用于提高膜分离器制备高纯度氮气效率的系统的制作方法

本发明属于油田技术领域，具体涉及一种用于提高膜分离器制备高纯度氮气效率的系统。

背景技术：

油田在气举排液、输气管线吹扫、置换等工况作业过程中，有时对氮气高纯度有严格的要求。目前，油田所使用膜分离制备高纯度氮气的方法，是通过减小膜组出口氮气排量，来提高氮气纯度。此方法制备高纯度氮气作业时，由于膜组出口氮气排量的减小，减少了膜组进口空气量的需求，从而使空气压缩机转速降低，作业效率大大降低，造成空气压缩机等设备在此类作业过程中冗余量过大，作业时间长，能耗高，针对上述问题，有必要进行改进。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：提供一种用于提高膜分离器制备高纯度氮气效率的系统，由控制单元根据检测单元的检测信息分析并计算后控制调控单元将相应量的氮气送入空气压缩机内制备高纯度氮气，充分利用了设备的冗余量，提高了氮气制备纯度并保证了高的制氮总量，提高了设备的利用率，减少了制备同等氮气总量时设备的作业时间，降低能耗，大大提高了设备的作业效率。

本发明采用的技术方案：用于提高膜分离器制备高纯度氮气效率的系统，具有空气压缩机，所述空气压缩机的出口设有空气压力计且空气压缩机的出气管路上设有冷却器和热交换器，所述空气压缩机出气管路的出气口与膜分离器的进气口连接，且用于检测膜分离器内氮气信息的检测单元与膜分离器的出气口连接，所述膜分离器的支路出口与空气压缩机的支路入口通过设有调控单元的管道连通，所述空气压缩机、冷却器、热交换器、空气压力计、检测单元和调控单元均与控制单元连接，所述检测单元将检测信息传递至控制单元并由控制单元分析计算后控制调控单元将相应量的氮气送入空气压缩机内制备高纯度氮气。

其中，所述控制单元包括控制器和控制面板，所述控制器与检测单元内的氮气密度计、氮气流量计和氮气压力计连接，所述控制器与调控单元内的氮气比例控制阀连接，所述控制器与设于膜分离器的进气口的温度计连接，所述控制器的第一个输入端与控制面板的输出端连接，所述控制器的第二个输入端与氮气密度计的输出端连接，所述控制器的第三个输入端与氮气流量计的输出端连接，所述控制器的第四个输入端与氮气压力计的输出端连接，所述控制器的第五个输入端与温度计的输出端连接，所述控制器的第一个输出端与控制面板的输入端连接，所述控制器的第二个输出端与空气压力计的输入端连接，所述控制器的第三个输出端与空气压缩机的输入端连接，所述控制器的第四个输出端与冷却器的输入端连接，所述控制器的第五个输出端与热交换器的输入端连接，所述控制器的第六个输出端与氮气比例控制阀的输入端连接，所述氮气比例控制阀的输出端与调控单元中氮气调节阀的输入端连接。

进一步地，所述检测单元包括氮气密度计、氮气流量计和氮气压力计，所述空气压缩机的出气口与膜分离器进气口的连接处设有温度计，所述膜分离器的出口管路上设有氮气密度计、氮气流量计和氮气压力计，所述氮气密度计和氮气流量计将检测的信息传递至控制单元，并通过控制单元分析计算后由控制单元控制调控单元将相应量的氮气送入空气压缩机内与空气混配后制氮。

进一步地，所述调控单元包括氮气比例控制阀和氮气调节阀，所述氮气比例控制阀和氮气调节阀设于膜分离器的支路出口与空气压缩机的支路入口的连接管道上，且氮气比例控制阀与氮气调节阀连接后由氮气比例控制阀控制氮气调节阀开口的开合程度。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本结构改变了膜分离器的制氮流程，由控制器对整个制氮过程进行控制，充分利用了设备的冗余量，同等膜组数量下，提高了制氮效率和纯度；

2、利用温度计对膜分离器进口处气体的温度进行测量，由控制器控制冷却器或热交换器对气体进行加热或冷却，从而满足进入膜分离器内气体的温度要求，温度控制精度高；

3、控制器根据氮气密度计、氮气流量计和氮气压力计反馈的信息，分析并计算后控制调控单元将相应量的氮气送入空气压缩机内与空气混配后制氮，直到得到稳定的、与预设氮气纯度值相同的氮气，提高了氮气制备纯度并保证了高的制氮总量；

4、结构简单，提高了设备的利用率，减少了制备同等氮气总量时设备的作业时间，降低能耗，大大提高了设备的作业效率。

附图说明

图1为本发明控制原理框图；

图2为本发明控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图1-2描述本发明的一种实施例。

用于提高膜分离器制备高纯度氮气效率的系统，具有空气压缩机8，所述空气压缩机8的出口设有空气压力计7且空气压缩机8的出气管路上设有冷却器9和热交换器10，所述空气压缩机8出气管路的出气口与膜分离器的进气口连接，且用于检测膜分离器内氮气信息的检测单元13与膜分离器的出气口连接，所述膜分离器的支路出口与空气压缩机8的支路入口通过设有调控单元14的管道连通，所述空气压缩机8、冷却器9、热交换器10、空气压力计7、检测单元13和调控单元14均与控制单元15连接，所述检测单元13将检测信息传递至控制单元15并由控制单元15分析计算后控制调控单元14将相应量的氮气送入空气压缩机8内制备高纯度氮气；具体的，所述控制单元15包括控制器2和控制面板1，所述控制器2与检测单元13内的氮气密度计3、氮气流量计4和氮气压力计5连接，所述控制器2与调控单元14内的氮气比例控制阀11连接，所述控制器2与设于膜分离器的进气口的温度计6连接，所述控制器2的第一个输入端与控制面板1的输出端连接，所述控制器2的第二个输入端与氮气密度计3的输出端连接，所述控制器2的第三个输入端与氮气流量计4的输出端连接，所述控制器2的第四个输入端与氮气压力计5的输出端连接，所述控制器2的第五个输入端与温度计6的输出端连接，所述控制器2的第一个输出端与控制面板1的输入端连接，所述控制器2的第二个输出端与空气压力计7的输入端连接，所述控制器2的第三个输出端与空气压缩机8的输入端连接，所述控制器2的第四个输出端与冷却器9的输入端连接，所述控制器2的第五个输出端与热交换器10的输入端连接，所述控制器2的第六个输出端与氮气比例控制阀11的输入端连接，所述氮气比例控制阀11的输出端与调控单元14中氮气调节阀12的输入端连接；具体的，所述检测单元13包括氮气密度计3、氮气流量计4和氮气压力计5，所述空气压缩机8的出气口与膜分离器进气口的连接处设有温度计6，所述膜分离器的出口管路上设有氮气密度计3、氮气流量计4和氮气压力计5，所述氮气密度计3和氮气流量计4将检测的信息传递至控制单元15，并通过控制单元15分析计算后由控制单元15控制调控单元14将相应量的氮气送入空气压缩机8内与空气混配后制氮；具体的，所述调控单元14包括氮气比例控制阀11和氮气调节阀12，所述氮气比例控制阀11和氮气调节阀12设于膜分离器的支路出口与空气压缩机8的支路入口的连接管道上，且氮气比例控制阀11与氮气调节阀12连接后由氮气比例控制阀11控制氮气调节阀12开口的开合程度。

本结构的工作过程如下：首先，开启设备，通过控制面板1将设备作业后所需制备的氮气纯度值、进入膜分离器内气体的温度值和空气压力值输入控制器2内，启动设备，控制器2根据空气压力计7反馈的空气压力信息与设定的空气压力值，控制空气压缩机8工作，然后，温度计6将检测到的压缩空气温度信息传递至控制器2，控制器2根据此信息与设定的温度值进行比较，若检测的压缩空气温度信息与设定的温度值相同，压缩空气进入膜分离器制氮，若检测的压缩空气温度信息与设定的温度值不同，控制器2控制冷却器9或热交换器10对气体进行加热或冷却，直到温度计6检测的温度信息与设定的温度值相同为止，压缩空气进入膜分离器，利用氮与氧等其它气体不同性质的气体在膜组中具有不同的渗透速率，来使氮与氧和其它气体分离后制备氮气，制成氮气的密度、流量和压力信息通过氮气密度计3、氮气流量计4和氮气压力计5检测后传递给控制器2，控制器2根据设定氮气的纯度值、空气压缩机8的排量、氮气的密度、流量和压力信息，进行pid计算，并将计算结果以信号的方式传递给氮气比例控制阀11，实时控制氮气调节阀12的开口大小，从而使相应量的氮气进入空气压缩机8内与空气混配后二次增压，使压缩后的空气含氮量增加，提升了膜分离器制备高纯度氮气的效率，最终得到高产量、高纯度的氮气。

原制氮设备单根膜分离器在分离98％浓度氮气时，氮气分离效率约为39.1％，空气压缩机8的排量约为额定排量的70％，造成能耗增加，作业时间长；采用本技术方案及控制原理后，可使空气压缩机8始终在额定的排量下工作，在膜分离器分离98％浓度氮气时，由氮气调节阀12将一部分高纯度氮气与空气混合，提高气体中的含氮量并由空气压缩机8增压后进入膜分离器进行分离制氮，可将氮气分离效率提高至59.99％，总的氮气排量提高约15.2％，大大缩短了设备作业时间，减少了设备的能耗，提高了设备工作效率。

本结构改变了膜分离器的制氮流程，由控制器2对整个制氮过程进行控制，同等膜组数量下，提高了制氮效率和纯度，利用温度计6对膜分离器进口处气体的温度进行测量，由控制器2控制冷却器9或热交换器10对气体进行加热或冷却，从而满足进入膜分离器内气体的温度要求，温度控制精度高，控制器根据氮气密度计3、氮气流量计4和氮气压力计5反馈的信息，分析并计算后控制调控单元14将相应量的氮气送入空气压缩机8内与空气混配后制氮，直到得到稳定的、与预设氮气纯度值相同的氮气，此结构充分利用了设备的冗余量，提高了氮气制备纯度并保证了高的制氮总量，结构简单，提高了设备的利用率，减少了制备同等氮气总量时设备的作业时间，降低能耗，大大提高了设备的作业效率。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。