膜分離原理、系統(tǒng)的工藝流程及性能指標(biāo)1、膜分離原理通常一切氣體均可以滲透通過高分子膜，其過程是氣體分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側(cè)表面，然后借助于濃度梯度在膜中擴(kuò)散，最后從膜的低壓側(cè)解析出來，其結(jié)果是小分子和極性較強(qiáng)的分子（如水汽、氧氣、二氧化碳等）的通過速度較快，在膜的滲透側(cè)被富集

詳細(xì)介紹

膜分離原理、系統(tǒng)的工藝流程及性能指標(biāo)

1、膜分離原理

通常一切氣體均可以滲透通過高分子膜，其過程是氣體分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側(cè)表面，然后借助于濃度梯度在膜中擴(kuò)散，最后從膜的低壓側(cè)解析出來，其結(jié)果是小分子和極性較強(qiáng)的分子（如水汽、氧氣、二氧化碳等）的通過速度較快，在膜的滲透側(cè)被富集；而大分子和極性較弱的分子（如氮?dú)狻鍤獾龋┑耐ㄟ^速度較慢，被滯留在膜的滯留側(cè)被富集從而達(dá)到混合氣體分離的目的。膜分離就是利用各種氣體在高分子膜上的滲透速率的不同，來進(jìn)行氣體分離的，其分離推動力為氣體在膜兩側(cè)的分壓差，所以膜法氣體分離沒有相變、不需要再生，它具有設(shè)備簡單、操作及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

一根膜分離器（組件）是由成千上萬根中空纖維分離膜集裝在一個(gè)外殼內(nèi)，其結(jié)構(gòu)類似于列管式換熱器，它可以在最小的空間里提供的分離膜表面積，所以膜分離系統(tǒng)具有占地面積小、重量輕、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2、制氮系統(tǒng)的工藝流程：

膜分離制氮裝置的工藝過程示意簡圖如下：

生產(chǎn)過程概述：

空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、風(fēng)冷后冷卻器冷卻以2.2MPa的壓力進(jìn)入氣液分離器、精密過濾器、冷凍式干燥機(jī)除去壓縮空氣中的液體、油霧，再經(jīng)過一級超精密過濾器和一級活性炭過濾器的過濾，脫除顆粒及油霧，可以將壓縮空氣中的含油量降低到0.01ppm以下、并可以過濾除去直徑大于0.01mm的所有固體顆粒；并經(jīng)過加熱器升溫，以不低于2.1MPa壓力、空氣溫度不低于50℃進(jìn)入膜分離器系統(tǒng)進(jìn)行分離。壓縮空氣經(jīng)膜分離后得到壓力低于進(jìn)氣壓力的氮?dú)?，氮?dú)饧兌冗_(dá)到95%（氮?dú)獾臐舛瓤梢赃_(dá)到99.9%），氮?dú)獾穆饵c(diǎn)可以達(dá)到-40℃以下。

3、裝置中各組成部件性能指標(biāo)：

● 冷凍式干燥機(jī)

根據(jù)冷凍除濕原理，壓縮空氣在換熱器中和制冷劑進(jìn)行熱交換，空氣中的水分冷卻后再次發(fā)生冷凝，從而將其中所含的大部分水蒸汽、油霧冷凝成液滴，由自動排水閥排出。

空氣過濾器：

額定壓力：2.4MPa

過濾壓降：≤0.25psi

● 顆粒過濾器

裝有1μm的濾芯，去除1 micron的粒子,包括凝聚的液體水和油,將油霧含量降至0.6mg/Nm3（21℃時(shí)）。過濾效率99.925%

● 油霧過濾器

裝有0.01μm的濾芯，去除0.01 micron的粒子以及水霧和油霧，將油霧含量降至0.01mg/Nm3（21℃時(shí)）。過濾效率99.999%

● 活性炭過濾器

除掉氣源中的重?zé)N，使油蒸汽含量不超過0.003mg/Nm3（21℃時(shí)）。

壓縮空氣經(jīng)過上述凈化過濾處理后需達(dá)到如下要求：

● 油含量@21℃：＜0.01mg/Nm3；

● 固體顆粒去除精度：＜0.01μm；

空氣過濾系統(tǒng)配置：

● 過濾器有差壓就地顯示和壓差遠(yuǎn)程監(jiān)視，自動報(bào)警、停機(jī)聯(lián)鎖裝置。

● 電子定時(shí)排放閥，加電伴熱

● 手動排放閥

4、膜分離制氮系統(tǒng)

設(shè)計(jì)條件：入膜組壓力2.1 MPaG 入膜組溫度 50℃

控制方式：就地/自動控制（PID）

采用整體保溫并加電伴熱帶，以保證膜系統(tǒng)在低溫下正常、高效的工作。

數(shù)據(jù)來源：參見UBE NM-510HP膜組數(shù)據(jù)表

5、膜組裝置的框架

采用包括支架在內(nèi)的耐用鋼結(jié)構(gòu)裝置。

備有地腳螺栓便于安裝及校平。

全部采用不銹鋼管及管件以提高系統(tǒng)的耐用性和耐腐蝕性，保證系統(tǒng)壽命。

所有電器均使用安裝在鋼性導(dǎo)管中的標(biāo)準(zhǔn)電纜連接。

表面保護(hù)：帶環(huán)氧樹脂底漆的聚氨酯涂層以滿足油田工業(yè)環(huán)境。

6、控制系統(tǒng)

膜分離制氮設(shè)備采用PLC可編程控制器+觸摸屏工作界面的自動控制系統(tǒng)，由采樣監(jiān)測、純度控制、溫度控制、流量檢測及系統(tǒng)保護(hù)等裝置組成?？刂葡到y(tǒng)具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的特點(diǎn)。

控制系統(tǒng)可以監(jiān)控和記錄的內(nèi)容包括：系統(tǒng)啟、停機(jī)；氮?dú)饧兌取毫?、瞬時(shí)流量、累積流量、膜制氮系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、過濾器工況及報(bào)警；膜系統(tǒng)操作溫度異常自動報(bào)警保護(hù)；氧含量超標(biāo)報(bào)警與排放自動切換；流量和純度在線參數(shù)監(jiān)視和自動設(shè)定。

1）配備觸摸屏，顯示直觀、簡單，可顯示流程、主要參數(shù)趨勢圖，具有報(bào)警記錄等功能；

2）設(shè)有溫度控制系統(tǒng)，保證膜管入口溫度恒定。當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，自動切斷加熱器，并關(guān)閉膜管入口氣動閥，保護(hù)膜管；

3）設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)但無空氣進(jìn)入系統(tǒng)或空氣壓力小于一定值時(shí)，加熱器自動關(guān)閉，保護(hù)膜組和加熱器。

4）系統(tǒng)設(shè)置有空氣切斷閥，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可自動切斷空氣進(jìn)入膜組，停機(jī)保護(hù)。

5）入口空氣閥可控制溫度超標(biāo)的壓縮空氣進(jìn)入膜分離器，保護(hù)膜分離器不會受到污染和損壞。

6）純度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)：

A、監(jiān)控氧分析儀，確保產(chǎn)品氮?dú)庵醒鹾繉?shí)際顯示?？蓽y定氧含量范圍0.1%~25%，精度可達(dá)到滿刻度±0.2%。

B、設(shè)置有產(chǎn)品氣純度調(diào)節(jié)閥，使產(chǎn)品氮?dú)饧兌仍?5%～99.9%連續(xù)可調(diào)；

C、設(shè)置有自動排空閥，當(dāng)產(chǎn)品氣純度超出設(shè)定值后可將不合格氣體自動排向大氣。

7）自動放空和背壓裝置：采用、的背壓系統(tǒng)，確保膜分離制氮裝置在高壓工作條件下，氮?dú)饧兌扰c氮?dú)饬髁康姆€(wěn)定一致，不會因氮?dú)鈮毫ι叨a(chǎn)生純度與流量的變化。

8）系統(tǒng)預(yù)留通訊接口，可以方面與用戶的控制系統(tǒng)進(jìn)行對接，方便對設(shè)備進(jìn)行集中管理。

9）PLC 設(shè)有運(yùn)行計(jì)時(shí)器，可提醒用戶定時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢查、更換過濾器濾芯等。

10）不合格氮?dú)庾詣优欧畔到y(tǒng)排放口裝有消音器，朝向撬裝箱體頂部。

11）過濾器具有自動排污功能。

12）監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有靈活、易于學(xué)習(xí)和操作的特點(diǎn)，有良好的人-機(jī)界面。

13）監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、各單元之間數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示、機(jī)組流程圖、實(shí)時(shí)趨勢畫面、歷史數(shù)據(jù)存儲與顯示、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)存取、報(bào)表打印、報(bào)警顯示、氮?dú)饧兌日{(diào)節(jié)、氮?dú)饬髁靠刂频裙δ?，并可?shí)現(xiàn)緊急停車。提供操作幫助信息，與報(bào)警信號結(jié)合，提供操作指導(dǎo)信息，便于及時(shí)準(zhǔn)確地處理故障。

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