CN216024042U - 计量控制系统和变压吸附气体分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气体分离技术领域，公开了一种计量控制系统和变压吸附气体分离装置。其中，计量控制系统包括：主排气管路；流量计；分析仪；压力表；调节阀；支排气管路；气动阀，用于控制所述支排气管路的开关；电磁阀，用于控制所述气动阀的开关；控制系统。通过上述技术方案，当环境条件、吸附剂状况、供气量发生变化后，计量控制系统根据供气品质迅速作出智能预判性及快速干预控制，防止供气品质进一步变差，保障了装置的供气稳定性，最大程度减少装置进入自动调整状态而导致停止供气。同时实现了装置在当前工况条件下供气量最大，避免了停气对生产的影响，减少了人员干预的工作量，大幅度减少了能源的浪费。

Description

计量控制系统和变压吸附气体分离装置

技术领域

本实用新型涉及气体分离技术领域，具体地涉及一种计量控制系统和变压吸附气体分离装置。

背景技术

变压吸附气体分离装置产品气品质随环境条件、吸附剂状况、供气量变化而变化。在现有技术中，当设备制取的产品气品质不达标时，变压吸附气体分离装置则停止供气，进入自动调整状态或停机等待检修。

以变压吸附制氮装置为例，变压吸附制氮装置以压缩空气为原料气，碳分子筛为吸附剂，压缩空气经过吸附器入口流经碳分子筛床层，氧气、二氧化碳、水分被碳分子筛吸附，氮气少量被吸附，大部分氮气则通过碳分子筛床层，经吸附器出口流入氮气缓冲罐混合，再经氮气过滤器过滤后进入图1所示计量控制系统，最后通过产品气出口a口向用户端供气。

影响变压吸附制氮装置产品氮气品质的主要因素如下：

环境条件的影响：原料压缩空气一般由空气压缩机提供，空气压缩机排气量（折算成干燥压缩空气）随环境温度、环境湿度升高而降低，随大气压降低而降低，在供氮量不变的情况下，空气压缩机排气量减少直接引起变压吸附制氮装置吸附压力降低，导致碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分的吸附能力降低，氮气品质变差。对风冷型空气压缩机而言，排气温度随环境温度上升而升高，环境温度上升引起风冷型空气压缩机排气温度升高，导致碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分的吸附能力降低，氮气品质变差。

吸附剂状况的影响：变压吸附制氮装置随着使用年限的增加，吸附器内碳分子筛会出现不同程度损耗及污染，导致碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分的吸附能力降低，氮气品质变差。

供气量的影响：变压吸附制氮装置在单配空气压缩机情况下，空气压缩机排气量不变，而用户端用气量大，导致变压吸附制氮装置吸附压力降低，导致碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分的吸附能力降低，氮气品质变差。在原料压缩空气量充足的情况下，用户端用气量大引起原料压缩空气的消耗量增加，流经碳分子筛床层的原料压缩空气量增加，导致碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分无法彻底吸附，氮气品质变差。

如图1所示，目前针对变压吸附制氮装置产品气品质变差，不能满足用户需求处理方法为自动切断氮气供应，实行不合格氮气自动排空，待产品气品质恢复后自动切换供应，这种气体分离方式将严重影响气体生产，造成能源的浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中变压吸附气体分离装置因环境条件、吸附剂状况、供气量变化致使产品气不合格时，变压吸附气体分离装置则停止供气，影响生产，造成能源浪费的问题。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种计量控制系统，所述计量控制系统包括：

主排气管路，包括设置在其末端的产品气出口；

流量计，设置在所述主排气管路上，用于获取所述主排气管路的气体流量；

分析仪，设置在所述主排气管路上，用于获取所述主排气管路中特定气体的含量；

压力表，用于获取主排气管路中的气压；

调节阀，用于调节所述主排气管路气体流量；

支排气管路，其一端连通于以所述调节阀为起点的上游的主排气管路上；

阀门组件，用于控制所述支排气管路的流量；

控制系统，所述流量计、分析仪、调节阀、阀门组件均与所述控制系统电连接。

通过上述技术方案，当环境条件、吸附剂状况、供气量发生变化后，计量控制系统根据供气品质迅速作出智能预判性及快速干预控制，防止供气品质进一步变差，保障了装置的供气稳定性，最大程度减少装置进入自动调整状态而导致停止供气。同时实现了装置在当前工况条件下供气量最大，避免了停气对生产的影响，减少了人员干预的工作量，大幅度减少了能源的浪费。

进一步地，所述压力表与所述控制系统电连接。

进一步地，所述阀门组件包括：

手动节流阀，设置在所述支排气管路上；

气动阀，设置在所述支排气管路上；

电磁阀，与所述控制系统电连接，用于控制所述气动阀的开启和关闭。

本实用新型第二方面提供一种变压吸附气体分离装置，包括气体制备装置和与所述气体制备装置连通的所述的计量控制系统。

通过上述技术方案，当环境条件、吸附剂状况、供气量发生变化后，基于计量控制系统的设置，该变压吸附气体分离装置可以根据供气品质迅速作出智能预判性及快速干预控制，防止供气品质进一步变差，保障了装置的供气稳定性，最大程度减少装置进入自动调整状态而导致停止供气。同时实现了装置在当前工况条件下供气量最大，避免了停气对生产的影响，减少了人员干预的工作量，大幅度减少了能源的浪费。

进一步地，所述气体制备装置包括：

空气压缩机；

反应室，具有进气口和排气口，所述进气口与所述空气压缩机连接，所述反应室的内部设有用于储放分子筛的床层；

气体缓冲罐，与所述排气口连接；

气体过滤器，与所述气体缓冲罐连通，所述主排气管路的进气端与所述气体缓冲罐的出气口连接。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是现有技术的变压吸附气体分离装置的示意图；

图2本实用新型变压吸附气体分离装置一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型第一方面提供一种计量控制系统，如图2所示，所述计量控制系统包括：

主排气管路，包括设置在其末端的产品气出口；

流量计FI，设置在所述主排气管路上，用于获取所述主排气管路的气体流量；

分析仪AE，设置在所述主排气管路上，用于获取所述主排气管路中特定气体的含量；

压力表PI，用于获取主排气管路中的气压；

调节阀V204，用于调节所述主排气管路气体流量；

支排气管路，其一端连通于以所述调节阀V204为起点的上游的主排气管路上；即所述支排气管路的一端连接在所述调节阀V204和所述主排气管路的入口端之间的主排气管路上；

阀门组件，用于控制所述支排气管路的流量；

控制系统UZ，所述流量计FI、分析仪AE、调节阀V204、阀门组件均与所述控制系统UZ电连接。

其中，所述压力表PI既可以与所述控制系统UZ电连接，也可以不与所述控制系统电连接。

在一种可选的具体实施方式中，所述调节阀V204可选用电磁阀；所述控制系统UZ可选用PLC控制系统或单片机。

进一步地，如图2所示，所述阀门组件包括：

手动节流阀V201，设置在所述支排气管路上；

气动阀V202，设置在所述支排气管路上；

电磁阀V203，与所述控制系统UZ电连接，用于控制所述气动阀V202的开启和关闭。

在一种可选的具体实施方式中，设变压吸附制氮装置额定供气量为Q，最小供气量为Q_m，排空气量为Q_mi，当前供氮量为Q_a，增幅气量Q₁，减幅气量为Q₂；增幅间隔时长为T₁，减幅间隔时长为T₂；额定氮气纯度为C，增幅氮气纯度为C₁，减幅氮气纯度为C₂，当前氮气纯度为C_a；参考关系式为Q＞Q_m＞Q_mi，C₁＞C₂＞C；若所述分析仪检测当前氮气纯度值C_a≥C₁，所述控制系统控制所述调节阀开度增加，根据所述流量计反馈信号，每间隔时长T₁，氮输出量增加Q₁，最终供氮纯度C₁＞C_a＞C₂，供氮量Q_a≤Q运行；

若分析仪检测当前氮气纯度值C₁＞C_a＞C₂，控制系统控制调节阀维持当前开度，供氮量不变运行；若分析仪AE检测当前氮气纯度值C＞C_a≥C₂，控制系统UZ控制调节阀开度减小，根据流量计反馈信号，每间隔时长T₂，氮输出量减少Q₂，最终供氮纯度C₁＞C_a＞C₂，供氮量Q_a＜Q运行；若分析仪AE检测当前氮气纯度值C_a=C，控制系统UZ控制调节阀V204迅速减小，根据流量计反馈信号，供氮量Q_a=Q_m运行；若分析仪检测当前氮气纯度值C_a＜C，控制系统控制调节阀V204关闭，同时控制电磁阀，使电磁阀控制气动阀V202开启，所述变压吸附制氮装置停止供氮，不合格氮气自动排空，进入自动调整状态，氮排空量Q_a=Q_mi运行。待氮气纯度值C_a≥C后，控制系统控制电磁阀，使所述电磁阀V203控制所述气动阀V202关闭，同时控制所述调节阀开启，恢复供氮量Q_a=Q_mi运行；若所述变压吸附制氮装置进入自动调整状态后，氮气纯度长时未达到C值，则自动停机等待检修。

通过上述技术方案，当环境条件、吸附剂状况、供气量发生变化后，计量控制系统根据供气品质迅速作出智能预判性及快速干预控制，防止供气品质进一步变差，保障了装置的供气稳定性，最大程度减少装置进入自动调整状态而导致停止供气。同时实现了装置在当前工况条件下供气量最大，避免了停气对生产的影响，减少了人员干预的工作量，大幅度减少了能源的浪费。

在一种可选的具体实施方式中，所述支排气管路上还设置有手动节流阀。

本实用新型第二方面提供一种变压吸附气体分离装置，所述变压吸附气体分离装置包括气体制备装置和与所述气体制备装置连通的计量控制系统。

其中，所述气体制备装置包括：

空气压缩机；

反应室，具有进气口和排气口，所述进气口与所述空气压缩机连接，所述反应室的内部设有用于储放分子筛的床层；

气体缓冲罐，与所述排气口连接；

气体过滤器，与所述气体缓冲罐连通，所述主排气管路的进气端与所述气体缓冲罐的出气口连接。

其中，分子筛根据制备不同的气体进行选择，以制备氮气为例，在所述床层上填充的是碳分子筛。

进一步地，所述空气压缩机输出的空气经净化处理后与所述进气口连接，以过滤杂质，例如油，尘，水等。具体的净化方式可以通过在所述空气压缩机排气口设置过滤层。

通过上述技术方案，当环境条件、吸附剂状况、供气量发生变化后，基于计量控制系统的设置，可根据供气品质迅速作出智能预判性及快速干预控制，防止供气品质进一步变差，保障了装置的供气稳定性，最大程度减少装置进入自动调整状态而导致停止供气。同时实现了装置在当前工况条件下供气量最大，避免了停气对生产的影响，减少了人员干预的工作量，大幅度减少了能源的浪费。

本实用新型第三方面提供一种变压吸附气体分离装置的控制方法，该控制方法包括所述的变压吸附气体分离装置；所述控制方法通过调节所述调节阀V204和所述阀门组件的开度，使得从所述产品气出口排出的产品气浓度达到设定值。

详细之，通过所述分析仪的反馈信息，判断产品气是否符合品质要求，即目标气体是否达到预定的浓度值，若达到预定浓度值，则通过所述产品气出口排出合格气体，若没有达到品质要求，则控制系统控制所述阀门组件和调节阀V204的开度，当阀门组件和调节阀V204的开度的开度减小时，气体制备装置内的气压增大，分子筛吸附杂质气体的效率提高，产品气的浓度随之提高。至于如何具体调节所述阀门组件和和所述调节阀V204的开度，需要具体问题具体分析。为此，下文将提供一个具体实施方式详细说明。

在一种优选的具体实施方式中，设变压吸附制氮装置额定供气量为Q，最小供气量为Q_m，排空气量为Q_mi，当前供氮量为Q_a，增幅气量Q₁，减幅气量为Q₂；增幅间隔时长为T₁，减幅间隔时长为T₂；额定氮气纯度为C，增幅氮气纯度为C₁，减幅氮气纯度为C₂，当前氮气纯度为C_a；参考关系式为Q＞Q_m＞Q_mi，C₁＞C₂＞C；

若所述分析仪检测当前氮气纯度值C_a≥C₁，所述控制系统控制所述调节阀开度增加，根据所述流量计反馈信号，每间隔时长T₁，氮输出量增加Q₁，最终供氮纯度C₁＞C_a＞C₂，供氮量Q_a≤Q运行；

若分析仪检测当前氮气纯度值C₁＞C_a＞C₂，控制系统控制调节阀维持当前开度，供氮量不变运行；

若分析仪AE检测当前氮气纯度值C＞C_a≥C₂，控制系统UZ控制调节阀开度减小，根据流量计反馈信号，每间隔时长T₂，氮输出量减少Q₂，最终供氮纯度C₁＞C_a＞C₂，供氮量Q_a＜Q运行；

若分析仪AE检测当前氮气纯度值C_a=C，控制系统UZ控制调节阀V204迅速减小，根据流量计反馈信号，供氮量Q_a=Q_m运行；

若分析仪检测当前氮气纯度值C_a＜C，控制系统控制调节阀V204关闭，同时控制电磁阀，使电磁阀控制气动阀V202开启，所述变压吸附制氮装置停止供氮，不合格氮气自动排空，进入自动调整状态，氮排空量Q_a=Q_mi运行。待氮气纯度值C_a≥C后，控制系统控制电磁阀，使所述电磁阀V203控制所述气动阀V202关闭，同时控制所述调节阀开启，恢复供氮量Q_a=Q_mi运行；

进一步地，若所述变压吸附制氮装置进入自动调整状态后，氮气纯度长时未达到C值，则自动停机等待检修。

通过上述技术方案，当环境条件、吸附剂状况、供气量发生变化后，计量控制系统根据供气品质迅速作出智能预判性及快速干预控制，防止供气品质进一步变差，保障了装置的供气稳定性，最大程度减少装置进入自动调整状态而导致停止供气。同时实现了装置在当前工况条件下供气量最大，避免了停气对生产的影响，减少了人员干预的工作量，大幅度减少了能源的浪费。

需要说明的是，本控制方法不仅仅能够用于制备氮气，还能够用于制备其他气体，只需要更换相应的分子筛即可。以制备的气体为氮气为例，简要说明其工作过程：

来自于气体缓冲罐中的氮气经气体过滤器过滤后，再经流量计FI进行流量测量，所述分析仪AE对气体的品质进行分析，分析合格后经所述调节阀V204通过所述产品气出口a口向用户端供气。所述流量计FI获取的信号、所述分析仪AE获取的信号、所述调节阀V204的开度信号反馈至所述控制系统UZ，所述手动节流阀V201开至固定开度。所述计量检测逻辑控制系统以氮气纯度为控制基准点，在保障供氮品质的情况下，通过自动调节调节阀V204的开度，实现稳定最大量供氮，达到防止变压吸附制氮设备供氮品质不合格切断供氮，影响生产，减少能源浪费目的。设变压吸附制氮装置额定供气量为Q，最小供气量为Q_m，排空气量为Q_mi，当前供氮量为Q_a，增幅气量Q₁，减幅气量为Q₂；增幅间隔时长为T₁，减幅间隔时长为T₂；额定氮气纯度为C，增幅氮气纯度为C₁，减幅氮气纯度为C₂，当前氮气纯度为C_a；参考关系式为Q＞Q_m＞Q_mi，C₁＞C₂＞C。若分析仪AE检测当前氮气纯度值C_a≥C₁，控制系统UZ控制调节阀V204开度增加，根据流量计FI反馈信号，每间隔时长T₁，氮输出量增加Q₁，最终供氮纯度C₁＞C_a＞C₂，供氮量Q_a≤Q运行。

若分析仪AE检测当前氮气纯度值C₁＞C_a＞C₂，控制系统UZ控制调节阀V204维持当前开度，供氮量不变运行。若分析仪AE检测当前氮气纯度值C＞C_a≥C₂，控制系统UZ控制调节阀V204开度减小，根据流量计FI反馈信号，每间隔时长T₂，氮输出量减少Q₂，最终供氮纯度C₁＞C_a＞C₂，供氮量Q_a＜Q运行。若分析仪AE检测当前氮气纯度值C_a=C，控制系统UZ控制调节阀V204迅速减小，根据流量计FI反馈信号，供氮量Q_a=Q_m运行。若分析仪AE检测当前氮气纯度值C_a＜C，控制系统UZ控制调节阀V204关闭，同时控制电磁阀V203，使电磁阀V203控制气动阀V202开启，变压吸附制氮装置停止供氮，不合格氮气自动排空，进入自动调整状态，氮排空量Q_a=Q_mi运行。待氮气纯度值C_a≥C后，控制系统UZ控制电磁阀V203，使电磁阀V203控制气动阀V202关闭，同时控制调节阀V204开启，恢复供氮量Q_a=Q_mi运行。若变压吸附制氮装置进入自动调整状态后，氮气纯度长时未达到C值，则自动停机等待检修。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (5)

1.一种计量控制系统，其特征在于，所述计量控制系统包括：

主排气管路，包括设置在其末端的产品气出口；

流量计（FI），设置在所述主排气管路上，用于获取所述主排气管路的气体流量；

分析仪（AE），设置在所述主排气管路上，用于获取所述主排气管路中特定气体的含量；

压力表（PI），用于获取主排气管路中的气压；

调节阀（V204），用于调节所述主排气管路气体流量；

支排气管路，其一端连通于以所述调节阀（V204）为起点的上游的主排气管路上；

阀门组件，用于控制所述支排气管路的流量；

控制系统（UZ），所述流量计（FI）、分析仪（AE）、调节阀（V204）、阀门组件均与所述控制系统（UZ）电连接。

2.根据权利要求1所述的计量控制系统，其中，所述压力表（PI）与所述控制系统（UZ）电连接。

3.根据权利要求1所述的计量控制系统，其中，所述阀门组件包括：

手动节流阀（V201），设置在所述支排气管路上；

气动阀（V202），设置在所述支排气管路上；

电磁阀（V203），与所述控制系统（UZ）电连接，用于控制所述气动阀（V202）的开启和关闭。

4.一种变压吸附气体分离装置，其特征在于，包括气体制备装置和与所述气体制备装置连通的权利要求1-2中任意一项所述的计量控制系统。

5.根据权利要求4所述变压吸附气体分离装置，其特征在于，所述气体制备装置包括：

空气压缩机；

反应室，具有进气口和排气口，所述进气口与所述空气压缩机连接，所述反应室的内部设有用于储放分子筛的床层；

气体缓冲罐，与所述排气口连接；

气体过滤器，与所述气体缓冲罐连通，所述主排气管路的进气端与所述气体缓冲罐的出气口连接。

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