一种高纯度氮气制造设备的制作方法

1.本实用新型涉及氮气制备技术领域，特别是涉及一种高纯度氮气制造设备。


背景技术：

2.现有技术的膜制氮设备为双橇装或双车载结构，通常分为制氮单元和增压单元两部分。制氮单元包括空气压缩机、空气处理系统、氮气分离系统以及控制系统等，增压单元包含氮气增压系统和控制系统等。对于膜制氮设备而言，其原理是从空气中把氮气分离出来，因此，所需的氮气纯度越高，所需要的空气进气量越大。一般情况下，制备95％纯度的氮气，氮气分离效率大约为50％左右，若要将制备的氮气纯度提升到99％，氮气分离效率则会降低为25-30％。在最终产生的氮气产量不变的情况下，制备95％纯度的氮气，空气的需求量需要增加将近一倍，因此，所需要的空气压缩机的排气量也需要增加将近一倍，因此，制氮设备就需要两台甚至多台空气压缩机来实现作业需求的排量。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种高纯度氮气制造设备，以自动制备出高纯度的氮气，并将至少两个压缩单元集成以节省空间。
4.本实用新型的目的是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种高纯度氮气制造设备，其特征在于，包括至少两个压缩单元、纯度控制单元、监测单元、转速控制单元、氮气分离单元以及控制单元，所述纯度控制单元、所述监测单元以及所述转速控制单元分别与所述控制单元连接，所述纯度控制单元以及所述监测单元与所述氮气分离单元连接，所述压缩单元用于压缩制氮用空气，所述氮气分离单元用于分离空气并制取氮气，所述监测单元用于监测所制取的氮气的流量，所述纯度控制单元用于监测所制取的氮气的纯度，所述转速控制单元与至少两个所述压缩单元连接以分别控制每个所述压缩单元的转速。
5.在一些实施方式中，所述制造设备还包括故障检测单元，所述故障检测单元与所述控制单元连接，所述故障检测单元还与至少两个所述压缩单元连接以分别检测每个所述压缩单元的故障。
6.在一些实施方式中，所述制造设备还包括启动单元，所述启动单元与至少两个所述压缩单元连接以分别控制每个所述压缩单元的启动。
7.在一些实施方式中，所述制造设备还包括空气处理单元，至少两个所述压缩单元连接至所述空气处理单元的第一端，所述空气处理单元的第二端连接至所述氮气分离单元。
8.在一些实施方式中，所述制造设备还包括多个阀门，多个所述阀门的第一端通过管路分别连接至至少两个所述压缩单元，多个所述阀门的第二端均通过管路连接至所述空气处理单元。
9.在一些实施方式中，所述制造设备还包括氮气增压单元，所述氮气增压单元与所
述氮气分离单元连接，用于对所述氮气分离单元排出的氮气进行加压。
10.在一些实施方式中，所述制造设备还包括氮气输出单元，所述氮气输出单元与所述氮气增压单元连接，用于输出增压后的氮气。
11.在一些实施方式中，至少两个所述压缩单元集成在第一集装箱内，所述氮气分离单元以及所述氮气增压单元集成在第二集装箱内。
12.在一些实施方式中，多个所述阀门集成在所述第一集装箱内或所述第二集装箱内。
13.在一些实施方式中，当多个所述阀门集成在所述第一集装箱内时，与所述空气处理单元的第一端连接的管路只具有一个空气进口，当多个所述阀门集成在所述第二集装箱内时，与所述空气处理单元的第一端连接的管路包括多个空气进口。
14.本实用新型的有益效果至少包括：
15.1、通过监测单元监测所制取的氮气的流量、通过纯度控制单元监测所制取的氮气的纯度，监测单元以及纯度控制单元可将氮气的流量以及纯度的结果反馈至控制单元，控制单元接收反馈结果并对反馈结果进行判断并发送提高转速的控制信号至转速控制单元，转速控制单元能够同步控制至少两个压缩单元提高转速，进而可提高所制取的氮气的纯度以及流量。
16.2、当故障检测单元检测到部分压缩单元出现故障时，故障检测单元将故障检测的结果反馈至控制单元，控制单元接收反馈结果并向启动单元发送控制信号，从而使得启动单元启动其他未出现故障的压缩单元，在这个过程中，其他未出现故障的压缩单元起到了备用的作用。
17.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
18.图1示出了根据本实用新型一个实施方式的高纯度氮气制造设备的结构示意图；
19.图2为根据本实用新型的一种实施方式的高纯度氮气制造设备的压缩单元的结构示意图；
20.图3为根据本实用新型的一种实施方式的高纯度氮气制造设备的氮气分离单元以及氮气增压单元的结构示意图。
具体实施方式
21.为更进一步阐述本实用新型的技术手段，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种高纯度氮气制造设备的具体实施方式详细说明。
22.如图1所示，本实用新型所述的高纯度氮气制造设备包括至少两个压缩单元1、纯度控制单元2、监测单元3、转速控制单元4、氮气分离单元5以及控制单元6。
23.压缩单元1可设置在本实用新型所述的高纯度氮气制造设备的气路的最前端，压缩单元1用于压缩制氮用空气，纯度控制单元2、监测单元3以及转速控制单元4分别与控制单元6通信连接，控制单元6用于与纯度控制单元2、监测单元3以及转速控制单元4进行交互
控制。氮气分离单元5用于分离空气并制取氮气，监测单元3以及纯度控制单元2分别与氮气分离单元5连接，监测单元3用于监测所制取的氮气的流量，纯度控制单元2用于监测所制取的氮气的纯度。转速控制单元4与至少两个压缩单元1连接以分别控制每个压缩单元1的转速。在一个或多个其他实施例中，控制单元6还与氮气分离单元5通信连接以控制氮气分离单元5的启动和停止。
24.监测单元3、纯度控制单元2以及控制单元6均选用现有的单元部件，只要能够实现相应功能即可。本实用新型不在这些单元的结构以及这些单元部件内部的电路连接上作出任何改进。在该实施例中，通过监测单元3可监测所制取的氮气的流量，同时通过纯度控制单元2可监测所制取的氮气的纯度，监测单元3以及纯度控制单元2可将氮气的流量以及纯度的结果反馈至控制单元6，控制单元6接收反馈结果并对反馈结果进行判断以执行后续控制。若氮气的纯度和/或流量低于某一预设值时，控制单元6发送提高转速的控制信号至转速控制单元4，转速控制单元4同步控制至少两个压缩单元1提高转速，进而可提高所制取的氮气的纯度以及流量。
25.在一个优选实施例中，如图1所示，本实用新型所述的高纯度氮气制造设备还包括故障检测单元(图中未示)，故障检测单元与控制单元6通信连接，故障检测单元还与至少两个压缩单元1连接以分别检测每个压缩单元1的故障，在该实施例中，本实用新型所述的高纯度氮气制造设备还可包括启动单元7，启动单元7与控制单元6通信连接，启动单元7还与至少两个压缩单元1连接以分别控制每个压缩单元1的启动。
26.在该实施例中，至少两个压缩单元1无需全部投入运行，启动单元7可控制部分压缩单元1启动，其余压缩单元1可作为备用。当故障检测单元检测到部分压缩单元1出现故障时，故障检测单元将故障检测的结果反馈至控制单元6，控制单元6接收反馈结果并判断哪些压缩单元1出现故障，进而控制单元6可向启动单元7发送控制信号，从而使得启动单元7启动其他未出现故障的压缩单元1。
27.在一个或多个实施例中，如图1所示，本实用新型所述高纯度氮气制造设备还包括空气处理单元10，空气处理单元10用于对压缩单元1排出的空气进行除尘、除水、除油以及加热处理，至少两个压缩单元1连接至空气处理单元10的第一端，空气处理单元10的第二端连接至氮气分离单元5。在一个或多个其他实施例中，控制单元6还与空气处理单元10通信连接以控制空气处理单元10的启动和停止。
28.在一个或多个实施例中，本实用新型所述高纯度氮气制造设备还包括多个阀门(图中未示)，阀门优选为电动球阀。多个阀门中的每个的第一端可通过管路分别连接至至少两个压缩单元1中的每个，多个阀门中的每个的第二端可均通过管路连接至空气处理单元10。
29.在一个或多个实施例中，如图1所示，本实用新型所述高纯度氮气制造设备还包括氮气增压单元20，氮气增压单元20与氮气分离单元5连接，用于对氮气分离单元5排出的氮气进行加压。在一个或多个其他实施例中，控制单元6还与氮气增压单元20通信连接以控制氮气增压单元20的启动和停止。
30.在一个或多个实施例中，如图1所示，本实用新型所述高纯度氮气制造设备还包括氮气输出单元30，氮气输出单元30与氮气增压单元20连接，用于输出增压后的氮气。氮气输出单元30设置在本实用新型所述高纯度氮气制造设备的气路的最末端，氮气输出单元30可
以设置有一个或多个接口供终端与高纯度氮气制造设备对接。
31.在一个优选实施例中，如图2所示，压缩单元1可以为空气压缩机，其中，空气压缩机可以为无油活塞式空气压缩机，在一些具体实施方式中，压缩单元可包括散热部11、发动机进气部12、发动机13、发动机排气部14、空气压缩机进气部15、空气压缩部16以及油气分离部17。优选地，至少两个压缩单元1可集成在第一集装箱内以节省空间，可以理解的是，虽然图中示出两个压缩单元1，但两个以上的压缩单元1也可集成在第一集装箱内。
32.外界的空气通过空气压缩机进气部15进入空气压缩部16内进行压缩，被压缩的空气排出后先经过油气分离部17进行油气分离，分离出的压缩空气进入散热部11散热后排出，分离出的润滑油进入散热部11中冷却后流回空气压缩部16进行润滑。两个散热部16分别安装在第一集装箱的两侧，第一集装箱两端设置有百叶窗，散热部16通过百叶窗向舱体外部散热，保证第一集装箱内部的温度适宜发动机13和空气压缩部16的正常工作，散热部16为集成式，包含发动机冷却液散热、发动机中冷散热、发动机燃油散热、空气压缩机压缩空气散热、空气压缩机润滑油散热五部分，发动机前端驱动风扇给整个集成式散热部16吹风进行散热。
33.在一个优选实施例中，如图3所示，氮气分离单元5与氮气增压单元20可被集成到第二集装箱内，两者主要包括进气管路21、空气缓冲罐22、干燥机23、过滤器组24、加热器25、工艺气管路26、增压机27、散热件28以及氮气分离膜29。至少两个压缩单元1产生的压缩空气通过进气管路21进入空气缓存罐22内，其中，空气缓存罐22用于稳定空气压力，压缩空气随后进入干燥机23中进行除水，除水后的压缩空气进入过滤器组24中进行进一步除水以及除尘除油，经过过滤后的干燥且洁净空气进入加热器25中进行加热，在加热器25中被加热到30-50℃以达到氮气分离膜29最佳的工作稳定状态后，进入氮气分离膜29中进行氮氧分离，分离后产生的高纯度氮气通过工艺气管路26进入增压机27中进行增压，达到需求的工作压力后排出进行油田增产作业。散热件28用于对整个过程进行散热，散热件28为集成式，可包括发动机冷却液散热、发动机中冷散热、发动机燃油散热、增压机压缩空气散热和增压机润滑油散热五个部分。
34.可以理解的是，在一个或多个实施例中，多个阀门可以集成在至少两个压缩单元1所集成的第一集装箱内，也可集成在氮气分离单元5与氮气增压单元20所集成的第二集装箱内，当多个阀门集成在第一集装箱内时，与空气处理单元10的第一端连接的管路可只具有一个空气进口，当多个阀门集成在第二集装箱内时，与空气处理单元10的第一端连接的管路可包括多个空气进口。
35.其余控制部件可根据需要集成在第一集装箱或第二集装箱内。多个阀门也可与控制单元6通信连接，从而由控制单元6控制开启和关闭。
36.本实用新型中涉及的“多个”表述意指两个或两个以上。本实用新型中涉及的诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。
37.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够实施本实用新型。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不意图被限制到在此
示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。