的温度高于进入所述加热组件的所述压缩含氮气体的温度。

例如，本公开一实施例提供的自动控制方法还包括：判断所述温度差异值的绝对值是否小于可控温差值；以及若所述温度差异值的绝对值大于所述可控温差值，停止向所述进气管道提供所述压缩含氮气体。

例如，本公开一实施例提供的自动控制方法还包括：检测所述氮气分离组件的所述输出管道输出的氮气浓度；周期性记录所述氮气浓度与当时所述进气管道通入的所述压缩含氮气体的所述实时温度，并生成纯度统计表；从所述纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时温度值；将所述目标纯度范围对应的所有实时温度值作加权平均运算，获得均值温度值；以及将所述均值温度值与温度误差值之和生成所述预设温度阈值。

例如，在本公开一实施例提供的自动控制方法中，所述目标纯度范围包括所述纯度统计表中的纯度最高值。

例如，本公开一实施例提供的自动控制方法还包括：检测所述压缩含氮气体的实时压力；判断所述压缩含氮气体的所述实时压力是否位于预设压力阈值的范围之内；若所述实时压力位于所述预设压力阈值的范围之内，则判断压力正常，若所述实时压力不位于所述预设压力阈值的范围之内，则计算所述实时压力与预设压力阈值的压力差异值；以及若所述压力差异值大于零，上调所述流量调节阀的开度，若所述压力差异值小于零，下调所述流量调节阀的开度。

例如，在本公开一实施例提供的自动控制方法中，若所述压力差异值大于零，上调所述流量调节阀的开度，若所述温度差异值小于零，下调所述流量调节阀的开度包括：若所述压力差异值大于零，判断所述流量调节阀的开度和开度最大限度值的关系，若所述流量调节阀的开度大于开度最大限度值，则停止向所述氮气分离组件的所述进气管道通入所述压缩含氮气体，若所述流量调节阀的开度小于开度最大限度值，上调所述流量调节阀的开度；若所述压力差异值小于零，判断所述流量调节阀的开度和开度最低限度值的关系，若所述流量调节阀的开度小于开度最小限度值，则停止向所述氮气分离组件的所述进气管道通入所述压缩含氮气体，若所述流量调节阀的开度大于开度最大限度值，下调所述流量调节阀的开度。

例如，本公开一实施例提供的自动控制方法还包括：检测所述氮气分离组件的所述输出管道输出的氮气浓度；周期性记录所述氮气浓度与当时所述进气管道通入的所述含氮气体的实时压力值，并生成纯度统计表；从所述纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时压力值；将所述目标纯度范围对应的所有实时压力值作加权平均运算，获得均值压力值；以及将所述均值压力值与压力误差值之和生成所述预设压力阈值。

例如，在本公开一实施例提供的自动控制方法中，所述目标纯度范围包括所述纯度统计表中的纯度最高值。

本公开至少一个实施例还提供一种制氮车，包括上述任一项的膜制氮装置。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为本公开一实施例提供的一种膜制氮装置的示意图；

图2为本公开一实施例提供的一种膜制氮装置的自动控制方法；以及

图3为本公开一实施例提供的一种制氮车的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

含两种或两种以上的气体的混合气体(例如空气)通过高分子膜时，由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数的差异而导致不同种的气体在膜中相对渗透速率不同。根据这一特性可将各种气体分为“快气”和“慢气”。当混合气体在膜两侧压力差作用下渗透速率相对快的气体如水、氧气等迅速透过中空纤维膜壁而被放掉，而渗透速率较慢的气体如氮气、氩气等被滞留在空纤维内而被富集，从而可得到较高纯度的氮气。

在上述的膜制氮过程中，对分离出的氮气的纯度的影响因素有很多，其中影响较大的因素包括压缩空气进膜前的压力和温度；通过对压缩空气进膜前的压力和温度进行控制可提高氮气的产量和纯度。

对此，本公开实施例提供一种膜制氮装置及其自动控制方法。该膜制氮装置包括氮气分离组件、空压机、发动机和加热组件；氮气分离组件包括氮气分离膜、进气管道和输出管道；空压机被配置为向进气管道提供压缩含氮气体；发动机与空压机相连，被配置为驱动空压机；加热组件位于空压机和进气管道之间，并被配置为对进入进气管道的压缩含氮气体进行加热。发动机包括冷却系统，加热组件包括热交换器和冷却液调节阀；热交换器与冷却系统相连并被配置为利用冷却系统中的冷却液对压缩含氮气体进行加热，冷却液调节阀被配置为调节进入热交换器中的冷却液的流量。由此，该膜制氮装置可通过利用发动机的冷却系统中的冷却液的废热来对压缩含氮气体进行加热，并且还可通过冷却液调节阀调节进入热交换器中的冷却液的流量来调节该压缩含氮气体的温度，从而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。另外，该膜制氮装置还达到了节能、环保的目的，并大大降低了成本。

下面，结合附图对本公开实施例提供的一种膜制氮装置及其自动控制方法和制氮车进行详细的介绍。

本公开一实施例提供一种膜制氮装置。图1为本公开一实施例提供的一种膜制氮装置的示意图。该膜制氮装置100包括氮气分离组件110、空压机120、发动机130和加热组件140。氮气分离组件110包括氮气分离膜112、进气管道114和输出管道116，进气管道114被配置为通入含氮气体，含氮气体中的氮气和其他组分在氮气分离膜112的相对渗透率不同，从而在通过氮气分离膜112之后得到高纯度的氮气，并从输出管道116输出。需要说明的是，上述的氮气不限定为100％纯度的氮气，还包括氮气纯度大于90％的气体。

如图1所示，空压机120被配置为向进气管道114提供压缩含氮气体，例如可将空气进行压缩，以形成压缩空气，并向进气管道114提供该压缩空气。发动机130与空压机120相连，被配置为驱动空压机120进行工作；加热组件140位于空压机120和进气管道114之间，并被配置为对进入进气管道114的压缩含氮气体进行加热。发动机130包括冷却系统132，加热组件140包括热交换器142和冷却液调节阀144；热交换器142与冷却系统132相连并被配置为利用冷却系统132中的冷却液对压缩含氮气体进行加热，冷却液调节阀144被配置为调节进入热交换器142中的冷却液的流量。

在本公开实施例提供的膜制氮装置中，加热组件140中的热交换器142与发动机130的冷却系统132相连并被配置为利用冷却系统132中的冷却液对压缩含氮气体进行加热，冷却液调节阀144被配置为调节进入热交换器142中的冷却液的流量。由此，该膜制氮装置可通过利用发动机130的冷却系统132中的冷却液来对压缩含氮气体进行加热，并且还可通过冷却液调节阀调节进入热交换器142中的冷却液的流量来调节该压缩含氮气体的温度，从而可保证进入氮气分离组件110中的压缩含氮气体保持最佳温度，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。需要说明的是，上述的冷却液在对发动机进行冷却之后，会吸收发动机产生的热量，因此其温度高于压缩含氮气体的温度，因而可用于进行加热。

另外，该膜制氮装置利用发动机130的冷却系统132中的冷却液的废热来进行加热；一方面，该膜制氮装置达到了节能、环保的目的；另一方面，该膜制氮装置无需设置额外的加热器(例如电加热器)，从而大大降低了成本。并且，由于该制氮装置也无需外接电网来为加热器提供能源，而是直接利用发动机的冷却系统中的冷却液的废热来进行加热，从而还可大大延伸该膜制氮装置的应用场景，特别是利于野外的石油、天然气开采作业。

在一些示例中，如图1所示，进气管道114位于氮气分离膜112的第一侧，输出管道116位于氮气分离膜112的第二侧，上述的第一侧和第二侧为氮气分离膜112相对的两侧。需要说明的是，上述的第一侧和第二侧可为同侧；上述的氮气分离膜可包括单个氮气分离膜，可包括多个氮气分离膜组成的复合膜。

在一些示例中，如图1所示，该膜制氮装置还包括温度传感器150、氮气纯度检测仪160和控制组件170；温度传感器150位于加热组件140和氮气分离膜112之间，并被配置为检测压缩含氮气体的温度；氮气纯度检测仪160被配置为检测输出管道116中的氮气纯度；控制组件170分别与温度传感器150和氮气纯度检测仪160通信相连，并被配置为根据氮气纯度检测仪160检测到的氮气浓度值和温度传感器150检测到的温度值控制冷却液调节阀144的开度，从而可保证进入氮气分离组件110中的压缩含氮气体保持最佳温度，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。

在一些示例中，控制组件170可判断温度差传感器150检测的压缩含氮气体的实时温度是否位于预设温度阈值的范围之内；若实时温度位于预设温度阈值的范围之内，则判断温度正常，此时不对冷却调节阀进行操作；若实时温度不位于预设温度阈值的范围之内，则计算实时温度与预设温度阈值的温度差异值；然后，控制组件170可在温度差异值大于零时，控制并且下调冷却液调节阀的开度，在温度差异值小于零，控制并且上调冷却液调节阀的开度。由此，控制组件170可保证实际温度位于预设温度阈值的范围之内，从而保证进入氮气分离组件中的压缩含氮气体保持最佳温度，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。需要说明的是，上述的预设温度阈值根据所需要的氮气纯度和该膜制氮装置的特性进行确定。

在一些示例中，控制组件170可周期性记录氮气纯度检测仪160检测的氮气浓度与当时进气管道通入的压缩含氮气体的实时温度，并生成纯度统计表；从纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时温度值；然后将目标纯度范围对应的所有实时温度值作加权平均运算，获得均值温度值；最后将均值温度值与温度误差值之和生成预设温度阈值。由此，当膜制氮装置工作一段时间之后，其部件可能会产生老化等问题；在这种情况下，控制组件179仍然可以根据膜制氮装置当前的状态确定出适应于当前状态的预设温度阈值，从而可在该膜制氮装置的长期运行过程中保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。

在一些示例中，控制组件170可包括计算器171、存储器172和存储在存储器中的计算器程序；此时，计算器可通过读取和执行该计算机程序来实现上述的控制方法。

在一些示例中，控制组件170还可包括通讯模块173，用于与温度传感器150和氮气纯度检测仪160进行通讯。当然，上述的通讯模块可包括有线式的通讯模块，也可包括无线式的通讯模块。

例如，温度传感器150可设置在进气管道114上。当然，本公开实施例包括但不限于此，温度传感器也可设置在其他合适的位置。

在一些示例中，如图1所示，该膜制氮装置还包括流量调节阀180和压力传感器190；流量调节阀180位于输出管道116上并被配置为调节输出流量；压力传感器190位于加热组件140和氮气分离膜112之间，并被配置为检测压缩含氮气体的压力。控制组件170还与压力传感器190通信相连，并被配置为根据氮气纯度检测仪160检测到的氮气浓度值和压力传感器190检测到的压力值控制流量调节阀180的开度。需要说明的是，控制流量调节阀的开度可调节氮气分离膜的第二侧的压力，从而可调节氮气分离膜第一侧的压力，即压缩含氮气体的压力。

在一些示例中，控制组件170可判断压力传感器190检测的压缩含氮气体的实时压力是否位于预设压力阈值的范围之内；若实时压力位于预设压力阈值的范围之内，则判断压力正常，若实时压力不位于预设压力阈值的范围之内，则计算实时压力与预设压力阈值的压力差异值；若压力差异值大于零，上调流量调节阀的开度，若压力差异值小于零，下调流量调节阀的开度。由此，控制组件170可保证实际压力位于预设压力阈值的范围之内，从而保证进入氮气分离组件中的压缩含氮气体保持最佳压力，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。需要说明的是，上述的预设压力阈值根据所需要的氮气纯度和该膜制氮装置的特性进行确定。

在一些示例中，控制组件170周期性记录氮气浓度与当时进气管道通入的含氮气体的实时压力值，并生成纯度统计表；从纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时压力值；将目标纯度范围对应的所有实时压力值作加权平均运算，获得均值压力值；然后将均值压力值与压力误差值之和生成预设压力阈值。由此，当膜制氮装置工作一段时间之后，其部件可能会产生老化等问题；在这种情况下，控制组件179仍然可以根据膜制氮装置当前的状态确定出适应于当前状态的预设压力阈值，从而可在该膜制氮装置的长期运行过程中保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。

在一些示例中，氮气纯度检测仪160包括氧浓度传感器。当上述的压缩含氮气体为压缩空气时，由于压缩空气中主要的组分是氮气和氧气，因此可通过氧气浓度传感器检测氮气纯度。

在一些示例中，如图1所示，该膜制氮装置还包括预处理组件125，预处理组件125位于空压机120和加热组件140之间，被配置为对压缩含氮气体进行过滤处理和除湿处理中至少一种。

例如，预处理组件包括过滤组件和除湿组件中的至少之一；发动机包括柴油发动机。当然，本公开实施例包括但不限于此，预处理组件也可包括其他类型的组件，发动机也可采用其他类型的发动机。

本公开一实施例还提供一种膜制氮装置的自动控制方法。图2为本公开一实施例提供的一种膜制氮装置的自动控制方法的示意图。如图2所示，该膜制氮装置的自动控制方法包括以下步骤S101-S105。

步骤S101：利用空压机向氮气分离组件的进气管道提供压缩含氮气体。

例如，可通过发动机(例如柴油发动机)驱动空压机工作，以向氮气分离组件的进气管道提供压缩含氮气体(例如空气)。

步骤S102：检测压缩含氮气体的实时温度。

例如，可通过温度传感器检测压缩含氮气体的实时温度；温度传感器可为接触式的温度传感器，也可为非接触式的温度传感器。

步骤S103：判断压缩含氮气体的实时温度是否位于预设温度阈值的范围之内。

步骤S104：若实时温度位于预设温度阈值的范围之内，则判断温度正常，此时不对冷却调节阀进行操作；若实时温度不位于预设温度阈值的范围之内，则计算实时温度与预设温度阈值的温度差异值。

需要说明的是，上述的实时温度与预设温度阈值的温度差异值是通过将实时温度的值减去预设温度阈值的值得到的。

步骤S105：若温度差异值大于零，下调冷却液调节阀的开度，若温度差异值小于零，上调冷却液调节阀的开度，冷却液的温度高于进入加热组件的压缩含氮气体的温度。

在本公开实施例提供的膜制氮装置的自动控制方法中，通过检测压缩含氮气体的实时温度，并判断压缩含氮气体的实时温度是否位于预设温度阈值的范围之内，计算实时温度与预设温度阈值的温度差异值，并通过温度差异值调节冷却液调节阀的开度，从而可使得实际温度保持在预设温度阈值之内，以保证进入氮气分离组件中的压缩含氮气体保持最佳温度，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。需要说明的是，上述的预设温度阈值根据所需要的氮气纯度和该膜制氮装置的特性进行确定。

在一些示例中，上述的膜制氮装置的自动控制方法还可包括：判断温度差异值的绝对值是否小于可控温差值；以及若温度差异值的绝对值大于可控温差值，停止向进气管道提供压缩含氮气体。由此，该自动控制方法可在温度失控的时候，及时停止向进气管道提供压缩含氮气体，以避免危险发生。需要说明的是，上述的停止向进气管道提供压缩含氮气体可通过关闭空压机或者电动机来实现；当然，本公开实施例包括但不限于此，也可采用其他方式停止向进气管道提供压缩含氮气体。例如，通过关闭阀门或者将压缩含氮气体导向旁路管道等方式来停止向进气管道提供压缩含氮气体。

在一些示例中，上述的膜制氮装置的自动控制方法还可包括：检测氮气分离组件的输出管道输出的氮气浓度，例如可通过上述的氮气纯度检测仪进行检测；周期性记录氮气浓度与当时进气管道通入的压缩含氮气体的实时温度，并生成纯度统计表；从纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时温度值；以及将目标纯度范围对应的所有实时温度值作加权平均运算，获得均值温度值；以及将均值温度值与温度误差值之和生成预设温度阈值。由此，该自动控制方法可在实际运行中生成纯度统计表，然后根据实际运行产生的纯度统计表来确定预设温度阈值，从而使得产生的预设温度阈值更加可靠。另外，当膜制氮装置工作一段时间之后，其部件可能会产生老化等问题；在这种情况下，该自动控制方法仍然可以根据膜制氮装置当前的状态确定出适应于当前状态的预设温度阈值，从而可在该膜制氮装置的长期运行过程中保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。

需要说明的是，上述的目标纯度范围可根据实际需要进行设置；例如，目标纯度范围包括纯度统计表中的纯度最高值。

在一些示例中，上述的膜制氮装置的自动控制方法还包括：检测压缩含氮气体的实时压力；判断压缩含氮气体的实时压力是否位于预设压力阈值的范围之内；若实时压力位于预设压力阈值的范围之内，则判断压力正常，若实时压力不位于预设压力阈值的范围之内，则计算实时压力与预设压力阈值的压力差异值；以及若压力差异值大于零，上调流量调节阀的开度，若压力差异值小于零，下调流量调节阀的开度。

该膜制氮装置的自动控制方法通过检测压缩含氮气体的实时压力，并判断压缩含氮气体的实时压力是否位于预设压力阈值的范围之内，计算实时压力与预设压力阈值的压力差异值，并通过压力差异值调节流量调节阀的开度，从而可使得实际压力保持在预设压力阈值之内，以保证进入氮气分离组件中的压缩含氮气体保持最佳压力，进而可保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。另外，如上所述，在膜分离法中，对分离出的氮气的纯度的影响因素是压缩含氮气体进入氮气分离膜之间的压力和温度；因此，该自动控制方法通过对压缩含氮气体进入氮气分离膜之间的压力和温度同时进行控制，可更好地可保证或提高氮气的产量和纯度。需要说明的是，上述的预设压力阈值根据所需要的氮气纯度和该膜制氮装置的特性进行确定。

在一些示例中，若压力差异值大于零，上调流量调节阀的开度，若温度差异值小于零，下调流量调节阀的开度包括：若压力差异值大于零，判断流量调节阀的开度和开度最大限度值的关系，若流量调节阀的开度大于开度最大限度值，则停止向氮气分离组件的进气管道通入压缩含氮气体，若流量调节阀的开度小于开度最大限度值，上调流量调节阀的开度；若压力差异值小于零，判断流量调节阀的开度和开度最低限度值的关系，若流量调节阀的开度小于开度最小限度值，则停止向氮气分离组件的进气管道通入压缩含氮气体，若流量调节阀的开度大于开度最大限度值，下调流量调节阀的开度。由此，该自动控制方法可通过判断流量调节阀的开度与开度最大限度值和开度最小限度值的关系来避免在流量调节阀无法调节的情况下发生危险。

在一些示例中，上述的膜制氮装置的自动控制方法还包括：检测氮气分离组件的输出管道输出的氮气浓度；周期性记录氮气浓度与当时进气管道通入的含氮气体的实时压力值，并生成纯度统计表；从纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时压力值；以及将目标纯度范围对应的所有实时压力值作加权平均运算，获得均值压力值；以及将均值压力值与压力误差值之和生成预设压力阈值。由此，该自动控制方法可在实际运行中生成纯度统计表，然后根据实际运行产生的纯度统计表来确定预设压力阈值，从而使得产生的预设压力阈值更加可靠。另外，当膜制氮装置工作一段时间之后，其部件可能会产生老化等问题；在这种情况下，该自动控制方法仍然可以根据膜制氮装置当前的状态确定出适应于当前状态的预设压力阈值，从而可在该膜制氮装置的长期运行过程中保证或提高该膜制氮装置产出的氮气的纯度。

需要说明的是，上述的目标纯度范围可根据实际需要进行设置；例如，目标纯度范围包括纯度统计表中的纯度最高值。

本公开一实施例还提供一种制氮车。图3为本公开一实施例提供的一种制氮车的示意图。如图3所示，该制氮车300包括上述任一项的膜制氮装置100。该制氮车300具有与上述的膜制氮装置100的有益技术效果对应的技术效果，具体可参见膜制氮装置的相关说明，在此不再赘述。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种膜制氮装置，包括：

氮气分离组件，包括氮气分离膜、进气管道和输出管道，所述进气管道位于所述氮气分离膜的第一侧，所述输出管道位于所述氮气分离膜的第二侧；

空压机，被配置为向所述进气管道提供压缩含氮气体；

发动机，与所述空压机相连，并被配置为驱动所述空压机；以及

加热组件，位于所述空压机与所述进气管道之间，并被配置为对进入所述进气管道的所述压缩含氮气体进行加热；

其中，所述发动机包括冷却系统，所述加热组件包括热交换器和冷却液调节阀，所述热交换器与所述冷却系统相连并被配置为利用所述冷却系统中的冷却液对所述压缩含氮气体进行加热，所述冷却液调节阀被配置为调节进入所述热交换器中的所述冷却液的流量。

2.根据权利要求1所述的膜制氮装置，还包括：

温度传感器，位于所述加热组件和所述氮气分离膜之间；

氮气纯度检测仪，被配置为检测所述输出管道中的氮气纯度；以及

控制组件，分别与所述温度传感器和所述氮气纯度检测仪通信相连，并被配置为根据所述氮气纯度检测仪检测到的氮气浓度值和所述温度传感器检测到的温度值控制所述冷却液调节阀的开度。

3.根据权利要求2所述的膜制氮装置，还包括：

流量调节阀，位于所述输出管道上，并被配置为调节输出流量；

压力传感器，位于所述加热组件和所述氮气分离膜之间；

其中，所述控制组件还与所述压力传感器通信相连，并被配置为根据所述氮气纯度检测仪检测到的氮气浓度值和所述压力传感器检测到的压力值控制所述流量调节阀的开度。

4.根据权利要求2所述的膜制氮装置，其中，所述氮气纯度检测仪包括氧浓度传感器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的膜制氮装置，还包括：

预处理组件，位于所述空压机和所述加热组件之间，被配置为对所述压缩含氮气体进行过滤处理和除湿处理中的至少一种。

6.一种制氮车，包括根据权利要求1-5中任一项所述的膜制氮装置。

7.一种根据权利要求1-5中任一项所述膜制氮装置的自动控制方法，包括：

利用所述空压机向所述氮气分离组件的所述进气管道提供压缩含氮气体；

检测所述压缩含氮气体的实时温度；

判断所述压缩含氮气体的所述实时温度是否位于预设温度阈值的范围之内；

若所述实时温度位于所述预设温度阈值的范围之内，则判断温度正常，若所述实时温度不位于所述预设温度阈值的范围之内，则计算所述实时温度与预设温度阈值的温度差异值；以及

若所述温度差异值大于零，下调所述冷却液调节阀的开度，若所述温度差异值小于零，上调所述冷却液调节阀的开度，

其中，所述冷却液的温度高于进入所述加热组件的所述压缩含氮气体的温度。

8.根据权利要求7所述的自动控制方法，还包括：

判断所述温度差异值的绝对值是否小于可控温差值；以及

若所述温度差异值的绝对值大于所述可控温差值，停止向所述进气管道提供所述压缩含氮气体。

9.根据权利要求7所述的自动控制方法，还包括：

检测所述氮气分离组件的所述输出管道输出的氮气浓度；

周期性记录所述氮气浓度与当时所述进气管道通入的所述压缩含氮气体的所述实时温度，并生成纯度统计表；

从所述纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时温度值；

将所述目标纯度范围对应的所有实时温度值作加权平均运算，获得均值温度值；以及

将所述均值温度值与温度误差值之和生成所述预设温度阈值。

10.根据权利要求9所述自动控制方法，其中，所述目标纯度范围包括所述纯度统计表中的纯度最高值。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的自动控制方法，还包括：

检测所述压缩含氮气体的实时压力；

判断所述压缩含氮气体的所述实时压力是否位于预设压力阈值的范围之内；

若所述实时压力位于所述预设压力阈值的范围之内，则判断压力正常，若所述实时压力不位于所述预设压力阈值的范围之内，则计算所述实时压力与预设压力阈值的压力差异值；以及

若所述压力差异值大于零，上调所述流量调节阀的开度，若所述压力差异值小于零，下调所述流量调节阀的开度。

12.根据权利要求11所述的自动控制方法，其中，若所述压力差异值大于零，上调所述流量调节阀的开度，若所述温度差异值小于零，下调所述流量调节阀的开度包括：

若所述压力差异值大于零，判断所述流量调节阀的开度和开度最大限度值的关系，若所述流量调节阀的开度大于所述开度最大限度值，则停止向所述氮气分离组件的所述进气管道通入所述压缩含氮气体，若所述流量调节阀的开度小于所述开度最大限度值，上调所述流量调节阀的开度；

若所述压力差异值小于零，判断所述流量调节阀的开度和开度最小限度值的关系，若所述流量调节阀的开度小于所述开度最小限度值，则停止向所述氮气分离组件的所述进气管道通入所述压缩含氮气体，若所述流量调节阀的开度大于所述开度最小限度值，下调所述流量调节阀的开度。

13.根据权利要求12所述的自动控制方法，还包括：

检测所述氮气分离组件的所述输出管道输出的氮气浓度；

周期性记录所述氮气浓度与当时所述进气管道通入的所述含氮气体的实时压力值，并生成纯度统计表；

从所述纯度统计表中筛选出目标纯度范围对应的所有实时压力值；

将所述目标纯度范围对应的所有实时压力值作加权平均运算，获得均值压力值；以及

将所述均值压力值与压力误差值之和生成所述预设压力阈值。

14.根据权利要求13所述自动控制方法，其中，所述目标纯度范围包括所述纯度统计表中的纯度最高值。

Images