CN220558899U - 一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及膜分离制氮技术领域，具体地涉及一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备，包括氮气回收调节系统和膜分离制氮系统；所述氮气回收调节系统包括空气滤清器、入口单向阀、三通比例调节回流阀、最终排气氮气流量计、最终排气单向阀、减压阀；所述空气滤清器、入口单向阀及膜分离制氮系统的入口端依次连接；三通比例调节回流阀的入口端与膜分离制氮系统的出口端连接，三通比例调节回流阀的其中一出口端为排气端，与最终排气氮气流量计、最终排气单向阀依次连接，另一出口端为回流端，与膜分离制氮系统的入口端通过回流管路连接。本实用新型对氮气回收利用，可快速制取高纯度氮气，在不增加膜分离器组件的情况下，纯度和流量调节范围更广。
Description
技术领域
本实用新型涉及膜分离制氮技术领域，具体地涉及一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备。
背景技术
在石油、天然气开采领域，各大油气田利用膜分离技术从空气中制备高纯氮气，然后把高纯氮气增压后注入井下，进行地层增能、气举、气驱、冲砂、洗井、排水等油气增产作业。但是随着油气田安全和环保要求的日益严格，传统的膜分离制氮设备制备的氮气纯度一般在95％-97％之间，已不能满足油气田HSE(健康Health、安全Safety、环境Environment)安全和环保施工纯度要求。目前高纯度的膜分离制氮设备仅仅是通过增加膜分离器组件的数量来提高制备氮气的纯度，这种通过增加膜分离器的数量来提高氮气纯度是非常困难的，往往需要增加数倍的膜分离器组件才能达到氮气纯度99％以上，同时由于膜分离器的价格较为昂贵，目前高纯度的膜分离制氮设备价格较高，性价比较差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备，能够在不增加膜分离器组件数量的情况下，既实现了氮气的快速高纯度制取，又实现了氮气高纯度范围调节。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备，包括氮气回收调节系统和膜分离制氮系统；所述氮气回收调节系统设置于膜分离制氮系统一侧，包括空气滤清器、入口单向阀、三通比例调节回流阀、最终排气氮气流量计、最终排气单向阀、减压阀；所述空气滤清器、入口单向阀及膜分离制氮系统的入口端依次连接；所述三通比例调节回流阀的入口端与膜分离制氮系统的出口端连接，三通比例调节回流阀的其中一出口端为排气端，与最终排气氮气流量计、最终排气单向阀依次连接，另一出口端为回流端，与膜分离制氮系统的入口端通过回流管路连接。本实用新型通过三通比例调节回流阀回收利用经膜分离制氮系统排出的纯度相对较低的不合格氮气至膜分离制氮系统的入口端，从而使膜分离制氮系统吸入气体的氮气含量大大增加，这些高含氮气体再经膜分离制氮系统分离后，氮气纯度更高，经此流程多次循环分离后氮气纯度可提升至99％以上，合格的高纯氮气再由三通比例调节回流阀的排气端经最终排气氮气流量计和最终排气单向阀进入下游设备，实现了高纯氮气的快速制取。所述三通比例调节回流阀能够比例调节控制进入膜分离制氮系统的入口端的氮气流量及最终排出氮气的流量，可实现在不增加膜分离器组件数量的情况下，氮气纯度的高纯度范围调节；因此氮气回收调节系统通过对氮气的回收利用，在不增加膜分离组件数量的情况下，既实现了氮气的快速高纯度制取，又实现了氮气高纯度调节。
进一步的，所述回流管路上设置减压阀，用于控制进入膜分离制氮系统的入口端的进气压力，防止膜分离制氮系统的入口端压力过高而停机。
进一步的，所述最终排气单向阀安装在最终排气管路的末端，其作用是为了防止下游气体反流后对设备内元件的损坏。
进一步的，所述三通比例调节回流阀为气动、电动或液动三通比例调节阀的一种。
进一步的，所述入口单向阀安装在空气滤清器出口端，氮气回流管路之前，能够防止回流氮气通过空气滤清器排出到大气。
进一步的，所述膜分离制氮系统包括依次连接的空气压缩机、冷却器、液气分离器、一级过滤器、干燥机、二级过滤器、三级过滤器、四级过滤器、加热器、三通控制球阀、膜分离器组件、氮气流量计、氧分析仪和纯度调节阀；所述入口单向阀与空气压缩机连接，所述三通比例调节回流阀的入口端与纯度调节阀连接。
本实用新型的技术效果：
与现有技术相比，本实用新型的一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备，通过氮气回收调节系统对氮气的回收利用，可快速制取高纯度氮气，在不增加膜分离器组件的情况下，纯度和流量调节范围更广，设备性价比更高，节省能耗，提高了工作效率，同时避免了将纯度不合格的氮气直接排放至大气而导致污染的问题，实现了废气、废液的零排放。
附图说明
图1为本实用新型高纯氮气回收型膜分离制氮设备结构原理示意图。
图中，1、氮气回收调节系统；2、空气滤清器；3、入口单向阀；4、膜分离制氮系统；5、空气压缩机；6、冷却器；7、液气分离器；8、一级过滤器；9、干燥机；10、二级过滤器；11、三级过滤器；12、四级过滤器；13、加热器；14、三通控制球阀；15、膜分离器组件；16、氮气流量计；17、氧分析仪；18、纯度调节阀；19、三通比例调节回流阀；20、最终排气氮气流量计；21、最终排气单向阀；22、减压阀；23、回流管路。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例涉及的一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备，包括氮气回收调节系统1和膜分离制氮系统4。
所述膜分离制氮系统4包括依次连接的空气压缩机5、冷却器6、液气分离器7、一级过滤器8、干燥机9、二级过滤器10、三级过滤器11、四级过滤器12、加热器13、三通控制球阀14、膜分离器组件15、氮气流量计16、氧分析仪17和纯度调节阀18。
所述氮气回收调节系统1设置于膜分离制氮系统4一侧，包括空气滤清器2、入口单向阀3、三通比例调节回流阀19、最终排气氮气流量计20、最终排气单向阀21、减压阀22；所述空气滤清器2、入口单向阀3及空气压缩机5依次连接；所述三通比例调节回流阀19采用气动三通比例调节阀，三通比例调节回流阀19的入口端与纯度调节阀18连接，三通比例调节回流阀19的其中一出口端为排气端，与最终排气氮气流量计20、最终排气单向阀21依次连接，另一出口端为回流端，与膜分离制氮系统4的入口端通过回流管路23连接；所述回流管路23上设置减压阀22，用于控制进入膜分离制氮系统4的入口端的进气压力(0-1.0Mpa)，防止膜分离制氮系统4的入口端压力过高而停机。本实施例通过三通比例调节回流阀19回收利用经膜分离制氮系统4排出的纯度相对较低的不合格氮气至膜分离制氮系统4的入口端，从而使膜分离制氮系统4吸入气体的氮气含量大大增加，这些高含氮气体再经膜分离制氮系统4分离后，氮气纯度更高，经此流程多次循环分离后氮气纯度可提升至99％以上，合格的高纯氮气再由三通比例调节回流阀19的排气端经最终排气氮气流量计20和最终排气单向阀21进入下游设备，从而实现了快速制取高纯氮气(99％以上)的方法。
本实施例将所述最终排气单向阀21安装在最终排气管路的末端，其作用是为了防止下游气体反流后对设备内元件的损坏；所述入口单向阀3安装在空气滤清器2出口端，氮气回流管路23之前，其作用是为了防止回流氮气通过空气滤清器2排出到大气。
工作原理：本实用新型空气由空气压缩机5吸入后，经压缩至一定压力(0.5-3Mpa)，经冷却器6冷却(至环境温度+15℃左右)，进入液气分离器7除去大部分液滴，后经一级过滤器8再次除去液态杂质，进入干燥机9干燥，干燥后的空气露点温度下降(至15至-60℃)，依次进入后面的二级过滤器10、三级过滤器11、四级过滤器12，经除油雾、微粒等杂质后进入空气加热器13，经加热至合适温度(30-50℃)，由三通控制球阀14进入膜分离器组件15，经膜分离器组件15分离后获得高纯度的氮气，氮气进入膜后排气管路，在膜后排气管路上依次安装有氮气流量计16、氧分析仪17及纯度调节阀18，其中纯度调节阀18可调节氮气的纯度和气量，氮气流量计16及氧分析仪17可实时监测氮气流量和纯度，制取的氮气经排气管道进入膜分离制氮系统4，经三通比例调节回流阀19将经膜分离制氮系统4排出的纯度相对较低的不合格氮气回收至空气压缩机5，从而使空气压缩机5吸入气体的氮气含量大大增加，这些高含氮气体再经膜分离制氮系统4分离后，氮气纯度更高，经此流程多次循环分离后氮气纯度可提升至99％以上，合格的高纯氮气再由三通比例调节回流阀19的排气端经最终排气氮气流量计20和最终排气单向阀21进入下游设备，从而实现了快速制取高纯氮气(99％以上)的方法，其中，最终排气氮气流量计20可实时监测设备最终出口排出氮气的流量；最终排气单向阀21安装在最终排气管路的末端，能够防止下游气体反流后对设备内元件的损坏；另外所述的三通比例调节回流阀19可比例调节控制进入空气压缩机5的氮气流量及最终排出氮气的流量，可实现在不增加膜分离器组件15数量的情况下，氮气纯度的高纯度范围调节；因此所述的氮气回收调节系统1通过对膜分离制氮系统4制取氮气的回收利用，既实现了氮气的快速高纯度制取，又实现了氮气高纯度范围调节。设备的运行效率更加高效、节能、无污染。
本实用新型将所述的空气滤清器2安装在空气压缩机5入口端，氮气回流管路23之前的初始端，可过滤空气中的灰尘及杂质，过滤精度在5μm以上；所述入口单向阀3安装在空气滤清器2出口端，氮气回流管路23之前，其作用是为了防止回流氮气通过空气滤清器2排出到大气。
上述具体实施方式仅是本实用新型的具体个案，本实用新型的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本实用新型权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本实用新型的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种高纯氮气回收型膜分离制氮设备，其特征在于：包括氮气回收调节系统(1)和膜分离制氮系统(4)；所述氮气回收调节系统(1)设置于膜分离制氮系统(4)一侧，包括空气滤清器(2)、入口单向阀(3)、三通比例调节回流阀(19)、最终排气氮气流量计(20)、最终排气单向阀(21)、减压阀(22)；所述空气滤清器(2)、入口单向阀(3)及膜分离制氮系统(4)的入口端依次连接；所述三通比例调节回流阀(19)的入口端与膜分离制氮系统(4)的出口端连接，三通比例调节回流阀(19)的其中一出口端为排气端，与最终排气氮气流量计(20)、最终排气单向阀(21)依次连接，另一出口端为回流端，与膜分离制氮系统(4)的入口端通过回流管路(23)连接。
2.根据权利要求1所述的高纯氮气回收型膜分离制氮设备，其特征在于：所述回流管路(23)上设置减压阀(22)。
3.根据权利要求1所述的高纯氮气回收型膜分离制氮设备，其特征在于：所述最终排气单向阀(21)安装在最终排气管路的末端。
4.根据权利要求1所述的高纯氮气回收型膜分离制氮设备，其特征在于：所述三通比例调节回流阀(19)为气动、电动或液动三通比例调节阀的一种。
5.根据权利要求1所述的高纯氮气回收型膜分离制氮设备，其特征在于：所述入口单向阀(3)安装在空气滤清器(2)出口端。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高纯氮气回收型膜分离制氮设备，其特征在于：所述膜分离制氮系统(4)包括依次连接的空气压缩机(5)、冷却器(6)、液气分离器(7)、一级过滤器(8)、干燥机(9)、二级过滤器(10)、三级过滤器(11)、四级过滤器(12)、加热器(13)、三通控制球阀(14)、膜分离器组件(15)、氮气流量计(16)、氧分析仪(17)和纯度调节阀(18)；所述入口单向阀(3)与空气压缩机(5)连接，所述三通比例调节回流阀(19)的入口端与纯度调节阀(18)连接。
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