VPSA变压吸附制氧设备说明书

1、1 概述1.1 真空变压吸附制氧技术真 空 变 压吸 附 制氧 技 术是 一 种 新型 的 从空 气 中制 取 富 氧的 技 术， 真 空变 压 吸 附 ( VACUUM PRESSURE SWING ADSORPTION ，简称 VPSA )，是一个近似等温变化 的物理过程，它是利用气体介质中不同组分在吸附剂上的吸附容量不同而产生的气体 分离，吸附剂在压力升高时进行选择性吸附，在压力降低至负压时得到脱附再生。真空变压吸附分子筛制氧设备是以电力为动力、空气为原料，利用沸石分子筛在 加正压状态下对氮的吸附容量增加，负压时对氮的吸附容量减少的特性，通过对两只 吸附塔切换作用，形成正压吸附、负压脱附

2、的循环过程，实现空气中氧、氮的分离， 连续制取所需求的工业用氧。真空变压吸附制氧设备的制氧过程为物理吸附过程，无化学反应，对环境不造成 污染，是一种理想的供氧方式。整个制氧过程相对于传统的深冷法制氧方式，具有结 构简单、工艺流程简单、使用操作方便、设备启动迅速、常温低压运行、安全可靠、 能耗小、制氧成本低等一系列优点。1.2 真空变压吸附制氧设备工作过程 瑞气真空变压吸附分子筛制氧设备是以洁净空气为原料，经空气过滤器进入罗茨鼓风机，升压至45kpa左右，出口气体温度约50 C,经过换热器进行冷却，使温度降到35 C左右，再进入已经再生完毕处于工作状态的吸附器。在吸附器内，空气中的水 分、二氧化

3、碳等极性分子气体经过氧化铝、13X 脱水剂被吸附，干燥空气再通过 LiX分子筛后空气组分中的氮气组分被分子筛吸附分离，氧气在吸附器顶部富积进入氧气 平衡器，纯度933%左右的富氧通过调节阀稳压处理进入缓冲罐，缓冲罐中的富氧压力在 1015kpa ，缓冲罐出口富氧经过氧气压缩机升压达到所需的压力要求，高压富 氧气冷却后通过氧气储罐再送至用氧用户。为获得连续稳定的产品氧气，瑞气真空变 压吸附分子筛制氧设备设置两只吸附器，交替产氧，一只吸附器产出氧气时，另一只 吸附器处于抽真空再生状态，吸附器在真空泵作用下抽至-60kpa 左右，排出的富氮组分经过消音处理排至室外。1.3 适用范围本设备配套于中大型

4、工业用氧气装置，提供纯度93%左右富氧以供使用。1.4 设备运行环境条件环境温度：2 C40 C相对湿度： 80%大 气 压:86KPa106KPa机械杂质： 30mg/m3;油 含量： O.OIppm ;CS2 : 0.03 mg/m3;CO2 : 350ppm ;C2H2 : 0.5ppm ;刀CnHm饱和及不饱和烃： 2 mg/m3 ;酸性物质：刀 NOX+SO2+HCI+CI2 的和1.5供电 8PPm。22011V/50HZ2 kW38019V/50HZ三相五线233 kW2 设备主要性能参数氧气产量：300 N m3/h （20 C,101.325Kpa）氧气浓度：93%（ V/V

5、）氧气出口压力：0.15 Mpa3 型号规格说明3.1真空变压吸附制氧设备的命名 1产品气出压力（MPa）产气量产品氧气纯度（%） 运行原理VPSA制氧3.2真空变压吸附制氧设备规格参数表制氧机类型产品氧气纯度产氧规格范围Nm3/h产品氧常压露点c出口压力范围MPaVPSAO90 3200 5000 -500.01-15注1 :如用户有特殊要求，规格及基本性能参数不冋于本标准规定时按合冋规定。注2 :氧气纯度中剩余其他成分为氮、氦、氖、氩等惰性气体。注3 :本标准中如无特别注明，露点均为常压露点。注4 :本标准中如无特别注明，压力均为相对压力（表压）。注5 :本标准中流量单位“Nm3/h ”均

6、是指1个大气压下，20 C时的流量单位。4 真空变压吸附制氧设备的基本组成真空变压吸附制氧设备包括鼓风机系统、真空泵系统、仪表气系统、氧氮 分离系统、氧气平衡系统、氧气增压系统、电气控制系统等七大部分组成。（工 艺流程图见附图1）4.1 鼓风机系统作为整套设备的进气动力部件鼓风机，为氧氮分离系统提供合适的正压气 源气体将对之后的系统稳定有效工作起到重要作用。鼓风机系统包括入口空气 滤清装置、鼓风机主体及配套电机、旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀、出口单向 阀、换热器、波纹管接头（或弹性接头）等成套设备。4.1.1 空气滤清装置空气气源通过空气滤清装置进行过滤，保证微粒杂质含量不得超过 100mg/m

7、 3，微粒最大尺寸不得超过鼓风机叶轮最小工作间隙的一半。为了保证整套系统的开机率，空气滤清板一开一备。主要技术参数：型 号：ZRL-200数 量：1套4.1.2 鼓风机主体及配套电机罗茨鼓风机是一种容积式气体鼓风机，机壳内两个叶轮彼此保持一定的啮 合间隙，通过同步齿轮带动作等速反向旋转，达到把吸入气体从进口推移到出 口，并克服出口侧高压气体阻力而强制排气的目的。结构如图1所示，在机壳内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动做彼此反向的同步旋转运动。 在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙。工作原理如图2所示。罗茨风机的关键零件是转子，而转子的

8、关键是它的型线，山东章丘鼓风机 厂罗茨鼓风机是引进日本大晃机械工业株式会社的最新设计制造技术而生产的 产品，叶轮采用新型特殊型线，保证了两叶轮啮合间隙均匀，减少内泄漏，提 高了容积效率。另外同步齿轮与轴承、四氟密封等高精度、高性能零部件确保 设备稳定，低振动运行。配套电机采用山东开元电机有限公司生产的三相异步电动机，本电动机防 护等级IP54，绝缘等级F级。具有高效、节能、噪音低、振动小、重量轻、性 能可靠、安装维修方便等优点。图1罗茨风机结构简图图2罗茨风机工作原理 图主要技术参数：型号：RRE-200气量：64 Nm 3/min升压：58.8kPa配套电机：Y280M-4驱动方式：皮带轮传

9、动转速：1350r/mi n功率：90KW轴功率：80KW电源：380V/50HZ尺寸：1820x14050x940重量：2.18T冷却水量：0.8 m 3/h4.1.3 旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀变压吸附过程中为了提高产品气的回收率，两只吸附塔存在一定时间的均 压过程，均压过程鼓风机旁通排空，另在鼓风机停车检测时防止气流返流需要 先行旁通泄压保护，故设置一旁路，气动切换蝶阀由程序控制进行对外排空操 作，另外为了对鼓风机出口压力进行有效调节，设置一旁路手动蝶阀。阀门采用耐莱斯双偏心硬密封气动蝶阀，可适应短周期频繁切换，阀体有 无泄漏，寿命长，切换时间短等优点。型 号：10-815W-P1-11

10、-223443TT品牌：耐莱斯詹姆斯伯雷阀体材质：WCB阀板材质：CF8阀杆材质：17-4PH密圭寸座材质：PTFE气缸：芬兰进口 B1CU11电磁阀：ASCO 8345G001气控阀：ASC O系歹U减压阀：AW4000-03数量：1 只4.1.4 单向阀为了保护风机电机，防止因为突然断电等特殊原因造成的返流现象，在鼓 风机出口设置单向阀。型号：DCV-200数量：1 只4.1.5 换热器空气经鼓风机升压后出口温度在50 C -60 C之间，分子筛的最佳工作状态 在0 C -40 C ,为了保证分子筛的有效利用，需对加热空气进行热交换。换热器采用不锈钢人形波纹板式换热结构，换热效率高，体积小

11、，冷却水 用量少，是一种较好的换热方式。型号：BRQ-G换热面积：250m设计温度：200 C设计压力：0.4MPa数量：1台4.1.6 波纹管接头罗茨鼓风机运行过程不可避免的产生较大的震动，为了减少震动跟后续设 备带来的影响及减少震动带来噪音。在鼓风机进出口安装配对的弹性接头和波 纹管接头。4.2真空泵系统分子筛吸附达到动态饱和状态之后必须进行解吸再生，沸石分子筛被证明在 负压真空状态下有更好的解吸再生效果，真空泵系统是整套系统不可获缺的重要部分。真空泵 系统包括真空泵主体及配套电机、旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀、 波纹管接头（或弹性接头）、密封软化水装置等成套设备。4.2.1 真空泵主体及配

12、套电机罗茨真空泵是一种旋转式容积真空泵。其结构形式是由罗茨鼓风机演变而来的。工作原理与罗茨鼓风机相同。主要技术参数：型号：RRF-250W气量:95.0 Nm /min升压：-53.3kPa配套电机：Y315L2-6驱动方式：皮带轮传动转速：880r/min功率：132KW轴功率：114KW电源：380V/50HZ尺寸：3230x1079x1060重量：4.08T冷却水量：1.0 m 3/h3密封软化水量：2.4 m /h4.2.2 旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀真空泵在停车时为了防止气流返流需要先行旁通泄压，做到零压启动，零 压停机，设置一旁通阀进行控制，另外为了对真空泵抽气压力进行微量调节，

13、设置一旁路手动蝶阀。阀门采用国产保一软密封切换蝶阀，可适应长时间切换下的零泄漏要求。型 号：D671X-10 DN250品牌：保一一数量：1只4.2.4 波纹管接头罗茨真空泵运行过程不可避免的产生较大的震动，为了减少震动跟后续设 备带来的影响及减少震动带来噪音。一般我们在真空泵进出口安装弹性接头或 者波纹管接头。4.2.5 密封软化水装置密封软化水作为真空泵抽真空密封叶轮空隙的介质，可以有效提高真空泵 的真空度。4.3仪表气系统气动蝶阀，气动调节蝶阀在自动控制切换过程中均需要0.5MPa左右仪表 气源作为气缸驱动力，本系统由气源处理三联件、分储气包等部件构成；为了 保证设备的开工率，对于需经常

14、维护保养的过滤装置增设旁通阀。4.4氧氮分离系统氧氮分离装置是制氧设备的主要部件，主要由两个交替工作的吸附塔和气 动切换蝶阀、气动可调节蝶阀、手动蝶阀等部件组成。根据LiX沸石分子筛对 空气中氮气、氧气分子的吸附容量不同，在正压吸附和负压脱附过程中实现氧 氮分离，而正压吸附与负压脱附过程由可编程控制器按一定程序控制电磁阀并 由电磁阀控制相应的气动阀自动运行，连续产出氧气，真空泵抽排出氮气和其 它组分气体。4.4.1 吸附塔组件双吸附塔结构满足客户连续用气需求，吸附塔内部填装填料氧化铝、13X 分子筛、LiX分子筛、瓷球，保证空气有效分离，满足产气需求。4.4.2 气动切换蝶阀通过控制系统对电磁

15、阀进行控制，周期性切换两塔进出气，保证设备正常稳定 运行。品牌：耐莱斯.詹姆斯.伯雷阀体材质：WCB阀板材质：CF8阀杆材质：17-4PH密圭寸座材质：PTFE气缸：芬兰进口 B1CU系列电磁阀：ASCO系列气控阀：ASC O系歹U数量：8只4.4.3 气动调节蝶阀设备均压过程中为了保证均压效果设置耐莱斯气动调节蝶阀，阀门据有等百分比可调节性，零泄漏，寿命长等优点。品牌：耐莱斯.詹姆斯.伯雷阀体材质：WCB阀板材质：CF8阀杆材质：17-4PH密圭寸座材质:PTFE气 缸：芬兰进口 B1CU系列定位器：芬兰进口 NE系列数 量：1只4.5氧气平衡系统氧气平衡检测装置主要由氧气平衡罐、氧气缓冲罐

16、、质量流量计、氧气纯度分 析仪、调节阀、压力传感器等组成。氧气平衡罐和氧气缓冲罐是减缓吸附塔压力波动过大和稳定产品气压的主要措施。质量流量计可显示瞬时和累积氧气流量，便于计量和管理。氧气纯度分析仪可在线监测、显示产品氧气纯度，并输出信号给电气控制 系统，当检测到的氧气纯度低于下限设定值时发出声光报警，并自动放空不合 格氧气。压力传感器监测输出产品氧气的压力，并输出信号给电器控制系统，按照既定控制方案，自动控制机组的启停与备用气源的开关。4.6 氧气增压系统氧气增压装置是由氧气专用蝶阀、氧压机等组成，其主要作用是对产品氧气进行 增压达到用户用气压力并输送给氧气储罐。氧气储罐组件由氧气储罐、球阀、

17、压力表、安全阀等组成，其主要作用是贮存部 分产品氧气，保证氧气的稳定输出，并当因意外情况造成设备停机时的短暂供氧，防 止供氧系统瘫痪。4.7 电气控制系统电气控制系统包括工控机（详见人机界面使用说明书）、电控柜、仪控柜、可编程控制器 PLC、电磁阀、指示灯、控制按等。设备按照可编程控制器PLC编辑的程序自动运行，控制电磁阀的得失电，通过气控系统控制气动阀的开和关。并采集和处理各种信号，显示设备各种运行状态。用户 可以在工控机上设置或更改控制参数，并可设定、显示设备运行状态。5设备操作5.1开车前准备1、确认打开鼓风机旁通阀（KV-1021 ）和真空泵旁通阀（KV-1031 ）；2、鼓风机、真空

18、泵盘车，检查泵机主副两油箱油位；3、启动冷却水泵，打开空气换热器进出水阀（V-2007,V-2008），打开鼓风机、真空泵冷却水路进 出水阀（V-2001、V-2002、V-2004、V-2005、V-2010、V-2011、V-2013、V-2014 ）,打 开密封水水 箱入口阀加水，确 认关闭鼓风机、真 空泵排水阀（V-2003、V-2012 ）；4、启动仪表气路，保持供气力达到0.6Mpa ；5、打开氧气放空阀（KV-1061 ）；6、启动柜供电。5.2开车过程1、调节密封水水箱出口阀（V-2015），首次调节好以后可以省去；2、启动鼓风机、真空泵，待运行稳定；3、启动PLC,即VSA制

19、氧按钮。4、调整a、通过进气旁通阀（V-1021 ）控制吸附器压力，使其最高压力45kpa， 鼓风机排气压力 50kpa ；b、通过抽真空旁通阀（V-1031 ）控制真空度，使其压力不小于-55kpa ， 真空泵泵口真空度不小于-60kpa ；c、调 整氧气放空阀（KV-1061 ）开度，逐 渐关小，使 氧气纯度达到93-95% ；d、按氧压机操作规程启动氧压机，关闭氧气放空阀（KV-1061 ）。5.3停车过程1、PLC停机；2、鼓风机停机，关闭冷却水；3、关闭真空泵密封水，真空泵空载运行5-10分钟后，停机；长期停机时， 空载运行20分钟后，关 闭冷却水，环境温度达到或小于0 C时，打开泵

20、机排水 阀排掉泵机内部冷却水；4、断开启动柜电源；5、关闭仪表气源；6、按氧压机操作规程停止氧压机。5.4产品氧压力报警：若产品气压力低于设定值时，控制系统将发出间断声光报警（1秒钟间隔） 并提示打开备用气源。5. 5瞬时断电重启操作调节流量调节阀HV-1061使产品氧气流量计读数达到设定值的一半，再缓慢调节流量调节阀（约每 2min开1/8圈），使产品氧气流量计读数达到设定值。调节减少吸附周期时间，使产品气纯度迅速提高到需要的纯度。第一9页6安全、安装及储运要求6.1 安全事项6.1.1 制氧设备是生产过程中的重要设备，制氧站内除工作人员外，严禁其他人随意 进入室内。6.1.2 严禁在制氧站

21、界区内吸烟和用火，容器或管道维修需要用火时，必须采取安全 措施，并经安检部门检查同意后方可施工。品,6.1.3制氧站界区内应保持整洁，不准堆放易燃易爆物品，人行通道上不准堆放物 确保道路畅通。6.1.4 操作人员在上岗前必须经过安全教育和操作方法的学习和实习，独立掌握制氧 设备操作方法方可上岗工作。6.1.5 操作人员上岗必须着装整齐，严禁携带易燃易爆物品进入制氧站，严格按照使 用说明书的规定进行操作。6.1.6 制氧站大门入口处和制氧站内醒目处，必须标志严禁烟火”、注意安全等警告牌以示警惕。6.1.7 制氧站内应至少配备四个以上“1121 ”或“ 1301 ”小型干粉灭火器。6.1.8 制氧

22、站设接地防雷装置一组，连接线采用40 X 4的扁钢，接地极埋地深度不少于0.8 米，接地电阻不少于4欧姆。6.1.9 制氧设备使用的压力表应每年校验一次，合格后打上铅封。6.1.10 设备在卸压之前，不得进行任何与压力有关的维修工作。A6.1.11 应每两周检查设备管路和管件的气密性，发现漏气应及时检修，合格后方能开机。6.1.12 制氧站的照明、通风设施应采用防爆安全型电路。6.1.13 每套设备出厂前均调试合格，并附有合格证，但并不能完全预防运输及装卸 过程中发生的损害，故首次开机前应仔细检查系统的各个方面，以防故障发生。6.1.14 制氧设备所使用的原料为空气，应保持制氧站周围空气不受污

23、染。6.2使用安装技术条件621 制氧设备室内应保持通风，空压机进气应保证干净、无污染。622 排污口排放的污染物应排出室外，以免污染现场。623 本设备的安装要求详见设备基建图。6.3储运贮存条件6.3.1 制氧设备在运输过程中应防倒置、防碰撞、防雨淋、防剧烈震动。6.3.2 包装后的制氧设备应储存在相对湿度不超过80%、无腐蚀性气体和通风良好的室内。7设备维护7.1使用注意事项7.1.1 氧气储罐属I类压力容器，应根据国家有关规定，定期加以检查。并接受当地 锅检所的监督检查。7.1.2 本机的排污口应接塑料软管直达排水沟，以免污染生产现场。7.1.3 在检修设备时，一定要将仪表气路和各管路

24、的压力降为零后才能拆卸各元件。7.1.4 在固定端未被可靠固定时，严禁在设备间接管。7. 1.5开流量计时务必缓慢，否则，气体流速过快会损坏流量计。7.1.6 机器运行期间须有人值班，并做好日常记录。若有异常，应及时检修并报告上 级主管部门。7.1.7 详细阅读鼓风机、真空泵、空气压缩机、氧压机、冷干机、换热器、阀门、流 量计、测氧仪等设备仪器的使用说明书，正确使用，严格按照使用说明书的要求进行 维护保养。应清楚有关注意事项。7.2日常设备维护表对下列项目，在正常情况下，每天至少检查一次，并按下表的要求检查， 检查情况和处理结果做好记录。序号项目检查内容维护时期1各阀门开关状态阀门开关状态是否

25、正确设备开、停机时2消声井排气状态消声井是否排出粉尘设备运行过程中3平衡罐排污阀排污排污是否正常开机前、停机后4仪表气罐排污阀排污是否排出油污或粉尘开机前、停机后5缓冲罐排污阀排污排污是否正常开机前、停机后6氧气储罐排污阀排污排污是否正常开机前、停机后7各仪表读数是否正常设备运行过程中8气源二联件油雾器油杯是否有足够油面设备运行过程中9鼓风机、真空泵运行状态如出气温度、油面等是否正常设备运行过程中10氧压机运行状态排气压力，活塞动作等设备使用过程中11各管道连接处的气密性是否漏气设备运行过程中7.3易损件、易耗件使用寿命参考表序号易损件、易耗件使用寿命参考值备注1LiX沸石分子筛正常操作、维护

26、 10年以上技术指标下降不明显无需添加或更 换。2气动阀密封件150万次动作正常、无泄漏时无需更换。3电磁阀150万次以上动作正常时无需更换。4氧分析仪传感器20000小时传感器失效时更换5氧压机活塞环3000小时磨损更换8智能保护功能：瓷球自动压紧：设备长期处于运行状态，吸附塔内的分子筛有老化、粉化 的现象，分子筛可能出现下沉，这时瓷球就会有相应的补偿位移，从而确保吸 附塔内的分子筛始终处于压紧状态，防止了因分子筛下沉而造成分子筛剧烈运 动，确保氧气产量和纯度的稳定性。纯度、压力超标报警：当氧气纯度低于设定值氧气纯度报警指示发出报警； 当氧气压力低于0.4 MPa时系统会自动报警（此压力设定可由用户现场情况通 过触摸屏设置）。9设备检修及故障处理：VPSA设备故障处理表序号故障描述预防措施故障机率 和严重性部件备品 备件易损件1