一种集成化多元气体供应系统的制作方法

1.本发明涉及气体供应设备技术领域，具体涉及一种集成化多元气体供应系统。


背景技术：

2.目前，对于大多数涉及到燃烧工艺的流程工业，往往利用空气分离技术，如传统深冷空气分离、变压吸附(psa)、真空变压吸附(vpsa)和膜法等技术建立起的气体供应站，以此来供应其所需的氧气、氮气、氩气等气体。然而，现有的气体供应站，大多数是以氧气与氮气为主供气，投资规范较大、运行单耗高、无法同时为用户提供大规模压缩空气，尤其是基于深冷法的气体供应站还存在运行费用高、维护费用高和安全要求高等缺陷。
3.同时，现有的气体供应站因存在调节范围窄，投资强度大、运维要求高，往往只能集中式建设，且需要配套架设相对复杂的管网实现远距离输送。但在实际使用过程中，大多数流程工业的终端用户往往都具有分散性，如钢铁行业，铁前工艺和钢后工艺属于不同的区段，这种分散性使得气体供应站在气体的供给与输配中需要配置复杂的管网。一方面，用户的用气量需求不一定是恒定的，大多数为周期性或者拟周期性甚至属于具有一定随机性的变化特征，需要的气体流量也不一定很大；另一方面压缩空气站与传统的空气分离站往往是独立建设。由此可知，传统集中式建设的大型气体供应站不可避免的会出现输配能耗高、跑冒滴漏多，难以适应多工况的自动调节。
4.此外，实际用户需求的复杂变化、用户分布的离散特征、富氧气体应用需求的日益增长，都对气体供应站提出了更高的要求，以此适应碳达峰碳中和的趋势。比如，以钢铁行业中的喷煤工艺为例，喷煤流程需要气体供应站提供富氮气体，来保持喷煤前煤粉处于多相流的沸腾状态，以确保喷煤的高效与稳定。同时喷煤工艺的喷枪需要压缩空气将煤粉喷出。由于喷煤工艺对煤粉的喷出特性有要求，所以其对应的压缩空气压力通常在0.8mpa以上，根据不同的高炉特征和工艺需求，甚至达到1.3mpa。也就是说，高炉炼铁工艺中，喷煤是一个既需要其它气体又需要压缩空气的工艺。一个钢铁企业通常有多座高炉，且这些高炉通常都具有一定的离散分布特征，对于富氧气体、富氮气体和压缩空气的需求量大、复杂性高。
5.在实际使用过程中，为了确保高炉的稳定顺行，对应的压缩空气压缩机与高炉通常采用一对一供应的方式。然而，这种一对一的方式中，压缩空气对应空压机的选型，一般设计选型富余量都需要经过两重放大，以此适应后续新增产能的发展，而这两重放大导致多数现场的压缩机处于低效运行。如果压缩机采用离心空压机，其进口导叶开度都相对较小，严重的甚至会出现放空现象；如果压缩机采用螺杆空压机，则存在卸载率较高现象。考虑高炉生产工艺本身的变化，这种低效供给系统本身还存在波动性。同时，对于需求量不大的氮气，却需要通过对应管网，通过气体供应站远程供给。这就属于双重浪费，一方面压缩空气对应的设备运行效率低下，能耗居高不下，而对应的氮气却需要由气体供应站供给。
6.又比如，各种水泥、陶瓷以及玻璃窑炉在实际运行过程中，为了确保对应窑炉燃烧的高效节能、降低温室气体排放，也需要采取富氧运行，这种富氧气体建立于富氧空气和普
通压缩空气的双重体系之上。这种窑炉所需的富氧气体要求氧浓度较低，如果采用传统的深冷法、或者psa(vpsa)法制取富氧气体，存在投资强度大、运行能耗高、难以适应窑炉的用气周期性变化等问题，且对气体站的可靠稳定顺行也尤为重要。
7.由此可知，对于具有分布离散性特征、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的用气终端用户，现有气体供应站存在输配损失大、设备能耗高、系统能效低、运行成本高等问题，难以满足不同流程工业对于气体需求的多样性、高能效、高品质等的要求。


技术实现要素：

8.1、发明要解决的技术问题
9.针对现有气体供应站不适应于具有分布离散性特征、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的用气终端用户，同时也存在输配损失大、设备能耗高、系统效率低、运行成本高的技术问题，本发明提供了一种集成化多元气体供应系统，它能够同时向用户提供富氧气体、富氮气体和压缩空气，适应于具有分布离散、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的终端用户，且系统效率高、运行能耗低、成本低。
10.2、技术方案
11.为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
12.一种集成化多元气体供应系统，包括：富氧压缩组件，所述富氧压缩组件包括依次连接的第一过滤器、富氧压缩机、第一后处理单元和富氧储气罐；
13.空气分离组件，所述空气分离组件包括依次连接的第二过滤器、第一空气压缩机、第二后处理单元、膜分离组件和富氮储气罐，所述膜分离组件用于将空气分离出富氧气体和富氮气体，所述膜分离组件分离出的富氧气体回流至所述富氧压缩组件；
14.空气压缩组件，所述空气压缩组件包括依次连接的第三过滤器、第二空气压缩机、第三后处理单元和压缩空气储气罐；
15.其中，所述第一后处理单元与所述压缩空气储气罐相连，所述第一后处理单元与所述压缩空气储气罐之间的管道上设有富氧溢流阀，经过所述第一后处理单元处理过的富氧成品气输送至所述富氧储气罐或者通过所述富氧溢流阀溢流至所述压缩空气储气罐；所述膜分离组件与所述压缩空气储气罐相连，所述膜分离组件与所述压缩空气储气罐之间的管道上设有富氮溢流阀，所述膜分离组件分离出的富氮气体输送至所述富氮储气罐或者通过所述富氮溢流阀溢流至所述压缩空气储气罐。
16.在本技术中，富氧压缩组件作为富氧供应支路，向终端用户供应富氧气体；所述空气分离组件通过膜分离组件，分离出富氧气体和富氮气体，向富氧压缩组件中提供富氧气体，同时，作为富氮供应支路，用于向终端用户供应富氮气体；所述空气压缩组件作为压缩空气供应支路，用于向终端用户提供压缩空气。
17.工作时，空气分别经过第一过滤器、第二过滤器和第三过滤器，对应流入富氧压缩机、第一空气压缩机和第二空气压缩机。对于第一空气压缩机而言，经过第一空气压缩机处理后的压缩空气进入到第二后处理单元进行除湿、除尘以及除油的处理，然后进入到膜分离组件内，空气按照不同的渗透速率，分离出富氧气体和富氮气体；其中，富氧气体通过控制阀回流至富氧压缩组件，经过处理，进入到富氧储气罐，稳定系统压力后，向终端用户提供所需浓度的富氧气体；或者，根据终端用户用气变化和工况，通过富氧溢流阀，将满足终
端用户所需富氧气体量后多余的富氧或者全部富氧溢流至与压缩空气储气罐对应的压缩管道中，该设置不仅可以提高整个供气系统的运行效率，且可直接作为获取压缩空气的备用系统，向需求压缩空气的终端用户供应压缩空气；另外，富氮气体则通过管道进入到富氮储气罐，稳定系统压力后，向终端用户提供所需浓度的富氮气体；或者，根据终端用户用气变化和工况，通过富氮溢流阀，将满足终端用户所需富氮气体量后，多余的富氮或者全部富氮溢流至与压缩空气储气罐对应的压缩管道中，形成混合后的压缩空气，该设置不仅可以降低压缩空气组件中整个压缩管路的能耗，优化了整个气体供应系统的运行能耗，且也可以作为获取压缩空气的备用系统，并提高氮气的调节能力。对于第二空气压缩机而言，经过压缩后的压缩空气，则依次进入到对应的第三后处理单元进行除湿、除尘以及除油的处理，然后进入到对应的压缩空气储气罐，稳定系统压力后，向终端用户提供所需的压缩空气。
18.由此可知，本技术中的集成化多元气体供应系统，在供气种类上，可以同时向终端用户供应富氧气体、富氮气体和压缩空气，以及根据终端用户需求，提供富氧气体、富氮气体和压缩空气中的任意一种或者两种的混合，实现供应系统的一体多元化，并适应于具有分布式应用、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的终端用户；在布置上，既可以集中式，也可以分布式；在运行上，通过富氧气体和富氮气体的溢流模式，可以作为压缩空气的备用系统，使得整个系统的运行安全有保障，且大幅降低了整个供气系统运行能耗和运行成本，提高了系统效率。
19.可选的，所述膜分离组件上设有分支管道，所述分支管道上设有富氧出口阀。
20.可选的，所述空气压缩组件具有多组，多组所述空气压缩组件之间并联连接。
21.可选的，所述第二空气压缩机和所述第三后处理单元之间的管道上设有总管制流体控制阀，所述总管制流体控制阀靠近所述第三后处理单元。
22.可选的，所述第三后处理单元的进气口处设有第一气体压力传感器和第一气体流量传感器，所述第三后处理单元的出气口处设有第二气体压力传感器和第二气体流量传感器。
23.可选的，当所述富氧压缩机、所述第一空气压缩机或者所述第二空气压缩机为离心空压机或者无油螺杆压缩机时，对应的所述第一后处理单元、所述第二后处理单元或者所述第三后处理单元为一体多模式智慧高效干燥机；或者，当所述富氧压缩机、所述第一空气压缩机或者所述第二空气压缩机为喷油螺杆压缩机或者喷水螺杆压缩机时，对应的所述第一后处理单元、所述第二后处理单元或者所述第三后处理单元为鼓风零气耗干燥机，且所述鼓风零气耗干燥机上设有第四过滤器。
24.可选的，所述膜分离组件具有进气口、富氮出气口和富氧出气口，所述进气口处设有压缩空气压力传感器和压缩空气流量传感器，所述富氮出气口处设有富氮压力传感器、富氮流量传感器、富氮浓度传感器，所述富氧出气口处设有富氧压力传感器、第一富氧流量传感器、第一富氧浓度传感器。
25.可选的，所述膜分离组件进气口处的压缩空气温度为40-60℃。
26.可选的，所述膜分离组件与所述第一过滤器和所述富氧压缩机之间的管道相连，所述第一过滤器的出气口处设有空气流量传感器和含氧浓度传感器，所述膜分离组件与所述第一过滤器和所述富氧压缩机之间管道相连的管道上设有第二富氧流量传感器和第二富氧浓度传感器，所述富氧压缩机的出气口处设有混合气体流量传感器和总氧浓度传感
器。
27.可选的，所述第一空气压缩机的排气压力大于所述第二空气压缩机的排气压力。
28.3、有益效果
29.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
30.(1)本技术实施例提出的一种集成化多元气体供应系统，在供气种类上，可以同时向终端用户供应富氧气体、富氮气体和压缩空气，以及根据终端用户需求，提供富氧气体、富氮气体和压缩空气中的任意一种或者两种的混合，实现供应系统的一体多元化，并适应于具有分布式应用、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的终端用户；在布置上，既可以集中式，也可以分布式；在运行上，通过富氧气体和富氮气体的溢流模式，可以作为压缩空气的备用系统，使得整个系统的运行安全有保障，且大幅降低了整个供气系统运行能耗和运行成本，提高了系统效率。
31.(2)本技术实施例提出的一种集成化多元气体供应系统，通过设置分支管道，使得膜分离组件分离出的富氧气体可直接通过分支管道输送至终端用户进行使用，富氧出口阀用于控制分支管道与终端用户的连通与断开，同时，可根据终端用户对于富氧气体的浓度、流量进行适应性的调整，也可以通过控制阀回流至富氧压缩机入口处，并与经过第一过滤器处理的空气混合，进入到富氧压缩机中进行压缩处理，接入对应的富氧气体管道。由此可知，本技术的富氧气体可以直接多元化应用。
32.(3)本技术实施例提出的一种集成化多元气体供应系统，通过设置总管制流体控制阀，使得整个空气压缩组件管路采用基于总管制的优化运行理念，对应的第三后处理单元在控制阀的作用下，确保流经后第三后处理单元的气体流量均衡的同时，根据实际运行过程，确保压缩空气后处理管路阻力可基于台数控制实现优化管控。本技术采用基于总管制的后处理系统阻力优化控制，是传统技术无法达成的控制目标。
33.(4)本技术实施例提出的一种集成化多元气体供应系统，通过设置所述第二气体压力传感器和第二气体流量传感器用于检测所述第三后处理单元的出气口的气体的压力和流量。同时，结合其对应管道上的控制阀，通过控制该阀门，以此来保证所述第三后处理单元中处理气体流量的动态平衡，进而保证了所述第三后处理单元的高效运行。
34.(5)本技术实施例提出的一种集成化多元气体供应系统，通过采用不同类型的压缩机，并配备对应的处理单元，均可以确保进入膜分离组件中的压缩空气，能够实现无油无水，并经过膜分离组件后，成品气直接能够实现无油无水，不需要进行二次品质处理。
35.(6)本技术实施例提出的一种集成化多元气体供应系统，通过设置所述空气流量传感器用于检测第一过滤器出气口排出的空气流量q1，所述含氧浓度传感器用于检测第一过滤器中排出的空气中所含氧气的浓度ε1；所述第二富氧流量传感器用于检测膜分离组件分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器和所述富氧压缩机之间管道中的富氧流量q2，所述第二富氧浓度传感器用于检测膜分离组件分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器和所述富氧压缩机之间管道中的富氧浓度ε2；所述混合气体流量传感器用于检测富氧压缩机的出气口处排出的富氧与空气的混合总流量q3，所述总氧浓度传感器用于检测富氧压缩机的出气口处排出的氧气的总浓度ε3。在上述各种控制参数检测基础上，建立富氧气体与空气混合比例模型，通过该模型，使得在既定空气中所含氧气的浓度ε1条件下，面向终端用户对于目标氧气浓度的需求，即ε3，随膜分离组件分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器
和所述富氧压缩机之间管道中的富氧浓度ε2的不同，对应的富氧气体与空气的混合比例，可以达到富氧与空气混合比例的数字可视化实时监测。
附图说明
36.图1为本发明实施例提出的一种集成化多元气体供应系统的流程结构示意图。
具体实施方式
37.为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
38.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.实施例1
40.结合附图1，本实施例提供一种集成化多元气体供应系统，包括：富氧压缩组件，所述富氧压缩组件包括依次连接的第一过滤器1、富氧压缩机2、第一后处理单元3和富氧储气罐4；空气分离组件，所述空气分离组件包括依次连接的第二过滤器5、第一空气压缩机6、第二后处理单元7、膜分离组件8和富氮储气罐9，所述膜分离组件8用于将空气分离出富氧气体和富氮气体，所述膜分离组件8分离出的富氧气体回流至所述富氧压缩组件；空气压缩组件，所述空气压缩组件包括依次连接的第三过滤器10、第二空气压缩机11、第三后处理单元12和压缩空气储气罐13；其中，所述第一后处理单元3与所述压缩空气储气罐13相连，所述第一后处理单元3与所述压缩空气储气罐13之间的管道上设有富氧溢流阀14，经过所述第一后处理单元3处理过的富氧成品气输送至所述富氧储气罐4或者通过所述富氧溢流阀14溢流至所述压缩空气储气罐13；所述膜分离组件8与所述压缩空气储气罐13相连，所述膜分离组件8与所述压缩空气储气罐13之间的管道上设有富氮溢流阀15，所述膜分离组件8分离出的富氮气体输送至所述富氮储气罐9或者通过所述富氮溢流阀15溢流至所述压缩空气储气罐13。
41.在本技术中，富氧压缩组件作为富氧供应支路，向终端用户供应富氧气体；所述空气分离组件通过膜分离组件，分离出富氧气体和富氮气体，向富氧压缩组件中提供富氧气体，同时，作为富氮供应支路，用于向终端用户供应富氮气体；所述空气压缩组件作为压缩
空气供应支路，用于向终端用户提供压缩空气。工作时，空气分别经过第一过滤器1、第二过滤器5和第三过滤器10，对应流入富氧压缩机2、第一空气压缩机6和第二空气压缩机11。对于第一空气压缩机6而言，经过第一空气压缩机6处理后的压缩空气进入到第二后处理单元7进行除湿、除尘以及除油的处理，然后进入到膜分离组件8内，空气按照不同的渗透速率，分离出富氧气体和富氮气体；其中，富氧气体回流至所述富氧压缩组件，与第一过滤器1处理后的空气混合，经富氧压缩机2压缩后，进入到第一后处理单元3中进行除湿、除尘以及除油的处理，然后进入到富氧储气罐4，稳定系统压力后，向终端用户提供所需浓度的富氧气体；或者，根据终端用户用气变化和工况，通过富氧溢流阀14，将满足终端用户所需富氧气体量后多余的富氧或者全部富氧溢流至压缩空气储气罐13中，该设置不仅可以提高整个供气系统的运行效率，且可直接作为获取压缩空气的备用系统，向需求压缩空气的终端用户供应压缩空气；另外，富氮气体则通过管道进入到富氮储气罐9，稳定系统压力后，向终端用户提供所需浓度的富氮气体；或者，根据终端用户用气变化和工况，通过富氮溢流阀15，将满足终端用户所需富氮气体量后，多余的富氮或者全部富氮溢流至与压缩空气储气罐13中，形成混合后的压缩空气，该设置不仅可以降低压缩空气组件中整个压缩管路的能耗，优化了整个气体供应系统的运行能耗，且也可以作为获取压缩空气的备用系统，并提高氮气的调节能力。对于第二空气压缩机11而言，经过压缩后的压缩空气，则依次进入到对应的第三后处理单元12进行除湿、除尘以及除油的处理，然后进入到对应的压缩空气储气罐13，稳定系统压力后，向终端用户提供所需的压缩空气。由此可知，本技术中的集成化多元气体供应系统，在供气种类上，可以同时向终端用户供应富氧气体、富氮气体和压缩空气，以及根据终端用户需求，提供富氧气体、富氮气体和压缩空气中的任意一种或者两种的混合，实现供应系统的一体多元化，并适应于具有分布式应用、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的终端用户；在布置上，既可以集中式，也可以分布式；在运行上，通过富氧气体和富氮气体的溢流模式，可以作为压缩空气的备用系统，使得整个系统的运行安全有保障，且大幅降低了整个供气系统运行能耗和运行成本，提高了系统效率。
42.实际运用中，所述第一过滤器1、富氧压缩机2、第一后处理单元3和富氧储气罐4之间、所述第二过滤器5、第一空气压缩机6、第二后处理单元7、膜分离组件8和所述富氮储气罐9之间、所述第三过滤器10、第二空气压缩机11、第三后处理单元12和压缩空气储气罐13之间均通过管道相连；所述管道上对应设有控制阀16，所述控制阀16用于控制各个部件之间管道的开通与切断以及开合程度，进而控制气体的流量、压力与浓度。
43.实际运用中，所述膜分离组件8通过管道与所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间的管道相连，使得述膜分离组件8分离出的富氧气体回流至富氧压缩组件中，并与第一过滤器1处理后的空气混合，然后进入富氧压缩机2中进行压缩；所述第一后处理单元3和富氧储气罐4之间的管道通过富氧溢流阀14与所述第三后处理单元12和压缩空气储气罐13之间的管道相连，使得经过第一后处理单元3处理的富氧成品气溢流至压缩空气储气罐13；所述膜分离组件8和所述富氮储气罐9之间的管道通过富氮溢流阀15与所述第三后处理单元12和压缩空气储气罐13之间的管道相连，使得膜分离组件8分离出来的富氮气体溢流至压缩空气储气罐13。
44.实际运用中，所述富氧储气罐4、富氮储气罐9和压缩空气储气罐13的出口处设有气体出口阀20，所述气体出口阀20用于控制对应的的所述富氧储气罐4、富氮储气罐9和压
缩空气储气罐13向终端用户提供所需浓度的气体。
45.实际运用中，还包括控制系统，用于控制整个气体供应系统中各个部件的工作状态。
46.在本技术中，膜分离组件属于现有技术。
47.实际运用中，本技术的集成化多元气体供应系统在使用过程中，涉及到的溢流模式，大致可分为以下三种：
48.(1)富氮/富氧气体自适应溢流模式；既富氧气体和富氮气体在对应的浓度条件下，根据用户对气体的要求，适应性供给，包括浓度、流量和压力的同时，多余部分的富氧/富氮气体通过对应的富氮溢流阀15或者富氧溢流阀14溢流至压缩空气组件的管路中，一般为压缩空气储气罐13。
49.例如，对于富氮气体，一般由于考虑膜分离组件8的局部阻力，对应富氮气体的排气压力通常会高于压缩空气支路的压力，在满足终端用户对氮气需求的前提下，将选型压力高的第一空气压缩机6按照设计工况点开启，这样确保制氮过程单位质量氮气能耗最低。此时，终端用户无法消耗的氮气部分，则可以通过富氮溢流阀溢流至空气压缩组件中对应的压缩空气管路中，即对应的压缩空气储气罐13。这种模式一方面确保系统中高压设备高效运行，同时基于溢流体系直接优化压缩空气系统能耗。
50.(2)全氮气溢流模式；实际流程中，并不是所有终端用户都需要氮气，但是如果膜分离组件8投运，必然产生一定压力的富氮气体，这部分空气如果放空，显然会造成系统能耗和成本的双重浪费。因此，对于有富氧气体需求，而不需要氮气的现场，采用全氮气溢流模式，膜分离组件生成的富氮气体则直接溢流至对应的空气压缩组件中的压缩空气管路中，即对应的压缩空气储气罐13。
51.(3)富氮溢流阀15、富氧溢流阀14关闭模式；对于气体供应系统而言，首先需要满足不同终端用户对富氧、富氮气体的需求，如果终端用户持续需要气体供应系统满载供气，则富氮溢流阀15、富氧溢流阀14关闭，此时，富氧和富氮则全面满足用户需求，这种模式为溢流模式的基本选择模式。
52.实施例2
53.结合附图1，本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例1的技术方案相比，所述膜分离组件8上设有分支管道17，所述分支管道17上设有富氧出口阀19。通过膜分离组件8分离出的富氧气体可以直接通过分支管道17输送至终端用户进行使用，富氧出口阀19用于控制分支管道17与终端用户的连通与断开，同时，可根据终端用户对于富氧气体的浓度、流量进行适应性的调整，也可以通过控制阀16回流至富氧压缩机2入口处，并与经过第一过滤器处理的空气混合，进入到富氧压缩机2中进行压缩处理，接入对应的富氧气体管道。由此可知，本技术的富氧气体可以直接多元化应用。
54.实施例3
55.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例1的技术方案相比，所述空气压缩组件具有多组，多组所述空气压缩组件之间并联连接。实际运用中，如图1所示，所述空气压缩组件具有两组，一组作为使用，另外一组作为备用，一旦作为使用的空气压缩组件出现故障，则可以启动备用，保证整个压缩空气组件供气管路的正常运行。
56.实施例4
57.结合附图1，本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例3的技术方案相比，所述第二空气压缩机11和所述第三后处理单元12之间的管道上设有总管制流体控制阀18，所述总管制流体控制阀18靠近所述第三后处理单元12。通过设置总管制流体控制阀18，使得整个空气压缩组件管路采用基于总管制的优化运行理念，对应的第三后处理单元12在控制阀16的作用下，确保流经后第三后处理单元12的气体流量均衡的同时，根据实际运行过程，确保压缩空气后处理管路阻力可基于台数控制实现优化管控。本技术采用基于总管制的后处理系统阻力优化控制，是传统技术无法达成的控制目标。
58.实施例5
59.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例4的技术方案相比，所述第三后处理单元12的进气口处设有第一气体压力传感器和第一气体流量传感器(图中未示出)，所述第三后处理单元12的出气口处设有第二气体压力传感器和第二气体流量传感器(图中未示出)。
60.对于空气压缩组件的管路而言，采用总管制运行，虽然可以达成第二空气压缩机11和第三后处理单元12的解耦，即如果有第二空气压缩机11需要检修时，第三后处理单元12可以不受其影响。但在实际运行过程中，第三后处理单元12中处理的气体流量需要实现动态平衡调控。基于针对第三后处理单元12运行中气体流量的实时监测，本技术通过设置所述第二气体压力传感器和第二气体流量传感器用于检测所述第三后处理单元12的出气口的气体的压力和流量。同时，结合其对应管道上的控制阀16，通过控制该阀门，以此来保证所述第三后处理单元12中处理气体流量的动态平衡，进而保证了所述第三后处理单元12的高效运行。
61.同时，实际运用中，考虑到所述第三后处理单元12整个运行中的阻力损失，本技术通过第一气体压力传感器和第二气体压力传感器对所述第三后处理单元12的进气口的气体的压力p1和出气口的气体压力p2进行实时监测，对应第三后处理单元12的整体阻力损失为δp＝p
1-p2；对应管路设计阻力δp0＝p
10-p
20
，其中，p
10
为管路设计的进口压力，p
20
为管路设计的出口压力；获得基于阻力比模型参数：η＝δp/δp0。
62.在实际使用过程中，若出现η≧1，则在第三后处理单元12(通常指干燥机)特性范围内，基于总管制的运行，增加启用一台备用干燥机，以此来优化第三后处理单元12管路的阻力损失。
63.实施例6
64.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例1的技术方案相比，当所述富氧压缩机2、所述第一空气压缩机6或者所述第二空气压缩机11为离心空压机或者无油螺杆压缩机时，对应的所述第一后处理单元3、所述第二后处理单元7或者所述第三后处理单元12为一体多模式智慧高效干燥机；或者，当所述富氧压缩机2、所述第一空气压缩机6或者所述第二空气压缩机11为喷油螺杆压缩机或者喷水螺杆压缩机时，对应的所述第一后处理单元3、所述第二后处理单元7或者所述第三后处理单元12为鼓风零气耗干燥机，且所述鼓风零气耗干燥机上设有第四过滤器。
65.实际运用中，所述富氧压缩机2、第一空气压缩机6或者第二空气压缩机11为喷油螺杆压缩机、离心空压机、喷水螺杆压缩机、无油螺杆压缩机中的任意一种。在本技术中，当所述富氧压缩机2、第一空气压缩机6或者第二空气压缩机11为离心空压机或者无油螺杆压
缩机时，采用一体多模式智慧高效干燥机进行处理，相比于传统的干燥装置，该干燥机具有低能耗，可以充分利用压缩余热和环境冷却能力，且可以实现多层次露点控制(从常压露点-20℃至压力露点-40℃)。
66.同时，如图1所示，当所述富氧压缩机2、第一空气压缩机6或者第二空气压缩机11为喷油螺杆压缩机或者喷水螺杆压缩机时，采用鼓风零气耗干燥机，所述鼓风零气耗干燥机上配套设有第四过滤器，该方式的后处理单元可以避免传统的微热或无热干燥的再生气耗问题。
67.在本技术中，通过采用不同类型的压缩机，并配备对应的处理单元，均可以确保进入膜分离组件8中的压缩空气，能够实现无油无水，并经过膜分离组件8后，成品气直接能够实现无油无水，不需要进行二次品质处理。
68.需要说明的是，本技术中的一体多模式智慧高效干燥机的结构以及具体的工作原理属于现有技术，具体请参见cn201910399803.1用于压缩空气制备的低能耗通用多模式智慧吸附干燥方法中的记载，在此，本技术不再作此赘述；同时，鼓风零气耗干燥机亦属于现有技术，在此，故不再作此赘述。
69.实施例7
70.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例1的技术方案相比，所述膜分离组件8具有进气口、富氮出气口和富氧出气口(图中未标出)，所述进气口处设有压缩空气压力传感器和压缩空气流量传感器(图中未示出)，所述富氮出气口处设有富氮压力传感器、富氮流量传感器、富氮浓度传感器(图中未示出)，所述富氧出气口处设有富氧压力传感器、第一富氧流量传感器、第一富氧浓度传感器(图中未示出)。
71.实际运用中，所述第二后处理单元7与所述进气口相连通，所述富氮出气口与所述富氮储气罐9相连通，所述富氧出气口与所述富氧压缩机2相连通。通过设置压缩空气压力传感器和压缩空气流量传感器用于监测进入到膜分离组件8压缩空气的压力和流量；同时，通过设置富氮压力传感器、富氮流量传感器、富氮浓度传感器用来监测富氮出气口处氮气的压力、流量和浓度；以及通过设置富氧压力传感器、第一富氧流量传感器、第一富氧浓度传感器用来监测富氧出气口处氧气的压力、流量和浓度，以此来实现在不同工况环境下膜分离组件8运行情况的监测。
72.在此基础上，针对用户需求的变化特征，根据工艺和环境工况的波动，实际供气时，各路气体均可实现适应性控制。通过控制目标参数，如富氧气体浓度、压力和流量以及富氮气体浓度、压力和流量，使得气体压缩管路中，对应压缩机的压力、膜分离组件8的压差可得到实时控制，确保对应富氧和富氮气路的浓度以及流量在对应的范围内进行调节。
73.实施例8
74.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例7的技术方案相比，所述膜分离组件8进气口处的压缩空气温度为40-60℃。
75.实际运用中，所述膜分离组件8进气口处压缩空气的温度的调控，是通过将第二后处理单元7和膜分离组件8之间的管道上的控制阀16设置成基于泵阀一体化控制技术的阀门来实现的，具体请参见已公开的cn202010219988.6动态流量平衡和能量控制一体化的阀门控制方法及阀门。即利用冷却水系统的控制，将膜分离组件8进气口处的压缩空气温度准确控制在40-60℃范围内。实际使用过程中，若膜分离组件8进气口处的压缩空气温度低于
40℃，则进入到膜分离组件8中压缩空气的流量难以优化，若膜分离组件8进气口处的压缩空气温度高于60℃，则不利于膜分离组件8中膜材料的稳定。该温度范围的设置，为后续膜分离组件8运行提供良好的温度环境，进而提高膜分离组件8的分离效率。
76.实施例9
77.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例1的技术方案相比，所述膜分离组件8与所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间的管道相连，所述第一过滤器1的出气口处设有空气流量传感器和含氧浓度传感器，所述膜分离组件8与所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间管道相连的管道上设有第二富氧流量传感器和第二富氧浓度传感器(图中未示出)，所述富氧压缩机2的出气口处设有混合气体流量传感器和总氧浓度传感器(图中未示出)。
78.通常，终端用户工艺对于氧气浓度的需求具有一定的波动性，这种波动性的控制，使其对于富氧气体的浓度和富氧气体与空气的混合比提出要求。而在本技术中，通过设置所述空气流量传感器用于检测第一过滤器1出气口排出的空气流量q1，kg/min，所述含氧浓度传感器用于检测第一过滤器1中排出的空气中所含氧气的浓度ε1，％；所述第二富氧流量传感器用于检测膜分离组件8分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间管道中的富氧流量q2，kg/min，所述第二富氧浓度传感器用于检测膜分离组件8分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间管道中的富氧浓度ε2，％；所述混合气体流量传感器用检测富氧压缩机2的出气口处排出的富氧与空气的混合总流量q3，kg/min，所述总氧浓度传感器用于检测富氧压缩机2的出气口处排出的氧气的总浓度ε3，％。在上述各种控制参数检测基础上，本技术建立富氧气体与空气混合比例模型，具体如下：
79.首先，根据氧气质量守恒定律，第一过滤器1出气口排出的空气流量q1和空气中所含氧气的浓度ε1对应的基本关系：
80.q3＝q1+q2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
81.q3*ε3＝q1*ε1+q2*ε2
ꢀꢀꢀ
(2)
82.通常，在实际工况中，膜分离组件8分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间管道中的富氧流量q2，膜分离组件8分离出的富氧气体回流至所述第一过滤器1和所述富氧压缩机2之间管道中的富氧浓度ε2，富氧与空气的混合总流量q3和空气中所含氧气的浓度ε1以及所述富氧压缩机2的出气口处排出的氧气的总浓度ε3，％很容易检测，而对于终端用户对于氧气浓度的目标需求，即所述富氧压缩机2的出气口处排出的氧气的总浓度ε3，对于富氧气体与空气的混合比则需要达成可视化控制。
83.通过将上述(1)式代入(2)式中，获得：(q1+q2)*ε3＝q1*ε1+q2*ε2(3)；
84.然后经过调整，获得q2*(ε3-ε2)＝q1*(ε1-ε3)(4)；
85.最后，获得富氧气体与空气的混合比为：δ＝q2/q1＝(ε1-ε3)/(ε3-ε2)。
86.在本技术中，通过上述构建的富氧气体与空气混合比例模型，在既定空气中所含氧气的浓度ε1条件下，面向终端用户对于目标氧气浓度的需求，即ε3，随待增压的富氧浓度ε2的不同，对应的富氧气体与空气的混合比例，可以达到富氧与空气混合比例的数字可视化实时监测。
87.实际运用中，对于富氧压缩机2，进气口处的混合气体中待增压的富氧浓度可调，
同时可根据终端用户对于富氧浓度的要求，控制富氧和空气的混合比例及对应的流量。实际运用中，富氧流量的调节匹配对应的压缩机形式可以采用工频加卸载、变频控制或者进口导叶开度的控制；同时，对应后处理单元出口采用对应的控制阀16控制对应储气罐的出口压力。
88.实施例10
89.本实施例的一种集成化多元气体供应系统，与实施例1的技术方案相比，所述第一空气压缩机6的排气压力大于所述第二空气压缩机11的排气压力。
90.在优化供气的角度来说，由于膜分离组件8本身的阻力损失，本技术通过设置第一空气压缩机6的排气压力大于所述第二空气压缩机11的排气压力，以此来确保富氮气体在末端用户需求变化时，可通过富氮溢流阀15向压缩空气组件中的管道中进行有机溢流，最大程度的协同优化气体供应系统的能耗，提高气体供应系统的整体运行效率。
91.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。