XRN39-30技术部分

XRN39-30Nm/h制氮技术方案

3

一．项目分析

针对不同行业不同用户对氮气使用的不同要求,祥瑞提供个性化、专业化 的制氮设备，充分满足不同用户的用气要求。

根据贵公司的氮气技术要求，选用型号为XRN29-40的制氮设备，生产纯度为99%，产气量为40Nm3/h的高品质氮气。

二．技术指标

1. 压缩空气表压: 1.0MPa(进气压力) 2. 氮 气 产 量: 30Nm3/h 3. 氮 气 纯 度: ≥99% 4. 有效耗气量: 2.0Nm3/min 5. 氮气出口压力: 0.7MPa(可调) 6. 露 点: -40℃

三．工作原理

XRN系列制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。

经过净化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等其它杂质，实现再生。一般在系统中设臵两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过PLC程序自动控制，使两塔交替循环工作，以实现连续生产高品质氮气之目的。

该机具有工艺流程简单、常温生产、自动化程度高、开停机方便、易损件少、便于维护、生产成本低等特点。

变压吸附氮气机广泛应用于化工、电子、纺织、煤炭、石油、天然气、医药、食品、玻璃、机械、粉未冶金、磁性材料等行业。

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

四．流程说明

XRN系列制氮机由吸附器、气动截止阀、缓冲过滤器、氮气缓冲罐、调压阀、流量计、仪表控制等部分组成。

净化系统: 高效除油器、冷冻式干燥机、（活性碳过滤器）等； 吸附系统： 缓冲储气罐、吸附器、阀门、控制器等；

氮气缓冲系统： 氮气储气罐、自动放空装臵、流量计、氮气分析仪等。

原料空气经空气压缩机增压至0.8MPa，经过压缩空气净化系统除去大量油、水、尘等其它杂质，进入吸附器。净化后的干燥纯净的原料空气，经缓冲过滤器，进入吸附器底部，气流经分布器扩散后，进入装填碳分子筛的吸附器，进行变压吸附，实行氧氮分离。氮气在吸附塔顶得到富集，作为产品从上端出口再进入氮气缓冲罐、调压阀、流量计输出，废气在消音器端排出。

连续生产纯度≥99.9%，产量为30Nm3/h，输出压力为0.7MPa(可调),常压露点≤-40℃的高品质氮气。

五．XRN系列节能型制氮装臵的技术优势

安装方便

设备结构紧凑、整体撬装，占地小无需基建投资，投资少。

优质碳分子筛

具有吸附容量大，抗压性能高，使用寿命长。正常操作使用寿命可达10年。

故障安全系统

为用户配置故障系统报警及自动启动功能，确保系统运行安全

比其它供氮方式更经济

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

PSA工艺是一种简便的制氮方法，以空气为原料，能耗仅为空压机所消耗的电能，具有运行成本低、能耗低、效率高等优点。

机电仪一体化设计实现自动化运行

进口PLC控制全自动运行。氮气流量压力纯度可调并连续显示，可设定压力、流量、纯度报警并实现远程自动控制和检测计量，实现真正无人操作。先进的控制系统使操作变得更加简单，可实现无人值守和远程控制，并可对各种工况进行实时监控，从而保证了气体纯度、流量的稳定。

高品质元器件是运行稳定可靠的保证

气动阀门、电磁先导阀门等关键部件采用进口配置，运行可靠，切换速度快，使用寿命达百万次以上，故障率低，维修方便，维护费用低。

氧含量连续显示、超限自动报警系统

在线监控氮气纯度，确保所需氮气纯度稳定。

先进的装填技术保证设备的使用寿命

碳分子筛采用内置压紧填装，使分子筛分布均匀无死角，且不易粉化；保证碳分子筛吸附性能和压紧状态，有效延长碳分子筛使用寿命。

不合格氮气自动排空系统

开机初期的低纯度氮气自动排空，达到指标后送气。

理想的纯度选择范围

氮气纯度调节方便,可根据用户的需求在79～99.99%之间任意调节，加上独特的纯化技术在后级串接氮气纯化器，可制得99.9995%的高纯氮气。

系特的循环切换工艺

降低了阀门的磨损，延长了设备的使用寿命和降低了维护费用。

免费调试，终身维护

雄厚的技术实力和优质的售后服务，提供连续的技术支持，使用户使用无后顾之忧。

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

六．组件介绍

1.高效除油器

集旋风分离、粗过滤、精过滤三级净化于一体的过滤器，对压缩空气中的油水进行直接堵截，通过旋风分离、重力沉降、粗滤芯、精滤芯层层过滤，能更彻底地除压缩空气中的油、水、尘，经过该过滤器的压缩空气过滤精度可达0.1um,残油量小于0.01PPm。

技术参数：

1) 型 号： XRY-2.0/10 2) 额定处理气量： 2.4Nm3/min 3) 进出口通径： DN25 4) 外型尺寸： ø159×800mm 5) 设备重量： 45kg 6) 工作压力： 1.0MPa 7) 进气温度： ＜50℃ 8) 出气含油量： 0.01PPm 9) 压力损失： ≤0.02MPa

3.冷冻式压缩空气干燥机

冷干机是根据冷冻除湿原理，将湿热的压缩空气通过蒸发器进行热交换， 使压缩空气的水分凝结成液态水，通过气水分离器排出机外。

1 冷媒压缩机 2 热气旁通阀 3 水量调节阀 4 水过滤器 5 水冷式冷凝器 6 干燥过滤器 7 热力膨胀阀 8 气液分离器 9 蒸发器 10 预冷器 11 气水分离器 12 电子排污阀 13 风冷式冷凝器

技术特点：

1) 采用国际名牌制冷压缩机，运转稳定，噪音低能耗小，安全可靠； 2) 丹麦/丹佛斯（DANFOSS）品牌作为本机的主要制冷配件； 3) 为了避免压缩空气的二次污染，在制作过程中，空气流经部分采用 喷塑处理；独特气流分离设计，排污更彻底；

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

4) 结构小巧、无基础安装；

5) 采用电子排污，不易堵塞，能耗低； 6) 具有多种故障报警和处理功能； 技术参数：

1) 型 号： XRD-2.0/10F 2) 电 源： 220V/50HZ 3) 额定处理气量： 2.4Nm3/min 4) 冷媒压缩机功率： 0.55KW 5) 进出口通径： DN25 6) 设备重量： 110kg 7) 工作压力： 1.0MPa

8) 成品气露点： -23℃ (常压下) 9) 进气温度： ＜45℃ 10) 冷却方式： 风冷 11) 压力损失： ≤0.02MPa 4.活性碳过滤器

采用活性碳过滤材料，具有很强的吸附性能，去除0.01μ以上的 油污，使系统残余油污≤0.003PPm。

技术参数：

1) 型 号： XRHC-2.0/10 2) 填 装 剂： 活性碳

3) 接口尺寸： DN25 4) 尺 寸： ø159×580mm 5) 重 量： 55kg

5.空气缓冲罐

缓冲管路压力损失，平稳制氮机切换时的供气流量供气压力，起到稳定 压力和储存空气的作用。

技术参数：

1) 型 号： CG-0.15/10 2) 容 积： 0.15m3 3) 介 质： 空 气 4) 工作压力： 1.0MPa

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

6.制氮机

采用优质分子筛为吸附剂，利用变压吸附原理，直接从压缩空气中获得氮气。

本装臵撬块式制造,设备组件安装在同一底座上，组成一体化结构，设备紧凑、占地面积小，

技术特点：

1) 完善的流利设计，最优使用效果；

2) 合理的内部构件，气流分布均匀，减轻气流高速冲击； 3) 特有的分子筛保护措施，延长碳分子筛的使用寿命； 4) 操作简便，运行稳定，自动化程度高，可实无人运行； 5) 氮气排空装臵，保证产品氮气质量；

6) 可选配氮气装臵流量，纯度自动调节系统，远程监控系统等；

技术参数：

1) 型 号： XRN39-30 2) 产 气 量： 30Nm/h 3) 纯 度： 99.9% 4) 有效耗气量： 2.0Nm3/min 5) 氮气压力： 0.7MPa(可调) 6) 露 点： ≤-40℃

7.碳分子筛

变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。

碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，见左图1：

碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现 O2、N2的动力学分离，其孔型分布如右图2所示：这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。

3

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

碳分子筛对 O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是氮气。

图1 图2

碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来：

由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使 O2的吸附量在短时间内大大超过 N2的吸附量。

8.阀门

1) 进口原装； 2) 100万次使用寿命； 3) 切换时间短；

4) 低故障率，运行稳定；

双塔流程当中两只吸附器的周期性交替工作，是通过由程序控制器控制的电磁(气动)阀 来完成的。由于切换周期短、阀的动作频繁，因此要求所选用

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

的阀寿命在100万次以上，并且某些阀须有双向通气的功能。确定了阀的类型之后，再根据各阀所通过的气量及一般所采用的流速确定该阀的通径和规格。

9.控制系统

1) 采用进口原器件；

2) 可调节流量、压力、纯度； 3) 流量压力纯度自动设定报警；

4) 操作简便，可实现无人值守，对工况实时监控；

5) 自动排空：开机初期的低纯度氮气自动排空，达到指标后送气； 6) 故障报警：故障自动报警，确保系统运行； 7) 纯度报警：在线监控纯度，保障所需氮气稳定； 8) 纯度调节方便； 9) 可选远程自动控制； PLC

由PLC控制器和电磁阀组成来实现自动控制。吸附时间为58秒，均压2秒。有可编程控制器来实现我们所需要的阀的开启和关闭的时间。这是由于碳分子筛有其显著的特性：

第一、受水分影响时，对其它气体的吸附性减弱，表面硬度下降，表现在整机性能上就是纯度下降，产品气夹带粉末，导致动作阀故障。

第二、受油分影响后，由于对油分未能进行解析再生，分子筛最终失效。为了使分子筛发挥其正常性能、保证吸附器的正常工作，在各机组的常规控制保护基础上，装臵视情况的不同布臵有进吸附器空气温度设定连锁，冷干机的冷凝水排出故障报警，产品纯度超标报警等措施，以及动作阀的程序自动控制和中控室的信号显示控制。

目前国内PLC市场仍以国外产品为主，主要是采用德国Siemens，它在PLC市场领域中占有率相当高。

纯度报警系统

当产品气纯度达不到预先设定纯度值时，PLC控制系统会发出间断声光报警，并对不合格气体进行排空（有自动排空与手动排空，根据用户需求自选）。若不合格气体连续排空时间超过1小时，则说明设备存在故障，不能制得合格气体。控制系统会自动卸压后停机，并发出间断声光报警。

不合格氮气排空系统

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

变压吸附氮气设备的出气口有一取样管路，氮气分析仪从设备开机起就在线监测出口氮气的纯度指标。在氮气分析仪上可以设定好氮气纯度允许的下限值，当出口氮气纯度低于设定的下限值时，氮气分析仪就会送出控制信号分别到PLC和电磁阀，相应的电磁阀得到信号后开始动作，关闭用户管路出气阀并同时打开不合格氮气排空阀门，实现自动排空。

当纯度恢复到设定的下限值以上时，用户管路出气阀打开，并同时关闭不合格氮气排空阀，氮气送入用户点。在氮气不合格排空的同时，PLC也在计时，当不合格氮气排空的时间超过设定值时，PLC会自动关闭整机，等待故障处理。

11.氮气工艺罐

稳定系统供气压力，平衡吸附塔切换时的压力波动，稳定供气流量； 装有压力表、安全阀、排污口。

技术参数：

1) 型 号： CG-0.15/8 2) 容 积： 0.15m3 3) 介 质： 成品氮气 4) 工作压力： 0.8MPa

杭州富阳祥瑞气体设备有限公司 制氮技术方案

七.设备配臵 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14

名 称 高效除油器 冷冻式干燥机 活性碳过滤器 空气缓冲罐 吸 附 器 气动截止阀 电 磁 阀 PLC控制器 流 量 计 氮气分析仪 消 音 器 压 力 表 氮气工艺罐 型号规格 XRY-2.0/10 XRD-2.0/10F XRHC-2.0/10 CG-0.15/10 XR-350 1/4〃 LOGO230 2～30m3/h 79～99.99% XR-159 0-1.6MPa CG-0.15/8 数量 1只 1台 1只 1只 备 注 祥 瑞 祥 瑞 祥 瑞 祥 瑞 2只 填充日本武田碳分子筛 8只 5只 1套 1只 1个 1个 2只 1只 进口原装 进口原装 西 门 子 常州成丰 杭 州 祥 瑞 SMC 祥 瑞