一种小型深冷液氮制备设备的制作方法

本实用新型涉及制氮设备技术领域，特别是一种小型深冷液氮制备设备。

背景技术：

目前，深冷制氮系统包括空压机、预冷机、分子筛纯化机、精馏塔等，关于深冷制氮系统的启动，都是按照各装置逐步启动的，先是启动空压机、预冷机，再启动分子筛纯化机，后启动精馏塔。目前的深冷制氮系统，分子筛纯化机的再生过程自动化程度低，需要人工根据吸附筒工作时间手动切换工作或泄压状态，费时费力，增加成本，人力投入大，以至于不能实现自动化和节约成本、减少装置启动时间的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种小型深冷液氮制备设备。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种小型深冷液氮制备设备，包括配电柜、空压机、一级过滤器、预冷机、二级过滤器、纯化器、分馏塔和plc控制柜，分馏塔上安装有膨胀机，空压机、一级过滤器、预冷机、二级过滤器、纯化器、膨胀机和分馏塔之间通过管道依次连接，所述分馏塔分为上塔和下塔，上塔为冷凝蒸发器，冷凝蒸发器通过管道与下塔连通；所述纯化器包括第一吸附器、第二吸附器和加热器，第一吸附器、第二吸附器和加热器间通过连接管路连接，连接管路上安装有多个气动阀门，连接管路上安装第一温度传感器、第二温度传感器、第一数字压力表、第二数字压力表和第三数字压力表，第一温度传感器检测加温气体出加热器温度，第二温度传感器检测加温气出纯化器温度，第一数字压力表检测第一吸附器压力，第二数字压力表检测第二吸附器压力，第三数字压力表检测加热器出再生气体压力；所述plc控制柜获取第一温度传感器、第二温度传感器、第一数字压力表、第二数字压力表和第三数字压力表的检测参数，控制气动阀门动作，使第一吸附器与第二吸附器切换工作；所述plc控制柜通过以太网与控制终端无线通讯连接。

优选地，所述气动阀门包括空气进第一吸附器蝶阀、空气进第二吸附器蝶阀、空气出第一吸附器蝶阀、空气出第二吸附器蝶阀、再生气进第一吸附器蝶阀、再生气进第二吸附器蝶阀、再生气出第一吸附器蝶阀、再生气出第二吸附器蝶阀、吸附器平衡阀、再生气放空阀、第一吸附器泄压阀、第二吸附器泄压阀。

优选地，还包括第一温控仪和第二温控仪，第一温控仪与第一温度传感器和plc控制柜电连接，第二温控仪与第二温度传感器和plc控制柜电连接。

本实用新型的有益效果：plc根据时间及压力、温度信息对控制多个阀门动作，自动切换第一吸附器和第二吸附器工作，控制纯化器进行自动再生，实现深冷制氮的自动化生成，节约了深冷制氮的成本，提高了制氮效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是纯化器工作的流程图；

图中，1、配电柜；2、空压机；3、一级过滤器；4、预冷机；5、二级过滤器；6、纯化器；7、分馏塔；8、plc控制柜；9、膨胀机；10、管道；11、上塔；12、下塔；13、第一吸附器；14、第二吸附器；15、加热器；16、连接管路；17、第一温度传感器；18、第二温度传感器；19、第一数字压力表；20、第二数字压力表；21、第三数字压力表；v1201、空气进第一吸附器蝶阀；v1202、空气进第二吸附器蝶阀；v1203、空气出第一吸附器蝶阀；v1204、空气出第二吸附器蝶阀；v1205、再生气进第一吸附器蝶阀；v1206、再生气进第二吸附器蝶阀；v1207、再生气出第一吸附器蝶阀；v1208、再生气出第二吸附器蝶阀；v1210、吸附器平衡阀；v1214、再生气放空阀；v1215、第一吸附器泄压阀；v1216、第二吸附器泄压阀；22、第一温控仪；23、第二温控仪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体描述，如图1-2所示：一种小型深冷液氮制备设备，包括配电柜1、空压机2、一级过滤器3、预冷机4、二级过滤器5、纯化器6、分馏塔7和plc控制柜8，分馏塔7上安装有膨胀机9，空压机2、一级过滤器3、预冷机4、二级过滤器5、纯化器6、膨胀机9和分馏塔7之间通过管道10依次连接，分馏塔7分为上塔11和下塔12，上塔11为冷凝蒸发器，冷凝蒸发器通过管道10与下塔12连通；配电柜1与各用电设备电连接，空气经过空压机2压缩，由一级过滤器3、二级过滤器5过滤掉大部分的水和油后进入预冷机4降温至8度左右，再进入纯化器6，纯化器6吸附空气中剩余的水、二氧化碳等，使空气变为无杂质物气体，随后进入膨胀机9制冷进入分馏塔7，分离出液空和氮气，氮气经过管道12进入冷凝蒸发器，经过冷凝蒸发器的换热器换热后形成液氮回流放出，过程均为现有技术，不再赘述；纯化器6包括第一吸附器13、第二吸附器14和加热器15，第一吸附器13、第二吸附器14和加热器15间通过连接管路16连接，连接管路16上安装有多个气动阀门，连接管路16上安装第一温度传感器17、第二温度传感器18、第一数字压力表19、第二数字压力表20和第三数字压力表21，第一温度传感器17检测加温气体出加热器15温度，第二温度传感器18检测加温气出纯化器6温度，第一数字压力表19检测第一吸附器13压力，第二数字压力表20检测第二吸附器14压力，第三数字压力表21检测加热器15出再生气体压力；plc控制柜8获取第一温度传感器17、第二温度传感器18、第一数字压力表19、第二数字压力表20和第三数字压力表21的检测参数，控制气动阀门动作，使第一吸附器13与第二吸附器14切换工作；plc控制柜8通过以太网与控制终端无线通讯连接。

如图2所示，气动阀门包括空气进第一吸附器蝶阀v1201、空气进第二吸附器蝶阀v1202、空气出第一吸附器蝶阀v1203、空气出第二吸附器蝶阀v1204、再生气进第一吸附器蝶阀v1205、再生气进第二吸附器蝶阀v1206、再生气出第一吸附器蝶阀v1207、再生气出第二吸附器蝶阀v1208、吸附器平衡阀v1210、再生气放空阀v1214、第一吸附器泄压阀v1215、第二吸附器泄压阀v1216。

空气进第一吸附器蝶阀v1201、空气进第二吸附器蝶阀v1202串联设置，空气出第一吸附器蝶阀v1203、空气出第二吸附器蝶阀v1204串联设置，再生气进第一吸附器蝶阀v1205、再生气进第二吸附器蝶阀v1206串联设置，再生气进第一吸附器蝶阀v1205与再生气进第二吸附器蝶阀v1206构成的再生气进气管路上还安装一阀门v1217，再生气出第一吸附器蝶阀v1207、再生气出第二吸附器蝶阀v1208串联设置，吸附器平衡阀v1210串联一个阀门v1210a，再生气放空阀v1214串联另一阀门v1213。

空气进第一吸附器蝶阀v1201用于控制空气进第一吸附器13、空气进第二吸附器蝶阀v1202用于控制空气进第二吸附器14、空气出第一吸附器蝶阀v1203用于控制空气出第一吸附器13、空气出第二吸附器蝶阀v1204用于控制空气出第二吸附器14、再生气进第一吸附器蝶阀v1205用于控制再生气进第一吸附器13、再生气进第二吸附器蝶阀v1206用于控制再生气进第二吸附器14、再生气出第一吸附器蝶阀v1207用于控制再生气出第一吸附器13、再生气出第二吸附器蝶阀v1208用于控制再生气出第二吸附器14、吸附器平衡阀v1210用于控制第一吸附器13和第二吸附器14的平衡泄压、再生气放空阀v1214用于控制再生气进行放空、第一吸附器泄压阀v1215用于控制第一吸附器13进行泄压、第二吸附器泄压阀v1216用于控制第二吸附器14进行泄压。v1214为气闭常开阀，其它阀门为气开常关阀。

为便于检测控制温度，还设置了第一温控仪22和第二温控仪23，第一温控仪22与第一温度传感器17和plc控制柜8电连接，第二温控仪23与第二温度传感器18和plc控制柜8电连接。

纯化器6切换时间表如下

注：1、☆表示阀门开启。

2、各步骤时间可根据实际运行情况进行调整，以达到最佳效果。

3、切换时检查吸附器压差，确认均压完成后方可进行下一步。

4、启动加热器15时检查再生气压力，确认再生气压力后再启动。

5、plc控制界面至少包括流程界面，显示工作状态，暂停，停止，启动选项，启动时可选择步骤；手动自动界面，切换手动自动二次确认，各阀门及加热器15手动状态可单独启动停止，自动时显示各阀门及加热器15开关和运行状态；设置界面包括时间压力等需要设置的参数。

6、运行过程中，下一步运行前检查上一步阀门开关状态或者压力，方可进行下一步，若达不到设定值，流程界面报警闪烁提示，计时停止并开始显示超时时间，待达到设定参数可进行下一步。

（一）温度测量

第二温度传感器18检测第一吸附器13和第二吸附器14共同的出口的温度，第二温度传感器18连接第二温控仪23，对第一吸附器13或第二吸附器14再生处理时，首先将第二温控仪23的报警点定值到100℃；第一温度传感器17检测加热器15出口温度，第一温度传感器17连接第一温控仪22，第一温控仪22的下限定值到200℃，上限定值到220℃，然后按动按钮，当加热器15炉内温度上升到200℃时，继续加温，当加热器15炉内温度升到220℃时，切断电源停止加温，加热器15炉内温度开始下降。当第一温控仪22下降到200℃加热器15又重新接通电源继续加温。当纯化器6出口温度到100℃时，加热器15停止加温，吸附器再生完毕。此时即使加热器15温度降低到200℃以下，加热器15也不会再自动接通电源，达到总停之效果。

加温分馏塔7时，将第一温控仪22定值到上限80℃下限60℃，控制进入设备的气体温度。

（二）压力测量

第一数字压力表19检测第一吸附器13压力，第二数字压力表20检测第二吸附器14压力，第三数字压力表21检测加热器15出再生气体压力，实现对纯化器6压力和空气进加热器15压力的显示，第一数字压力表19、第二数字压力表20和第三数字压力表21将压力信息传到plc控制柜8。

（三）气动阀门的控制

采用二位五通电磁阀用以控制气动蝶阀的开启和关闭。

（四）吸附器自动切换

本系统是保障空分设备运转周期，稳定生产及保证产品质量的关键系统之一。吸附器为分子筛吸附器，程序控制主要由plc系统逻辑处理器完成。每个二位五通电磁阀气源通道接有0.6mp的仪表气的仪表空气。在正常情况时，程序时间控制器按照切换时间程序表输出信号控制各切换阀所对应的二位五通切换阀，使其得电或失电，从而改变通往切换阀执行机构汽缸气源的方向，使切换阀打开或关闭。

正常切换时，切换周期位8小时，其中卸压5分钟，加热185分钟，冷却250分钟，升压40分钟。参数可设置，但总切换周期不得大于8小时。

plc控制柜8的控制系统包括计时模块，根据计时信息及其获取的压力信息和温度信息控制纯化器6工作，该自控过程分16步进行，当切换程序启动时，各切换阀所处状态：再生气放空阀v1214开，其余阀门均关闭。再生气放空阀v1214为气闭常开阀，其它阀门为气开常关阀。过程如下：

第一步，准备卸压：确认空气进第二吸附器蝶阀v1202开，关闭空气进第一吸附器蝶阀v1201，空气出第一吸附器蝶阀v1203，吸附器平衡阀v1210；

第二步，卸压：确认空气进第一吸附器蝶阀v1201、空气出第一吸附器蝶阀v1203、吸附器平衡阀v1210关闭，打开第一吸附器泄压阀v1215，计时5分钟；

第三步，加热：卸压时间到，确认压力达到设定值，关闭第一吸附器泄压阀v1215并确认，打开1207再生气出第一吸附器13蝶阀，再生气进第一吸附器蝶阀v1205，确认再生气进第一吸附器蝶阀v1205，1207再生气出第一吸附器13蝶阀开，关闭再生气放空阀v1214，确认再生气放空阀v1214关。确定第三数字压力表21压力达到设定值，接通加热器15，在此过程中，为保护加热器15不被烧坏，对其进行温控，计时185分钟；

第四步，冷却：加热时间到，断开加热器15，计时250分钟；

第五步，准备升压：冷却时间到，打开再生气放空阀v1214，确认再生气放空阀v1214开，关闭再生气进第一吸附器蝶阀v1205、1207再生气出第一吸附器13蝶阀；

第六步，升压：确认再生气进第一吸附器蝶阀v1205，1207再生气出第一吸附器13蝶阀关闭，打开吸附器平衡阀v1210，计时40分钟；

第七步，准备切换：升压时间到，确定第一吸附器13、第二吸附器14压差达到设定值，打开空气出第一吸附器蝶阀v1203；

第八步，切换：确认空气出第一吸附器蝶阀v1203开，打开空气进第一吸附器蝶阀v1201；

第九步，准备卸压：确认空气进第一吸附器蝶阀v1201开，关闭空气进第二吸附器蝶阀v1202、空气出第二吸附器蝶阀v1204、吸附器平衡阀v1210；

第十步，卸压：确认空气进第二吸附器蝶阀v1202、空气出第二吸附器蝶阀v1204、吸附器平衡阀v1210关闭，打开第二吸附器泄压阀v1216，计时5分钟；

第十一步，加热：卸压时间到，确认压力达到设定值，关闭第二吸附器泄压阀v1216并确认，打开再生气出第二吸附器蝶阀v1208，再生气进第二吸附器蝶阀v1206，确认再生气进第二吸附器蝶阀v1206，再生气出第二吸附器蝶阀v1208开。关闭再生气放空阀v1214，确认关闭再生气放空阀v1214，确定第三数字压力表21压力达到设定值，接通电加热器15，计时185分钟；

第十二步，冷却：加热时间到，断开加热器15，计时250分钟；

第十三步，准备升压：冷却时间到，打开再生气放空阀v1214，确认再生气放空阀v1214开，关闭再生气进第二吸附器蝶阀v1206，再生气出第二吸附器蝶阀v1208；

第十四步，升压：确认再生气进第二吸附器蝶阀v1206，再生气出第二吸附器蝶阀v1208关闭，打开吸附器平衡阀v1210，计时40分钟；

第十五步，准备切换：升压时间到，确定第一吸附器13、第二吸附器14压差达到设定值，打开空气出第二吸附器蝶阀v1204；

第十六步，切换：确认空气出第二吸附器蝶阀v1204开，打开空气进第二吸附器蝶阀v1202，然后又进入第二轮即第一吸附器13的再生，以后第一吸附器13和第二吸附器14按以上程序轮番进行。

整个再生过程按照plc控制程序规定的时间、压力等条件，以及前步动作完成以后，有关阀门的开关状态来进行。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。