Đơn vị nitơ lỏng tự động gắn trên thanh trượt là một thiết bị mô-đun tích hợp nén khí, tách nitơ và oxy, hóa lỏng nitơ và lưu trữ vận chuyển. Nguyên tắc cấu trúc của nó dựa trên công nghệ hấp phụ biến áp (PSA) và quá trình hóa lỏng làm mát sâu để đạt được sản xuất nitơ lỏng hiệu quả, ổn định và an toàn thông qua thiết kế gắn trên thanh trượt tích hợp cao. Sau đây triển khai phân tích từ hai mặt cấu trúc và nguyên lý làm việc:
I. Thành phần cấu trúc: Thiết kế tích hợp mô-đun
Hệ thống xử lý không khí
Máy nén: Sử dụng máy nén piston hoặc trục vít để nén khí áp suất bình thường ở nhiệt độ bình thường đến 0,7-1,0MPa, cung cấp điều kiện áp suất cho việc tách tiếp theo.
Thiết bị làm sạch: bao gồm bộ lọc bụi, bộ lọc dầu và máy sấy đông lạnh, loại bỏ độ ẩm, dầu và các hạt trong không khí, đảm bảo độ tinh khiết của không khí đi vào hệ thống hấp phụ ≥99,9%.
Hệ thống tách nitơ và oxy
Tháp hấp phụ: Được xây dựng trong sàng phân tử carbon chất lượng cao, sử dụng sự khác biệt về tốc độ khuếch tán oxy và nitơ trong micropores (tốc độ khuếch tán oxy lớn hơn nhiều so với nitơ), hấp thụ oxy ở trạng thái áp lực và làm giàu nitơ.
Cấu trúc tuần hoàn tháp đôi: thông qua chương trình PLC để kiểm soát sự hấp phụ và tái sinh luân phiên của hai tháp, khi một tháp sản xuất nitơ, tháp khác giải nén và khử oxy, để đạt được nguồn cung cấp không khí ổn định liên tục.
Hệ thống hóa lỏng nitơ
Máy nén tuần hoàn không dầu làm mát bằng không khí: nén và làm mát thêm nitơ sau khi tách để cung cấp các điều kiện hóa lỏng.
Máy làm lạnh tiết lưu công nghiệp hỗn hợp làm mát sâu: Dựa trên chu trình làm lạnh tiết lưu công nghiệp hỗn hợp đa dạng loại hồi nhiệt, nhiệt độ thấp thu được bằng cách mở rộng nén helium, làm mát nitơ đến -196 ℃ hóa lỏng.
Bể Duva: cấu trúc cách nhiệt chân không hai lớp, lớp bên trong bằng thép không gỉ 304 (độ dày 8mm), thép Q235 bên ngoài, vật liệu cách nhiệt cát ngọc trai được lấp đầy ở giữa, độ chân không ≤5 × 10 ⁻³ Pa, tốc độ bay hơi hàng ngày ≤0,5%, được sử dụng để lưu trữ nitơ lỏng.
Hệ thống giao hàng&kiểm soát
Bơm nhiệt độ thấp kiểu pit tông: vật liệu đầu bơm hợp kim đồng-niken, tốc độ quay 1500r/phút, có thể ổn định đầu ra nitơ lỏng trong điều kiện làm việc -196 ℃, lưu lượng định mức 500L/h, đầu tối đa 80m.
Tủ điều khiển chống cháy nổ: Màn hình cảm ứng 7 inch tích hợp với mô-đun PLC, hiển thị áp suất bể, mức và lưu lượng truyền trong thời gian thực, thời gian đáp ứng ≤1 giây, độ chính xác điều khiển mức ± 5mm, độ chính xác điều khiển áp suất ± 0,02MPa.
Thiết bị an toàn: bao gồm van an toàn (áp suất nhảy 1.0MPa, áp suất ngồi lại 0.9MPa), máy phân tích độ tinh khiết trực tuyến (báo động tự động khi độ tinh khiết dưới 99.999%) và hệ thống phát hiện rò rỉ helium (tỷ lệ rò rỉ ≤1 × 10 ⁻Pa · m³/s).
Cơ sở gắn trên trượt
Áp dụng hàn thép carbon Q235, kích thước 4m × 2,5m × 0,5m, đáy được trang bị 4 bánh xe gimbal chịu tải 10 tấn (cao su chịu nhiệt độ thấp bọc bởi mép bánh xe), dễ dàng di chuyển và định vị.
Thứ hai, nguyên tắc làm việc: hấp phụ biến áp và hợp tác hóa lỏng làm mát sâu
Máy nén khí và làm sạch
Sau khi không khí nhiệt độ bình thường được điều áp bằng máy nén đến 0,7-1,0MPa, lần lượt thông qua bộ lọc bụi, bộ lọc dầu và máy sấy đông lạnh, loại bỏ độ ẩm, dầu và các hạt vật chất để đảm bảo độ tinh khiết của không khí.
Tách nitơ-oxy (quy trình PSA)
Áp lực hấp phụ: khí nén tinh khiết đi vào tháp hấp phụ, sàng phân tử carbon ưu tiên hấp thụ oxy, nitơ được làm giàu trong pha khí.
Decorption giảm áp: Khi tháp hấp phụ gần bão hòa, tái tạo sàng phân tử được thực hiện bằng cách giảm áp suất đến áp suất bình thường để khử oxy hấp phụ.
Lưu thông tháp đôi: Chương trình PLC kiểm soát sự hấp phụ và tái tạo luân phiên của hai tháp để đảm bảo sản xuất khí liên tục.
Nitơ hóa lỏng (quá trình làm mát sâu)
Làm mát nén: Nitơ sau khi tách được nén và làm mát thêm bằng máy nén chu trình không dầu làm mát bằng không khí.
Làm lạnh sâu: Nitơ đi vào máy làm lạnh tiết lưu hỗn hợp làm mát sâu, thu được nhiệt độ thấp bằng cách mở rộng nén heli, làm mát nitơ đến -196 ℃ hóa lỏng.
Lưu trữ nitơ lỏng: Nitơ sau khi hóa lỏng được thu thập vào bể chứa Duva để giảm tổn thất bay hơi thông qua lớp cách nhiệt chân không.
Vận chuyển và kiểm soát nitơ lỏng
Vận chuyển bơm nhiệt độ thấp: Máy bơm nhiệt độ thấp kiểu pít tông vận chuyển nitơ lỏng từ bể chứa Duva đến điểm sử dụng lạnh, áp suất ổn định ở 0,7 MPa.
Giám sát thông minh: Tủ điều khiển chống cháy nổ theo dõi áp suất bể, mức chất lỏng và lưu lượng truyền trong thời gian thực, tự động điều chỉnh các thông số vận hành để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
III. Lợi thế kỹ thuật và kịch bản ứng dụng
Lợi thế kỹ thuật
Hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng: Quá trình PSA kết hợp với hóa lỏng làm mát sâu, hiệu quả sản xuất khí cao và tiêu thụ năng lượng thấp (chi phí sản xuất nitơ lỏng chỉ bằng 1/3 chi phí vận chuyển nitơ lỏng).
Ổn định và đáng tin cậy: cấu trúc tuần hoàn tháp đôi với điều khiển tự động PLC để đạt được nguồn cung cấp không khí ổn định liên tục và tỷ lệ thất bại thấp.
Thiết kế mô-đun: cấu trúc gắn trên thanh trượt thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp đặt, trang web chỉ cần đường ống, kết nối điện có thể được sử dụng.
An toàn và bảo vệ môi trường: tủ điều khiển chống cháy nổ, van an toàn và máy phân tích độ tinh khiết trực tuyến đảm bảo an toàn hoạt động và hệ thống khép kín làm giảm nguy cơ rò rỉ nitơ.
Ứng dụng thực tế
Lĩnh vực hóa chất: cung cấp nguồn lạnh cho nồi phản ứng nhiệt độ thấp, kiểm soát ổn định nhiệt độ phản ứng (chẳng hạn như -80 ℃ ± 2 ℃).
Lĩnh vực y tế: Cung cấp làm mát nitơ lỏng cho nam châm siêu dẫn của thiết bị chụp cộng hưởng từ (MRI), đảm bảo nam châm ở trạng thái siêu dẫn.
Gia công kim loại: được sử dụng để mang điều trị làm mát sâu, cải thiện độ cứng (HRC3-5 độ) và chống mài mòn.
Thí nghiệm nghiên cứu khoa học: cung cấp nitơ lỏng có độ tinh khiết cao cho các thí nghiệm vật lý và hóa học, hỗ trợ mô phỏng môi trường nhiệt độ thấp.