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目前海洋平台上一般利用氮气瓶供气，施工效率低，流量较小，不满足现场要求，再者国内主要膜制氮设备基于可编程控制器PLC及现场仪表设计，这些设备提高了制氮装置的成本，延长了安装周期。为此，研制了移动式橇装制氮装置。该制氮装置的硬件由空气压缩单元、空气净化处理单元、入膜加热单元及膜分离制氮控制单元组成，装置结构简单，安装调试方便，采用喷油螺杆式空压机，过滤器采用3级过滤，降低了成本。其控制系统主要用于检测信号的输入和控制信号的输出。现场调试结果表明，移动式制氮装置启动20min后就能得到体积分数高达97%的氮气，装置的稳定性较强。关键词：海上平台；移动式；制氮装置；膜分离制氮法；控制系统；PLC在海洋平台上需要经常使用氮气，例如用于油气井保护、压力保持和储存气体，管道及设备的吹扫以及易燃、易爆物品运输时的保护气等。目前一般利用氮气瓶供气，但氮气瓶使用不方便，施工效率低，流量较小，不满足现场要求。西方工业发达国家在氮气技术的理论研究、设备制造和推广应用等方面处于领先地位，相应的设备较完善；我国氮气技术还处于起步阶段，膜制氮装备生产企业并未掌握核心技术，多数依靠国外技术进行组装国内外大多数制氮装置控制系统采用分散控制或者现场仪表、仪表盘、中心控制室进行系统控制，例如美国捷能公司开发的NPU900/35设备，采用分散控制集中管理的控制方式；美国威德福国际公司生产的NPU1200/35油田用橇装箱式现场膜制氮注氮装置控制系统组是以程序逻辑控制器为基础的控制系统；国内主要膜制氮设备是基于可编程控制器PLC及现场仪表设计。这些设备不仅提高了制氮装置的成本，延长了安装周期，同时也不利于系统检修为此，西南石油大学设计了一套安装便捷、性能稳定、施工高效、集成度高、用途广泛的移动式膜分离制氮装置，从而达到节约成本、提高效率、缩短施工周期的目的。采用膜分离制氮法的制氮装置具有投资少、流程简单、膜组件寿命长且免维护、能耗低、体积小、露点低、可靠性强、操作弹性大、能适应各种恶劣环境、开启迅速等特点。移动式膜分离制氮装置的结构移动式膜分离制氮装置的硬件主要由空气压缩单元、空气净化处理单元、入膜加热单元及膜分离制氮控制单元组成。空气压缩机采用喷油螺杆式空压机，内置空压机主要用来提供压缩空气源和恒定压力的气体，以满足预定的膜分离制氮装置设计要求。存储罐主要用来缓冲来自空压机的压缩空气的压力、存储空气，同时可以收集和除去压缩空气中的部分油水冷凝液，以减轻后面膜制氮装置内部的级过滤器的负载，储气罐装有压力表、安全阀和冷凝液排放管路。过滤器系统采用3级过滤，包括粗过滤器、精细过滤器和高效过滤器，主要用来过滤空气中的油污、水蒸气、固体颗粒物等杂质，为膜组工作提供纯净的空气。加热器采用温度可控的空气加热器，通过控制器数字量输出端口控制，主要为膜系统工作提供恒定的进气温度，稳定产品气质量。膜分离器采用中空纤维膜。中空纤维膜制氮的原理：具有适当温度的压缩空气进入中空纤维膜管，混合气体在合适的压力作用下，首先在高压侧与纤维膜管内壁接触，并发生气体分子的吸附、溶解、扩散、脱溶和逸出现象；氧气、二氧化碳、水蒸气等渗透速率高，很容易从纤维管内侧向管外壁低压侧渗出，由纤维束管的出口端排出，而渗透速率低的氮气则留在管内，从而实现了氧与氮的分离。与传统制氮装置相比，移动式膜分离制氮装置具有结构简单，安装调试方便等优点。空气压缩机采用喷油螺杆式空压机，性能稳定、结构紧凑、效率高；过滤器采用3级过滤，降低了制氮装置的成本，同时也满足了现场要求；加热器采用可控空气加热器，便于PLC进行控制；膜分离器采用中空纤维膜，具有分离系数高、性能稳定、寿命长等优点。控制系统设计控制系统主要用于检测信号的输入和控制信号的输出，检测信号包括进气温度、进气压力、入膜压力、入膜温度、氧气体积分数和流量，控制信号包括冷凝液排水阀的开断、加热器温度、纯度调节阀的开断、氮气进气阀/排空阀的开断。针对目前国内尚无移动式橇装制氮设备的现状，设计了一套海上平台移动式制氮装置。该装置具有投资少、能耗低、操作方便、集成度高等优点，同时解决了传统用氮气瓶供气的缺点，提高了工作效率。整套设备由PLC控制，所有操作均在触摸屏上实现，能实时监测装置的工况和氮气体积分数，能对装置中PID控制的参数进行修正。移动式制氮装置提高了工作效率，克服了国内外制氮装置控制系统采用分散控制或者仪表、仪表盘、中心控制室进行系统控制的不足。瑞气是一家从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司，是中国常温空分领域的领导品牌和功勋企业。公司的核心业务包括：气体设备+气体产品。上海瑞气始创于1979年，在常温空分应用领域，我们拥有40年的经验，始终坚持为客户创造价值的理念，为全球气体及气体设备领域提供独特的产品、服务、技术咨询和解决方案。在中国，瑞气50多个营销分支机构、100多个服务网点遍布30多个省市；在全球，瑞气的营销遍及东南亚、中东、欧洲和南美，产品远销20多个国家，在石油、化工、煤矿、冶金、轮胎、医疗、食品、航空等行业得到广泛应用。我们的用户来自各行各业，其中包括BOC、普莱克斯、空气化工产品、杜邦、住友、一汽、中石化、中海油、青岛啤酒、燕京啤酒、上海造币厂、内蒙古亿利化学及全国各矿业集团等。 |