PSA变压吸附制氮机的维护与保养分析

摘 要：为了保证PSA变压吸附式制氮机的工作质量，其日常维修工作需要重点关注。本文首先介绍了PSA变压吸附制氮机的工作原理及工艺流程，并分别从分子筛泄漏、设备内部构件开裂和产品气纯度不合格三个方面分析了PSA变压吸附制氮机的故障原因，论述了PSA变压吸附制氮机各个部件的维护措施，为保证制氮机的日常保养工作提供技术指导。

关键词：PSA变压吸附;制氮机;维护保养

引言

氮气资源在地球上属于充足的自然资源，而且随着科学技术的不断前进，化工业、电子制造、冶金行业、机械加工等多个行业都对氮提出了大量的需求，因此对空气中氮的提取成为一个热门的话题，但是氮气属于惰性气体，其理化性质稳定，很难从空气中分离，而制氮机很好的解决了这一难题。在工业中对于氮气的需求往往很严格，作为保护气的纯度需要在99.99%以上，方能起到保护和密封的作用，因此制氮机的工作效率及氮气纯度直接影响相关行业的发展。但是制氮机由于长期作业时长发生故障，为避免意外事故的发生，需要对制氮机进行日常的维护和保养工作，只有按照规定流程作业、定期进行安检，才能保證制氮机设备的正常运转。

一、PSA变压吸附制氮机的工作机理

PSA变压吸附制氮系统是依凭变压吸附法（Pressure Swing Adsorption，PSA）的气体分离技术，以环境大气为基础原料，采用对空气中氮和氧有选择性吸附作用的固体吸附剂（碳分子筛）进行分离的系统设备。其主要原理是利用氮分子和氧分子在碳筛里的扩散率不同，使得氧分子保存在固相中，氮分子保留在气相中。待碳筛达到系统平衡，改变压力可降低碳筛对氧分子的吸附能力，这个过程为再生以便进行下一次的分离。一般以两塔并联，交替加压吸附和降压再生的方式进行氮气分离和提取。

PSA制氮的工艺流程：空气首先经过过滤后进入压缩机，再经过一系列工序成为可以脱离的稳定气体。在气体压力大于0.6MPa时启动制氮机，使稳定气体进入A吸附塔利用碳筛对除氮气以外的气体进行吸附，氮气保存在氮气储罐中，此A塔吸附制氮过程持续40～120s。

然后使A、B吸附塔达到均压，再利用B吸附塔进行制氮，与此同时，A吸附塔进行降压放空，称之为解析。如此循环始终保持一塔吸附一塔解吸同时进行，完成氮气分离，最终可以获得纯度为95%～99.9%的合格氮气，在此过程中需要合理有效的控制各个区域以达到最好的分离效果。

二、PSA变压吸附制氮机故障分析

PSA制氮机作为工程系统中重要设备，为避免在实际运行中发生分子筛泄露、滤网破损及结构件焊缝开裂等现象，需要对PSA制氮机运行故障进行分析[3]。

三、PSA变压吸附制氮机的日常修护

（一）空气压缩机

空气压缩机主要为PSA制氮机提供压缩空气，其控制参数依照实际工况需求而定。通常情况下出气量应该不小于16.5m3/min;出气压力值应该维持在0.8MPa到0.98MPa左右;含油量不大于3ppm;温度应低于45℃。因此在日程检修过程中，要检查空气压缩机的各个指标是否符合标准，定时进行月度检查和季度保养，严格执行《维护手册》。对空气压缩机性能影响最大的因素为温度，而日常的季节气候、空气湿度及自来水的质量都会对温度造成影响。尤其对于冷却水的二次利用，既要保证水质的纯度，又要考虑经济效益，因此选择合适的空气压缩机对PSA制氮机正常运作的保障。

（二）冷干机

冷干机的日常检修主要包括冷凝水及废水的排除是否发生堵塞、系统压力是否正常。因为散热器长期工作会积攒大量的灰尘，需要及时进行吹扫保证散热器能够正常散热。同时冷干机的过滤器要定期进行更换，保证过滤质量。

（三）活性炭吸附器

活性炭吸附器的主要功能为对空气进行过滤、吸附，因此活性炭和氧化铝活性剂的优良影响制氮效果，又因为其质量受到空气压缩机和冷干机的影响，通常工作环境下，活性炭和氧化铝的更换频率为3至5年更换一次。

（四）氧氮分离装置-分子筛吸附塔

碳分子筛是PSA制氮机中最重要的部件，其硬度、产氮气量、回收率等都直接影响制氮效率，对其影响的最大因为为温度，较高的温度会影响碳分子筛的吸附能力，因此需要定期进行检查及更换。

（五）气体检测器及气体储罐

气体检测器是用来检测各个部件区域的气体含量，同时也是PSA制氮机安全性能的保障，因此气体检测器的检修需要格外关乎，每年都需要进行返厂检测，对气体检测器的灵敏度和传感器等进行严格校正。同样气体储罐也需要进行定期检查，每月自查每年自检，使用期限要严格控制在使用寿命内。

四、结论

PSA制氮机为多种行业提供氮气资源，其日常的维护和保养保证了氮气的产出效率，因此了解PSA制氮机的制氮原理，分析制氮机故障的产生原因，并针对制氮机各个部件的检测和维护进行详细系统的分析，为制氮机的正常运作提供保障，延长其使用寿命，避免意外事故的发生。

参考文献：

[1] 孙移.PSA制氮机控制系统的设计与优化[J].机械设计与制造工程，2018， 414（05）：73-76.

[2] 孙烈刚，吴迪，李天文，等.变压吸附制氮性能主要影响参数的研究[J].现代化工，2014（09）：131-133+135.

[3] 朱自洲，喻纯钢.褐煤提质装置中PSA制氮机运行故障分析及处理[J].现代化工，2016（1）：143-146.

作者简介：

王洪宝（1987-）;性别：男，民族：汉语 籍贯：黑龙江省绥化市人，学历：本科，毕业于沈阳工业大学;现有职称：中级工程师;研究方向：给排水，采暖通风。