PSA变压吸附制氮设备培训资料Word文档格式.doc
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一个吸附器从吸附结束到再次吸附的工作过程如下：
吸附结束→均压→减压→再生冲洗→均压→升压→再次吸附。
详见图
3、空气净化组件-AC
空气净化组件又叫AC部分，碳分子筛是变压吸附设备的核心部份,油中毒是碳分子筛的主要失效形式之一,对水的吸附会降低碳分子筛对氧的能力,有油润滑的空压机排出的压缩空气通常含有油和水,所以,必须在压缩空气进入氧氮分离组件前除油除水。
空气净化组件由管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器、超精过滤器、活性炭除油器、自动排污阀、球阀等组成。
见图2
空气净化组件：
作用是除去压缩空气中的尘埃、水和油，为氧氮分离组件提供洁净的原料—空气。
图2
3.1过滤器
一、概述
过滤器是压缩空气等各种流体干燥和净化的必备元件。
瑞气牌过滤器采用90年代国内外最新型滤芯，具有流通面积大、压力损失小、过滤精度高等特点。
极大的满足了各种气体过滤的要求。
二、型号规格及外形尺寸
MV型—管道过滤器
MA型—精过滤器
MB型—超精过滤器,粉尘过滤器
1、头座2、滤体3、O形圈
4、O形圈5、滤芯6、铭牌
7、拉杆8、螺母9弹簧垫
10、平垫11、密封垫片12、堵头
图3
3.1.1 管道过滤器
压缩空气进入管道过滤器，将压缩空气中的>
5µ
m的固体微粒及大部分的液态水和油雾滤除，保障冷冻干燥机和后级过滤器的正常使用。
管道过滤器为MV型（安装位置见图3），过滤精度>
m，使用温度为<
80℃，正常使用下的寿命为6个月，压力损失≤0.01Mpa
维护及保养
a.刚开机时，应缓慢开启进气阀门，以防击穿滤芯。
b.请按滤芯正常使用寿命及时更换。
c.更换滤芯时应将系统内的压力降为零，用专用扳手拧开螺母卸下下体，即可更换。
d.当发现压差表的指针指向红色区域时，应及时用洁净的压缩空气或氮气回吹，或更换滤芯。
e.当发现过滤器内有大里油时,请及时更换滤芯。
3.1.2冷冻式干燥机
冷冻式干燥机气源净化原理：
利用全封闭压缩式制冷系统，使空压机排出的压缩空气，经过管道过滤器处理后的空气强制冷却降温到5℃，使其中的水汽迅速达到饱和，并使其大部分凝结成水滴，积聚后由排水器排出，并除去部分油分，使其达到相对干燥。
常见故障及其处理方法
冷冻干燥机蒸发压力过低，会导致冰堵或停机。
原因：
工况不正常，制冷剂不足。
处理方法：
调整工况，顺时针调节热气旁通阀。
添加制冷剂。
冷冻干燥机蒸发压力过高，会导致干燥效果不好。
负载过重，工况不正常。
应使负载符合冷冻干燥机的要求，逆时针调节热气旁通阀。
冷冻干燥机高压压力过低。
冷却水温过低或流量过大，热气旁通阀开启过大。
逆时针调节水量调节阀，逆时针调节热气旁通阀。
冷冻干燥机高压压力过高，会导致停机。
冷却水温过高或流量过小，热气旁通阀开启过小。
顺时针调节水量调节阀，顺时针调节热气旁通阀。
注：
三阀（水量调节阀、热气旁通阀和膨胀阀）的调整并不是独立的，而是相互关联的，需一边调节阀门，一边观察仪表，直至参数显示在正常范围内。
3.1.3精过滤器
压缩空气进入冷冻式干燥机，将压缩空气中的>
0.5µ
m的固体微粒及大部分的液态水和油雾滤除，保障超精过滤器和后级活性炭除油器的正常使用。
管道过滤器为MA型（安装位置见图3），过滤精度>
80℃，正常使用下的寿命为12个月，压力损失≤0.015Mpa.
注:
维修及保养与管道过滤器一样。
3.1.4超精过滤器
压缩空气进入精过滤器后，将压缩空气中的>
0.01µ
管道过滤器为MB型（安装位置见图3），过滤精度>
120℃，正常使用下的寿命为12个月，压力损失≤0.02Mpa.
3.1.5活性炭除油器
除油器内装填15＃颗粒活性炭（活性炭还具有除臭、除异味的作用），它的作用是将超过精过滤器过滤后的压缩空气通过活性炭的吸附作用进行深度除油雾处理，使用寿命为12个月（如发现空压机漏油应及时更换）。
更换活性炭的步骤：
1）更换活性炭时应将系统内的压力降为零；
2）用扳手拧开上、下法兰盖螺母卸下法兰（有手孔的可先卸上法兰和手孔），放出活性炭；
3）清洗除油器罐内壁，检查通气头是否完好；
4）安装下法兰盖（有手孔安装手孔法兰盖），装新活性炭，在装填过程中可用风扇吹去活性炭中的粉尘，安装上法兰盖板。
5）检查气密性；
6）使用前可用大量的压缩空气吹扫除油器，防止除油器内和活性炭粉尘进入吸附塔。
图4
3.1.6自动排污阀
1）内置自动排污阀
内置自动排污阀是安装在过滤器下体上，如发现其不排污或漏气应及时清洗，清洗时使过滤器压力为零，拆下下体后拆出排污阀进行清洗。
2）外置自动排污阀
对于倒桶式排污阀，在使用前应注满清水以开成水封才能工作，工作时有微量漏气属正常情况。
新机在初入使用时，应经常手动排污，在运行过程中应定期手动排污，以保证自动排污阀畅通。
3）电子排污阀
电子排污阀是由电力及人为设备时间来控制其排污频次，如发现其不排污或漏气应及时维修。
注意：
清洗自动排水器时，使用肥皂沬清洗即可。
严禁使用汽油、曱笨、松香水等侵蚀性溶剂。
3.1.7球阀
与自动排阀安装在一起的球阀起开关作用，正常时处于“开”状态，当自动排污阀被脏物堵塞时，可切断对应球阀检修，无需设备停机。
安装在排污总管上的球阀起设备停机时开启排污泄压的作用。
瑞气提醒您；
分子筛是一种亲水性极恒吸附剂，它对水和油等极性分子具有明显的亲和性，为了保证其对N2的吸附免受油和水的影响，请严格按照说明书要求的时间更换滤芯、活性碳及排污。
4、空气缓冲组件—CG
空气缓冲组件的作用是保证系统用气平稳，在氧氮分离系统切换工作时防止瞬间气体流速过快，影响空气净化效果，减小因气流瞬间增大对滤芯冲击，提高进入吸附塔的压缩空气的品质，有利于延长分子筛的使用寿命。
由空气缓冲罐、安全阀、截止阀、球阀、压力表等。
见图5
图5
4.1空气缓冲罐
作用：
缓解设备切换时对滤芯冲击及提高进入吸附塔的压缩空气的品质作用，同时可沉降由活性炭除油器产生的粉尘，通过手动排污阀定时手动排出。
每年由相关部门对压力容器进行检验。
4.2安全阀
系统超压时安全阀开启泄压，保证制氮系统安全运行，每年由相关部门进行检验。
4.3截止阀
设备停机时或空气净化组件维修时关阀该阀，避免空气缓冲罐内的压缩空气放空而造成浪费。
4.4压力表（带专用阀）
显示空气缓冲罐内气体压力，专用阀用于维护压力表时切断压力表气路，请按照压力表校验的规定，定时由相关部门进行检验。
4.5球阀
停、开机时开启排污。
5、PSA氮氧分离组件
氮氧分离组件是制氮设备的主要部件，由两个交替工作的吸附塔（塔内装碳分子筛）和气动阀、减压阀、节流阀、消声器、程序控制器等组成。
根据碳分子筛对空气中主要成分氧气和氮气的吸附速率不同，在加压吸附和降压脱附过程中实现氮氧分离，而加压吸附与降压脱附过程由可编程控制器按一定程序控制电磁阀并由电磁阀控制相应的气动阀自动运行。
既当一只塔处于进气吸附产氮过程时，另一只塔则处于排气解吸再生过程。
将碳分子筛所吸附的富氧气体通过消声器迅速排入大气中，使碳分子筛获得再生。
净化后压缩空气经调压阀TV1、节流阀LV1、通过管道式气动阀QV1（或QV2）的开启，以一定的压力和时间间隔，交替进入吸附塔A（或B）内，其中直径较小的氧分子被碳分子筛优先吸附，直径较大的氮分子则通过吸附塔流出，经过管道式气动阀QV11（或QV12）、节流阀LV2、过滤器QL进入缓冲罐中以备输出。
当一只吸附塔处于进气吸附产氮过程中时，另一只吸附塔则处于排气解吸再生过程。
所谓排气解吸再生过程，就是通过管道式气动阀QV3（或QV4）的开启，将碳分子筛所吸附的富氧气体通过消声器迅速排入大气中，使碳分子筛获得再生。
这样，二只吸附塔在不断交替吸附与解吸过程中输出氮气。
在吸附塔和再生之间，有一个短暂的均压过程，就是通过开启管道式气动阀QV7、QV6和QV9、QV10或（QV8、QV5和QV9、QV10），使两只吸附塔压力均衡，从而达到提高氮气回收率的目的。
见氮氧分离10只气动阀结构图6，见氮氧分离12只气动阀结构图7
氮氧分离10只气动阀结构图6
图7没有
氮氧分离12只气动阀结构图7
5.1吸附塔
塔内装填碳分子筛吸附剂，氮、氧氧分离的作用。
结构：
吸附塔内部结构为下通气头、下棕丝编、三氧化二铝、碳分子筛、中部通气头、上通气头、上棕丝编、压环、孔板等组成（如图8）。
图8
5.1.1下通气头
使气流分布均匀,吸附塔工作时进气,再生时脱附用.
故障:
不会发生故障.
5.1.2下棕丝编
隔离三氧化二铝及分子筛,防止三氧化二铝及分子筛从下孔板漏出.
故障：
故障现象为:
消声堵塞,排气速度慢,消声器有黑烟喷出.
处理：
挖出碳分子筛,更换下棕丝编.注:
此项工作只有在瑞气的服务工程师指导下才可允许操作.
5.1.3三氧化二铝
吸附前级处理后遗留下来微里的水,干燥压缩空气.
其本身不会发发故障.
因为油或粉化导致失效时,应更换.
5.1.4碳分子筛
碳分子筛属于速度分离型的吸附剂，当吸附质的性质相差不大时，直径较小的气体分子扩散速度较快，较多进入分子筛的固相，而直径较大的气体分子扩散速度较慢，较少地进入分子筛的固相。
时氧和氮来说，O2的分子直径为2.8A，碳分子筛的微孔直径为2.9A，N2的分子直径为3.0A，所以O2在碳分子筛微孔中的扩散速度要比N2快数十倍。
当空气进入碳分子筛时，分子筛直径比N2稍小的O2以较快的速度扩散进入碳分子筛的微孔道，并优先被选择性吸附。
在吸附初始的短时间内，O2迅速集于碳分子筛颗粒内部，而N2则因未来得及被吸
附，在气相中富集。
所以，碳分子筛有分离空气中氧氮的作用，主要是依据这两种气体分子在碳分子筛表面扩散速度的差异。
在变压吸附设备中,由于碳分子筛是颗粒的物体,在填装过程中,不可能装填的绝对结实.而吸附塔在工作过程,在气流的作用下,分子筛存在下沉松动的可能性,从而会产生隧道效应.
温州瑞气空分设备有限公司营销中心（服务）编制-50-
隧道效应：
即碳分子筛塔腔应为适当的直径和高度，当碳分子筛在塔腔里充填不充分时，或者当碳分子筛管腔太粗未压紧时，都会产生隧道效应：
压缩空气通过没有充分紧密充填的碳分子筛塔腔，对于其中间部分的碳分子筛会造成气流一样的冲刷效果，导致碳分子筛表面剥落和失效，使塔腔的中间的密度小，塔腔旁边的密度大。
形成类似的隧道。
碳分子筛表面剥落和失效：
即碳分子筛是一种表面为3.0埃孔径，而内部有远远大于3.0埃的空间，以便使压缩空气中的氧气分子可以通过高质量碳分子筛表面的孔径进入碳分子筛。
因此实际起制氮作用只是碳分子筛的表面部分，其内部只作为氧气分子的吸附储存和解吸。
当低质量的碳分子筛塔腔有隧道效，而导致碳分子筛表面剥落时，碳分子筛的粉尘剥落十分之一时,可能其功效已经全失去而并非仅仅失去十分之一。
为解决上述的难题，必须限制碳分子筛在升压、降压过程中在塔腔的位移，避免产生隧道效应。
经由瑞气公司的不断研发论证，采用气缸压（关于气缸我们在5.4中会作详细讲解）紧方法来控制碳分子筛的位移是唯一有效的，有效的解决了隧道效应这一制氮难题。
5.1.5中部通气头（不等式均压）
瑞气制氮机采用不等式均压流程（专利），不等式均压对下均压位置作了改进均压时均压气体从吸附结束的吸附塔中部引出进入脱附（再生）结束的吸附塔底部，按照吸附塔内氮气纯度的倒金字塔型梯度分布特点进行均压。
将氮气纯度较高的气体从吸附塔均压到解吸塔，还原床层固有的纯度梯度分布，提高解吸塔的氮气浓度，同时降低了解吸塔内碳分子筛对氧气的预吸附，提高分子筛的利用率，即提高碳分子筛的产氮率。
故障现象：
通气头漏碳分子筛，消声器内有碳分子筛及喷黑烟。
挖出碳分子筛，处理通气头。
5.1.6上通气头
实现上部均压及二次均压，输送氮气及氮气吹扫作用。
无
5.1.7上棕丝编
防止碳分子筛漏出，导致松动而粉化。
棕丝垫破损，PSA氮气出口部份发现有分子筛及碳分子筛粉尘，同时，气缸导杆下降。
更换棕丝垫，清理PSA氮气出口管道及阀门，检查容器壁的光洁度后处理。
5.1.8压环
压住棕丝垫中心与上通气头连接处，防止碳分子筛漏出。
5.1.9上孔板
上孔板为气缸的推动板，分子筛下沉或松动后，由气缸推动孔板压紧碳分子筛。
上面的孔也为过气孔，压紧棕丝垫，防止碳分子筛漏出。
孔板压斜及下沉，与容器内壁配合不当，容器内壁不平整。
处理不当原因，添加分子筛。
5.2管道式气动阀
国家专利产品ZSGP系列瑞气制造管道式气动阀（如图9），是自动化系统的气动执行器之一，也是我公司在二十年研制变压吸附装置在管道控制介质流通上起主要切断和接通作用。
适用于水、蒸汽及弱腐蚀性气体、液体等多种介质。
该管道式气动阀是瑞气公司集二十多年来变压吸附设备研制经验精心设计而成，结构简单且紧凑，构思巧妙，突破传统设计，执行机构与阀芯一体制造；
启动过程中，密封面的摩擦力小，耐磨性好；
启闭行程小，等于活塞的行程；
启闭灵活，反映迅速，最适合于PSA设备使用，在控制信号为0.3-0.5Mpa的压力下，能在0.3秒内迅速完成启闭动作；
指示直观，有反馈指示件的指示作用；
安装维修方便，密封性能好，绝对零泄漏，便于远程气动控制；
阀前后压差波动小，对阀芯不平衡力及启闭速度无任何影响；
使用寿命长，最高可达150万次以上。
作用:
气路开关,通过气动阀的开、关，两只吸附塔交替工作，一只吸附、另一只再生，使设备不断产出氮气。
ZSGP系列管道式气动调节阀
图9
结构及操作原理：
通过切换阀门上的A、B控制气源接口处的压缩空气，活塞紧推阀座切断流体即阀处于关状态（如图10），当活塞移向阀座另一侧时则阀处于开态（如图11）。
阀处于关状态
图10
阀处于开态
如图11
5.2.1瑞气管道式气动阀的故障处理
常运行时应定时检查阀门的易损件，具体检查为法：
a、当流过阀的介质为气体时，用中性肥皂液涂覆在12或13检漏口，发现有气泡现象出现，则判断密封圈“5”与防尘圈“8”已损坏，这时切断控制气源，即可判断是哪只密封圈损坏；
b、过阀的介质为液体时，如在检漏口发现液体渗出，就可判断防尘密封圈“8”及相应的密封圈“5”损坏。
c、封圈“6”的检查方式：
打开阀A（或B）口用中性肥皂液涂覆，如有气泡现象出现，则可判断密封圈“6”损坏，该密封圈严重磨损会导致切换速度减慢，甚至切换控制气源而达不到阀开关之目的。
d、在反馈指示件和主阀相对运动面处涂肥皂水，即可检查，密封圈“3”“4”有无渗漏。
该密封圈磨损会导致开关速度减慢，严重时导致阀门无法关闭。
3、“3”、“4”、“5”、“6”、“O”形密封圈与“8”防尘圈，阀座密封垫片等易损件要求注意其磨损程度。
为确保自动化系统正常运行，建议正常运行超过二年要求更换。
5.3压紧气缸
5.3.1、概述
气缸是吸附塔的压紧机构，它的作用是：
利用吸附塔内的压缩空气，对碳分子筛进行动态压紧，即分子筛一旦下沉，气缸就会有相应的补偿位移，从而确保吸附塔内的分子筛始终处于压紧状态。
防止因分子筛下沉而造成分子筛剧烈运动，确保制氮机产氮量和纯度的稳定性。
气缸（QGa100）当导向杆正上端落在距导向套约15mm处时，应停机添加分子筛。
气缸（QGa200）当气缸活塞运动到达碳位报警位置时，报警系统会自动发出警告，在用户可能的情况下，应停机添加分子筛。
如继续使用，气缸活塞运动到达自动停机位置时，系统自动停机，必须添加分子筛。
5.3.2组成
2、组成
气缸（QGa100）由气缸体、活塞、导向杆、传力杆及碳位标示等组成，如图12所示:
图12
1.气缸体
2.活塞
3.导向杆
4.导向套
5．传力杆
6.吸附塔法兰盖
气缸（QGa200）由气缸筒、活塞、导向杆、传动杆及报警装置等组成，如图13所示:
图13
1.自动停机装置
2.气缸体
3.活塞
4.导向杆
5.碳位报警装置
6．传动杆
7.吸附塔法兰盖
8.单向截止阀
5.3.3技术指标
设计压力:
1.2MPa
试验压力:
1.3MPa
最高工作压力:
最大行程:
80mm
5.3.4运行与维护
4.1气缸在出厂前已安装完好（若因运输原因未安装好可由用户自行装配）。
4.2安装完毕或初次使用前应先检漏。
即先充气保压气压，保持4小时，压力变化值小于0.01MPa。
若达不到要求，应检查气缸的装配是否存在漏气或密封圈损坏情况，针对具体情形进行处理。
4.3当气缸压力下降速度很快，且氮气的产量或纯度都在迅速下降时应立即停机检修。
4.4在气缸报警系统发出报警后，应尽可能停机添加分子筛。
添加分子筛时，应先停机，并将吸附塔压力降为零后，再拆除吸附塔法兰盖，
并打开单向截止阀泄压，使气缸复位。
4.5气缸重新装配，关死单向截止阀后必须先检漏再使用。
5.4消声器
降低吸附塔气体排空时产生的噪音。
5.5压力表
吸附塔上压力表显示的为吸附塔内的压力，气源三联件上压力表显示仪表控制气源压力，气缸上压力表显示气缸内压力。
5.6节流阀
进气阀为调节进气流量，出气阀门为调节开机时的出气流量。
出气阀的功能介绍：
此阀为开机时控制PSA部分向氮气缓冲罐送气的唯一的阀门，也是开机时控制氮气纯度上升速度关键阀门，具体操作为：
开机时，待吸附塔工作3～5周期，开此阀门。
阀门的开度为1/8圈或微开此阀门，听到管道有气流即可，观察吸附压力，开此阀门时，吸附压力不能快速下降。
或观察氮气缓冲罐的压力，达到出口设定值，估计吸附压力与氮气缓冲罐压力基本相等后全开此阀门。
5.7“回氮”吹扫阀
“回氮”冲洗：
当一只塔进行解吸（排气）再生时，陷于碳分子筛死空间的富氧气体会被从另一塔回吹的小量产品氮气从消声器排出，因而可立即回复到吸附状态，从而提高吸附效率。
针形阀LV4由服务人员调节，用户禁止调节。
5.8单向阀
“回氮”冲洗用，控制吸附的塔的气体未经过“回氮”吹扫阀返回到再生塔。
单向阀出现卡死或漏气，氮气纯度会随着下降或波动，此时需停机维修单向阀。
5.9球阀
作用：
控制仪表气开关。
球阀功能：
设备无故障情况下，此阀门常开。
维修气动阀、电磁阀等气路控制部分时关闭。
6氮气缓冲组件
氮气缓冲系统主要由缓冲罐、流量计、调压阀、节流阀、出口气动阀、氮气纯度分析仪等组成。
其主要作用是使氮气压力、纯度和流量平稳，氮气纯度分析仪可即时测出氮气纯度，并自动控制气动阀将不合格氮气排空。
如图14
图14
6.1粉尘过滤器
作用：
将产品氮气中>
m的粉尘滤除。
设备正常使用下粉尘过滤器的寿命为18个月，压力损失≤0.015Mpa.如发现压差时应及时更换。
维修保养方法参见3.1.1 管道过滤器的维修保养。
6.2调压阀
调节产品氮气出口压力。
设备出口流量计为金属流量计时，调压阀所调节的压力应为金属流量计的标定压力。
为玻璃流量计时，出口压力与玻璃流量计显示的刻度进行换算，得到实际流量。
6.2.1调整与使用
在通气前松开锁紧螺母，然后将调整手柄逆时针方向旋转，直至工作弹簧及处于自由状态时为止。
接着开始通气，并调节手柄，顺时针调节，直至压力表读数达到所需的压力，调整完毕、拧紧螺母。
注：
此项调整是流量为零时进行的，即在静止状态下进行调整，工作时则在有流量的状态下发生变
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