通用式车载移动式制氮机组在石油天然气行业的应用

摘要：车载移动式制氮车适用于石油天然气行业的开采、管道吹扫、置换、应急抢险、易燃气体、液体的稀释等领域、分为低压、中压、高压系列，具有机动性强、可移动作业等特点。制氮机除了使用在以上行业以外，在煤矿、注塑、钎焊、轮胎充氮、橡胶硫化等众多领域也得到广泛使用，以此，本文以下对车载移动式制氮机组的配置与运用进行具体分析。关键字：车载移动式；制氮机组；配置；运用引言：车载移动式制氮机组的工作原理是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。一、车载移动式制氮机组概述移动式制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气设备。制氮机以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。通常使用两吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气；且具有便捷式、移动式的设备。目前来讲系统集成度最高的车载移动式制氮机是北京中成航宇空分设备有限公司旗下产品，一直处于行业顶端，占有先机市场，被广泛应用于各个行业领域；其产品还具备体系统高度集成，占用面积小，产气量高，产气纯度精确；车载箱体式或撬装式，可快速、便捷移动，适合不同场地、不同地理环境、全天候的现场制气。
1.设备及用气特点用气量大，压力高；有些场合对产品氮气中CO2含量、H2O含量要求很低；需要防爆、可移动，野外使用能现场发电或配置柴油驱动设备。2.应用领域油井探测，石油、天然气的现场开采，提高油气产量；油气井的完井和维护，保证安全；天然气的液化（LNG）生产及输送，液化气的灌装保护；油库、气库、输油输气管道的维修吹扫，油、气装卸时的防爆保护；室外、野外、偏远地区的现场用气要求，如输油、输气管道的吹扫维修；设备在不同地点移动使用的场合，如粮库防火、油库吹扫维修等，码头油、气装卸防爆，机场飞机充氧等；也可提供车载移动式的小型制氧系统设备。
二、车载移动式制氮机组的配置与运用
1.工艺描述环境空气经柴油发动机驱动的喷油螺杆空气压缩机组进行压缩、油气分离、冷却后，进入膜分离系统的空气预处理装置；膜分离系统的空气预处理装置对压缩空气中剩余油/水进行分级过滤、空气温度控制等处理，处理后干燥、纯净的压缩空气进入膜分离制氮装置；膜分离制氮装置对处理后的压缩空气进行氧氮分离，产出的低压氮气至用户管线使用或送至增压机组，分离出的富氧空气收集后排入大气；达到所需纯度/压力的低压氮气再经柴油发动机驱动的增压机组，增压到用户所需压力后，送至用户管线使用。螺杆空压机压缩的低压空气可直接输送至用户管线，或通过增压机机组增压到用户所需压力后，送至用户管线使用。
2.主体设备2.1空压机系统选用整套进口空气压缩机组作为配套的空气压缩系统。2.2配套柴油发动机
柴油发动机技术参数：柴油发动机型号：CaterpillarC18ATAAC型；冷却方式：水冷；额定速度时功率：522kW；启动方式：电马达启动。2.3空气处理系统空气处理系统流程：空压机输出压缩空气第一级过滤器第二级过滤器第三级精过滤器第四级超精过滤器空气电加热器膜制氮系统氮气缓冲罐。空气处理系统过滤能力及范围2.4空气电加热器空气处理量：30～50m3/min；功率：20～30kW；防爆、防护等级：dBT4/IP54；电源：380V/50Hz；控制系统：采用PID自动恒温控制，具备温度显示、监测和超温报警、保护功能。温度控制范围：30～60。
3.膜分离系统3.1采用进口膜组3.2膜分离制氮监测控制系统膜分离制氮系统采用PLC全自动控制方式，由采样监测、纯度控制、温度控制及系统保护等组成。3.3氮气纯度控制采用PLC（可编程序控制器SIMATIC-224XP）、PID（比例积分控制方式）自动控制。3.4温度控制控制系统PLC通过加热器出口的温度传感器获得气体温度，在自动控制模式下，其空气加热温度可在30-60温度范围内设定（温控精度可达1）。
4.控制系统
控制系统采用中央集中监控和就地控制的DCS系统，下位机选用OMRON/西门子PLC列可编程控制器（CPU315）对空压机制氮系统、氮气增压系统进行就地控制，上位机采用嵌入式工控机（OMRON/西门子），负责对整套系统进行协调控制，主要完成整机联动、上传数据监测、参数报警记录、参数动态曲线、数据存储、技术资料查询等工作，两者之间采用DP通讯协议进行通讯。系统具有先进的人机界面，具有数据显示和操作控制功能，配备单独的操作控制室。4.1就地控制空气压缩机及配备的发动机，增压机及配备的发动机及膜分离制氮单元安装就地控制系统及监视仪表。4.2中央控制室中央控制系统安装在低压制氮撬体内，主要由PLC控制系统实现对全套设备的操作与监控，其操作面板能显示空气压缩机组、空气处理装置、膜分离制氮装置、增压机组必需的运转参数及监控参数。
结语：由于氮气是惰性气体,化学性质不活泼,因此在工业日常维护保养工作以及维修改造等项目中,需要频繁使用氮气。目前我国大多数企业在利用氮气瓶供气,氮气瓶供气流量较小、施工效率低、难以满足施工要求,为此研究并开发一套平台移动式制氮系统，车载移动式制氮机组的配置比较方便，供气量大，可以局部中应用，应用比较广，因此，受到人们的青睐。