1、1 概述真空變壓吸附制氧技術真空變壓吸附制氧技術是一種新型的從空氣中制 取富氧的技術，真空變壓吸附 (VACUUM PRESSURE SWING ADSORPTION ，簡稱 VPSA )，是一個近似等溫變化 的物理過程，它是利用氣體介質中不同組分在吸附劑上的吸附容量不同而產生的氣體 分離，吸附劑在壓力升高時進行選擇性吸附，在壓力降低至負壓時得到脫附再生。真空變壓吸附分子篩制氧設備是以電力為動力、空氣為原料，利用沸石分子篩在 加正壓狀態(tài)下對氮的吸附容量增加，負壓時對氮的吸附容量減少的特性，通過對兩只 吸附塔切換作用，形成正壓吸附、負壓脫附的循環(huán)過程，實現(xiàn)空氣中氧、氮的分離， 連續(xù)制取所需求的工

2、業(yè)用氧。真空變壓吸附制氧設備的制氧過程為物理吸附過程，無化學反應，對環(huán)境不造成 污染，是一種理想的供氧方式。整個制氧過程相對于傳統(tǒng)的深冷法制氧方式，具有結 構簡單、工藝流程簡單、使用操作方便、設備啟動迅速、常溫低壓運行、安全可靠、 能耗小、制氧成本低等一系列優(yōu)點。真空變壓吸附制氧設備工作過程 瑞氣真空變壓吸附分子篩制氧設備是以潔凈空氣為原料，經空氣過濾器進入羅茨鼓風機，升壓至45kpa左右，出口氣體溫度約50C,經過換熱器進行冷卻，使溫度降 到35C左右，再進入已經再生完畢處于工作狀態(tài)的吸附器。在吸附器內，空氣中的水 分、二氧化碳等極性分子氣體經過氧化鋁、 13X 脫水劑被吸附，干燥空氣再通過

3、 LiX 分子篩后空氣組分中的氮氣組分被分子篩吸附分離，氧氣在吸附器頂部富積進入氧氣 平衡器，純度 933%左右的富氧通過調節(jié)閥穩(wěn)壓處理進入緩沖罐，緩沖罐中的富氧 壓力在1015kpa，緩沖罐出口富氧經過氧氣壓縮機升壓達到所需的壓力要求，高壓富 氧氣冷卻后通過氧氣儲罐再送至用氧用戶。為獲得連續(xù)穩(wěn)定的產品氧氣，瑞氣真空變 壓吸附分子篩制氧設備設置兩只吸附器，交替產氧，一只吸附器產出氧氣時，另一只 吸附器處于抽真空再生狀態(tài)，吸附器在真空泵作用下抽至 -60kpa 左右，排出的富氮 組分經過消音處理排至室外。適用范圍本設備配套于中大型工業(yè)用氧氣裝置，提供純度 93%左右富氧以供使用。設備運行環(huán)境條件

4、環(huán)境溫度：2 C40 C相對濕度：W 80%大 氣 壓:86KPa106KPa機械雜質：W 30mg/m3；油含量：W 0.01ppm ；CS2:W mg/m3 ；CO2 :W 350ppm ；C2H2 :W ppm ；工CnHm飽和及不飽和烴：W 2 mg/m3 ；酸性物質：工NOx+SO2+HCl+C12 的和W 8PPm。1.5供電單相22011V/50HZ2 kW三 相 38019V/50HZ 三相五線233 kW2設備主要性能參數(shù)氧氣產量：300 N m3/h (20 C,101.325Kpa)氧氣濃度：93%(V/V)氧氣出口壓力： Mpa3型號規(guī)格說明真空變壓吸附制氧設備的命名

5、1產品氣岀口壓力ijV-jVuV-ju產氣量(trf/w產品氧氣純度 運行原理VPSA制氧真空變壓吸附制氧設備規(guī)格參數(shù)表制氧機類型產品氧氣純度產氧規(guī)格范圍Nm3/h產品氧常壓露點C出口壓力范圍MPaVPSAO90 土 3200 5000W -50注1 :如用戶有特殊要求，規(guī)格及基本性能參數(shù)不同于本標準規(guī)定時按合同規(guī)定。注2:氧氣純度中剩余其他成分為氮、氦、氖、氬等惰性氣體。注3:本標準中如無特別注明，露點均為常壓露點。注4 :本標準中如無特別注明，壓力均為相對壓力(表壓)。注5:本標準中流量單位“ Nm3/h ”均是指1個大氣壓下，20C時的流量單位。真空變壓吸附制氧設備的基本組成真空變壓吸附

6、制氧設備包括鼓風機系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)、儀表氣系統(tǒng)、氧氮 分離系統(tǒng)、氧氣平衡系統(tǒng)、氧氣增壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等七大部分組成。（工 藝流程圖見附圖1）鼓風機系統(tǒng)作為整套設備的進氣動力部件鼓風機，為氧氮分離系統(tǒng)提供合適的正壓氣 源氣體將對之后的系統(tǒng)穩(wěn)定有效工作起到重要作用。鼓風機系統(tǒng)包括入口空氣 濾清裝置、鼓風機主體及配套電機、旁路氣動切換蝶閥及手動蝶閥、出口單向 閥、換熱器、波紋管接頭（或彈性接頭）等成套設備。裝置空氣氣源通過空氣濾清裝置進行過濾，保證微粒雜質含量不得超過 100mg/m 3，微粒最大尺寸不得超過鼓風機葉輪最小工作間隙的一半。為了保證整套系統(tǒng)的開機率，空氣濾清板一開一備。主要技術參數(shù)

7、：型號：ZRL-200數(shù)量：1 套鼓風機主體及配套電機羅茨鼓風機是一種容積式氣體鼓風機，機殼內兩個葉輪彼此保持一定的嚙 合間隙，通過同步齒輪帶動作等速反向旋轉，達到把吸入氣體從進口推移到出 口，并克服出口側高壓氣體阻力而強制排氣的目的。結構如圖 1 所示，在機殼內，有二個“ 8 ”字形的轉子相互垂直地安裝在 一對平行軸上，由傳動比為 1 的一對齒輪帶動做彼此反向的同步旋轉運動。 在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙。工作原理如圖2所示羅茨風機的關鍵零件是轉子，而轉子的關鍵是它的型線，山東章丘鼓風機 廠羅茨鼓風機是引進日本大晃機械工業(yè)株式會社的最新設計制造技術而生產的 產品，葉輪采用

8、新型特殊型線，保證了兩葉輪嚙合間隙均勻，減少內泄漏，提 高了容積效率。另外同步齒輪與軸承、四氟密封等高精度、高性能零部件確保 設備穩(wěn)定，低振動運行。配套電機采用山東開元電機有限公司生產的三相異步電動機，本電動機防 護等級IP54 ,絕緣等級F級。具有高效、節(jié)能、噪音低、振動小、重量輕、性 能可靠、安裝維修方便等優(yōu)點。圖1羅茨風機結構簡圖圖2羅茨風機工作原理圖主要技術參數(shù)：型號：RRE-200氣量：64 Nm 3/min升壓：kPa配套電機：Y280M-4驅動方式：皮帶輪傳動轉速：1350r/min功率：90KW軸功率：80KW電源：380V/50HZ尺寸：1820 x14050 x940重量：

9、T冷卻水量：m3/h4.1.3旁路氣動切換蝶閥及手動蝶閥變壓吸附過程中為了提高產品氣的回收率，兩只吸附塔存在一定時間的均 壓過程，均壓過程鼓風機旁通排空，另在鼓風機停車檢測時防止氣流返流需要 先行旁通泄壓保護，故設置一旁路，氣動切換蝶閥由程序控制進行對外排空操 作，另外為了對鼓風機出口壓力進行有效調節(jié)，設置一旁路手動蝶閥。閥門采用耐萊斯雙偏心硬密封氣動蝶閥，可適應短周期頻繁切換，閥體有 無泄漏，壽命長，切換時間短等優(yōu)點。型 號：10-815W-Pl-ll-223443TT閥體材質：WCB閥板材質：CF8閥桿材質：17-4PH密封座材質：PTFE氣 缸：芬蘭進口 B1CU11電磁閥：ASCO 8

10、345G001氣控閥：ASCO系列減壓閥：AW4000-03閥桿材質：17-4PH密封座材質：PTFE氣 缸：芬蘭進口 B1CU11電磁閥：ASCO 8345G001氣控閥：ASCO系列減壓閥：AW4000-03數(shù) 量：1只為了保護風機電機，防止因為突然斷電等特殊原因造成的返流現(xiàn)象，在鼓風機出口設置單向閥。型 號：DCV-200數(shù) 量：1型 號：DCV-200數(shù) 量：1只4.1.5 換熱器空氣經鼓風機升壓后出口溫度在50 C -60 C之間，分子篩的最佳工作狀態(tài) 在0C-40C,為了保證分子篩的有效利用，需對加熱空氣進行熱交換。換熱器采用不銹鋼人形波紋板式換熱結構，換熱效率高，體積小，冷卻水

11、用量少，是一種較好的換熱方式。型 號：BRQ-G換熱面積：50m2設計溫度：200C設計壓力：0.4MPa數(shù) 量：1臺4.1.6 波紋管接頭羅茨鼓風機運行過程不可避免的產生較大的震動，為了減少震動跟后續(xù)設 備帶來的影響及減少震動帶來噪音。在鼓風機進出口安裝配對的彈性接頭和波 紋管接頭。真空泵系統(tǒng)分子篩吸附達到動態(tài)飽和狀態(tài)之后必須進行解吸再生，沸石分子篩被證明在 負壓真空狀態(tài)下有更好的解吸再生效果， 真空泵系統(tǒng)是整套系統(tǒng)不可獲缺的重要 部分。真空泵系統(tǒng)包括真空泵主體及配套電機、旁路氣動切換蝶閥及手動蝶閥、 波紋管接頭（或彈性接頭）、密封軟化水裝置等成套設備。真空泵主體及配套電機羅茨真空泵是一種旋

12、轉式容積真空泵。其結構形式是由羅茨鼓風機演變 而來的。工作原理與羅茨鼓風機相同。主要技術參數(shù)：型號： RRF-250W氣量： Nm 3/min升壓：-kPa配套電機：Y315L2-6驅動方式：皮帶輪傳動轉速：880r/min功率：132KW軸功率：114KW電源：380V/50HZ尺寸：3230 x1079x1060重量：T冷卻水量： 1.0 m 3/h密封軟化水量： 2.4 m 3/h旁路氣動切換蝶閥及手動蝶閥 真空泵在停車時為了防止氣流返流需要先行旁通泄壓，做到零壓啟動，零 壓停機，設置一旁通閥進行控制，另外為了對真空泵抽氣壓力進行微量調節(jié)， 設置一旁路手動蝶閥。閥門采用國產保一軟密封切換

13、蝶閥，可適應長時間切換下的零泄漏要求。型號：D671X-10 DN250品牌:保一數(shù)量：1 只波紋管接頭 羅茨真空泵運行過程不可避免的產生較大的震動，為了減少震動跟后續(xù)設 備帶來的影響及減少震動帶來噪音。一般我們在真空泵進出口安裝彈性接頭或 者波紋管接頭。密封軟化水裝置 密封軟化水作為真空泵抽真空密封葉輪空隙的介質，可以有效提高真空泵 的真空度。儀表氣系統(tǒng)氣動蝶閥，氣動調節(jié)蝶閥在自動控制切換過程中均需要 0.5MPa 左右儀表 氣源作為氣缸驅動力，本系統(tǒng)由氣源處理三聯(lián)件、分儲氣包等部件構成；為了 保證設備的開工率，對于需經常維護保養(yǎng)的過濾裝置增設旁通閥。氧氮分離系統(tǒng)氧氮分離裝置是制氧設備的主要

14、部件，主要由兩個交替工作的吸附塔和氣 動切換蝶閥、氣動可調節(jié)蝶閥、手動蝶閥等部件組成。根據(jù) LiX 沸石分子篩對 空氣中氮氣、氧氣分子的吸附容量不同，在正壓吸附和負壓脫附過程中實現(xiàn)氧 氮分離，而正壓吸附與負壓脫附過程由可編程控制器按一定程序控制電磁閥并 由電磁閥控制相應的氣動閥自動運行，連續(xù)產出氧氣，真空泵抽排出氮氣和其 它組分氣體。雙吸附塔結構滿足客戶連續(xù)用氣需求，吸附塔內部填裝填料氧化鋁、13X 分子篩、LiX分子篩、瓷球，保證空氣有效分離，滿足產氣需求。氣動切換蝶閥 通過控制系統(tǒng)對電磁閥進行控制，周期性切換兩塔進出氣，保證設備正常穩(wěn)定 運行。閥體材質：閥板材質：WCBCF8閥桿材質：密封

15、座材質：17-4PHPTFE氣缸：芬蘭進口 B1CU 系列電磁閥：氣控閥：ASCO 系列ASCO系列數(shù) 量：8只設備均壓過程中為了保證均壓效果設置耐萊斯氣動調節(jié)蝶閥，閥門據(jù)有等百 分比可調節(jié)性，零泄漏，壽命長等優(yōu)點。閥體材質：閥板材質：閥桿材質： 密封座材質： 氣缸：定位器：WCBCF817-4PHPTFE芬蘭進口 B1CU 系列芬蘭進口 NE系列數(shù) 量： 1 只氧 氣平 衡系統(tǒng)氧氣平衡檢測裝置主要由氧氣平衡罐、氧氣緩沖罐、質量流量計、氧氣純度分 析儀、調節(jié)閥、壓力傳感器等組成。氧氣平衡罐和氧氣緩沖罐 是減緩吸附塔壓力波動過大 和穩(wěn)定產品氣壓的主要措 施。質量流量計可顯示瞬時和累積氧氣流量，便

16、于計量和管理。氧氣純度分析儀可在線監(jiān)測、顯 示產品氧氣純度，并 輸出信號給電氣控制 系統(tǒng)，當檢測到的氧氣純度低于下限設定值時發(fā)出聲光報警，并自動放空不合 格氧氣。壓力傳感器監(jiān)測輸出產品氧氣的壓力，并輸出信號給電器控制系統(tǒng)， 按照既定控 制方案，自動控制機組的啟停與備用氣源的開關。4.6 氧氣增壓系統(tǒng)氧氣增壓裝置是由氧氣專用蝶閥、氧壓機等組成，其主要作用是對產品氧氣進行 增壓達到用戶用氣壓力并輸送給氧氣儲罐。氧氣儲罐組件由氧氣儲罐、球閥、壓力表、安全閥等組成，其主要作用是貯存部 分產品氧氣，保證氧氣的穩(wěn)定輸出，并當因意外情況造成設備停機時的短暫供氧，防 止供氧系統(tǒng)癱瘓。4.7 電氣控制系統(tǒng)電氣控

17、制系統(tǒng)包括工控機（詳見人機界面使用說明書） 、電控柜、儀控柜、可編 程控制器 PLC 、電磁閥、指示燈、控制按等。設備按照可編程控制器 PLC 編輯的程序自動運行，控制電磁閥的得失電，通過氣 控系統(tǒng)控制氣動閥的開和關。并采集和處理各種信號，顯示設備各種運行狀態(tài)。用戶 可以在工控機上設置或更改控制參數(shù)，并可設定、顯示設備運行狀態(tài)。設備操作1、確認打開鼓風機旁通閥（KV-1021 ）和真空泵旁通閥（KV-1031 ）；2、鼓風機、 真空泵盤車，檢查泵機主副兩油箱油位；3、啟動冷卻水泵，打 開 空 氣換熱器進出水閥 （ V-2007,V-2008），打 開鼓風機、真空泵冷卻水路進出水閥（ V-200

18、1 、V-2002 、V-2004 、V-2005 、V-2010V-2011 、V-2013 、V-2014 ），打 開密封水水箱入口閥 加水，確 認關閉鼓風機、真 空泵排水閥 （ V-2003 、 V-2012 ）；4、啟動儀表氣路， 保 持供氣力達到 0.6Mpa ；5、打開氧氣放空閥（KV-1061 ）；6、啟動柜供電。5.2開車過程1、調節(jié)密封水水箱出口閥（V-2015）,首次調節(jié)好以后可以省去；2、啟動鼓風機、真空泵，待運行穩(wěn)定；3、啟動PLC,即VSA制氧按鈕。4、調整a、通過進氣旁通閥（V-1021）控制吸附器壓力，使其最高壓力45kpa , 鼓風機排氣壓力50kpa ；b、通

19、過抽真空旁通閥（V-1031 ）控制真空度，使其壓力不小于-55kpa , 真空泵泵口真空度不小于-60kpa ；c、調整氧氣放空閥（KV-1061 ）開度，逐漸關小，使氧氣純度達到93-95% ；d、按氧壓機操作規(guī)程啟動氧壓機，關閉氧氣放空閥（KV-1061 ） 5.3停車過程1、PLC 停機；2、鼓風機停機，關閉冷卻水；3、關閉真空泵密封水，真空泵空載運行5-10 分鐘后，停機；長期停機時， 空載運行20分鐘后，關閉冷卻水，環(huán)境溫度達到或小于0C時，打開泵機排水 閥排掉泵機內部冷卻水；4、斷開啟動柜電源；5、關閉儀表氣源；6、按氧壓機操作規(guī)程停止氧壓機。5.4 產品氧壓力報警：若產品氣壓力

20、低于設定值時，控制系統(tǒng)將發(fā)出間斷聲光報警（1秒鐘間隔） 并提示打開備用氣源。5瞬時斷電重啟操 作調節(jié)流量調節(jié)閥 HV-1061 使產品氧氣流量計讀數(shù)達到設定值的一半，再緩慢調節(jié) 流量調節(jié)閥（約每2min開1/8圈），使產品氧氣流量計讀數(shù)達到設定值。調節(jié)減少吸附周期時間，使產品氣純度迅速提高到需要的純度。安全、安裝及儲運要求 安全事項制氧設備是生產過程中的重要設備，制氧站內除工作人員外，嚴禁其他人隨意進入室 內。6.1.2嚴禁在制氧站界區(qū)內吸煙和用火，容器或管道維修需要用火時，必須采取安全 措施，并經安檢部門檢查同意后方可施工。6.1.3制氧站界區(qū)內應保持整潔，不準堆放易燃易爆物品，人行通道上不

21、準堆放物品,確保道路暢通。操作人員在上崗前必須經過安全教育和操作方法的學習和實習，獨立掌握制氧設備操作方法方可上崗工作。6.1.5操作人員上崗必須著裝整齊，嚴禁攜帶易燃易爆物品進入制氧站，嚴格按照使 用說明書的規(guī)定進行操作。6.1.6制氧站大門入口處和制氧站內醒目處，必須標志“嚴禁煙火”、“注意安全”等警告牌以示警惕。6.1.7制氧站內應至少配備四個以上“1121 ”或“1301 ”小型干粉滅火器。6.1.8制氧站設接地防雷裝置一組，連接線采用40X 4的扁鋼，接地極埋地深度不少于0.8米，接地電阻不少于 4歐姆。6.1.9制氧設備使用的壓力表應每年校驗一次，合格后打上鉛封。6.1.10設備在

22、卸壓之前，不得進行任何與壓力有關的維修工作。A6.1.11應每兩周檢查設備管路和管件的氣密性，發(fā)現(xiàn)漏氣應及時檢修，合格后方能 開機。6.1.12制氧站的照明、通風設施應采用防爆安全型電路。6.1.13每套設備出廠前均調試合格，并附有合格證，但并不能完全預防運輸及裝卸過程中發(fā)生的損害，故首次開機前應仔細檢查系統(tǒng)的各個方面，以防故障發(fā)生。6.1.14制氧設備所使用的原料為空氣，應保持制氧站周圍空氣不受污染。6.2使用安裝技術條件6.2.1制氧設備室內應保持通風，空壓機進氣應保證干凈、無污染。排污口排放的污染物應排出室外，以免污染現(xiàn)場。本設備的安裝要求詳見設備基建圖。儲運貯存條件制氧設備在運輸過程中

23、應防倒置、防碰撞、防雨淋、防劇烈震動。包裝后的制氧設備應儲存在相對濕度不超過 80%、無腐蝕性氣體和通風良好的 室內。設備維護使用注意事項7.1.1氧氣儲罐屬I類壓力容器，應根據(jù)國家有關規(guī)定，定期加以檢查。并接受當?shù)?鍋檢所的監(jiān)督檢查。本機的排污口應接塑料軟管直達排水溝，以免污染生產現(xiàn)場。在檢修設備時，一定要將儀表氣路和各管路的壓力降為零后才能拆卸各元件。在固定端未被可靠固定時，嚴禁在設備間接管。1.5 開流量計時務必緩慢，否則，氣體流速過快會損壞流量計。機器運行期間須有人值班，并做好日常記錄。若有異常，應及時檢修并報告上 級主管部門。詳細閱讀鼓風機、真空泵、空氣壓縮機、氧壓機、冷干機、換熱器

24、、閥門、流 量計、測氧儀等設備儀器的使用說明書，正確使用，嚴格按照使用說明書的要求進行 維護保養(yǎng)。應清楚有關注意事項。對下列項目，在正常情況下，每天至少檢查一次，并按下表的要求檢查檢查情況和處理結果做好記錄。序號項目檢查內容維護時期1各閥門開關狀態(tài)閥門開關狀態(tài)是否正確設備開、停機時2消聲井排氣狀態(tài)消聲井是否排出粉塵設備運行過程中3平衡罐排污閥排污排污是否正常開機前、停機后4儀表氣罐排污閥排污是否排出油污或粉塵開機前、停機后5緩沖罐排污閥排污排污是否正常開機前、停機后6氧氣儲罐排污閥排污排污是否正常開機前、停機后7各儀表讀數(shù)是否正常設備運行過程中8氣源二聯(lián)件油霧器油杯是否有足夠油面設備運行過程中

25、9鼓風機、真空泵運行狀態(tài)如出氣溫度、油面等是否正常設備運行過程中10氧壓機運行狀態(tài)排氣壓力，活塞動作等設備使用過程中11各管道連接處的氣密性是否漏氣設備運行過程中易損件、易耗件使用壽命參考表序號易損件、易耗件使用壽命參考值備注1LiX沸石分子篩正常操作、維護10年以 上技術指標下降不明顯無需添加或更 換。2氣動閥密封件150萬次動作正常、無泄漏時無需更換。3電磁閥150萬次以上動作正常時無需更換。4氧分析儀傳感器20000小時傳感器失效時更換5氧壓機活塞環(huán)3000小時磨損更換智能保護功能：瓷球自動壓緊：設備長期處于運行狀態(tài)，吸附塔內的分子篩有老化、粉化 的現(xiàn)象，分子篩可能出現(xiàn)下沉，這時瓷球就會有相應的補償位移，從而確保吸 附塔內的分子篩始終處于壓緊狀態(tài)，防止了因分子篩下沉而造成分子篩劇烈運 動，確保氧氣產量和純度的穩(wěn)定性。MPa 時系統(tǒng)會 自動 報警（此 壓力設定可 由用戶現(xiàn)場情況 通過觸摸屏設置）。設備檢修及故障處理：VPSA 設備故障處理表序號故障描述預防措施故障機率 和嚴重性部件備品 備件易損件1、氧壓 機氧壓機頂缸氧壓機一備一用機率1