船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氮?dú)庵圃旒夹g(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國際海事組織(頂0)通過的現(xiàn)行生效的《國際海上人命安全公約》(SOLAS公約)規(guī)定，對于載重噸大于20，000噸及以上的載運(yùn)閃點(diǎn)不超過60°C，且其雷德蒸汽壓力低于大氣壓力的原油和成品油或具有類似失火危險的其他液貨貨品的液貨船，液貨艙的保護(hù)應(yīng)通過一個符合《消防安全系統(tǒng)規(guī)則》要求的固定惰性氣體系統(tǒng)來達(dá)到。
[0003]惰性氣體發(fā)生裝置是惰性氣體系統(tǒng)的核心部件，按照惰性氣體發(fā)生原理的不同，可將其分為燃燒式、中空纖維膜空分和變壓吸附式空分三種類型。其中中空纖維膜空分和變壓吸附式空分又稱為制氮發(fā)生裝置(簡稱制氮機(jī))。
[0004]燃燒式惰氣發(fā)生裝置由于出現(xiàn)最早且價格低廉，所以在大型油船和早期化學(xué)品船上大量安裝。但是由于燃料燃燒后產(chǎn)生的惰氣即使經(jīng)過海水淋洗后硫、氮氧化合物(NOX)含量依然很高，裝貨時隨著液體的不斷加入貨液艙，惰氣在港口連續(xù)排放，嚴(yán)重污染了港口環(huán)境。原來裝有惰氣的船不能取得GREENPASS，而現(xiàn)在裝有惰氣的船舶不再允許在排放控制區(qū)航行(ECA---emit control area)。
[0005]而制氮機(jī)制取的氮?dú)飧蓛魺o污染物，是可以在排放控制區(qū)使用的惰性氣體。但是制氮機(jī)的占地比惰氣設(shè)備大，采購成本高。所以對于改裝或加裝氮?dú)庠O(shè)備的化學(xué)品船或采用制氮設(shè)備的老設(shè)計(jì)的船型都對安裝制氮機(jī)的空間提出苛刻的要求。另外，降低氮?dú)獾某杀疽彩怯欣诖瑬|盡早改用制氮機(jī)取得排放區(qū)適航證。
[0006]通常，利用變壓吸附方式(Pressure Swing Adsorpt1n, PSA方式)的氮?dú)庵圃煅b置(氮?dú)釶SA裝置)作為簡便的氮?dú)夤┙o單元而用于多種用途。近些年，作為船舶(海洋平臺)用戶要求，這種氮?dú)庵圃煅b置期望著在現(xiàn)有空間的基礎(chǔ)上提供更多的氮?dú)獍l(fā)生量。對于油品、化學(xué)品船而言，氮?dú)夤?yīng)量的增加有助于提高油品、化學(xué)品船的港口卸貨速度，從而減少船的滯港時間，提高單船利用效率，提高油化船的經(jīng)濟(jì)效益。
[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)急需開發(fā)一種結(jié)構(gòu)精簡，投資低的船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]基于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)精簡，投資低的船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)。
[0009]具體的技術(shù)方案如下:
[0010]—種船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)，由如下設(shè)備通過管線依次連接而成:
[0011]壓縮機(jī)，包括至少一個壓縮單元，用于提供壓縮空氣；
[0012]過濾裝置，包括至少一個過濾單元，用于過濾壓縮空氣；
[0013]制氮機(jī)，包括至少兩個制氮單元，用于制備氮?dú)猓?br>[0014]和/或氮?dú)饩彌_罐，用于儲存、緩沖氮?dú)猓?br>[0015]以及流量壓力調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)流量和壓力。
[0016]在其中一個實(shí)施例中，所述制氮單元的工作狀態(tài)包括制氮狀態(tài)和均壓狀態(tài)，在船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)工作時，所述制氮機(jī)中最多有一個制氮單元處于均壓狀態(tài)，其余制氮單元均處于制氮狀態(tài)。
[0017]在其中一個實(shí)施例中，每lNm3/min氮?dú)猱a(chǎn)量所需的氮?dú)饩彌_罐的體積小于等于20L。
[0018]在其中一個實(shí)施例中，所述制氮單元包括兩個吸附塔，所述吸附塔中沿氣體流動方向依次設(shè)有干燥劑填料層和碳分子篩填料層。
[0019]在其中一個實(shí)施例中，流量壓力調(diào)節(jié)裝置包括流量純度壓力調(diào)節(jié)裝置和/或管路增壓裝置。
[0020]在其中一個實(shí)施例中，各所述制氮單元之間的連接方式為并聯(lián)連接。
[0021]本實(shí)用新型的原理及優(yōu)點(diǎn)如下:
[0022]與現(xiàn)有的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)(如圖1所示)相比，本實(shí)用新型的船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)中不設(shè)有冷干機(jī)(或單獨(dú)的吸附式壓縮空氣干燥裝置)、空氣緩沖罐以及氮?dú)饩彌_罐(部分大型的制氮設(shè)備可以設(shè)有氮?dú)饩彌_罐，但氮?dú)饩彌_罐的體積也較現(xiàn)有技術(shù)大大縮小，現(xiàn)有技術(shù)通常每lNm3/min氮?dú)猱a(chǎn)量至少需要0.3-0.6m3氮?dú)饩彌_罐，本實(shí)用新型的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)每lNm3/min氮?dú)猱a(chǎn)量最大只需要20L氮?dú)饩彌_罐)。
[0023]本實(shí)用新型在制氮單元的吸附塔中沿氣體流動方向增加設(shè)置了干燥劑填料層，可以替代現(xiàn)有技術(shù)中冷干機(jī)(或吸干機(jī))的功能。且本實(shí)用新型采用變壓吸附方法對氣體進(jìn)行干燥脫水，其原理是利用干燥劑在不同壓力下吸附水分的不同，在加壓下吸附氣體中水分，在減壓時將吸附的水分通過干燥的氣體帶出。
[0024]現(xiàn)有技術(shù)中如果單獨(dú)采用變壓吸附干燥裝置于壓縮機(jī)后進(jìn)行壓縮空氣脫水處理，需要耗損處理氣量14-20%的氣量來沖洗帶走解吸出來的水分。不但整套制氮設(shè)備沒法減小安裝面積，還要增加壓縮機(jī)的排氣量增加投資和能耗。
[0025]本實(shí)用新型巧妙地利用制氮機(jī)每次解吸時放出大量富氧廢氣(制取95%氮?dú)鈺r放出的氣體量占輸入壓縮空氣總量的50%，99.9%純度時更是高達(dá)70%以上)，將干燥和制氮合二為一，既可解決壓縮空氣脫水凈化保護(hù)制氮用的碳分子篩不受潮，又可以獲得露點(diǎn)要求符合要求的干燥氮?dú)狻＿@樣做的好處是沒有多增加設(shè)備投資，充分利用了制氮機(jī)的解吸排放廢氣，節(jié)省了燃料和冷卻水，并達(dá)到節(jié)省了氮?dú)獍l(fā)生裝置安裝空間的目的。
[0026]現(xiàn)有技術(shù)中制氮單元包括兩個吸附塔，分別為吸附塔A和吸附塔B(由裝滿碳分子篩的罐子構(gòu)成)，一個吸附塔A通入壓縮空氣，通過吸附塔內(nèi)的碳分子篩吸附壓縮空氣中的氧氣獲得氮?dú)猓Q為“制氮”。同時，另外用部分制取的氮?dú)鈱α硗庖粋€吸附塔B內(nèi)的碳分子篩進(jìn)行沖洗，將碳分子篩內(nèi)吸附的氧氣排出，稱為“再生”。當(dāng)“制氮”的吸附塔A內(nèi)的碳分子篩吸附氧氣飽和時，“制氮”和“再生”同時暫停，“再生”和“制氮”完成的A、B吸附塔通過一個稱為“均壓”的過程將A吸附罐內(nèi)的氮?dú)廪D(zhuǎn)移到B吸附塔內(nèi)，使得A、B吸附塔的壓力近乎相等?！熬鶋骸焙?，B吸附塔通入壓縮空氣“制氮”，A吸附塔用氮?dú)鉀_洗且排空“再生”。在A、B吸附塔交替的“制氮”和“再生”過程中，制氮過程得以延續(xù)。這個交替過程由于“均壓”時，“制氮”處于暫停階段。既無壓縮空氣進(jìn)入吸附塔被消耗，也無氮?dú)鈴奈剿┏?。A、B吸附塔的切換相當(dāng)頻繁，一般lmin內(nèi)就要切換一次。
[0027]為了維持氮?dú)夤?yīng)的連續(xù)性，現(xiàn)有技術(shù)中的制氮單元后面都會采用一個氮?dú)饩彌_罐儲存氮?dú)?，在制氮單元處于均壓狀態(tài)時維持氮?dú)獾倪B續(xù)供應(yīng)。同樣，壓縮空氣緩沖罐也是為了在制氮單元處于均壓狀態(tài)時保證壓縮機(jī)不會因?yàn)閴嚎s空氣消耗驟停而頻繁加卸載。壓縮機(jī)的加卸載頻率是有一定限制的。過短時間的加卸載，不但不可以節(jié)省能耗還會損壞加卸載閥門和開關(guān)造成壓縮機(jī)故障。
[0028]本實(shí)用新型為了解決上述問題，制氮機(jī)中設(shè)置至少兩個制氮單元，通過將多組制氮單元的均壓時間錯開，避免所有制氮單元在同一時間均壓，即可以保證整個系統(tǒng)維持正常的氮?dú)夤?yīng)和壓縮空氣消耗。例如如果有N組制氮單元同時工作，那么這N組制氮單元內(nèi)A、B塔交換按照錯開時間T進(jìn)行。假定“制氮”時間為TN2，“均壓”交替所需要時間為TE(j，T=(TN2+TE(j) /N。這個T就是最佳的間隔時間，保證最多只有一組PSA處于均壓狀態(tài)，其余制氮單元都處于制氮狀態(tài)。
[0029]對于化學(xué)品船清管作業(yè)，氣體運(yùn)輸船裝卸載管道或LNG動力船裝燃料加注管道的惰化需要的氮?dú)饪偭坎淮?，氮?dú)馐褂脮r間很短，但是要求氮?dú)鈮毫?，純度，瞬間供應(yīng)流量較高。針對這種作業(yè)要求，通常方案是通過提高壓縮機(jī)工作壓力進(jìn)而提高PSA制氮壓力來提高氮?dú)獾妮敵鰤毫Α５沁@樣做法顯然會加大壓縮機(jī)的規(guī)格尺寸，即增加了投資和使用成本又增加設(shè)備占地。通過在管道上安裝氣驅(qū)動增壓閥或栗就可以在不增加壓縮機(jī)規(guī)格和占地的情況下解決這個問題。
[0030]本實(shí)用新型采取上述手段，將現(xiàn)有技術(shù)的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)精簡，減小了設(shè)備的占地（完全可以布置進(jìn)油化船原有的惰氣系統(tǒng)占用的空間）又能保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和氮?dú)獾漠a(chǎn)量、壓力、純度，同時節(jié)約了設(shè)備投資和能耗。
【附圖說明】
[0031]圖1為現(xiàn)有的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明：
[0035]10、壓縮機(jī)；101、壓縮單元；20、制氮機(jī)；201、制氮單元；30、流量壓力調(diào)節(jié)裝置；301、流量純度壓力調(diào)節(jié)裝置；302、管路增壓裝置；40、氮?dú)饩彌_罐；50、冷干機(jī)；60、空氣緩沖罐；70、過濾裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下通過實(shí)施例對本申請做進(jìn)一步闡述。
[0037]參考圖2、3, 一種船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)，由如下設(shè)備通過管線依次連接而成：
[0038]壓縮機(jī)10,包括至少一個壓縮單元101，用于提供壓縮空氣；按照船級社規(guī)則通常壓縮機(jī)中設(shè)有2個以上壓縮單元。
[0039]過濾裝置70,包括至少一個過濾單元，所述過濾單元為多級壓縮空氣過濾裝置，用于過濾壓縮空氣。
[0040]制氮機(jī)20,包括至少兩個制氮單元201，用于制備氮?dú)猓桓魉鲋频獑卧g的連接方式為并聯(lián)連接。各所述制氮單元的工作狀態(tài)包括制氮狀態(tài)和均壓狀態(tài)，在船用氮?dú)庵圃煜到y(tǒng)工作時，所述制氮機(jī)中只有一個制氮單元處于均壓狀態(tài)，其余制氮單元均處于制氮狀態(tài)。
[0041]每個所述制氮單元均包括兩個吸附塔，所述吸附塔中沿氣體流動方向分別裝填干燥劑填料層和碳分子篩填料層(圖中未示出)