精氮機(jī)加熱器電路改造技術(shù)研究

劉家倫+曾鵬+蔣揚(yáng)波

摘 要：PET聚酯切片生產(chǎn)線的TB100型精氮機(jī)為聚酯生產(chǎn)系統(tǒng)提供高純度氮氣，氮氣再生過程中系統(tǒng)溫度高達(dá)370 ℃，原有系統(tǒng)加熱器由于原電路設(shè)計不合理、設(shè)備老化等問題易引起供應(yīng)氮氣中斷。本文通過對該精氮機(jī)加熱電路的合理改造，提高精氮機(jī)使用壽命。

關(guān)鍵詞：精氮機(jī) 加熱管 電路改造

中圖分類號：TN792 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0093-02

TB100型精氮機(jī)是PET聚酯切片生產(chǎn)裝置的一個部分，由于再生溫高達(dá)370 ℃，往往會使干燥劑和脫氧劑將會失效，從而導(dǎo)致生產(chǎn)精氮的品質(zhì)下降，供氮機(jī)不能正常工作。普什模具集團(tuán)PET聚酯切片生產(chǎn)裝置，修建于2002年，經(jīng)常被供氮中斷困擾。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，電器控制對于精氮機(jī)正常工作起著至關(guān)重要作用，一旦加熱管出現(xiàn)故障將對整個生產(chǎn)系統(tǒng)造成很大的影響。因此，保障精氮的正常供給對整個生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的作用。

1 精氮機(jī)加熱過程故障現(xiàn)狀

普什模具集團(tuán)車間精氮機(jī)分共兩臺，該精氮機(jī)所使用加熱管長度在1.5 m，安裝時需將加熱管放進(jìn)加熱套管內(nèi)，加熱管長度較長，安裝后不能保證加熱管與加熱套管不接觸，且加熱管受熱變形經(jīng)常造成加熱管將套管壁燒穿而漏氣。為滿足工藝穩(wěn)定，多組加熱套管都被密封，造成多組加熱絲不能正常工作，甚至有時達(dá)到一旦再有加熱管出現(xiàn)故障將造成溫度不能滿足生產(chǎn)需求；根據(jù)2010年的故障次數(shù)統(tǒng)計平均每月5次。除此，該裝置整體檢修時需切割開整個加熱罐，需要電工、鉗工、焊工協(xié)作才能完成，用時需2～3天時間才能完成。

2 故障分析

TB100型精氮機(jī)加熱器分為A、B兩個加熱罐，加熱罐內(nèi)裝有脫氧劑和干燥劑等吸附物質(zhì)，習(xí)慣上稱整個加熱罐為吸附塔，兩個吸附塔主要是吸取提純后的壓縮空氣中的雜質(zhì)，以保證能雜質(zhì)不到1PPM的高純度精氮。該精氮機(jī)加熱管通過固態(tài)繼電器分別控制，因為設(shè)備老化等原因，2010年開始經(jīng)常出現(xiàn)加熱管燒壞加熱套管，而過大電流經(jīng)常影響固態(tài)繼電器正常工作。由于原電路中固態(tài)繼電器和加熱管、套管經(jīng)常損壞。我們通過對A罐原有加熱管電路圖（見圖1）的分析，認(rèn)為精氮機(jī)加熱罐加熱管線路接法不是很合理，可以從改變電氣圖中的接線方式入手降低設(shè)備故障率。從原有接線圖中可以看出原加熱管為1000 W/根，220 V全壓滿負(fù)荷工作狀態(tài)，三根為一組并聯(lián)使用，一個加熱罐有9根加熱管，共9 kW，測得每根加熱管電流為4.5 A，每相電流為13.6 A，電流較大。因此電路中的固態(tài)繼電器也容易燒壞，造成溫度波動極大。經(jīng)過對電路中各個環(huán)節(jié)的檢測，通過數(shù)據(jù)分析和檢修過程中的經(jīng)驗，我們認(rèn)為該電路沒必要工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，在滿負(fù)荷狀態(tài)時，電流較大，溫度變化較快，溫控電路對溫度控制也不是特別理想。結(jié)合上述分析，我們認(rèn)為可以適當(dāng)降低電路的功率，達(dá)到降低電路中的電流，使加熱過程適當(dāng)放緩，減小罐內(nèi)出現(xiàn)較大的溫度波動。改造后可使加熱過程更為穩(wěn)定，降低因溫度控制不利出現(xiàn)的問題。

3 電路改造

為了提高材料的強(qiáng)度和抗高溫氧化性，將套管材料由20#鋼改成耐熱鋼管Cr5Mo，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性。同時原材料的管壁也較薄。將加熱套管厚度由原來的4 mm增加到6 mm，提高了厚度可以緩解溫度對材料的氧化速度。這樣可以保證精氮機(jī)長時間穩(wěn)定運(yùn)行。

由于原加熱電路三組三相并聯(lián)的方式接線，根據(jù)并聯(lián)分流、串聯(lián)分壓的原理，降低加熱管回路中的電壓，可將電路中的電流、功率降低。因此，我們將A罐原接法加熱絲改為兩相并聯(lián)，并使用電阻絲為220 V，1 kW，而實際情況下工作電壓為190 V（見圖2）。將接線圖改造后配合工藝進(jìn)行試驗，對精氮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢查，開機(jī)時加熱時間與以前相比有所延長，而在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后氮氣純度完全可以達(dá)到工藝要求，并且改造后使加熱罐內(nèi)的溫度上升平緩，超溫范圍較小，系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定。實測每根加熱管電流為3.9 A，通過圖2可以看出采用串聯(lián)接法后每根加熱管變?yōu)榱薖=UI=3.9×190=741 W為加熱管原本3/4的負(fù)荷工作狀態(tài)，總電流為15.6 A，將原接法的總功率由9 kW降低為6 kW。這樣雖然總電流有所增加，但通過固態(tài)繼電器的電流降低了很多，由于單根加熱管一直處于低壓低負(fù)荷工作狀態(tài)，套管也不容易變形，更容易控制溫度，同時加熱管的使用壽命得到了延長。通過對此臺精氮機(jī)A罐的成功改造，我們對B罐和另一臺備用精氮機(jī)也進(jìn)行了類似改造，成功解決了以往經(jīng)常由于加熱絲故障引起的氣體泄漏造成對生產(chǎn)系統(tǒng)的不利影響。

4 改造結(jié)果

通過對TB100精氮機(jī)加熱管電路的改造，加熱罐故障有了明顯的減少，基本上沒有出現(xiàn)加熱管將加熱套管燒壞，其它故障也相應(yīng)減少，基本上達(dá)到每月不到一次的維修率。達(dá)到了預(yù)期目的，解決了該設(shè)備長期存在的缺陷。通過本次改造降低了精氮機(jī)維修成本和生產(chǎn)成本（包括材維修耗材、人工成本、降低電路功率后所節(jié)約的電能、搭手腳架等費用）。達(dá)到了對生產(chǎn)成本的效控制的目的。其經(jīng)濟(jì)效益以每年兩次大修計算：加熱絲9×900.00≈8100元、耗材及人工費用1500.00×2≈3000元、搭腳手架500.00×2≈1000元。電能方面：W=Pt=3×300×24=24600 kW·H（按車間停產(chǎn)大修兩月左右計算）；由于設(shè)備有兩個加熱罐，共計節(jié)約電價約36700元左右（工業(yè)電價約為0.85元）。共計約48800.00，有效的降低了生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

我們通過對PET聚酯切片生產(chǎn)線的TB100型精氮機(jī)中氮氣加熱管電路進(jìn)行改造，有效的改善了精氮機(jī)的使用性能，延長了它的使用壽命，極大的節(jié)約了企業(yè)的運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 許翏.工廠電氣控制設(shè)備[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 章鴻運(yùn)，周星南.實用電工手冊[M].中國水利水電出版社，2012.endprint

摘 要：PET聚酯切片生產(chǎn)線的TB100型精氮機(jī)為聚酯生產(chǎn)系統(tǒng)提供高純度氮氣，氮氣再生過程中系統(tǒng)溫度高達(dá)370 ℃，原有系統(tǒng)加熱器由于原電路設(shè)計不合理、設(shè)備老化等問題易引起供應(yīng)氮氣中斷。本文通過對該精氮機(jī)加熱電路的合理改造，提高精氮機(jī)使用壽命。

關(guān)鍵詞：精氮機(jī) 加熱管 電路改造

中圖分類號：TN792 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0093-02

TB100型精氮機(jī)是PET聚酯切片生產(chǎn)裝置的一個部分，由于再生溫高達(dá)370 ℃，往往會使干燥劑和脫氧劑將會失效，從而導(dǎo)致生產(chǎn)精氮的品質(zhì)下降，供氮機(jī)不能正常工作。普什模具集團(tuán)PET聚酯切片生產(chǎn)裝置，修建于2002年，經(jīng)常被供氮中斷困擾。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，電器控制對于精氮機(jī)正常工作起著至關(guān)重要作用，一旦加熱管出現(xiàn)故障將對整個生產(chǎn)系統(tǒng)造成很大的影響。因此，保障精氮的正常供給對整個生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的作用。

1 精氮機(jī)加熱過程故障現(xiàn)狀

普什模具集團(tuán)車間精氮機(jī)分共兩臺，該精氮機(jī)所使用加熱管長度在1.5 m，安裝時需將加熱管放進(jìn)加熱套管內(nèi)，加熱管長度較長，安裝后不能保證加熱管與加熱套管不接觸，且加熱管受熱變形經(jīng)常造成加熱管將套管壁燒穿而漏氣。為滿足工藝穩(wěn)定，多組加熱套管都被密封，造成多組加熱絲不能正常工作，甚至有時達(dá)到一旦再有加熱管出現(xiàn)故障將造成溫度不能滿足生產(chǎn)需求；根據(jù)2010年的故障次數(shù)統(tǒng)計平均每月5次。除此，該裝置整體檢修時需切割開整個加熱罐，需要電工、鉗工、焊工協(xié)作才能完成，用時需2～3天時間才能完成。

2 故障分析

TB100型精氮機(jī)加熱器分為A、B兩個加熱罐，加熱罐內(nèi)裝有脫氧劑和干燥劑等吸附物質(zhì)，習(xí)慣上稱整個加熱罐為吸附塔，兩個吸附塔主要是吸取提純后的壓縮空氣中的雜質(zhì)，以保證能雜質(zhì)不到1PPM的高純度精氮。該精氮機(jī)加熱管通過固態(tài)繼電器分別控制，因為設(shè)備老化等原因，2010年開始經(jīng)常出現(xiàn)加熱管燒壞加熱套管，而過大電流經(jīng)常影響固態(tài)繼電器正常工作。由于原電路中固態(tài)繼電器和加熱管、套管經(jīng)常損壞。我們通過對A罐原有加熱管電路圖（見圖1）的分析，認(rèn)為精氮機(jī)加熱罐加熱管線路接法不是很合理，可以從改變電氣圖中的接線方式入手降低設(shè)備故障率。從原有接線圖中可以看出原加熱管為1000 W/根，220 V全壓滿負(fù)荷工作狀態(tài)，三根為一組并聯(lián)使用，一個加熱罐有9根加熱管，共9 kW，測得每根加熱管電流為4.5 A，每相電流為13.6 A，電流較大。因此電路中的固態(tài)繼電器也容易燒壞，造成溫度波動極大。經(jīng)過對電路中各個環(huán)節(jié)的檢測，通過數(shù)據(jù)分析和檢修過程中的經(jīng)驗，我們認(rèn)為該電路沒必要工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，在滿負(fù)荷狀態(tài)時，電流較大，溫度變化較快，溫控電路對溫度控制也不是特別理想。結(jié)合上述分析，我們認(rèn)為可以適當(dāng)降低電路的功率，達(dá)到降低電路中的電流，使加熱過程適當(dāng)放緩，減小罐內(nèi)出現(xiàn)較大的溫度波動。改造后可使加熱過程更為穩(wěn)定，降低因溫度控制不利出現(xiàn)的問題。

3 電路改造

為了提高材料的強(qiáng)度和抗高溫氧化性，將套管材料由20#鋼改成耐熱鋼管Cr5Mo，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性。同時原材料的管壁也較薄。將加熱套管厚度由原來的4 mm增加到6 mm，提高了厚度可以緩解溫度對材料的氧化速度。這樣可以保證精氮機(jī)長時間穩(wěn)定運(yùn)行。

由于原加熱電路三組三相并聯(lián)的方式接線，根據(jù)并聯(lián)分流、串聯(lián)分壓的原理，降低加熱管回路中的電壓，可將電路中的電流、功率降低。因此，我們將A罐原接法加熱絲改為兩相并聯(lián)，并使用電阻絲為220 V，1 kW，而實際情況下工作電壓為190 V（見圖2）。將接線圖改造后配合工藝進(jìn)行試驗，對精氮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢查，開機(jī)時加熱時間與以前相比有所延長，而在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后氮氣純度完全可以達(dá)到工藝要求，并且改造后使加熱罐內(nèi)的溫度上升平緩，超溫范圍較小，系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定。實測每根加熱管電流為3.9 A，通過圖2可以看出采用串聯(lián)接法后每根加熱管變?yōu)榱薖=UI=3.9×190=741 W為加熱管原本3/4的負(fù)荷工作狀態(tài)，總電流為15.6 A，將原接法的總功率由9 kW降低為6 kW。這樣雖然總電流有所增加，但通過固態(tài)繼電器的電流降低了很多，由于單根加熱管一直處于低壓低負(fù)荷工作狀態(tài)，套管也不容易變形，更容易控制溫度，同時加熱管的使用壽命得到了延長。通過對此臺精氮機(jī)A罐的成功改造，我們對B罐和另一臺備用精氮機(jī)也進(jìn)行了類似改造，成功解決了以往經(jīng)常由于加熱絲故障引起的氣體泄漏造成對生產(chǎn)系統(tǒng)的不利影響。

4 改造結(jié)果

通過對TB100精氮機(jī)加熱管電路的改造，加熱罐故障有了明顯的減少，基本上沒有出現(xiàn)加熱管將加熱套管燒壞，其它故障也相應(yīng)減少，基本上達(dá)到每月不到一次的維修率。達(dá)到了預(yù)期目的，解決了該設(shè)備長期存在的缺陷。通過本次改造降低了精氮機(jī)維修成本和生產(chǎn)成本（包括材維修耗材、人工成本、降低電路功率后所節(jié)約的電能、搭手腳架等費用）。達(dá)到了對生產(chǎn)成本的效控制的目的。其經(jīng)濟(jì)效益以每年兩次大修計算：加熱絲9×900.00≈8100元、耗材及人工費用1500.00×2≈3000元、搭腳手架500.00×2≈1000元。電能方面：W=Pt=3×300×24=24600 kW·H（按車間停產(chǎn)大修兩月左右計算）；由于設(shè)備有兩個加熱罐，共計節(jié)約電價約36700元左右（工業(yè)電價約為0.85元）。共計約48800.00，有效的降低了生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

我們通過對PET聚酯切片生產(chǎn)線的TB100型精氮機(jī)中氮氣加熱管電路進(jìn)行改造，有效的改善了精氮機(jī)的使用性能，延長了它的使用壽命，極大的節(jié)約了企業(yè)的運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 許翏.工廠電氣控制設(shè)備[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 章鴻運(yùn)，周星南.實用電工手冊[M].中國水利水電出版社，2012.endprint

摘 要：PET聚酯切片生產(chǎn)線的TB100型精氮機(jī)為聚酯生產(chǎn)系統(tǒng)提供高純度氮氣，氮氣再生過程中系統(tǒng)溫度高達(dá)370 ℃，原有系統(tǒng)加熱器由于原電路設(shè)計不合理、設(shè)備老化等問題易引起供應(yīng)氮氣中斷。本文通過對該精氮機(jī)加熱電路的合理改造，提高精氮機(jī)使用壽命。

關(guān)鍵詞：精氮機(jī) 加熱管 電路改造

中圖分類號：TN792 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0093-02

TB100型精氮機(jī)是PET聚酯切片生產(chǎn)裝置的一個部分，由于再生溫高達(dá)370 ℃，往往會使干燥劑和脫氧劑將會失效，從而導(dǎo)致生產(chǎn)精氮的品質(zhì)下降，供氮機(jī)不能正常工作。普什模具集團(tuán)PET聚酯切片生產(chǎn)裝置，修建于2002年，經(jīng)常被供氮中斷困擾。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，電器控制對于精氮機(jī)正常工作起著至關(guān)重要作用，一旦加熱管出現(xiàn)故障將對整個生產(chǎn)系統(tǒng)造成很大的影響。因此，保障精氮的正常供給對整個生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的作用。

1 精氮機(jī)加熱過程故障現(xiàn)狀

普什模具集團(tuán)車間精氮機(jī)分共兩臺，該精氮機(jī)所使用加熱管長度在1.5 m，安裝時需將加熱管放進(jìn)加熱套管內(nèi)，加熱管長度較長，安裝后不能保證加熱管與加熱套管不接觸，且加熱管受熱變形經(jīng)常造成加熱管將套管壁燒穿而漏氣。為滿足工藝穩(wěn)定，多組加熱套管都被密封，造成多組加熱絲不能正常工作，甚至有時達(dá)到一旦再有加熱管出現(xiàn)故障將造成溫度不能滿足生產(chǎn)需求；根據(jù)2010年的故障次數(shù)統(tǒng)計平均每月5次。除此，該裝置整體檢修時需切割開整個加熱罐，需要電工、鉗工、焊工協(xié)作才能完成，用時需2～3天時間才能完成。

2 故障分析

TB100型精氮機(jī)加熱器分為A、B兩個加熱罐，加熱罐內(nèi)裝有脫氧劑和干燥劑等吸附物質(zhì)，習(xí)慣上稱整個加熱罐為吸附塔，兩個吸附塔主要是吸取提純后的壓縮空氣中的雜質(zhì)，以保證能雜質(zhì)不到1PPM的高純度精氮。該精氮機(jī)加熱管通過固態(tài)繼電器分別控制，因為設(shè)備老化等原因，2010年開始經(jīng)常出現(xiàn)加熱管燒壞加熱套管，而過大電流經(jīng)常影響固態(tài)繼電器正常工作。由于原電路中固態(tài)繼電器和加熱管、套管經(jīng)常損壞。我們通過對A罐原有加熱管電路圖（見圖1）的分析，認(rèn)為精氮機(jī)加熱罐加熱管線路接法不是很合理，可以從改變電氣圖中的接線方式入手降低設(shè)備故障率。從原有接線圖中可以看出原加熱管為1000 W/根，220 V全壓滿負(fù)荷工作狀態(tài)，三根為一組并聯(lián)使用，一個加熱罐有9根加熱管，共9 kW，測得每根加熱管電流為4.5 A，每相電流為13.6 A，電流較大。因此電路中的固態(tài)繼電器也容易燒壞，造成溫度波動極大。經(jīng)過對電路中各個環(huán)節(jié)的檢測，通過數(shù)據(jù)分析和檢修過程中的經(jīng)驗，我們認(rèn)為該電路沒必要工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，在滿負(fù)荷狀態(tài)時，電流較大，溫度變化較快，溫控電路對溫度控制也不是特別理想。結(jié)合上述分析，我們認(rèn)為可以適當(dāng)降低電路的功率，達(dá)到降低電路中的電流，使加熱過程適當(dāng)放緩，減小罐內(nèi)出現(xiàn)較大的溫度波動。改造后可使加熱過程更為穩(wěn)定，降低因溫度控制不利出現(xiàn)的問題。

3 電路改造

為了提高材料的強(qiáng)度和抗高溫氧化性，將套管材料由20#鋼改成耐熱鋼管Cr5Mo，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性。同時原材料的管壁也較薄。將加熱套管厚度由原來的4 mm增加到6 mm，提高了厚度可以緩解溫度對材料的氧化速度。這樣可以保證精氮機(jī)長時間穩(wěn)定運(yùn)行。

由于原加熱電路三組三相并聯(lián)的方式接線，根據(jù)并聯(lián)分流、串聯(lián)分壓的原理，降低加熱管回路中的電壓，可將電路中的電流、功率降低。因此，我們將A罐原接法加熱絲改為兩相并聯(lián)，并使用電阻絲為220 V，1 kW，而實際情況下工作電壓為190 V（見圖2）。將接線圖改造后配合工藝進(jìn)行試驗，對精氮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢查，開機(jī)時加熱時間與以前相比有所延長，而在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后氮氣純度完全可以達(dá)到工藝要求，并且改造后使加熱罐內(nèi)的溫度上升平緩，超溫范圍較小，系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定。實測每根加熱管電流為3.9 A，通過圖2可以看出采用串聯(lián)接法后每根加熱管變?yōu)榱薖=UI=3.9×190=741 W為加熱管原本3/4的負(fù)荷工作狀態(tài)，總電流為15.6 A，將原接法的總功率由9 kW降低為6 kW。這樣雖然總電流有所增加，但通過固態(tài)繼電器的電流降低了很多，由于單根加熱管一直處于低壓低負(fù)荷工作狀態(tài)，套管也不容易變形，更容易控制溫度，同時加熱管的使用壽命得到了延長。通過對此臺精氮機(jī)A罐的成功改造，我們對B罐和另一臺備用精氮機(jī)也進(jìn)行了類似改造，成功解決了以往經(jīng)常由于加熱絲故障引起的氣體泄漏造成對生產(chǎn)系統(tǒng)的不利影響。

4 改造結(jié)果

通過對TB100精氮機(jī)加熱管電路的改造，加熱罐故障有了明顯的減少，基本上沒有出現(xiàn)加熱管將加熱套管燒壞，其它故障也相應(yīng)減少，基本上達(dá)到每月不到一次的維修率。達(dá)到了預(yù)期目的，解決了該設(shè)備長期存在的缺陷。通過本次改造降低了精氮機(jī)維修成本和生產(chǎn)成本（包括材維修耗材、人工成本、降低電路功率后所節(jié)約的電能、搭手腳架等費用）。達(dá)到了對生產(chǎn)成本的效控制的目的。其經(jīng)濟(jì)效益以每年兩次大修計算：加熱絲9×900.00≈8100元、耗材及人工費用1500.00×2≈3000元、搭腳手架500.00×2≈1000元。電能方面：W=Pt=3×300×24=24600 kW·H（按車間停產(chǎn)大修兩月左右計算）；由于設(shè)備有兩個加熱罐，共計節(jié)約電價約36700元左右（工業(yè)電價約為0.85元）。共計約48800.00，有效的降低了生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

我們通過對PET聚酯切片生產(chǎn)線的TB100型精氮機(jī)中氮氣加熱管電路進(jìn)行改造，有效的改善了精氮機(jī)的使用性能，延長了它的使用壽命，極大的節(jié)約了企業(yè)的運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 許翏.工廠電氣控制設(shè)備[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 章鴻運(yùn)，周星南.實用電工手冊[M].中國水利水電出版社，2012.endprint