撬裝式全自動液氮機組是一種集空氣壓縮、氮氧分離、氮氣液化及儲存輸送于一體的模塊化設(shè)備，其結(jié)構(gòu)原理基于變壓吸附（PSA）技術(shù)與深冷液化工藝，通過高度集成的撬裝設(shè)計實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、安全的液氮生產(chǎn)。以下從結(jié)構(gòu)組成與工作原理兩方面展開分析：
一、結(jié)構(gòu)組成：模塊化集成設(shè)計
空氣處理系統(tǒng)
壓縮機：采用往復(fù)式或螺桿式壓縮機，將常溫常壓空氣壓縮至0.7-1.0MPa，為后續(xù)分離提供壓力條件。
凈化裝置：包括塵埃過濾器、油過濾器及冷凍式干燥機，去除空氣中的水分、油分和顆粒物，確保進入吸附系統(tǒng)的空氣純度≥99.9%。
氮氧分離系統(tǒng)
吸附塔：內(nèi)置高品質(zhì)碳分子篩，利用氧與氮在微孔中的擴散速率差異（氧擴散速率遠大于氮），在加壓狀態(tài)下吸附氧氣，富集氮氣。
雙塔循環(huán)結(jié)構(gòu)：通過PLC程序控制兩塔交替吸附與再生，一塔產(chǎn)氮時另一塔減壓脫附氧氣，實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定供氣。
氮氣液化系統(tǒng)
風(fēng)冷無油循環(huán)壓縮機：對分離后的氮氣進一步壓縮和冷卻，為液化提供條件。
深冷混合工質(zhì)節(jié)流制冷機：基于回?zé)崾蕉嘣旌瞎べ|(zhì)節(jié)流制冷循環(huán)，通過氦氣壓縮膨脹獲得低溫，將氮氣冷卻至-196℃液化。
杜瓦罐：雙層真空絕熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)層304不銹鋼（厚度8mm），外層Q235鋼，中間填充珠光砂保溫材料，真空度≤5×10?³Pa，日蒸發(fā)率≤0.5%，用于儲存液氮。
輸送與控制系統(tǒng)
柱塞式低溫泵：泵頭材質(zhì)銅鎳合金，轉(zhuǎn)速1500r/min，可在-196℃工況下穩(wěn)定輸出液氮，額定流量500L/h，最大揚程80m。
防爆控制柜：集成7英寸觸摸屏與PLC模塊，實時顯示儲罐壓力、液位和輸液流量，響應(yīng)時間≤1秒，液位控制精度±5mm，壓力控制精度±0.02MPa。
安全裝置：包括安全閥（起跳壓力1.0MPa，回座壓力0.9MPa）、在線純度分析儀（純度低于99.999%時自動報警）及氦檢漏系統(tǒng)（泄漏率≤1×10??Pa·m³/s）。
撬裝底座
采用Q235碳鋼焊接，尺寸4m×2.5m×0.5m，底部裝4個承重10噸的萬向輪（輪緣包裹耐低溫橡膠），便于移動與定位。
二、工作原理：變壓吸附與深冷液化協(xié)同
空氣壓縮與凈化
常溫空氣經(jīng)壓縮機加壓至0.7-1.0MPa后，依次通過塵埃過濾器、油過濾器及冷凍式干燥機，去除水分、油分和顆粒物，確保空氣純度。
氮氧分離（PSA工藝）
加壓吸附：凈化后的壓縮空氣進入吸附塔，碳分子篩優(yōu)先吸附氧氣，氮氣在氣相中富集。
減壓脫附：當吸附塔接近飽和時，通過減壓至常壓，使吸附的氧氣脫附，實現(xiàn)分子篩再生。
雙塔循環(huán)：PLC程序控制兩塔交替吸附與再生，確保連續(xù)產(chǎn)氣。
氮氣液化（深冷工藝）
壓縮冷卻：分離后的氮氣經(jīng)風(fēng)冷無油循環(huán)壓縮機進一步壓縮和冷卻。
深冷制冷：氮氣進入深冷混合工質(zhì)節(jié)流制冷機，通過氦氣壓縮膨脹獲得低溫，將氮氣冷卻至-196℃液化。
液氮儲存：液化后的氮氣收集至杜瓦罐，通過真空絕熱層減少蒸發(fā)損失。
液氮輸送與控制
低溫泵輸送：柱塞式低溫泵將液氮從杜瓦罐輸送至用冷點，壓力穩(wěn)定在0.7MPa。
智能監(jiān)控：防爆控制柜實時監(jiān)測儲罐壓力、液位和輸液流量，自動調(diào)整運行參數(shù)，確保安全高效。
三、技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景
技術(shù)優(yōu)勢
高效節(jié)能：PSA工藝與深冷液化結(jié)合，產(chǎn)氣效率高，能耗低（液氮生產(chǎn)成本僅為運輸液氮的1/3）。
穩(wěn)定可靠：雙塔循環(huán)結(jié)構(gòu)與PLC自動控制，實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定供氣，故障率低。
模塊化設(shè)計：撬裝式結(jié)構(gòu)便于運輸與安裝，現(xiàn)場僅需管線、電氣連接即可使用。
安全環(huán)保：防爆控制柜、安全閥及在線純度分析儀確保運行安全，封閉式系統(tǒng)減少氮氣泄漏風(fēng)險。
應(yīng)用場景
化工領(lǐng)域：為低溫反應(yīng)釜提供冷源，穩(wěn)定控制反應(yīng)溫度（如-80℃±2℃）。
醫(yī)療領(lǐng)域：為磁共振成像（MRI）設(shè)備的超導(dǎo)磁體提供液氮冷卻，確保磁體處于超導(dǎo)狀態(tài)。
金屬加工：用于軸承深冷處理，提高硬度（HRC3-5度）和耐磨性。
科研實驗：為物理、化學(xué)實驗提供高純度液氮，支持低溫環(huán)境模擬。
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