移动式制备高压高纯氮气技术.pdf

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1、化工自动化及仪表第43卷移动式制备高压高纯氮气技术张猛石文星(凯迈(洛阳)气源有限公司，河南洛阳471009)摘要提出了“车载移动式、一键启停”高纯高压氮气制备技术。制氮加注车集空气压缩、制氮、储气、放气、减压及干燥等诸多功能于一个方舱内，采用变压吸附制氮工艺、各功能模块化集成，集中控制实现了自动运行和状态在线监控。根据环境条件需要，制氮车可使用网电，也可使用柴油发电自给。具有制氮纯度高、操作维护简单、安全可靠及使用维护方便等特点。关键词移动制氮变压吸附加注一键启停中图分类号TH48文献标识码B文章编号1000—3932(2016)lO—1104-04随着航空技术和

2、武器装备的发展，航空武器装备对氮气的需求量越来越大，质量要求也越来越高。由于作战环境恶劣，氮气保障模式必须灵活，现有的制氮设备、制氮模式已经很难满足现状。固定制氮站目标明显，战时易受敌方攻击而导致保障瘫痪。制氮加注车的设计满足了红外武器系统在各种环境条件下对氮气保障的需求，在设计时需要考虑系统的机动性能、操作的简易性及使用维护方便性等。笔者根据航空武器野外作业需求，查询相关技战指标，开展了以下技术研究。1制氮模式选择制氮加注车采用变压吸附制氮模式，该模式较其他制氮模式有着不可比拟的优势。常见的制氮模式及其特点如下：a．深冷制氮。系统复杂、设备多、占地面积大、能耗大、

3、故障率大、启动时间长，不宜经常停机，反复启动，无法实现移动运输和野外保障需求。b．膜渗透制氮。膜渗透制氮需加装二次提纯装置，设备体积大，低于0℃时，氮氧分离膜内部极易结冰损坏，且无法修复，不适合野外储存和使用。C．变压吸附制氮。利用高性能的碳分子筛在压力的作用下，利用氮、氧在分子筛中不同的吸附速率，将氧吸附，输出高纯氮气。变压吸附流程简单，一次提纯即可获得高纯度的氮气，可在一30—60℃储存。变压吸附制氮工艺可实现移动保障，完全满足现代野外作战需求。1．1基本流程空气经压缩机压缩后，先由净化系统净化。经处理后的洁净压缩空气进入空气储罐压缩，后进入变压吸附氮氧分离塔进

4、行氮氧分离，获得99．9995％的高纯氮气，高纯氮气进入氮气工艺储罐。氮气工艺储罐中的高纯氮气经过隔膜式压缩机增压至35MPa，最后到达高压气瓶进行储存和使用。采用PLC控制，实现单体设备有序运行，提高了操作性，满足部队使用。1．2主要技术性能参数制氮加注车主要技术性能参数如下：纯度不小于99．9995％产气量不小于10m3／h露点不大于一65℃输出压力不小于35±1MPa氧含量不大于0．003％o发电机柴油，41kW二氧化碳含量不大于0．001‰固体颗粒度不大于5斗m油含量不大于0．0002％o外形尺寸8840mmX2450mm×3430mm总重16．4t供电电源

5、380V、50Hz2工作原理移动式制备高压高纯氮气的工艺流程如图1所示，空气经压缩机压缩并预处理后，进入空气净收稿日期：2016-09-05(修改稿)第10期张猛等．移动式制备高压高纯氮气技术1105化处理装置，进一步脱除压缩空气中的固体颗粒、水蒸气和油蒸气(以满足制氮加注车主要技术性能参数)。经处理后的压缩洁净空气进入空气储罐。不合格氮气图l工艺流程压缩空气经空气储罐进入氮氧分离装置，氮氧分离装置的吸附塔中装有专用碳分子筛。当压缩空气通过碳分子筛时，由于空气中氧气在碳分子筛的多孔构造中扩散，并在一定压力下以远高于氮气的速度优先吸附至碳分子筛的表面。因此，空气中的氧

6、气被滞留在碳分子筛中，而氮气则流经碳分子筛，进入氮气工艺储罐。氮氧分离装置由A、B两个吸附塔、一些互通的管道和可切换的阀门组成。当A吸附塔完成上述功能，一定时间后分子筛吸附氧气饱和后，切换压缩空气流到B吸附塔重新进行上述分离过程。释放A吸附塔压力，并使用少量的已制备好的高纯氮气以低于压缩空气的压力吹扫分子筛再生，再生完成后，重新切换压缩空气流到A吸附塔进行新一轮分离，如此反复，氮气连续均匀输出。氮气工艺储罐为制氮主机输出的氮气提供缓冲，以获得具有稳定流量(不小于lOre3／h)压力的氮气。氮气工艺储罐中的低压氮气经过吸附式干燥过滤器的进一步净化后到达隔膜压缩机，它将

7、氮气从0．4—0．8MPa增压至35MPa，最后到达高压气瓶组储存。3结构组成3．1布局制氮加注车单体设备集成在方舱内，由载车承载。整车外形如图2所示，内部布局如图3所示。制氮加注车方舱与载车通过标准旋锁机构连接，通过拆装旋锁可实现分离和组装。图3中方舱起到承载所有单体设备的作用；在野外工作时，发电机提供制氮加注车运行所必须的动力电源。3．2重心为保证制氮加注车吊装、运输的安全性，进行≯绱储存图2整车外形／／‘图3内部布局1——方舱；2——发电机；3——储气瓶组；4——隔膜式压缩机；5——制氮机组；6——散热门；7——轴流风机排风门；8——暖风机；9——富氧排散