專利名稱：井下防爆制氮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種中空纖維膜空氣分離制取氮?dú)饧夹g(shù)的井下防爆制氮機(jī)。
目前，利用空氣分離法制取氮?dú)獾募夹g(shù)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(shù)是本世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新興的高科技技術(shù)，屬高分子材料科學(xué)，雖然起步較晚，但發(fā)展較快，就象微電子半導(dǎo)體一樣，是工業(yè)戰(zhàn)線上的一場革命。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，膜技術(shù)正在為人類帶來巨大的利益，它可以用于氧、氮?dú)怏w的分離，煉廠氣中的氫氣回收，合成氣中H2/CO比例調(diào)節(jié)，氮?dú)庵袣錃獾幕厥?，酸性氣體的處理，天然氣的處理，碳?xì)浠衔锏幕厥找约拔蹥饪刂频鹊龋@對分離技術(shù)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(guān)注。作為氮?dú)庥脩簦瑢τ谥频O(shè)備的工作可靠性和穩(wěn)定性的要求嚴(yán)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(wěn)定性可靠等優(yōu)點(diǎn)，越來越顯示出它的生命力。煤碳是我們?nèi)粘Ｉ罴肮I(yè)上不可缺少的燃料，為提高開采效率降低生產(chǎn)成本，綜采放頂煤開采技術(shù)以其高產(chǎn)、高效、低耗的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，然而與分層綜采相比，容易造成采空區(qū)自然發(fā)火，而又因?yàn)槠洳煽諈^(qū)冒落高度和空間體積大，用常規(guī)的黃泥灌漿，注阻化劑來滅防火很難奏效，因此給礦區(qū)安全生產(chǎn)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?dú)鈦頊绲V井火災(zāi)，我國在八十年代也已采用注氮防滅火技術(shù)來防治采空區(qū)自然火，而且取得了一定的成效。應(yīng)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?dú)鈴牡孛孑斔偷骄拢偼顿Y很大。膜分離設(shè)備具有基礎(chǔ)投資少，體積小，使用工藝簡單方便，快捷的特點(diǎn)。膜式空氣分離制氮機(jī)用煤礦井下，首先要求具備防爆性能，其次結(jié)構(gòu)簡單，移動方便，操作方便，運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，同時氮?dú)饣芈矢?，純度高，投資低，成本低，設(shè)備壽命長，設(shè)備自動化程度高。
本實(shí)用新型的目的就是設(shè)計一種利用中空纖維膜空氣分離技術(shù)制取氮?dú)獾木路辣频獧C(jī)，本機(jī)器設(shè)備必須具備防爆性能，同時具備結(jié)構(gòu)簡單，移動方便，操作方便，運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，同時氮?dú)饣厥章矢?，純度高，投資低，成本低，設(shè)備壽命長，設(shè)備自動化程度高，能夠連續(xù)大量提供符合要求的氮?dú)狻?br> 本實(shí)用新型所述的井下防爆制氮機(jī)是由礦用防爆型空氣壓縮機(jī)，空氣凈化系統(tǒng)，壓縮空氣加熱部分，膜分離器，程序控制等五個部分構(gòu)成。
空氣壓縮機(jī)是膜制氮的氣源部分，本設(shè)備采用兩臺空氣壓縮機(jī)并聯(lián)在一起使用，目的是在不停機(jī)的情況下，兩臺空壓機(jī)可以輪換著檢修，或當(dāng)不需要大量氣時，只需開一臺空氣壓縮機(jī)，節(jié)省能源。
空氣凈化系統(tǒng)是將壓縮機(jī)送來的壓縮空氣進(jìn)行凈化，以保證達(dá)到膜的使用要求及保護(hù)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(gòu)成的，多級組合過濾器是采用粗過濾器、中粗過濾器、細(xì)過濾器和超細(xì)過濾器的組合過濾器。當(dāng)壓縮空氣從空氣壓縮機(jī)產(chǎn)出后，通過截止閥到冷卻器及汽水分離器進(jìn)行降溫、除水、穩(wěn)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?yàn)槲畚锒氯斐蓺怏w質(zhì)量變差，本設(shè)備在多級組合過濾器的兩端裝置一組壓差變送器(pdT)和數(shù)顯表(pdIA)，顯示過濾器兩端的壓差，當(dāng)壓差超過報警點(diǎn)時，顯示報警，本設(shè)備依據(jù)過濾器性能設(shè)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(yán)格的要求，在其要求的氣體溫度范圍內(nèi)，膜的產(chǎn)氣效率最高，本設(shè)備采用的是電加熱器及自動控溫系統(tǒng)，保證氣體在一恒溫下供給膜使用，提高膜的生產(chǎn)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(shí)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(jù)制氮工藝設(shè)定出口氣體溫度為55度，當(dāng)測量值小于設(shè)定值時，控制接點(diǎn)閉合，當(dāng)測量值大于設(shè)定值時，控制接點(diǎn)斷開?？刂品绞綖镻ID(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(shù)顯表(PIA1)，目的是起低壓保護(hù)作用，當(dāng)空氣壓縮機(jī)出口壓力P≤0.4Mpa時，設(shè)備可在可編程序控制器(plc)的控制下不啟動，當(dāng)壓力P≥0.4Mpa時，設(shè)備才開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保護(hù)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(shù)顯表(PIA2)，測量出口氮?dú)獾膲毫?，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(shù)顯表(FIA)，測量出口氮?dú)饬髁俊Ｄし蛛x器出口氮?dú)獾膲毫土髁渴欠从持频Ч闹匾笜?biāo)。在膜分離器出口端安裝一組氧電池元件(AE)和數(shù)顯表(AIA)，測量出氮?dú)庵醒鯕獾暮浚瑫r設(shè)定報警點(diǎn)，一般設(shè)定值定為氧含量不超過3％，達(dá)到3％時報警。當(dāng)氣體含量小于設(shè)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(shù)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(dāng)繼電器(K1、K2)動作時，接觸器(KM1、KM2)動作，加熱器被通電加熱，當(dāng)繼電器(K3、K4)動作時，電磁閥(YV1、YV2)動作，電磁閥常開，常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)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(shù)顯表(pdIA)，壓力數(shù)顯表(PIA1)，流量數(shù)顯表(FIA)以及電氣元件裝在一個防爆電控柜中。
本實(shí)用新型設(shè)計的井下防爆制氮機(jī)具有以下特點(diǎn)1.電氣裝置和設(shè)備均為隔爆型和本質(zhì)安全型，從而保證了電氣設(shè)備在煤礦井下使用的安全性；2.控制功能保證了制氮機(jī)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(xiàn)象；3.制氮機(jī)自動化程度高，由于報警點(diǎn)的設(shè)定和數(shù)字化的顯示，使各狀態(tài)參數(shù)一目了然，由于溫度控制手段采用了PID控制和運(yùn)用了可編程序控制器(plc)，其組態(tài)和變更方便，使控制幾乎無需運(yùn)行人員干預(yù)的情況下自動執(zhí)行；4.主要參數(shù)的檢測，顯示采用變送器和數(shù)顯表，適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)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?dú)獾幕厥章矢?，制氮的精度高，成本低，并能連續(xù)提供大量符合要求的氮?dú)狻?br> 下面根據(jù)附圖對本實(shí)用新型所述的井下防爆制氮機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的敘述。


圖1為井下防爆制氮機(jī)結(jié)構(gòu)和流程示意圖，圖2為主電路圖，圖3為plc接點(diǎn)圖，圖4-6檢測顯示控制圖。
將兩臺空氣壓縮機(jī)(1、2)分別與兩臺截止閥(3、4)串聯(lián)后并聯(lián)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(lián)在一起。然后再與節(jié)流閥(9)、背壓閥(10)、止回閥(11)依次相聯(lián)接，與精氮出口相聯(lián)的常閉電磁閥(YV1)和與放控出口相聯(lián)的常開電磁閥(YV2)并聯(lián)后與止回閥相聯(lián)，球閥(12)與背壓閥的出口端相聯(lián)，依次與減壓閥(13)、流量計(14)相聯(lián)，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(shù)顯表(AIA)相接，數(shù)顯表的輸出端與可編程序控制器(plc)的輸入端相接，數(shù)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(shù)顯表(PIA1)相連接，數(shù)顯表(PIA1)的輸出端與可編程序控制器(plc)的輸入端相聯(lián)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(shù)顯表(pdIA)，中間由配電器B1相連接。數(shù)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(shù)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(shù)顯器(FIA)的輸入端相連接。數(shù)顯器(PIA2)和數(shù)顯器(FIA)安置在電控柜中?？删幊绦蚩刂破鬏敵龆朔謩e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(lián)接，繼電器(K3、K4)與電磁閥(YV1、YV2)相聯(lián)。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(shè)備安裝在可移動載體上。
權(quán)利要求1.一種井下防爆制氮機(jī)，它是由礦用防爆型空氣壓縮機(jī)，空氣凈化系統(tǒng)，壓縮空氣加熱部分，膜分離器，程序控制等五部分構(gòu)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(shù)顯表(pdIA)；壓縮空氣加熱器采用電加熱器(EH)和自動控溫系統(tǒng)，自動控溫系統(tǒng)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(gòu)成；在膜分離器出口處裝有一組氣體壓力變送器(PT2)和數(shù)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(shù)顯表(FIA)；在膜分離器出口處裝有一組氧電池元件(AE)和數(shù)顯表(AIA)；在電加熱器(EH)入口端裝有一組壓力變送器(PT1)和數(shù)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(shù)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(lián)接，繼電器(K3、K4)與電磁閥(YV1、YV2)相聯(lián)；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(shù)顯表(AIA)、氣體流量數(shù)顯表(FIA)、氣體壓力數(shù)顯表(PIA2)、過濾器壓差數(shù)顯表(pdIA)以及所有電氣元件裝置在一個隔爆電控柜中；本設(shè)備采用兩臺空氣壓縮機(jī)并聯(lián)結(jié)構(gòu)；所有設(shè)備置于可移動載體上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種中空纖維膜空氣分離制取氮?dú)饧夹g(shù)的井下防爆制氮機(jī),其特征在于:它是由空氣壓縮機(jī),空氣凈化系統(tǒng),壓縮空氣加熱部分,膜分離器和程序控制五部分構(gòu)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(tǒng),對壓力、壓差、溫度、流量、純度等均實(shí)現(xiàn)了自動監(jiān)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(jìn)行隨機(jī)或遠(yuǎn)距離操作,不僅改善了操作者的工作條件,也提高了設(shè)備的穩(wěn)定性,可靠性,氮?dú)饣厥章矢?精度高,成本低,并能連續(xù)大量產(chǎn)出氮?dú)狻?br> 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(yōu)先權(quán)日2000年1月28日
發(fā)明者蔣勤, 鄔烈琴, 邱錦川 申請人:蘇州市宏運(yùn)凈化設(shè)備有限公司, 煤炭科學(xué)研究總院上海分院電氣自動化研究所