專利名稱：井下防爆制氮機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種中空纖維膜空氣分離制取氮氣技術的井下防爆制氮機。
目前，利用空氣分離法制取氮氣的技術有深冷法，分子篩變壓吸附法和膜式分離法。中空纖維膜分離制氮技術是本世紀中期發展起來的一種新興的高科技技術，屬高分子材料科學，雖然起步較晚，但發展較快，就象微電子半導體一樣，是工業戰線上的一場革命。隨著現代生產和科學技術的飛躍發展，膜技術正在為人類帶來巨大的利益，它可以用于氧、氮氣體的分離，煉廠氣中的氫氣回收，合成氣中H2/CO比例調節，氮氣中氫氣的回收，酸性氣體的處理，天然氣的處理，碳氫化合物的回收以及污氣控制等等，但這對分離技術提出了越來越高的要求。由于能源緊張，分離過程的效率和能耗越來越受到人們的關注。作為氮氣用戶，對于制氮設備的工作可靠性和穩定性的要求嚴格。由于中空纖維膜分離制氮具有流程簡單、裝置緊湊，操作容易，開停方便，能耗低，壽命長，穩定性可靠等優點，越來越顯示出它的生命力。煤碳是我們日常生活及工業上不可缺少的燃料，為提高開采效率降低生產成本，綜采放頂煤開采技術以其高產、高效、低耗的特點得到廣泛應用，然而與分層綜采相比，容易造成采空區自然發火，而又因為其采空區冒落高度和空間體積大，用常規的黃泥灌漿，注阻化劑來滅防火很難奏效，因此給礦區安全生產帶來很大的威脅。早在五六十年代，世界上一些主要國家就采用氮氣來滅礦井火災，我國在八十年代也已采用注氮防滅火技術來防治采空區自然火，而且取得了一定的成效。應用前兩種制氮方法由于體積龐大，不適宜在煤礦井下使用，目前使用它們是通過很長的管路把氮氣從地面輸送到井下，總投資很大。膜分離設備具有基礎投資少，體積小，使用工藝簡單方便，快捷的特點。膜式空氣分離制氮機用煤礦井下，首先要求具備防爆性能，其次結構簡單，移動方便，操作方便，運行可靠，性能穩定，同時氮氣回率高，純度高，投資低，成本低，設備壽命長，設備自動化程度高。
本實用新型的目的就是設計一種利用中空纖維膜空氣分離技術制取氮氣的井下防爆制氮機，本機器設備必須具備防爆性能，同時具備結構簡單，移動方便，操作方便，運行可靠，性能穩定，同時氮氣回收率高，純度高，投資低，成本低，設備壽命長，設備自動化程度高，能夠連續大量提供符合要求的氮氣。
本實用新型所述的井下防爆制氮機是由礦用防爆型空氣壓縮機，空氣凈化系統，壓縮空氣加熱部分，膜分離器，程序控制等五個部分構成。
空氣壓縮機是膜制氮的氣源部分，本設備采用兩臺空氣壓縮機并聯在一起使用，目的是在不停機的情況下，兩臺空壓機可以輪換著檢修，或當不需要大量氣時，只需開一臺空氣壓縮機，節省能源。
空氣凈化系統是將壓縮機送來的壓縮空氣進行凈化，以保證達到膜的使用要求及保護膜不受污染，提高膜的效率和使用壽命，它是由冷卻器、汽水分離器、多級組合過濾器依次用管路串連在一起構成的，多級組合過濾器是采用粗過濾器、中粗過濾器、細過濾器和超細過濾器的組合過濾器。當壓縮空氣從空氣壓縮機產出后，通過截止閥到冷卻器及汽水分離器進行降溫、除水、穩壓后，通過多級組合過濾器，得到極高純度的壓縮空氣供膜分離使用，為保證過濾器的正常工作，不會因為污物堵塞造成氣體質量變差，本設備在多級組合過濾器的兩端裝置一組壓差變送器(pdT)和數顯表(pdIA)，顯示過濾器兩端的壓差，當壓差超過報警點時，顯示報警，本設備依據過濾器性能設定值為0.02Mpa。
膜在制氮過程中，對供給的壓縮空氣除純度要求外，對供給的氣體溫度及壓力也有嚴格的要求，在其要求的氣體溫度范圍內，膜的產氣效率最高，本設備采用的是電加熱器及自動控溫系統，保證氣體在一恒溫下供給膜使用，提高膜的生產效率。氣體加熱器(EH)為一臺電加熱器，由管路與過濾器相連，加熱器的通電過程就是氣體的加熱過程，加熱器的溫度是受可編程序控制器(plc)的輸出端控制來實行其通電、斷電操作，通電、斷電的占空比控制使氣體溫度趨于恒定。在電加熱器出口處安裝二組溫度變送器(TT1、TT2)和顯示控制器(TIA1、TIA2)、測量、顯示和控制出口氣體溫度，依據制氮工藝設定出口氣體溫度為55度，當測量值小于設定值時，控制接點閉合，當測量值大于設定值時，控制接點斷開。控制方式為PID(即比例，積分，微分)控制。在電加熱器(EH)的入口處安裝一組壓力變送器(PT1)和數顯表(PIA1)，目的是起低壓保護作用，當空氣壓縮機出口壓力P≤0.4Mpa時，設備可在可編程序控制器(plc)的控制下不啟動，當壓力P≥0.4Mpa時，設備才開始正常運轉，從而保護了各部件不受損失。
在膜分離器的出口處安裝一組氣體壓力變送器(PT2)和數顯表(PIA2)，測量出口氮氣的壓力，同時在膜分離器的出口處安裝一組氣體流量變送器(FT)和數顯表(FIA)，測量出口氮氣流量。膜分離器出口氮氣的壓力和流量是反映制氮效果的重要指標。在膜分離器出口端安裝一組氧電池元件(AE)和數顯表(AIA)，測量出氮氣中氧氣的含量，同時設定報警點，一般設定值定為氧含量不超過3％，達到3％時報警。當氣體含量小于設定值時，通過可編程序控制器(plc)的控制作用，使常閉電磁閥(YV1)和常開電磁閥(YV2)得電，至此切斷放空通路而打開精氮通路。
可編程序控制器(plc)是制氮的控制核心，它的輸入端與溫度控制器(TIA1、TIA2)，壓力控制器(PIA1)和氧含量數顯表(AIA)輸出端相接。它的輸出端與繼電器(K1-K4)相接。繼電器(K1、K2)與接觸器(KM1、KM2)相接，繼電器(K3、K4)與電磁閥(YV1、YV2)相接，當繼電器(K1、K2)動作時，接觸器(KM1、KM2)動作，加熱器被通電加熱，當繼電器(K3、K4)動作時，電磁閥(YV1、YV2)動作，電磁閥常開，常閉狀態轉換，實現氣體按指定的通道排放。
溫度控制器(TIA1、TIA2)，壓力控制器(PIA1)和氧含量顯示表(AIA)，可編程序控制器(plc)，壓差數顯表(pdIA)，壓力數顯表(PIA1)，流量數顯表(FIA)以及電氣元件裝在一個防爆電控柜中。
本實用新型設計的井下防爆制氮機具有以下特點1.電氣裝置和設備均為隔爆型和本質安全型，從而保證了電氣設備在煤礦井下使用的安全性；2.控制功能保證了制氮機能夠安全、可靠的工作。如加熱器的工作取決于入口氣體的壓力，該氣體的壓力不夠時，加熱器不能工作，從而杜絕了氣量不足時使加熱器“空燒”的現象；3.制氮機自動化程度高，由于報警點的設定和數字化的顯示，使各狀態參數一目了然，由于溫度控制手段采用了PID控制和運用了可編程序控制器(plc)，其組態和變更方便，使控制幾乎無需運行人員干預的情況下自動執行；4.主要參數的檢測，顯示采用變送器和數顯表，適合遠距離傳輸的標準4-20MA電流信號，大大提高了測量、顯示和控制精度，這些均是指針儀表所無法比擬的；5.氮氣的回收率高，制氮的精度高，成本低，并能連續提供大量符合要求的氮氣。
下面根據附圖對本實用新型所述的井下防爆制氮機結構進行詳細的敘述。
圖1為井下防爆制氮機結構和流程示意圖，圖2為主電路圖，圖3為plc接點圖，圖4-6檢測顯示控制圖。
將兩臺空氣壓縮機(1、2)分別與兩臺截止閥(3、4)串聯后并聯在一起，然后與冷卻器(5)、汽水分離器(6)、多級過濾器(7)、電加熱器(EH)、膜分離器(8)用管路依次串聯在一起。然后再與節流閥(9)、背壓閥(10)、止回閥(11)依次相聯接，與精氮出口相聯的常閉電磁閥(YV1)和與放控出口相聯的常開電磁閥(YV2)并聯后與止回閥相聯，球閥(12)與背壓閥的出口端相聯，依次與減壓閥(13)、流量計(14)相聯，在流量計出口端安裝一組氧電池元件(AE)，氧電池元件的輸出端與配電器(B5)相連后與數顯表(AIA)相接，數顯表的輸出端與可編程序控制器(plc)的輸入端相接，數顯表(AIA)放置在電控柜中。將壓力變送器(PT1)接在電加熱器(EH)的入口端，通過配電器(B2)與數顯表(PIA1)相連接，數顯表(PIA1)的輸出端與可編程序控制器(plc)的輸入端相聯接，放置在電控柜中。將溫度變送器(TT1、TT2)安裝在電加熱器(EH)的出口端，分別連接溫度控制儀(TIA1、TIA2)，其輸出端與可編程序控制器(plc)的輸入端相連接，并被放置在電控柜中。在多級過濾器(7)的兩端安一組壓差變送器(pdT)和數顯表(pdIA)，中間由配電器B1相連接。數顯表(pdIA)安置在電控柜中。在膜分離器(8)出口處安裝一組壓力變送器(PT2)，其輸出端與配電器(B3)相連后與數顯器(PIA2)相連。在膜分離器的出口端安裝一組流量變送器(FT)，其輸出端與配電器(B4)相連后與數顯器(FIA)的輸入端相連接。數顯器(PIA2)和數顯器(FIA)安置在電控柜中。可編程序控制器輸出端分別與中間繼電器(K1、K2、K3、K4)相接，繼電器(K1、K2)與接觸器(KM1、KM2)相聯接，繼電器(K3、K4)與電磁閥(YV1、YV2)相聯。將可編程序控制器(plc)和電氣元件安置在電控柜中，將所有設備安裝在可移動載體上。
權利要求1.一種井下防爆制氮機，它是由礦用防爆型空氣壓縮機，空氣凈化系統，壓縮空氣加熱部分，膜分離器，程序控制等五部分構成，其特征在于在多級組合過濾器的兩端裝有一組壓差變送器(pdT)和數顯表(pdIA)；壓縮空氣加熱器采用電加熱器(EH)和自動控溫系統，自動控溫系統是由可編程序控制器(plc)和安裝在電加熱器出口處的二組溫度變送器(TT1、TT2)和顯示控制器(TIA1、TIA2)構成；在膜分離器出口處裝有一組氣體壓力變送器(PT2)和數顯表(PIA2)；在膜分離器出口處裝有一組氣體流量變送器(FT)和數顯表(FIA)；在膜分離器出口處裝有一組氧電池元件(AE)和數顯表(AIA)；在電加熱器(EH)入口端裝有一組壓力變送器(PT1)和數顯表(PIA1)；可編程序控制器(plc)的輸入端與溫度控制器(TIA1、TIA2)、壓力控制器(PIA1)和氧含量數顯表(AIA)的輸出端相接，它的輸出端分別與中間繼電器(K1、K2、K3、K4)相接，繼電器(K1、K2)與接觸器(KM1、KM2)相聯接，繼電器(K3、K4)與電磁閥(YV1、YV2)相聯；可編程序控制器(plc)，溫度控制器(TIA1、TIA2)、壓力控制器(PIA1)、氧氣含量數顯表(AIA)、氣體流量數顯表(FIA)、氣體壓力數顯表(PIA2)、過濾器壓差數顯表(pdIA)以及所有電氣元件裝置在一個隔爆電控柜中；本設備采用兩臺空氣壓縮機并聯結構；所有設備置于可移動載體上。
專利摘要本實用新型涉及一種中空纖維膜空氣分離制取氮氣技術的井下防爆制氮機,其特征在于:它是由空氣壓縮機,空氣凈化系統,壓縮空氣加熱部分,膜分離器和程序控制五部分構成,空氣加熱采用電加熱器直接加熱,程序控制采用的可編程序控制器(p1c)為核心的自動控制系統,對壓力、壓差、溫度、流量、純度等均實現了自動監測和自動控制,所有儀表及控制(包括顯示和報警)集中在一個隔爆電控柜中,操作者可進行隨機或遠距離操作,不僅改善了操作者的工作條件,也提高了設備的穩定性,可靠性,氮氣回收率高,精度高,成本低,并能連續大量產出氮氣。
文檔編號B01D53/22GK2403490SQ00201188
公開日2000年11月1日 申請日期2000年1月28日 優先權日2000年1月28日
發明者蔣勤, 鄔烈琴, 邱錦川 申請人:蘇州市宏運凈化設備有限公司, 煤炭科學研究總院上海分院電氣自動化研究所