CN202246066U - 一种便捷轻型膜分离制氮系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组、加热器和膜分离器，所述过滤器组连接空气入口和空气输入压力表，空气输入压力表连接进气控制压力开关和加热器，进气控制压力开关和加热器均连接进气控制电磁阀、测温仪和出气控制压力开关；所述膜分离器组分别连接富氧气体输出口、纯度控制阀和采样控制阀，采样控制阀顺次连接样气减压阀、采样流量计以及相互并联的露点仪和氧分析仪，露点仪、氧分析仪以及纯度控制阀均连接废气排放电磁阀和氮气输出电磁阀。本实用新型的有益效果为：工艺过程简单；易于安装和启动；启动时间短；使用寿命长；具有脱水功能，产品氮气常压露点可达-60℃以下。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种便捷轻型膜分离制氮系统。
背景技术
目前市场上的制氮系统包括深冷空分制氮和分子筛空分制氮，深冷空分制氮是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气，但是深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢，安装要求高、周期较长，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％，其适用于大规模工业制氮，而中、小规模制氮显得不经济。
分子筛空分制氮是以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮，但是其装置体积较大，设备安装周期较长，无法移动，产氮的纯度会随分子筛饱和而降低，需定期进行维护以保证氮气的纯度而更换移动组件和吸附剂，维护费用较高等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种便捷轻型膜分离制氮系统，以克服现有技术装置体积较大，设备安装周期较长，无法移动等方面的不足。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组、加热器和膜分离器组，所述过滤器组分别连接空气入口和空气输入压力表，过滤器组底端设有排水电磁阀，空气输入压力表连接进气控制压力开关和加热器，加热器上设有温度开关，进气控制压力开关和加热器均连接进气控制电磁阀、测温仪和出气控制压力开关，进气控制电磁阀连接减压阀和进气气动阀，进气气动阀连接温度开关、测温仪和膜分离器组；所述膜分离器组分别连接富氧气体输出口、纯度控制阀和采样控制阀，采样控制阀顺次连接样气减压阀、采样流量计以及相互并联的露点仪和氧分析仪，露点仪、氧分析仪以及纯度控制阀均连接废气排放电磁阀和氮气输出电磁阀，废气排放电磁阀连接废气输出口，氮气输出电磁阀连接单向阀，单向阀连接出气控制压力开关和背压阀，背压阀连接低压氮气压力表和制氮输出口；所述膜分离器组包括若干膜分离器，膜分离器由中空纤维构成。
本实用新型的有益效果为：系统最大工作压力为1.8Mpa，氮气出口压力最大为1.0Mpa，整体布局合理，结构紧凑，占地面积小；膜系统为柜式结构，重量轻，无需地基,方便与其它设备外连管线。所有设备符合工业标准的组合装置，或柜式结构，或安装在底座上，仅需现场简单连接管路和电源，无需专业安装和地基，使用电源规格是常用的220V/3PH/50HZ。启动时间短，现场输入压缩空气后15分钟左右即可产生合格氮气。近100%连续、稳定供应氮气：利用现有的高压、干燥、洁净的压缩空气系统，选用膜分离制氮系统—静态、连续分离过程，不需定期更换移动部件和膜分离器组，在正常维护状态下，可以确保用户连续且可靠性近乎100%地使用合格氮气，下游配有氮气背压阀，可确保供气管网压力平稳。所有的硬体部件包括过滤器、膜分离器组、系统内管线等将按标准制作，内外表面将经过防腐处理，采用世界上最先进的膜分离器，使用寿命超过十年。与PSA不同, 由于无阀门切换和吸附剂再生过程，静态、连续分离过程，不需定期更换移动组件和吸附剂,维修费用低。通过现场增加膜分离器组件可很容易地扩大系统的产氮量，并且制氮系统的设计都留有余量。系统开、停过程仅仅是压缩空气供、止过程。氮气纯度从95%到99.9%连续可调。保证膜制氮系统在高压工作下，氮气纯度与氮气流量的稳定一致性；氮气压力损失小，氮气压力与压缩空气的压力差小,可用氮气储罐存储。抗化学能力强，耐水及酸、碱性气体，耐温耐压，而且具有反吹脱污功能。具有脱水功能，产品氮气常压露点可达-60℃以下。完善的温控体系、齐全的保护措施等等配置尤其确保在低温环境、高纯度下的快速稳定供气，而且节能，同时提供完善的直接服务(良好的环境适应能力，在严寒地区可使用空间对流加热，使设备正常工作)。
附图说明
下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例所述的一种便捷轻型膜分离制氮系统接结构图。
图中：
1、过滤器组；2、加热器；3、膜分离器组；4、空气入口；5、空气输入压力表；6、排水电磁阀；7、进气控制压力开关；8、温度开关；9、进气控制电磁阀；10、测温仪；11、出气控制压力开关；12、减压阀；13、进气气动阀；14、富氧气体输出口；15、纯度控制阀；16、采样控制阀；17、样气减压阀；18、采样流量计；19、露点仪；20、氧分析仪；21、废气排放电磁阀；22、氮气输出电磁阀；23、废气输出口；24、单向阀；25、背压阀；26、低压氮气压力表；27、制氮输出口。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组1、加热器2和膜分离器组3，所述过滤器组1分别连接空气入口4和空气输入压力表5，过滤器组1底端设有排水电磁阀6，空气输入压力表5连接进气控制压力开关7和加热器2，加热器2上设有温度开关8，进气控制压力开关7和加热器2均连接进气控制电磁阀9、测温仪10和出气控制压力开关11，进气控制电磁阀9连接减压阀12和进气气动阀13，进气气动阀13连接温度开关8、测温仪10和膜分离器组3；所述膜分离器组3分别连接富氧气体输出口14、纯度控制阀15和采样控制阀16，采样控制阀16顺次连接样气减压阀17、采样流量计18以及相互并联的露点仪19和氧分析仪20，露点仪19、氧分析仪20以及纯度控制阀15均连接废气排放电磁阀21和氮气输出电磁阀22，废气排放电磁阀21连接废气输出口23，氮气输出电磁阀22连接单向阀24，单向阀24连接出气控制压力开关7和背压阀25，背压阀25连接低压氮气压力表26和制氮输出口27；所述膜分离器组3包括若干膜分离器，膜分离器由中空纤维构成。
本实用新型所述的系统的工作原理是：将空压机和稳压罐稳压后产生的压缩空气（压力（Mpa,G）≥1.3）置入膜制氮机前置的过滤器组1，脱除压缩空气中夹带的水和油和可能存在的微粒物质后，再经加热器3加热到最佳的操作温度后，进入膜分离器组2内的膜分离器的纤维管内，由于每个膜分离器由成千上万根中空纤维组成，使膜分离器组2在一个紧凑的空间里提供最大的分离面积，气体各组份在中空纤维内外腔(渗透侧)形成分压差，当气流沿中空纤维内腔流动时，各组份在其分压差的推动下，渗透到丝外，使膜分离器以中空纤维膜的方式分离空气中的氮气；其中快气，如氧气会迅速渗透，所以丝外 (渗透)气流量为富集氧气，被排放至大气中；而氮气、氩气等的溶解由于扩散速度较低，通过膜分离器的渗透速度较慢，因此管程(非渗透侧)气流为富集氮气；氮气的溶解扩散速度较低，通过膜分离器的渗透速度较慢，因此管程(非渗透侧) 气流为富集氮气，氮气压力损失很小，产品氮的压力只略低于原料气的压力。根据用户使用的要求，由膜分离器分离产出≥99%纯度的氮气，并输入至氮气储存罐存储（容积0.5Nm3，压力（Mpa,G）≥1.3），经主管路输出并供用户使用；当发生停电或设备故障时，氮气存储罐开启并经主管路输出,供车间使用,若用氮量增大, 用户可增加膜分离器组3。
空压机是制氮系统的气源，采用喷油螺杆式空压机，内置冷干机；膜分离器是整个系统的核心设备，经过气动阀门控制进入到膜分离器组2，压缩空气在膜分离器组2的作用下把氧气和水分离出来并直接排出到外部，将氮气保留下来。
具体使用时， 开启本系统的空气开关，打开本系统的开启按钮，使制氮机处于开机状态，制氮机将根据逻辑控制自动运行；另外，用户需自备露点仪19和氧分析仪20；
当输入膜分离器组3的空气压力低于膜分离器组3工作压力时，气体加热器2不工作，进气阀关闭；当输入膜分离器组3的空气压力达到膜分离器组3工作压力时，气体加热器2开始工作，进气阀打开；正常工作时，当输入膜分离器组3的空气压力再次低于需求压力时，气体加热器2延时30s关闭，进气阀延时45s关闭；
当输入膜分离器组3的进气温度达到膜分离器组3需求温度时，控制气体的加热器2不工作；当空气温度低于膜分离器组3需求温度时，加热器2再次工作（用户可以设计成PID控制，通过控制气体加热器2电流来控制气体加热器2的加热功率，控制温度设置、高温报警点和低温报警点）；
露点仪19及氮气分析仪20用来分析膜分离器组2出口的氮气，当两项指标不合格时，废气排放电磁阀21处于开启状态，氮气输出电磁阀22处于关闭状态，废氮气自动排出；当两项指标都合格时，自动关闭废气排放电磁阀21，开启氮气输出电磁阀22，合格氮气自动输出；
当系统正常运行时，输出的合格氮气压力过高时，气体加热器2延时10s关闭，进气阀延时25s关闭；输出的合格氮气压力回复到正常值时，气体加热器2、进气阀重新开启；
当系统需要停机时，按下制氮机的停止按钮，气体加热器2关闭，进气阀延时15s关闭，而废气排放电磁阀21、氮气输出电磁阀22将根据氮气指标自动控制其开关状态；
如果压缩空气的水分含量不是很高（露点在3~10℃），系统在正常运行情况下，每半小时应开启排水电磁阀6，开启十秒后关闭即可（可以设计成逻辑自动控制）；如果压缩空气的水分含量较高（露点≥10℃），系统在正常运行情况下，每十分钟或是更短的时间内应该按顺序开启排水电磁阀6；
当制氮机处于温度较低的环境下时，制氮机开机前应先加热制氮机的机箱，待机箱温度达到要求时，制氮机才可以开始工作；用户可以根据自己的需要设定环境温度传感器需要控制的温度，来控制机箱加热器2的启停，温度一般设定在5℃；
当制氮机在开机按钮按下一小时后仍然产不出合格氮气时，会自动关闭系统，并检查系统出现的问题；
用户可以根据自己的需要设置制氮机报警显示及紧急停止按钮，当制氮机按钮处于开机状态时，任何一个使制氮机停机的要素都会反映到制氮机报警显示中去；用户可根据自己的实际用气情况，来设置制氮机紧急停止按钮的连锁控制。
本实用新型实施的必要条件如下：
| 周围环境 | -40℃～45℃ |
| 被压缩的空气温度范围 | 40℃～53℃ |
| 相对湿度 | 不高于85% |
| 压缩空气流率（Nm3/min～折于干态计算） | 根据产氮量计算 |
| 压缩空气压力（Mpa,G） | ≥1.2（根据产氮量计算） |
| 压缩机含油量（PPM） | ≤3.0 |
| 电源规格（V/KW/Hz） | |
| 膜制氮机 | 220/4/50 |
| 耗水 | 0t/hr |
| 电控柜防护级别 | NEMA-1 |
| 体积(长×宽×高)(mm) | 800×700×2000 |
| 重量（KG） | 350 |
Claims (2)
1.一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组（1）、加热器（2）和膜分离器组（3），其特征在于：所述过滤器组（1）分别连接空气入口（4）和空气输入压力表（5），过滤器组（1）底端设有排水电磁阀（6），空气输入压力表（5）连接进气控制压力开关（7）和加热器（2），进气控制压力开关（7）和加热器（2）均连接进气控制电磁阀（9）、测温仪（10）和出气控制压力开关（11），进气控制电磁阀（9）连接减压阀（12）和进气气动阀（13），进气气动阀（13）连接测温仪（10）和膜分离器组（3）；膜分离器组（3）分别连接富氧气体输出口（14）、纯度控制阀（15）和采样控制阀（16），采样控制阀（16）顺次连接样气减压阀（17）、采样流量计（18）以及相互并联的露点仪（19）和氧分析仪（20），露点仪（19）、氧分析仪（20）以及纯度控制阀（15）均连接废气排放电磁阀（21）和氮气输出电磁阀（22），废气排放电磁阀（21）连接废气输出口（23），氮气输出电磁阀（22）连接单向阀（24），单向阀（24）连接出气控制压力开关（7）和背压阀（25），背压阀（25）连接低压氮气压力表（26）和制氮输出口（27）。
2.根据权利要求1所述的一种便捷轻型膜分离制氮系统，其特征在于：加热器（2）上设有温度开关（8），进气气动阀（13）连接温度开关（8）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: HYDROSYS CORPORATION Assignor: Gong Ningfeng Contract record no.: 2013990000025 Denomination of utility model: Portable and light nitrogen generation system using membrane separation Granted publication date: 20120530 License type: Exclusive License Record date: 20130118 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20151102 Address after: 100035 Beijing City, Xicheng District Xizhimen South Street No. 16 Building No. two hospital east building three floor Patentee after: HYDROSYS CORPORATION Address before: 266071 Shandong city of Qingdao province Ningxia City Road No. 116 Patentee before: Gong Ningfeng |
|
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120530 |
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| CX01 | Expiry of patent term |