1、煤矿用移动式膜分离制氮装置煤矿用移动式膜分离制氮装置煤炭科学研究总院沈阳研究院煤炭科学研究总院沈阳研究院2013.8 1.概述概述1.1 产品特点：产品特点：膜分离制氮系膜分离制氮系90年代世界上最先进的空气分离制氮技术。年代世界上最先进的空气分离制氮技术。在国外，膜分离技术主要应用于油船、油库的阻燃、粮在国外，膜分离技术主要应用于油船、油库的阻燃、粮食、蔬菜、水果、食品的保鲜以及易氧化材料的保存等。食、蔬菜、水果、食品的保鲜以及易氧化材料的保存等。在国内，石油、冶金工业、食品保鲜等领域也已有应用。在国内，石油、冶金工业、食品保鲜等领域也已有应用。随着高产、高效采煤技术的发展，综采、综放工作面
2、采随着高产、高效采煤技术的发展，综采、综放工作面采空区防灭火问题已成为煤矿生产迫切需要解决的问题。空区防灭火问题已成为煤矿生产迫切需要解决的问题。注氮防灭火作为惰化防灭火的主要形式，已被世界各主注氮防灭火作为惰化防灭火的主要形式，已被世界各主要产煤国家公认是行之有效的措施。要产煤国家公认是行之有效的措施。煤矿安全规程煤矿安全规程（1992版）第版）第224条规定：综放开采有自燃倾向的厚及条规定：综放开采有自燃倾向的厚及特厚煤层时，必须采用以注入惰性气体为主的综合防灭特厚煤层时，必须采用以注入惰性气体为主的综合防灭火措施。火措施。煤炭科学研究总院抚顺分院研制开发的专利产品煤炭科学研究总院抚顺分院
3、研制开发的专利产品DM系列矿用井下移动式膜分离制氮装置，以下简称系列矿用井下移动式膜分离制氮装置，以下简称“制氮装制氮装置置”，采用中空纤维膜分离空气中的氧、氮，制取高纯度，采用中空纤维膜分离空气中的氧、氮，制取高纯度的氮气获得成功。经国家防爆安全产品质量监督检验中心的氮气获得成功。经国家防爆安全产品质量监督检验中心检测，授以整机检测，授以整机防爆合格证防爆合格证并取得并取得煤矿矿用产品安煤矿矿用产品安全标志证书全标志证书。1996年年8月取得国家实用新型专利。月取得国家实用新型专利。1.2 主要用途及使用范围主要用途及使用范围制氮装置可以直接用于防治煤矿井下有煤或瓦斯突出场制氮装置可以直接用
4、于防治煤矿井下有煤或瓦斯突出场所的煤炭自然发火。所的煤炭自然发火。1.3 品种、规格品种、规格制氮装置一般有膜分离制氮装置和碳分子筛制氮装置两制氮装置一般有膜分离制氮装置和碳分子筛制氮装置两个品种，本产品是采用膜分离制氮原理的制氮装置。个品种，本产品是采用膜分离制氮原理的制氮装置。制氮装置，根据产氮量分为制氮装置，根据产氮量分为200、300、400、500、600、800、1000、1200 m3/h型型(参见参见MT/T 774 4.2条条)。1.4 型号的组成及其代表意义型号的组成及其代表意义制氮装置的型号含义：制氮装置的型号含义：DM/出口压力（出口压力（MPa值的值的0.1倍）倍）氮
5、气流量氮气流量m3/h D表示煤矿用制氮装置，表示煤矿用制氮装置，M表示膜分离表示膜分离标记示例：标记示例：DT800/8 表示出口压力表示出口压力0.8MPa，产气量，产气量800m3/h煤矿用移动式膜煤矿用移动式膜分离制氮装置。分离制氮装置。1.5 使用环境条件使用环境条件 环境温度：环境温度：040C；大气压力：大气压力：80 kPa106 kPa；相对湿度：相对湿度：95（25时）；并考虑到因温度变化发时）；并考虑到因温度变化发生在产品表面的凝露；生在产品表面的凝露；在周围空气含有甲烷、煤尘爆炸性气体混合物，无滴水、在周围空气含有甲烷、煤尘爆炸性气体混合物，无滴水、无强烈颠簸和振动等场
6、合中；无强烈颠簸和振动等场合中；所使用的冷却水水质应无腐蚀性，无杂质。所使用的冷却水水质应无腐蚀性，无杂质。1.6 工作条件工作条件 供电条件：供电条件：1140（660）V 50Hz；供水条件：流量不小于供水条件：流量不小于20m3/h（单台空压机的水量），（单台空压机的水量），水质为无腐蚀性、无杂质的工业用水。水质为无腐蚀性、无杂质的工业用水。通风良好，矿尘较小，无积水、无滴水的专用峒室内，通风良好，矿尘较小，无积水、无滴水的专用峒室内，或者在较为洁净的巷道内。或者在较为洁净的巷道内。工作环境的有害气体、瓦斯、煤尘含量和通风量应符工作环境的有害气体、瓦斯、煤尘含量和通风量应符合合煤矿安全规
7、程煤矿安全规程的规定。的规定。2.结构特征与工作原理结构特征与工作原理 2.1 总体结构总体结构 制氮装置由空压机段、空气预处理段及膜分离段三部分组制氮装置由空压机段、空气预处理段及膜分离段三部分组成。分体组装在矿用平板车上，三段之间以高压胶管相连，成。分体组装在矿用平板车上，三段之间以高压胶管相连，从而构成制氮装置。从而构成制氮装置。2.2 工作原理工作原理 膜分离原理：气体混合物通过高分子膜时，由于各种膜分离原理：气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数的差别，导致不同气体气体在膜中溶解度和扩散系数的差别，导致不同气体在膜中相对渗透速率之不同。渗透速率相对高的气体在膜中
8、相对渗透速率之不同。渗透速率相对高的气体如水、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，如水、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透率相对较低的气体，如在膜的渗透侧被富集，而渗透率相对较低的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳和氩气等气体则在膜滞留侧被甲烷、氮气、一氧化碳和氩气等气体则在膜滞留侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。整个分离过程富集，从而达到混合气体分离的目的。整个分离过程是平稳连续的。是平稳连续的。空气中的氧氮分离是通过这种中空纤维膜组件来完成空气中的氧氮分离是通过这种中空纤维膜组件来完成的，每根中空纤维膜组件中装有数以万计细如发丝的的，每根中空纤维膜组件中装
9、有数以万计细如发丝的中空纤维膜，细小的中空纤维膜就如同一根塑料管中空纤维膜，细小的中空纤维膜就如同一根塑料管（实际上就是一种特殊塑料管）由于空气中的氧气与（实际上就是一种特殊塑料管）由于空气中的氧气与氮气在管中的透过速率不同，当压缩空气进入管中后，氮气在管中的透过速率不同，当压缩空气进入管中后，单位时间内氧气、水蒸气等渗透速率相对高的气体大单位时间内氧气、水蒸气等渗透速率相对高的气体大部分透过管壁并排空，而氮气则在管中富集从管的另部分透过管壁并排空，而氮气则在管中富集从管的另一端输出。一端输出。制氮装置以螺杆式空气压缩机为供气源，通过压缩空制氮装置以螺杆式空气压缩机为供气源，通过压缩空气预处理
10、段对空气进行除油、除尘、除水、恒温处理气预处理段对空气进行除油、除尘、除水、恒温处理后，再由膜分离段中的膜组件对空气进行分离富集而后，再由膜分离段中的膜组件对空气进行分离富集而制取氮气。制取氮气。膜组件示意图膜组件示意图 3.主要部件或功能单元的结构主要部件或功能单元的结构 空压机段由螺杆空压机组成，排气压力为空压机段由螺杆空压机组成，排气压力为1.2Mpa。空气预处理段是由螺旋板式换热器、四级过滤器及系统控空气预处理段是由螺旋板式换热器、四级过滤器及系统控制部分组成。制部分组成。膜分离段由数根膜组件并联和调节阀门、压力仪表等组成。膜分离段由数根膜组件并联和调节阀门、压力仪表等组成。4.技术特
11、征技术特征 整机防爆：整机防爆：DM系列制氮装置整机防爆，不但可以制造成井下移动式，也可以制造成地面固定式或地面移动式。体积小、安装移动方便：体积小、安装移动方便：DM系列制氮装置可以方便的运移到任何注氮地点，特别是能够适于多个工作面或矿井随机使用。性能可靠、操作简单：性能可靠、操作简单：只有空压机段有运转机件，其他部分皆属静态工作，可保证长期运行而系统性能稳定。产氮量可调：产氮量可调：增加或减少膜组件数量，就可改变产氮量。保护齐全：保护齐全：DM系列制氮装置具有超温、超压等多种保护功能，并在线连续显示主要技术参数。数据输出：数据输出：氮气纯度和瞬时流量值以标准电流信号输出，可以实现联网。5.
12、开、停机开、停机5.1 开机：开机：1.保证空压机的出气阀门处于打开状态，注氮管路畅通。保证空压机的出气阀门处于打开状态，注氮管路畅通。2.开机前空压机的操作面板上的手柄在开机前空压机的操作面板上的手柄在“卸载卸载”位置。位置。3.确认空压机确认空压机“正转正转”运行。运行。4.供水。打开空压机的供水。打开空压机的3个冷却器顶端的放气阀，让气个冷却器顶端的放气阀，让气体排净，水充满冷却器，然后关闭体排净，水充满冷却器，然后关闭。5.供电。给空压机和电源箱供电。供电。给空压机和电源箱供电。6.按红色电源箱的按红色电源箱的“开开”按钮，启动检测仪表。按钮，启动检测仪表。7.按空压机操作面板上的绿色
13、按空压机操作面板上的绿色“启动启动”按钮开机；待空按钮开机；待空压机的排气压力达到压机的排气压力达到“0.3Mpa”左右稳定后再将手柄转左右稳定后再将手柄转到到“加载加载”位置。位置。8.调整纯度调节阀至合适位置，纯度、流量达到额定数调整纯度调节阀至合适位置，纯度、流量达到额定数值，设备正常运行。值，设备正常运行。5.2 停机：停机：1.将空压机操作面板上的手柄转到将空压机操作面板上的手柄转到“卸载卸载”位置。位置。2.对对4个过滤器底部的手动排污阀打开，稍后关闭，完个过滤器底部的手动排污阀打开，稍后关闭，完成一次排污操作。成一次排污操作。3.打开过滤器前的打开过滤器前的“放空阀放空阀”排净水
14、和气体再关闭。排净水和气体再关闭。4.按红色电源箱的按红色电源箱的“关关”按钮断电。按钮断电。5.待空压机排气压力降到待空压机排气压力降到“0.4Mpa”以下时再按操作面以下时再按操作面板上的红色板上的红色“停止停止”按钮关机。按钮关机。6.停止对空压机和红色电源箱的供电。停止对空压机和红色电源箱的供电。7.停止供水。停止供水。6.运行时的维护、保养运行时的维护、保养 开机时必须开启所有排污阀，以保证彻底排除装置内部开机时必须开启所有排污阀，以保证彻底排除装置内部的冷凝水。的冷凝水。过滤器芯累计使用过滤器芯累计使用3000小时，必须及时更换，详见过滤小时，必须及时更换，详见过滤器说明书。器说明书。氧气传感器每年应标定（更换）一次。氧气传感器每年应标定（更换）一次。空压机的维护、保养、检修，请仔细阅读其说明书及使空压机的维护、保养、检修，请仔细阅读其说明书及使用维护说明书。用维护说明书。运行过程中，各级过滤器的手动排污阀每隔半小时必须运行过程中，各级过滤器的手动排污阀每隔半小时必须开启排放一次。开启排放一次。保证空压机的保证空压机的3个冷却器内充满水。个冷却器内充满水。严禁带电进行维护、维修！严禁带电进行维护、维修！谢谢大家谢谢大家!
