TQGCML 201-2021 制氮装置设计规范

ICS21.020

CCSJ70

团体标准

T/QGCML201—2021

制氮装置设计规范

Codefordesignofnitrogenplant

2021-11-30发布2021-12-15实施

全国城市工业品贸易中心联合会发布

T/QGCML201—2021

目次

前言....................................................................................II

1范围...................................................................................1

2规范性引用文件........................................................................1

3术语和定义.............................................................................1

4产品分类、规格、型号.................................................................2

5一般要求...............................................................................3

6结构设计及组成要求...................................................................3

7外观设计要求..........................................................................3

8性能设计要求..........................................................................4

9试验方法...............................................................................4

10检验规则..............................................................................6

11标志、包装、运输和贮存...............................................................7

I

T/OGCML201—2021

-?-Z-—»—

刖s

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由全国城市工业品贸易中心联合会提出并归口。

本文件起草单位：山西皆利气体科技有限公司、山西汾西电气有限公司、山西新矿友电气科技有限

公司、银川富宏丰机电设备有限公司、太原森普机械制造有限公司、山西省水利机械有限公司、山西昊

瑞机械制造有限公司、山西敬天电力勘测设计有限公司、太原南瑞继保电力有限公司、山西敬天合创云

能源有限公司。

本文件主要起草人：周锋、邵莉莉、张静、周晓娴、张磊、冀鹏英、宋亚平、王刚、席瑞鑫、郝学

威、武春林、曹彦林、李晓华、王恬、乔楠、焦变英、张洁、赵岫、段龙飞、王利平、郎曼、张巨兵、

姚慧、李胜丽、康利生。

II

T/QGCML201—2021

制氮装置设计规范

1范围

本标准规定了制氮装置的产品分类、规格、型号、一般要求、结构组成要求、外观设计要求、试验

方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

本标准适用于制氮装置的设计、生产和检验。不包含煤矿井下用制氮装置。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件,

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB150钢制压力容器

GB2423.1电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法

GB2423.2电工电子产品基本环境试验规程试验B：高温试验方法

GB2423.4电工电子产品基本环境试验规程试验Db：交变湿热试验方法

GB2423.16电工电子产品基本环境试验规程试验J：长霉试验方法

GB2423.17电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法

GB3095环境空气质量标准

GB3836.1爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求

GB3836.2爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”

GB3836.3爆炸性气体环境用电气设备第3部分：增安型“e”

GB3836.4爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”

GB5832.2气体中微量水分的测定露点法

GB/T13384机电产品包装通用技术条件

GB50235工业金属管道工程施工及验收规范

CCS钢制海船入级及建造规范

TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

变压吸附法pressureswingadsorption

在等温条件下，运用专用固体吸附剂加压吸附、减压解吸原理的循环工作方法。

3.2

膜分离法separationmembrane

在一定压力条件下，通过特定膜将不同物质进行分离的方法。

3.3

碳分子筛制氮nitrogenproductionbycarbonmoIecuIarsieves

以碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附法，从空气中分离制取氮气。

3.4

膜分离制氮membraneseparationfornitrogenproduction

利用制氮膜，在一定压力条件下，从空气中分离制取氮气。

1

T/QGCML201—2021

4产品分类、规格、型号

4.1产品分类

按照制氮方式，制氮装置分为下列两类：

——变压吸附制氮装置；

一一膜分离制氮装置。

4.2产品规格

按照氮气纯度和氮气流量，制氮装置分为下列规格：

——氮气纯度：295%、》96%、＞97%、＞98%.299%、＞99.5%,＞99.9%,＞99.95%,299.99%、

299.995%、'99.999%、299.9995%；

一氮气流量(Nm3/h)：5、10、20、30、40、50、100、150、200、300、400、500、600、700、

800、900、1000、1200、1500、1800、2000、2500、3000»

4.3产品型号

产品型号规则如下所示：

注1：使用环境代号以指定的大写字母表示一油田：0；船舶(含海上平台，以下同)：S；其它：Q。

注2：制氮方式以T表示变压吸附制氮，以M表示膜分离制氮。

注3：XI以折算为标准状态(20-C、0.lOIMPa)下的氮气流量(Nm3/h)值表示。

注4：X2以95、96、97、98、99、295、39、395、49、495、59、595分别表示氮气纯度。95%、云96%、＞97%、＞

98%、＞99%.＞99.5%、＞99.9%^299.95乐＞99.99%、299.995%、＞99.999$、^99.9995%«

注5:X3以配有增压单元时的终端氮气输出压力(MPa)值表示，无增压单元时省略此项。

注6:改型设计序号以改型设计的序次A、B、C等表示。

2

T/QGCML201—2021

示例1：油田用、膜分离制氮、流量为900Nm3/h、纯度为＞95以增压后氮气输出压力为20MPa的首型制氮装置型号：

0MD900/95-20

示例2：船舶用、变压吸附制氮、流量为50Nm3/h、纯度299.5乐无增压单元的首次改型制氮装置型号：STD50/295

-A

5一般要求

制氮装置应在下列条件下正常工作：

——环境温度为5℃~40℃：

——周围空气相对湿度不大于95%（25℃）；

——大气压为86kPa~106kPa；

——环境空气质量应符合GB3095规定的2级标准；

——电源额定电压为三相1140V,660V、380V,单相220V,额定频率为50HZ；

——其它工作条件特殊要求应在制氮装置设计文件中规定。

6结构设计及组成要求

6.1制氮装置由空气压缩机、过滤器、冷干机、吸附塔或膜组件、储气罐、电控单元、气动阀组、气

体流量计、氮气纯度检测仪表等配套组成，制氮装置终端输出高压氮气时，须配置增压单元。

6.2制氮装置的配套设备、仪器、仪表和可编程控制器、阀门等元器件，以及所选用的炭分子筛、膜

组件、除氧剂、干燥剂等，均应符合各自产品标准的规定。

6.3用于爆炸性气体环境的制氮装置，其空气压缩机、电控单元应分别符合GB3836.1、GB3836.2、

GB3836.3、GB3836.4的有关规定。

6.4用于船舶的制氮装置，其空气压缩机、冷干机、电控单元及吸附塔、储气罐等，应符合CCS《钢

制海船入级及建造规范》的有关规定。

6.5制氮装置的吸附塔、储气罐等压力容器应符合GB150、《压力容器安全技术监察规程》的规定。

6.6制氮装置的管道应符合GB50235的规定。

7外观设计要求

7.1制氮装置表面油漆涂层应均匀、光洁，色泽一致，不得有气泡、脱层、流痕和明显划痕。

7.2制氮装置所有焊缝应平整，无焊瘤、夹渣。

7.3制氮装置电控单元面板上的文字、字母和图形符号应准确、规范、清晰。

7.4制氮装置电控单元的按钮、指示灯颜色应符合下列规定：

a）按钮颜色

1）启动按钮：绿色；

2）停止按钮：红色：

3）急停按钮：红色。

b）指示灯颜色

1）电源指示灯：绿色；

2）运行指示灯：黄色；

3）故障指示灯：红色。

7.5制氮装置所有紧固件应连接可靠，并应有防止自动松脱的措施。

7.6制氮装置裸露的金属件应进行防锈处理，无锈蚀，无镀层脱落。

7.7制氮装置各种管路、管汇及阀门排列应整齐、美观。

3

T/QGCML201—2021

8性能设计要求

8.1制氮装置开机启动40min,所产氮气流量、纯度均应达到设计要求。制氮装置连续工作6h,所产

氮气纯度、流量均应不低于设计要求。氮气纯度、流量设计要求应在制氮装置设计文件中规定。

8.2终端氮气出口压力应满足下列要求：

a）变压吸附制氮装置无增压单元时，终端氮气出口压力最大值不小于0.6MPa,且可在0至最大

压力值范围内连续可调；

b）膜分离制氮装置无增压单元时，终端氮气出口压力最大值不小于IMPa,且可在0至最大压力

值范围内连续可调；

c）制氮装置配置增压单元时，终端氮气出口压力应达到设计要求。终端氮气出口压力设计要求

应在制氮装置设计文件中规定。

8.3氮气露点W-40C。

8.4制氮装置的噪声不大于85dB（A）。

8.5制氮装置所有管路应连接牢靠，连接处不得漏气。

8.6制氮装置电控单元应设有“自动”和“手动”两种工作方式。在“自动”方式下，制氮装置可按

照写入可编程控制器的程序进入全自动运行状态；在“手动”方式下，可手动检查各个电磁阀及气动阀

的运行状态，应能正常工作。

8.7制氮装置应具有下列故障报警和保护功能：

a）氧含量超标报警和保护：当氮气纯度低于设计要求时，电控单元应发出报警信号，开启自动

排空系统；当氮气纯度达到设计要求时，关闭自动排空系统，恢复氮气输出；

b）超温报警和保护功能：该功能仅适用于膜分离制氮装置。当进入膜组的空气温度超过设定值

时，电控单元应发出报警信号，开启排空阀，将超温空气排空；当进入膜组的空气温度降至

设定值时，关闭排空阀，空气进入膜组件；

c）用于船舶的制氮装置，其应具有的其它故障报警和保护功能在制氮装置设计文件中规定。

8.8制氮装置电控单元的环境试验，按其使用环境应分别符合下列要求：

a）用于船舶的制氮装置电控单元分别按GB2423.4、GB2423.16、GB2423.17进行交变湿热试

验、长霉试验和盐雾试验后，在2小时内通电检查，应能正常工作；

b）用于其它环境的制氮装置电控单元分别按GB2423.1、GB2423.2进行低温、高温试验后，在

2小时内通电检查，应能正常工作。

9试验方法

9.1外观检查

目测检查制氮装置表面油漆涂层、焊缝、电控单元面板、按钮及指示灯颜色、紧固件连接、裸露金

属件的防锈处理及管路、管汇、阀门的排列等，检查结果应符合7的规定。

9.2氮气纯度和氮气流量测量

a）分别用氮分析仪或微量氧分析仪、流量计监测氮气纯度和氮气流量；

注：测量氮气纯度的氮分析仪精度W±2%F.S,微量氧分析仪精度W±2%F.S,测量氮气流量所用的流量计精度

不低于2.5级。

b）制氮装置开机启动时开始计时；

c）当氮气纯度和氮气流量均达到设计要求时，读取计时时间。应符合8.1的规定；

注：该时间为启动时间。

d）每间隔lh读取1次氮分析仪或微量氧分析仪、流量计测量数据，连续读取6次，氮气纯度和

氮气流量均应符合8.1的规定；

e）实际状态下测得的氮气流量应换算成标准状态（20℃、0.lOIMPa）下的氮气流量，按下式计算：

4

T/QGCML201—2021

Qy»TZ,H..............................................................................

QsH=M⑴

P..T.2.

式中：

QSN一标准状态下的氮气流量(Nm3/h)

Qs—使用状态下流量计的读取示值(m3/h)

Ps—氮气测量时的绝对压力[(0.101+压力表读取示值)MPa]

T”一流量计标尺上标注的绝对温度[(273.15+20)K]

ZSH一空气在标准状态时的密度(1.293kg/m3)

Pn—标准状态下气体的绝对压力(0.lOIMPa)

Ts-使用状态下气体的绝对温度[(273.15+环境温度)K]

Zs—氮气在标准状态下的密度(1.252kg/m3)

9.3氮气输出压力测量

调节制氮装置终端氮气输出调压阀，观测调压阀上压力表指示，每间隔lh读取1次测量数据，连续

读取6次.计算6次测量数据的平均值，应符合8.2的规定。压力表的精度不低于1.5级。

9.4氮气露点测量

氮气露点的测量按照GB5832.2的规定进行，测量结果应符合8.3的规定。

9.5噪声测量

制氮装置正常运行状态下，将声级计置于制氮主机前水平距离为1m、离地面高度为1.5m处，测量制

氮装置的噪声。每间隔2h测量1次，连续测量3次。计算3次测量数据的平均值，结果应符合8.4的规定。

测量用声级计精度为±IdB(A)o

9.6气密性

采用压缩空气将制氮装置管路系统逐渐加压至设计压力的1.05倍，保压lOmin,再逐渐降至设计压

力，然后用皂水检漏法检查系统管路及管件连接处，结果应符合8.5的规定。

9.7操作性能检查

制氮装置处于开机状态时，分别检查电控单元“手动”和“自动”工作方式下制氮装置运行情况,

结果应符合8.6的规定。

9.8故障报警和保护功能检查

9.8.1氧含量超标报警和保护

将电控单元“手动/自动”旋钮拨至“自动”位置，启动制氮装置进入自动运行，并将氮分析仪或

微量氧分析仪的报警限值设定为设计要求氮气纯度值。当氮气纯度显示值低于设定值时，报警指示灯应

亮，同时应发出报警声，自动排空系统开启排空；当氮气纯度显示值达到设定值时，报警指示灯应熄灭,

自动排空系统关闭，氮气出口有氮气输出。

9.8.2超温报警和保护

将电控单元中温控仪报警温度原设定值调整为30℃~40℃范围内任意值，启动制氮装置进入自动运

行，温控仪监测进入膜组的空气温度，显示进入膜组的空气温度值。当进入膜组的空气温度超过报警温

度现设定值时，温控仪应发出报警信号，开启排空阀，将超温空气排空。同时，自动调低空气加热温度，

当空气温度降到报警温度现设定值时，关闭排空阀，空气进入膜组。检查结束后，须恢复温控仪报警温

度原设定值。

5

T/QGCML201—2021

9.8.3其它故障报警和保护

用于船舶等特殊环境的制氮装置，其具有的其它故障报警和保护功能的试验方法在制氮装置设计

文件中规定。

9.9环境试验

制氮装置电控单元的环境试验分别按GB2423.2、GB2423.4,GB2423.16.GB2423.17规定的试验方法

进行，结果应符合4.5.8的规定。

10检验规则

10.1检验分类

检验分为出厂检验和型式检验。

10.2出厂检验

10.2.1制氮装置须经厂质量检验部门检验合格后，附有产品质量合格证明文件方可出厂。

10.2.2制氮装置的出厂检验应逐台进行，其检验项目见表1。

10.2.3判定规则，出厂检验项目中如有不符合本标准要求的项目时，允许对不符合项进行修复，并对

修复后的项目进行重新检验。如仍有1项不符合本标准要求时，则该产品为不合格品。

10.3型式检验

10.3.1有下列情形之一时，应进行型式检验：

a）新产品样机试制完成后；

b）产品正式生产后，如结构、材料、工艺有较大更改，可能影响产品性能时；

c）国家质量监督检查部门提出型式检验要求时。

10.3.2制氮装置的型式检验应在出厂检验合格的产品中随机抽取1台，其检验项目见表1。其中环境

试验项目，如果制氮装置电控单元选用已通过第4.5.8条规定的环境试验的定型产品，则该制氮装置在

新产品样机试制完成后，其电控单元可不再进行环境试验。

10.3.3判定规则，型式检验项目中如有不符合本标准要求的项目时，允许对不符合项进行修复，并对

修复后的项目进行重新检验。如仍有1项不符合本标准要求时，则该产品为不合格品。

表1出厂检验和型式检验项目

序号检验项目要求试验方法出厂检验型式检验

1外观符合7本标准9.1所示VV

2启动时间符合8.1本标准9.2所示VV

3氮气纯度符合8.1本标准9.2所示VV

4氮气流量符合8.1本标准9.2所示VV

5