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        移动式膜分离制氮

        更新时间:2018/12/24 11:44:45

        膜分离原理、系统的工艺流程及性能指标

        1、膜分离原理

        通常一切气体均可以渗透通过高分子膜,其过程是气体分子首先被吸附并溶解于膜的高压侧表面,然后借助于浓度梯度在膜中扩散,最后从膜的低压侧解析出来,其结果是小分子和极性较强的分子(如水汽、氧气、二氧化碳等)的通过速度较快,在膜的渗透侧被富集;而大分子和极性较弱的分子(如氮气、氩气等)的通过速度较慢,被滞留在膜的滞留侧被富集从而达到混合气体分离的目的。膜分离就是利用各种气体在高分子膜上的渗透速率的不同,来进行气体分离的,其分离推动力为气体在膜两侧的分压差,所以膜法气体分离没有相变、不需要再生,它具有设备简单、操作及维护费用低等优点。



        一根膜分离器(组件)是由成千上万根中空纤维分离膜集装在一个外壳内,其结构类似于列管式换热器,它可以在最小的空间里提供最大的分离膜表面积,所以膜分离系统具有占地面积小、重量轻、分离效率高等优点。



        2、制氮系统的工艺流程:

        膜分离制氮装置的工艺过程示意简图如下:



        生产过程概述:

        空气经压缩机压缩、风冷后冷却器冷却以2.2MPa的压力进入气液分离器、精密过滤器、冷冻式干燥机除去压缩空气中的液体、油雾,再经过一级超精密过滤器和一级活性炭过滤器的过滤,脱除颗粒及油雾,可以将压缩空气中的含油量降低到0.01ppm以下、并可以过滤除去直径大于0.01mm的所有固体颗粒;并经过加热器升温,以不低于2.1MPa压力、空气温度不低于50℃进入膜分离器系统进行分离。压缩空气经膜分离后得到压力低于进气压力的氮气,氮气纯度达到95%(氮气的浓度最高可以达到99.9%),氮气的露点可以达到-40℃以下。

        3、装置中各组成部件性能指标:

        ● 冷冻式干燥机

        根据冷冻除湿原理,压缩空气在换热器中和制冷剂进行热交换,空气中的水分冷却后再次发生冷凝,从而将其中所含的大部分水蒸汽、油雾冷凝成液滴,由自动排水阀排出。

        空气过滤器:

        额定压力:2.4MPa

        过滤压降:≤0.25psi

        ● 颗粒过滤器

        装有1μm的滤芯,去除1 micron的粒子,包括凝聚的液体水和油,将油雾含量降至0.6mg/Nm3(21℃时)。过滤效率99.925%

        ● 油雾过滤器

        装有0.01μm的滤芯,去除0.01 micron的粒子以及水雾和油雾,将油雾含量降至0.01mg/Nm3(21℃时)。过滤效率99.999%

        ● 活性炭过滤器

        除掉气源中的重烃,使油蒸汽含量最大不超过0.003mg/Nm3(21℃时)。

        压缩空气经过上述净化过滤处理后需达到如下要求:

        ● 最大油含量@21℃:<0.01mg/Nm3;

        ● 固体颗粒去除精度:<0.01μm;

        空气过滤系统配置:

        ● 过滤器有差压就地显示和压差远程监视,自动报警、停机联锁装置。

        ● 电子定时排放阀,加电伴热

        ● 手动排放阀

        4、膜分离制氮系统

        设计条件:入膜组压力2.1 MPaG  入膜组温度 50℃

        控制方式:         就地/自动控制(PID)

        采用整体保温并加电伴热带,以保证膜系统在低温下正常、高效的工作。

        数据来源:参见UBE NM-510HP膜组数据表

        5、膜组装置的框架

        采用包括支架在内的耐用钢结构装置。

        备有地脚螺栓便于安装及校平。

        全部采用不锈钢管及管件以提高系统的耐用性和耐腐蚀性,保证系统寿命。

        所有电器均使用安装在钢性导管中的标准电缆连接。

        表面保护:带环氧树脂底漆的聚氨酯涂层以满足油田工业环境。

        6、控制系统

        膜分离制氮设备采用PLC可编程控制器+触摸屏工作界面的自动控制系统,由采样监测、纯度控制、温度控制、流量检测及系统保护等装置组成。控制系统具有工作可靠、结构简单、维护方便的特点。

        控制系统可以监控和记录的内容包括:系统启、停机;氮气纯度、压力、瞬时流量、累积流量、膜制氮系统运行参数、过滤器工况及报警;膜系统操作温度异常自动报警保护;氧含量超标报警与排放自动切换;流量和纯度在线参数监视和自动设定。

        1)配备触摸屏,显示直观、简单,可显示流程、主要参数趋势图,具有报警记录等功能;

        2)设有温度控制系统,保证膜管入口温度恒定。当温度超过设定值时,自动切断加热器,并关闭膜管入口气动阀,保护膜管;

        3)设有安全联锁装置,当系统运转但无空气进入系统或空气压力小于一定值时,加热器自动关闭,保护膜组和加热器。

        4)系统设置有空气切断阀,当系统发生故障时可自动切断空气进入膜组,停机保护。

        5)入口空气阀可控制温度超标的压缩空气进入膜分离器,保护膜分离器不会受到污染和损坏。

        6)纯度调节控制系统:

        A、监控氧分析仪,确保产品氮气中氧含量实际显示。可测定氧含量范围0.1%~25%,精度可达到满刻度±0.2%。

        B、设置有产品气纯度调节阀,使产品氮气纯度在95%~99.9%连续可调;

        C、设置有自动排空阀,当产品气纯度超出设定值后可将不合格气体自动排向大气。

        7)自动放空和背压装置:采用独特、先进的背压系统,确保膜分离制氮装置在高压工作条件下,氮气纯度与氮气流量的稳定一致,不会因氮气压力升高而产生纯度与流量的变化。

        8)系统预留通讯接口,可以方面与用户的中央控制系统进行对接,方便对设备进行集中管理。

        9)PLC 设有运行计时器,可提醒用户定时进行设备检查、更换过滤器滤芯等。

        10)不合格氮气自动排放系统排放口装有消音器,朝向撬装箱体顶部。

        11)过滤器具有自动排污功能。

        12)监控系统软件具有灵活、易于学习和操作的特点,有良好的人-机界面。

        13)监控系统具有数据采集、各单元之间数据传输、数据显示、机组流程图、实时趋势画面、历史数据存储与显示、数据上传、数据存取、报表打印、报警显示、氮气纯度调节、氮气流量控制等功能,并可实现紧急停车。提供操作帮助信息,与报警信号结合,提供操作指导信息,便于及时准确地处理故障。

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