2019-09-28 15:44
前 言
氮气是一种惰性气体，在常况下无色无味，占空气体积 分数约 78%（氧气约 21%）。熔点是 63 K，沸点是 77 K，临 界温度是 126 K，难于液化。溶解度很小，常压下在 283 K 时 一体积水可溶解 0.02 体积的氮气。海上平台主要利用氮气 的化学惰性，用于具有易燃易爆装置及管线系统的吹扫气， 还有部分作为容器类设备覆盖气隔绝氧气。海上大型中心处 理平台因需求量较大，一般会配备单独的中惠普氮气发生装置。工 业规模制氮有三类：即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜 分离制氮。膜式氮气发生装置因技术成熟、操作简单、装置 紧凑、能耗低等特点在海上平台得到广泛应用。本文以膜 式制氮工作原理为基础，分析了影响模式制氮效果的关键因 素，结合工艺流程提出了系统设计要点，为海上平台膜式氮 气发生装置系统设计及应用提供重要理论支持。
1 膜制氮工作原理
膜制氮是利用高分子中空纤维膜对空气中氮和氧等气 体分子具有不同的渗透速率，将氮气与氧气等气体进行分离 而制取氮气或氧气。
膜分离装置设备结构紧凑、产气更快（3min 以内）、操 作简单及扩产容易等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁 度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜，膜 分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用 户，此时具有较好功能价格比。
2 影响膜制氮的关键参数
评判膜性能的参数为产气量和回收率。 产气量：单位时间内所得气体的流量。 回收率：单位时间所得气体的流量占混合气体流量的百 分比。 气体压力和温度是影响气体分离膜性能的主要因素，膜 性能与压力和温度的主要关系为，见表 1，当压力或温度升 高产气量增加，回收率略有增加。
3 膜式氮气发生装置
3.1 工艺系统
膜式氮气发生装置由 4 个主要部分构成[2]: 二级聚结滤 器、汽水分离器、颗粒滤器、加热器和膜分离器。
3.2 系统设计要点
3.2.1 系统技术指标
氮气纯度：氮气摩尔含量不小于 97%； 露点：海上平台设备一般要求-40℃； 压力：一般压损在 100kPaG，最佳工作压力为 1Mpa，一 般平台供气压力在 0.9~1.0 Mpa。
3.2.2 滤器及汽水分离参数设定
因为膜对入口气体清洁度要求较高，膜前入口气体含尘 量至 0.01 微米、含油量 0.003ppm，因此系统设计了 1μ m /0.01μ m 聚结滤器和 0.01μ m 的除尘滤器，同时设置 了油水分离器。
3.2.3 干燥器设计温度
产气率与温度有关，当温度高产气率高，同时还要考虑 系统承受温度，一般在 40~60℃左右膜分离效果最好，因此 干燥器设定值为 60℃，可根据现场试验适当调节。 3.2.4 膜分离器设计要点 膜分离器主要关注温度、压力和清洁度，已通过气源控 制、干燥器加热和滤器过滤保证。 设计参数选取上，要保证充足的气源和设计余量。平台 设计余量一般设置为 20%。气源即耗气量，主要核心参数是 产气率，一般计算值为 37%。 以某平台为例，需求气量为 50Sm³/h，单根膜筒产气量 为 47Sm³/h。 计算如下：膜桶根数：50X1.2/47=1.27 根，需要选取 2 根； 耗气量：47X2/0.37=254 Sm³/h。
4 结 语
（1）分析了影响膜制氮效果的关键因素。
（2）给出了中惠普氮气发生装置系统设计注意要点及关 键参数选取原则。
（3）为海上平台膜式氮气发生装置系统选型设计应用 提供重要理论支持。