CN209651902U - 一种充环气调膜分离制氮控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于PLC可编程控制器控制的自动化控制领域，具体说是一种适用于粮库的充环气调膜分离制氮控制装置，它能根据循环检测的数据自动控制制氮系统在三个阶段内切换运行，并且优先将粮仓排出的高含氮量气体吸入空压机，分离出在同等流量下纯度更高的氮气，从而达到节能减排、快速充氮的效果。本实用新型所涉及的充环气调膜分离制氮控制装置，包括设置在制氮控制装置上的空压机、冷干机、再冷机、膜组件、加热器、第一过滤组件、第二过滤组件、第一到第四温度变送器、第一到第三压力变送器、流量变送器、第一调节阀、第二调节阀、第一到第四截止阀，以及与上述电气元件相连接的PLC控制箱和循环检测装置。

Description

一种充环气调膜分离制氮控制装置

技术领域

本实用新型属于PLC可编程控制器控制的自动化控制领域，具体说是一种适用于粮库的充环气调膜分离制氮控制装置。

背景技术

目前国内外用于粮库的制氮装置主要为变压吸附制氮装置，变压吸附制氮是采用碳分子筛作为吸附剂，在压力的作用下，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，然后减压至常压，输出氮气。整个制氮过程电磁阀分别控制左吸、均压、右吸的状态。当流程处于左吸状态时，左吸进气阀、左吸产气阀、右排气阀开启通电，完成左吸过程，同时右吸附塔解吸，持续时间为几十秒。当流程处于均压状态时，上均压阀、下均压阀开启通电，其它阀关闭，持续时间为二到三秒；当流程处于右吸状态时，右吸进气阀、右吸产气阀、左排气阀开启通电，完成右吸过程，同时左吸附塔解吸，持续时间为几十秒。每段流程中，除应该打开的阀门外，其它阀门都应处于关闭状态。吸附剂脱附所吸附的氧气等其它杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，两塔交替循环工作，产生氮气。该类型设备体积大、重量沉、不便于移动，且系统构成有压力容器，存在一定的危险性，并且系统中有多个阀门频繁动作，故障率高。膜分离技术依靠不同气体在膜中溶解和扩散系数的差异而具有不同的渗透速度来实现气体的分离。膜分离制氮装置就是根据以上原理，以压缩空气为原料在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。与变压吸附制氮装置相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、增容方便、无压力容器安全性高等优点。

实用新型内容

由于现有变压吸附制氮系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，两塔交替循环工作，产生氮气。该类型设备体积大、重量沉、不便于移动，且系统构成有压力容器，存在一定的危险性，并且系统中有多个阀门频繁动作，故障率高。现提出一种充环气调膜分离制氮控制装置，其技术方案如下。

一种充环气调膜分离制氮控制装置，包括设置在制氮控制装置上的空压机、冷干机、再冷机、膜组件、加热器、第一过滤组件、第二过滤组件、第一温度变送器、第一压力变送器、第二温度变送器、第二压力变送器、第三温度变送器、第三压力变送器、第四温度变送器、流量变送器、第一调节阀、第二调节阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、以及与上述电气元件相连接的PLC控制箱和循环检测装置。其特征是第一截止阀与第一调节阀通过管道相连接，第一调节阀与第一截止阀相连接的管道同时与外界空气相连通，第一调节阀的另一端与空压机的吸气口通过管道相连接，空压机的排气口与冷干机的空气入口通过管道相连接，空压机的排气口与冷干机的空气入口管道设置有第一温度变送器和第一压力变送器，冷干机的排气口与第一过滤组件通过管道相连接，第一过滤组件的出口与加热器通过管道相连接，加热器的出口与第二截止阀通过管道相连接，加热器出口与第二截止阀连接的管道上设置有第二温度变送器，加热器的出口与第三截止阀通过管道相连接，第二截止阀的出口与第二过滤组件通过管道相连接，第二过滤组件与膜组件通过管道相连接，第二过滤组件与膜组件相连接的管道设置有第二压力变送器和第三温度变送器，膜组件与再冷机通过管道相连接，再冷机与流量变送器通过管道相连接，流量变送器与第二调节阀通过管道相连接，流量变送器与第二调节阀相连接的管道设置有第三压力变送器和第四温度变送器。第一截止阀的入口连接于粮仓的排气口，第二调节阀的出口连接于粮仓的氮气入口。第四截止阀的入口通过管道与第一过滤组件的排污接口、加热器的排污接口、第二过滤组件的排污接口连接。

本实用新型所述的制氮控制系统还包括设置在装置上的循环检测装置。

本实用新型所述的充环气调膜分离制氮装置是通过PLC控制器实现的对控制工艺的闭环控制。

本实用新型的优点在于：

制氮装置的排气口连接于粮仓的氮气入口，制氮装置的吸气口同时连通粮仓的排气口及外界空气，这样即可以充分利用粮仓排出的高氮含量气体达到节能环流的目地又可以满足空压机的吸气量，控制工艺为闭环控制。

充环气调膜分离制氮装置结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、增容方便、无压力容器安全性高。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

附图1中的标号分别为：1、第一截止阀；2、第一调节阀；3、空压机；4、第一温度变送器；5、第一压力变送器；6、冷干机；7、第一过滤组件；8、加热器；9、第二温度变送器；10、第二截止阀；11、第三截止阀；12、第二过滤组件；13、第四截止阀；14、第三温度变送器；15、第二压力变送器；16、膜组件；17、再冷机；18、流量变送器；19、第三压力变送器；20、第四温度变送器；21、第二调节阀；22、循环检测装置；23、粮仓。

具体实施方式

一种充环气调膜分离制氮装置，包括设置在制氮装置上的空压机、冷干机、再冷机、膜组件、加热器、第一过滤组件、第二过滤组件、第一温度变送器、第一压力变送器、第二温度变送器、第二压力变送器、第三温度变送器、第三压力变送器、第四温度变送器、流量变送器、第一调节阀、第二调节阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、以及与上述电气元件相连接的PLC控制箱和循环检测装置。所述的第一截止阀与第一调节阀通过管道相连接，第一调节阀与第一截止阀相连接的管道同时与外界空气相连通，第一调节阀的另一端与空压机的吸气口通过管道相连接，空压机的排气口与冷干机的空气入口通过管道相连接，空压机的排气口与冷干机的空气入口管道设置有第一温度变送器和第一压力变送器，冷干机的排气口与第一过滤组件通过管道相连接，第一过滤组件的出口与加热器通过管道相连接，加热器的出口与第二截止阀通过管道相连接，加热器出口与第二截止阀连接的管道上设置有第二温度变送器，加热器的出口同时与第三截止阀通过管道相连接，第二截止阀的出口与第二过滤组件通过管道相连接，第二过滤组件与膜组件通过管道相连接，第二过滤组件与膜组件相连接和管道设置有第二压力变送器和第三温度变送器，膜组件与再冷机通过管道相连接，再冷机与流量变送器通过管道相连接，流量变送器与第二调节阀通过管道相连接，流量变送器与第二调节阀相连接的管道设置有第三压力变送器和第四温度变送器。所述的第一截止阀的入口连接于粮仓的排气口，第二调节阀的出口连接于粮仓的氮气入口。所述的第四截止阀的入口通过管道与第一过滤组件的排污接口、加热器的排污接口、第二过滤组件的排污接口连接。

一种充环气调膜分离制氮装置其工艺流程为：压缩空气——冷干机——第一过滤组件——加热器——第二过滤组件——膜组件——再冷机——流量调节阀——粮仓入口——粮仓出口——空压机——压缩空气。具体控制工艺为：空压机产生的压缩空气经过冷干机除水后，经第一过滤组件到加热器，再经过第二过滤组件到膜组件，膜组件分离出氮气后经再冷机降温到储粮充许的温度后输入到粮仓，粮仓排出的高氮含量气体经空压机再次吸入后产生高氮含量的压缩空气，形成控制工艺闭环。

一种充环气调膜分离制氮装置的控制系统采用PLC可编程控制器，利用PLC的逻辑功能实现制氮及充氮工艺的连续运行。本装置设置有触摸显示屏，所有运行参数可实时显示及修改控制，所有的故障报警都能显示并且有详细的说明，为用户的使用提供了极大的便利。

制氮装置在工作时，要先启动冷干机，以保证通过的压缩空气不含水，然后启动空压机输出压缩空气。空压机与冷干机连接的管道上设置的第一温度变送器和第一压力变送器会时时检测压缩空气的情况，压力超过设定值和温度超过设定值都会有相对应的报警显示在触摸显示屏上，同时系统自动关闭第一截止阀打开第二截止阀，使高温高压的压缩空气经第二截止阀排出制氮系统，保证制氮系统不会损坏。

压缩空气经第一过滤组件除油除杂质后经加热器加热到设定温度，加热器的温度控制为PID控制，加热器与第二过滤组件连接的管道上设置有第一截止阀、第二截止阀和第二温度变送器，如果第二温度变送器检测到的温度超过设定值，制氮装置将停止加热并停机报警，同时关闭第一截止阀打开第二截止阀，使高温的压缩空气经第二截止阀排出制氮系统，保证制氮系统不会高温损坏。

压缩空气经第二过滤组件进入膜组件进行氮氧分离，第二过滤组件与膜组件连接的管道上设置的第三温度变送器及第二压力变送器时时检测进入膜组件的压缩空气的温度及压力，待装置的温度达到热平衡后，第三温度变送器的温度将会参与加热器的PID控制，最终会使第三温度变送器检测点的温度达到设定值，如果第三温度变送器检测到的温度超过设定值，制氮装置将停止加热并停机报警，同时关闭第一截止阀打开第二截止阀，使高温的压缩空气经第二截止阀排出制氮系统，保证制氮系统不会高温高压损坏，如果第二压力变送器检测到的压力超过设定值，制氮装置将停止加热并停机报警，同时关闭第一截止阀打开第二截止阀，使高温高压的压缩空气经第二截止阀排出制氮系统，保证制氮系统不会高温高压损坏。

压缩空气经膜组件进行氮氧分离后，氧气排出制氮系统，氮气经再冷机、流量变送器、第二调节阀后进入粮仓，流量变送器与第二调节阀连接的管路上设置有第四温度变送器和第三压力变送器，第三压力变送器和第四温度变送器的时时运行数据显示在触摸显示屏，第四温度变送器的数值为进入粮仓的氮气温度，此温度应根据储粮的温度要求设定，设定好的温度将影响再冷机的运行控制，如果第四温度变送器检测到的温度低于设定值再冷机将自动停止运行，如果第四温度变送器检测到的温度高于设定值再冷机将自动启动运行，如果第四温度变送器检测到的温度高于或低于设定的故障值，制氮装置将停机报警，同时关闭第一截止阀打开第二截止阀，使高温高压的压缩空气经第二截止阀排出制氮系统，保证制氮系统不会高温高压损坏。

第二调节阀将分为三阶段控制氮气纯度，三个阶段的纯度设定值将由用户根据实际使用情况在触摸显示屏设定，制氮控制装置将根据设定好的的数值在三个阶段之间自动运行，循环检测装置为每一个阶段的切换提供数据。触摸显示屏时时显示制氮装置运行于那一个阶段并且累积每一个阶段的运行时间，给用户修改运行参数提供参考。

粮仓排气口排出的高含氮量气体经第一截止阀与空气混合后经第一调节阀到达空压机的吸气口，经空压机压缩后变为高含氮量的压缩空气，在工艺上形成气体的闭环控制，第一调节阀的开度根据粮仓内要达到的压力值控制，此压力值来源于循环检测装置。

Claims (5)

1.一种充环气调膜分离制氮控制装置，包括设置在制氮装置上的空压机、冷干机、再冷机、膜组件、加热器、第一过滤组件、第二过滤组件、第一温度变送器、第一压力变送器、第二温度变送器、第二压力变送器、第三温度变送器、第三压力变送器、第四温度变送器、流量变送器、第一调节阀、第二调节阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、以及与上述电气元件相连接的PLC控制箱，其特征在于，所述的第一截止阀与第一调节阀通过管道相连接，第一调节阀与第一截止阀相连接的管道同时与外界空气相连通，第一调节阀的另一端与空压机的吸气口通过管道相连接，空压机的排气口与冷干机的空气入口通过管道相连接，空压机的排气口与冷干机的空气入口管道设置有第一温度变送器和第一压力变送器，冷干机的排气口与第一过滤组件通过管道相连接，第一过滤组件的出口与加热器通过管道相连接，加热器的出口与第二截止阀通过管道相连接，加热器出口与第二截止阀连接的管道上设置有第二温度变送器，加热器的出口与第三截止阀通过管道相连接，第二截止阀的出口与第二过滤组件通过管道相连接，第二过滤组件与膜组件通过管道相连接，第二过滤组件与膜组件相连接的管道设置有第二压力变送器和第三温度变送器，膜组件与再冷机通过管道相连接，再冷机与流量变送器通过管道相连接，流量变送器与第二调节阀通过管道相连接，流量变送器与第二调节阀相连接的管道设置有第三压力变送器和第四温度变送器。

2.根据权利要求1所述的一种充环气调膜分离制氮控制装置，其特征在于，所述的第一截止阀的入口连接于粮仓的排气口，第二调节阀的出口连接于粮仓的氮气入口。

3.根据权利要求1所述的一种充环气调膜分离制氮控制装置，其特征在于，所述的第四截止阀的入口通过管道与第一过滤组件的排污接口、加热器的排污接口、第二过滤组件的排污接口连接。

4.根据权利要求1所述的一种充环气调膜分离制氮控制装置，其特征在于，所述的制氮控制装置是通过PLC可编程控制器实现的逻辑控制，并且第一截止阀的入口连接于粮仓的排气口，从而实现了对整个充氮工艺的闭环控制。

5.根据权利要求1所述的一种充环气调膜分离制氮控制装置，其特征在于，所述的制氮控制装置还包括设置在装置内部的循环检测装置。