PSA變壓吸附制氮機的維護與保養分析

摘 要：為了保證PSA變壓吸附式制氮機的工作質量，其日常維修工作需要重點關注。本文首先介紹了PSA變壓吸附制氮機的工作原理及工藝流程，并分別從分子篩泄漏、設備內部構件開裂和產品氣純度不合格三個方面分析了PSA變壓吸附制氮機的故障原因，論述了PSA變壓吸附制氮機各個部件的維護措施，為保證制氮機的日常保養工作提供技術指導。

關鍵詞：PSA變壓吸附;制氮機;維護保養

引言

氮氣資源在地球上屬于充足的自然資源，而且隨著科學技術的不斷前進，化工業、電子制造、冶金行業、機械加工等多個行業都對氮提出了大量的需求，因此對空氣中氮的提取成為一個熱門的話題，但是氮氣屬于惰性氣體，其理化性質穩定，很難從空氣中分離，而制氮機很好的解決了這一難題。在工業中對于氮氣的需求往往很嚴格，作為保護氣的純度需要在99.99%以上，方能起到保護和密封的作用，因此制氮機的工作效率及氮氣純度直接影響相關行業的發展。但是制氮機由于長期作業時長發生故障，為避免意外事故的發生，需要對制氮機進行日常的維護和保養工作，只有按照規定流程作業、定期進行安檢，才能保證制氮機設備的正常運轉。

一、PSA變壓吸附制氮機的工作機理

PSA變壓吸附制氮系統是依憑變壓吸附法（Pressure Swing Adsorption，PSA）的氣體分離技術，以環境大氣為基礎原料，采用對空氣中氮和氧有選擇性吸附作用的固體吸附劑（碳分子篩）進行分離的系統設備。其主要原理是利用氮分子和氧分子在碳篩里的擴散率不同，使得氧分子保存在固相中，氮分子保留在氣相中。待碳篩達到系統平衡，改變壓力可降低碳篩對氧分子的吸附能力，這個過程為再生以便進行下一次的分離。一般以兩塔并聯，交替加壓吸附和降壓再生的方式進行氮氣分離和提取。

PSA制氮的工藝流程：空氣首先經過過濾后進入壓縮機，再經過一系列工序成為可以脫離的穩定氣體。在氣體壓力大于0.6MPa時啟動制氮機，使穩定氣體進入A吸附塔利用碳篩對除氮氣以外的氣體進行吸附，氮氣保存在氮氣儲罐中，此A塔吸附制氮過程持續40～120s。

然后使A、B吸附塔達到均壓，再利用B吸附塔進行制氮，與此同時，A吸附塔進行降壓放空，稱之為解析。如此循環始終保持一塔吸附一塔解吸同時進行，完成氮氣分離，最終可以獲得純度為95%～99.9%的合格氮氣，在此過程中需要合理有效的控制各個區域以達到最好的分離效果。

二、PSA變壓吸附制氮機故障分析

PSA制氮機作為工程系統中重要設備，為避免在實際運行中發生分子篩泄露、濾網破損及結構件焊縫開裂等現象，需要對PSA制氮機運行故障進行分析[3]。

三、PSA變壓吸附制氮機的日常修護

（一）空氣壓縮機

空氣壓縮機主要為PSA制氮機提供壓縮空氣，其控制參數依照實際工況需求而定。通常情況下出氣量應該不小于16.5m3/min;出氣壓力值應該維持在0.8MPa到0.98MPa左右;含油量不大于3ppm;溫度應低于45℃。因此在日程檢修過程中，要檢查空氣壓縮機的各個指標是否符合標準，定時進行月度檢查和季度保養，嚴格執行《維護手冊》。對空氣壓縮機性能影響最大的因素為溫度，而日常的季節氣候、空氣濕度及自來水的質量都會對溫度造成影響。尤其對于冷卻水的二次利用，既要保證水質的純度，又要考慮經濟效益，因此選擇合適的空氣壓縮機對PSA制氮機正常運作的保障。

（二）冷干機

冷干機的日常檢修主要包括冷凝水及廢水的排除是否發生堵塞、系統壓力是否正常。因為散熱器長期工作會積攢大量的灰塵，需要及時進行吹掃保證散熱器能夠正常散熱。同時冷干機的過濾器要定期進行更換，保證過濾質量。

（三）活性炭吸附器

活性炭吸附器的主要功能為對空氣進行過濾、吸附，因此活性炭和氧化鋁活性劑的優良影響制氮效果，又因為其質量受到空氣壓縮機和冷干機的影響，通常工作環境下，活性炭和氧化鋁的更換頻率為3至5年更換一次。

（四）氧氮分離裝置-分子篩吸附塔

碳分子篩是PSA制氮機中最重要的部件，其硬度、產氮氣量、回收率等都直接影響制氮效率，對其影響的最大因為為溫度，較高的溫度會影響碳分子篩的吸附能力，因此需要定期進行檢查及更換。

（五）氣體檢測器及氣體儲罐

氣體檢測器是用來檢測各個部件區域的氣體含量，同時也是PSA制氮機安全性能的保障，因此氣體檢測器的檢修需要格外關乎，每年都需要進行返廠檢測，對氣體檢測器的靈敏度和傳感器等進行嚴格校正。同樣氣體儲罐也需要進行定期檢查，每月自查每年自檢，使用期限要嚴格控制在使用壽命內。

四、結論

PSA制氮機為多種行業提供氮氣資源，其日常的維護和保養保證了氮氣的產出效率，因此了解PSA制氮機的制氮原理，分析制氮機故障的產生原因，并針對制氮機各個部件的檢測和維護進行詳細系統的分析，為制氮機的正常運作提供保障，延長其使用壽命，避免意外事故的發生。

參考文獻：

[1] 孫移.PSA制氮機控制系統的設計與優化[J].機械設計與制造工程，2018， 414（05）：73-76.

[2] 孫烈剛，吳迪，李天文，等.變壓吸附制氮性能主要影響參數的研究[J].現代化工，2014（09）：131-133+135.

[3] 朱自洲，喻純鋼.褐煤提質裝置中PSA制氮機運行故障分析及處理[J].現代化工，2016（1）：143-146.

作者簡介：

王洪寶（1987-）;性別：男，民族：漢語 籍貫：黑龍江省綏化市人，學歷：本科，畢業于沈陽工業大學;現有職稱：中級工程師;研究方向：給排水，采暖通風。