离心机氮气保护防爆系统设计

摘要：

    离心机在国民经济许多领域如化工、制药等行业中应用极广，这些行业大多对离心机具有防爆等保护措施要求。介绍离心机在这些工业应用中，一种有效的保障安全生产的结合应用数字测氧仪的氮气保护防爆系统设计。


　
   　中图分类号：TQ051.8+5文献标识码：B文章编号：1005-8265（2009）01-0031-031

1.前言

　　离心机在国民经济许多领域如化工、制药等行业中应用极广，其仍是当前化工中间体、医药原料药等生产工艺中固液分离的主要设备。由于这些行业离心机所应用的场合、工艺、介质的物理和化学性质的不同，对离心机也有不同的要求，比如，材质要求、结构要求、防腐要求、防爆要求等。

　　本文主要介绍离心机在化工、制药工业应用中一种有效的保障安全生产的结合应用数字测氧仪的氮气保护防爆系统设计。

2.防爆要求

　　我们知道，产生爆炸的三个要素为温度、火源、氧气，防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在，是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论。换句话说，防止可燃物质化学性爆炸全部技术措施的实质，就是制止化学性爆炸三个基本条件的同时存在。其中：(1)温度，对于具体的某一介质，无论是液相还是气相，在进行工艺设计时应考虑离心机工作温度，这主要取决于工艺条件，在此不作详析；(2)火源，在离心机设计时，对于运动件应用足够的安全空间，以消除可能产生的机械摩擦和撞击，同时，机器必须有消除静电的措施。对于制动装置，不得采用机械摩擦式制动装置，一般均采用电器能耗制动的形式（非接触式制动，缺点是制动时间要比接触式要长一点，尤其是在满载时转动惯量较大的情况下更是如此）。另外，对于传动带，则选用防静电带，以消除或减少静电产生的可能；(3)氧气，一般采用惰性气体保护，通过向离心机内部充入氮气置换里面的空气，从而使氧气浓度维持在安全范围之内。

3.防爆措施

　　目前普遍采用的离心机的氮气保护，实际上只是在机壳上设置了一个氮气进气管，一个氮气出气管，离心机在工作时，对内腔中充入氮气。至于氮气浓度能否达到安全范围则没有定量的控制，因此，其氮气保护的可靠性很差。一种改进的氮气保护系统设计中设置在线氧气检测装置和压力变送传感器，对运行过程中的离心机内腔的氧气浓度进行检测，实行定量的控制，控制其氧气含量在安全范围以内（也即保证机内的氧气浓度在易燃易爆介质的爆炸极限之外）。

4.氮气保护防爆系统设计

　　4.1氮气气源要求

　　（1）氮气的纯度要求达到防爆要求（纯度达到≥99%）；
　　（2）氮气压力达到进行压力过滤所要求的压力（如果离心机需要进行压力过滤）；
　　（3）氮气须经除湿、除尘处理；要求氮气无水分、无杂质粉尘。如含湿量高，将影响离心机轴承座内、轴承及电器元件的腐蚀；如含有杂质粉尘将影响传动效果及电器元件的寿命，并且影响离心机生产产品的杂质含量。含湿量要求：氮气露点达到-20℃；氮气杂质要求：氮气需要经过1微米过滤器精度；  
　　（4）氮气温度：常温（特殊情况需要加热或冷却）；
　　（5）氮气中：不含有油气，如含有油气将影响电器元件正常工作；
　　（6）氮气中不含有H2S、SO2等有害气体，否则测氧仪传感器中毒，影响氧含量检测。

　　4.2氮气保护系统设计

　　氮气动力气源达到上述要求，根据氮气与氧气密度差别，每一处的氮气入口都设在顶部，而出气口设在底部，这样能够达到密闭腔体内的空气完全置换，达到防爆要求。由于用户工作现场需要防爆要求，因此离心机及现场控制柜的使用必须达到防爆要求。为此，针对现场工作防爆要求设计如下氮气保护系统。氮气保护基本流程是：氮气首先经过氮气过滤器、减压阀，进入现场控制柜，将控制柜内空气置换出控制柜体然后进入离心机内各个腔体，将离心机各个腔体内空气置换出，通过氧含量测定仪检测氧气浓度。如氧气浓度满足防爆要求的浓度，可以启动离心机进行运转。流程图详见图1。

　　4.3氮气系统主要仪器仪表及设备

　　（1）氮气过滤器G101、G115：用于滤除气体中水分及油气；可滤除小至1微米的固态颗粒（1.0ppmw/w最大残留油分含量），内部自动排液装置，并有液面指示器。
　　（2）氧气浓度测定仪：采用数字测氧仪（安装在现场控制柜内达到防爆要求）。技术参数：工作环境温度：2℃~40℃工作环境湿度：＜85%RH响应时间：＜30秒氧传感器寿命：一年以上电源：AC220V氧含量测定精度：可以达到0.001%或ppm级；具有二次输出报警功能，当达到氧含量设定值时，报警并输出信号控制设备运行。
　　（3）氮气压力控制：采用压力变送器（防爆型）及显示仪表PIC105。精度等级：0.5级测量范围：0～3kPa（表压）输出信号：4～20mA电源：AC220V工作环境温度：-20℃～+120℃相对湿度：0～100%具有二次输出功能，达到压力上、下限设定值时，报警并输出信号控制设备运行。
　　（4）水吸收装置G113：吸收压缩空气及氮气经过离心机所带出的有害气体及杂质微尘，保护现场控制柜内电器元件及氧含量测定仪，本装置具有特殊设计的除尘、脱水结构，并有液位示镜显示。

　　4.4具体操作步骤

　　确保氮气气源达到规定的要求，氮气系统所有阀门都处于关闭状态。
　　（1）首先对水吸收装置G113进行加水，打开V114，由液位示镜观察水位并通过V114、V112控制水位高度，水位高度确保氮气在压力低限时能够通过水吸收装置进入氧含量测定仪；水位确定完毕后，关闭V112、V114。
　　（2）对氧含量测定仪进行标定，打开V116，微启V110，压缩空气首先经过水吸收装置G113，除去压缩空气中有毒、有害气体及杂质颗粒，通过氮气过滤器G115进一步除去压缩空气中水分、油气及杂质颗粒，然后净化的压缩空气通入氧含量测定以内并放空，进行氧含量测定仪标定；标定完毕后，关闭V110。
　　（3）打开V100，氮气通过氮气过滤器G101到减压阀V103；调整减压阀V103的压力，使输出压力达到所要求的压力；调整完毕，减压阀不要随意调整。
　　（4）打开V104，微启V106、V107，氮气通过控制柜及压力变送器进入主轴承箱体将空气通过V107顶出放空；调节V106、V107的开启度，使主轴承箱体内有氮气，确保空气不得进入；但通气量要求控制很小，以免影响轴承润滑。这样，既达到防爆要求，又节约氮气的用量。
　　（5）打开V111、V108、V109，氮气将离心机卸料腔体及滤液腔体内空气通过V111放空，几分钟后，氮气置换离心机内空气将近完毕，关闭V111。
　　（6）关闭V111后，氮气通过控制柜、离心机、V108、V109、水吸收装置G113、氮气过滤器G115、氧含量测定仪、V116放空。氧气浓度通过氧含量测定仪检测出，并以数字显示在面板上，氧气浓度是实时在线检测的。氧气浓度的控制通过氧含量测定仪设定并输出报警及控制。例如：设定氧气浓度上限为4%，当系统氧气浓度达到4%时，氧含量测定仪发出报警并输出控制信号进行系统控制。
　　（7）调节V116开启度达到最小，确保氧含量测定仪能够检测氧气的浓度。调整V104开启度的大小，使系统内氮气压力保持在压力的上下限之间。氮气压力检测，由压力传感器PIC105控制及显示，压力传感器上、下限根据需要进行设定，例如：上限为180mmH2O；下限为50mmH2O。上、下限有输出功能进行报警及控制，压力并有随机在线显示功能。
　　（8）当系统氧气浓度满足所要求的浓度（由氧含量测定仪检测并显示）后，可以准备启动离心机。

5.结论

　　化工、制药工业生产中很多场合都有防爆要求，因其介质有甲醇、乙醇、甲苯、丙酮、环己烷等有机溶剂，离心机在运行过程中的安全性成为选型的首要要求；在线氧气检测技术与压差自动变送器的应用，使系统更安全、产品质量更有保证。智能化自动控制技术的应用，使传统离心分离设备安全性及自动化程度得到了巨大的提升；建议用户在订货时，根据自身的介质及工艺条件提出准确的防爆要求，从而对离心机的配置提出更明确的要求，比如：配置防爆电机、现场防爆按钮、防静电皮带、变频器控制、防爆电磁阀、防爆接近开关、防爆隔离栅、静电接地、能耗制动、氮气保护、氧气含量在线检测等。当然，并不是所有的有防爆要求的场合都要配置，应按实际工艺、环境等适当的配置。在爆炸危险区域环境内，要保证安全生产，离心机防爆系统设计除本文所述外，还有许多方面要考虑，如电气线路的设计安装、接地系统的设计安装等，这方面国家规范和有关设计手册都有严格的标准和详细的介绍。

　　参考文献：
　　[1]余国琮．化工机械工程手册(中卷)[M]，北京：化学工业出版社，2003.
　　[2]蔡凤英，等《.化工安全工程》[M]，北京：科学出版社，2001.
　　[3]杨启明，等《.石油化工设备安全管理》，化学工业出版社，2008.[4]GB3836.爆炸性气体环境用电气设备[s].国家安全规程标准.