一种空分系统用空气过滤与氮气保护协同运行方法与流程

本发明涉及空分设备，具体涉及一种空分系统用空气过滤与氮气保护协同运行方法。

背景技术：

1、空分系统作为工业生产中获取氧气、氮气等工业气体的核心设备，其运行稳定性和可靠性直接影响工业生产的连续性和安全性。空气过滤作为空分系统净化环节的首要步骤，其性能直接决定了后续精馏分离的效果，以及空分系统核心设备的运行寿命。目前，空分系统中常用的空气过滤单元多采用多级过滤结构，即初级过滤、中级过滤、高级过滤依次串联，逐步去除空气中的不同粒径的颗粒物和杂质，确保进入精馏单元的空气达到预设洁净度标准。

2、现有技术中，空气过滤与氮气保护的运行模式存在以下问题：

3、1. 启动阶段协同性差：空气过滤单元启动时，管路内残留有空气，此时氮气保护单元未及时启动，过滤组件直接与空气接触，易导致过滤介质氧化、受潮，尤其是高级过滤组件，其过滤介质多为精密材料，氧化受潮后会严重影响过滤精度和使用寿命，同时残留空气会携带管路内的杂质进入过滤组件，增加过滤负荷。

4、2. 运行阶段联动不足：空气过滤单元运行过程中，随着过滤时间的延长，过滤组件会吸附大量颗粒物，导致进出口压力差增大，过滤效率下降。此时，氮气保护单元无法根据过滤单元的运行状态动态调整氮气喷射流量和压力，无法通过氮气吹扫抑制颗粒物脱落，也无法辅助降低过滤组件的压力差，导致过滤组件堵塞速度加快，需要频繁更换或清理，增加了运维成本和系统停机时间。同时，当氮气保护单元出现压力不足、流量异常等问题时，无法及时反馈给空气过滤单元，导致空气过滤单元继续运行，可能将不合格的空气送入后续精馏单元，影响产品质量。

5、3. 异常工况应对能力弱：当空气过滤单元出现过滤组件堵塞、颗粒物超标等异常情况时，氮气保护单元无法及时启动应急保护机制，仅依靠空气过滤单元自身的停机检修，导致异常情况扩大，可能损坏后续核心设备；当氮气保护单元出现故障，如氮气泄漏、压力骤降等，空气过滤单元无法及时停止运行，导致空气进入系统管路，引发设备氧化、腐蚀等问题。

6、4. 停机阶段保护不充分：空分系统停机时，空气过滤单元先停止运行，氮气保护单元随后立即停止，导致空气过滤单元内部及管路内残留大量空气，过滤组件长期处于空气环境中，易发生氧化、受潮，缩短其使用寿命；同时，残留空气会携带颗粒物附着在过滤组件表面，下次启动时，这些颗粒物会被气流带入后续设备，影响系统运行效率。

7、此外，现有技术中，部分空分系统尝试在空气过滤单元中引入氮气吹扫，但仅为简单的定时吹扫，未与过滤单元的运行状态、检测数据相结合，无法实现精准协同，吹扫效果不佳，且浪费氮气资源，增加系统能耗。同时，现有方法中，权利要求书多存在功能性描述，不符合《专利审查指南》的要求，且缺乏明确的结构特征和参数限定，导致保护范围不清晰，难以有效保护发明创造。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中空气过滤与氮气保护各自独立运行、协同性差，导致过滤组件易受污染、系统能耗偏高、运行稳定性不足、专利撰写不规范等技术问题，提供一种空分系统用空气过滤与氮气保护协同运行方法。该方法实现空气过滤流程与氮气保护流程的精准联动，优化运行参数，提升系统运行稳定性和可靠性，延长过滤组件使用寿命，降低系统能耗。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空分系统用空气过滤与氮气保护协同运行方法，基于空分系统的空气过滤单元、氮气保护单元、检测单元及控制单元，所述空气过滤单元包括依次串联的初级过滤器、中级过滤器及高级过滤器，所述氮气保护单元包括氮气储罐、调压阀、流量控制阀及氮气喷射管，所述检测单元包括压力传感器、流量传感器及颗粒物检测仪，各单元与控制单元电连接，运行方法包括以下步骤：

3、s1. 协同启动：控制单元发出启动信号，氮气保护单元先启动，氮气储罐内的氮气经调压阀调节至0.3-0.5mpa，流量控制阀开启至30%-50%开度，氮气通过氮气喷射管向空气过滤单元内部及进出口管路喷射；延迟30-60s后，空气过滤单元启动，外界空气依次进入初级过滤器、中级过滤器及高级过滤器进行分级过滤，过滤后的洁净空气送入空分系统后续精馏单元；

4、s2. 运行协同：控制单元实时接收检测单元的检测数据，根据初级过滤器、中级过滤器及高级过滤器的进出口压力差，动态调节氮气保护单元的流量控制阀开度，压力差每增加0.05mpa，流量控制阀开度增加10%-15%；同时根据颗粒物检测仪检测的过滤后空气颗粒物含量，调整空气过滤单元的运行负荷，确保过滤后空气颗粒物含量≤1μm；

5、s3. 异常协同：当检测单元检测到空气过滤单元某一级过滤器进出口压力差超过0.15mpa，或颗粒物检测仪检测到过滤后空气颗粒物含量＞1μm，控制单元立即将氮气喷射流量增大至额定流量的80%-100%，同时关闭该级过滤器的进出口阀门，切换至备用过滤器，对故障过滤器进行氮气吹扫清理；若检测到氮气保护单元压力低于0.25mpa，控制单元发出报警信号，同时调整调压阀开度，若压力持续30s无法恢复至0.3mpa以上，则停止空气过滤单元运行；

6、s4. 停机协同：控制单元发出停机信号，先停止空气过滤单元运行，关闭空气进气阀门，保持氮气保护单元继续运行，持续向空气过滤单元及管路喷射氮气，直至检测单元检测到空气过滤单元内部氧含量≤5%，延迟120-180s后，关闭氮气保护单元的流量控制阀及调压阀，完成停机。

7、进一步的，初级过滤器的过滤精度为5-10μm，中级过滤器的过滤精度为1-5μm，高级过滤器的过滤精度为0.1-1μm，初级过滤器、中级过滤器及高级过滤器均采用可拆洗结构，且各过滤器内部均设置有氮气吹扫接口，氮气吹扫接口与氮气喷射管连通。

8、进一步的，氮气喷射管包括主管道及分支管道，主管道与氮气储罐通过调压阀、流量控制阀连接，分支管道分别延伸至初级过滤器、中级过滤器、高级过滤器的内部及各过滤器的进出口管路，每个分支管道上均设置有独立的电磁阀，电磁阀与控制单元电连接。

9、进一步的，检测单元还包括氧含量传感器，氧含量传感器设置在空气过滤单元的出口管路及各过滤器内部，氧含量传感器与控制单元电连接，用于检测空气过滤单元内部及出口管路的氧含量，氧含量检测数据实时传输至控制单元。

10、进一步的，步骤s1中，氮气喷射的初始流量为10-15m³/h，空气过滤单元启动后的初始进气流量为50-80m³/h，随着氮气保护单元压力稳定，逐步将空气进气流量调整至额定流量100-150m³/h。

11、进一步的，步骤s2中，控制单元预设压力差阈值，初级过滤器的压力差阈值为0.10-0.12mpa，中级过滤器的压力差阈值为0.12-0.14mpa，高级过滤器的压力差阈值为0.14-0.15mpa，当压力差达到对应阈值的80%时，控制单元开始逐步增大氮气喷射流量。

12、进一步的，步骤s3中，故障过滤器的氮气吹扫清理时间为30-60min，吹扫压力为0.4-0.6mpa，吹扫过程中，控制单元实时检测故障过滤器内部的颗粒物含量，当颗粒物含量≤1μm时，停止吹扫，将故障过滤器切换为备用状态。

13、进一步的，步骤s4中，氮气保护单元持续运行期间，氮气喷射流量保持在额定流量的60%-70%，当检测到空气过滤单元内部氧含量≤3%时，可提前缩短延迟时间至60-90s。

14、进一步的，控制单元内置协同控制程序，可预设不同工况下的氮气压力、流量参数及空气过滤负荷参数，支持手动调节与自动调节模式切换，自动调节模式下，控制单元根据检测数据每10-15s调整一次运行参数。

15、进一步的，氮气保护单元还包括氮气干燥器，氮气干燥器设置在氮气储罐与调压阀之间，用于去除氮气中的水分，氮气干燥器的出口露点≤-40℃，干燥后的氮气进入调压阀进行压力调节。

16、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

17、（1）本发明通过全流程协同运行逻辑，实现空气过滤与氮气保护的精准联动，避免启动阶段过滤组件氧化受潮、运行阶段颗粒物脱落、异常阶段故障扩大、停机阶段设备腐蚀等问题，降低系统停机频率，确保空分系统长期稳定运行，提升生产连续性。

18、（2）在本发明中启动阶段氮气提前介入排出空气，停机阶段氮气持续保护直至氧含量达标，避免过滤组件氧化受潮；运行阶段氮气动态吹扫，抑制颗粒物脱落，减少过滤组件堵塞；故障时氮气吹扫复用，配合可拆洗结构，延长过滤组件使用寿命，降低过滤组件更换频率，节约运维成本。

19、（3）本发明采用分级精准氮气调控，根据过滤单元运行状态动态调整氮气流量，避免氮气过度吹扫导致的资源浪费；同时，过滤组件使用寿命延长，减少更换和清理过程中的能耗，氮气干燥器的设置避免水分导致的系统故障，进一步降低能耗，相比现有技术，系统能耗可降低15%-25%。

20、（4）本发明中的技术方案在通过实时检测颗粒物含量，动态调整空气过滤单元运行负荷，确保过滤后空气颗粒物含量≤1μm，满足空分系统后续精馏单元的运行需求，提升产品气体的纯度和品质。

21、（5）本发明中控制单元内置协同控制程序，实现运行参数的自动化调节，支持手动与自动模式切换，运维人员仅需定期检查各单元运行状态，无需频繁干预；故障过滤器的氮气吹扫复用机制，降低了运维难度和成本，提升运维效率。

22、综上所述，本发明的氧压机用新型氮气保护组件及其防泄漏控制方法，解决了现有技术中密封性能差、泄漏检测滞后、控制精度低、自动化程度低的缺陷，结构设计合理、密封性能好、泄漏检测精准、控制精度高、自动化程度高，能够有效防止氧气泄漏，保障氧压机的安全稳定运行，同时降低运行成本和维护成本，具有广泛的应用前景和推广价值。