制氧機(jī)psa二氧化碳自診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其與制氧機(jī)PSA系統(tǒng)連接，其包括：一采樣單元，其對(duì)制氧機(jī)PSA系統(tǒng)的各路氣體進(jìn)行采樣；一采樣控制單元，其與采樣單元連接，控制采樣單元的投入和關(guān)斷；一分析儀，其對(duì)采樣單元采集到的氣體進(jìn)行分析；一DCS系統(tǒng)，其與所述分析儀連接，分析儀將分析結(jié)果傳輸至DCS系統(tǒng)；一診斷單元，其與所述DCS系統(tǒng)和采樣控制單元分別電連接，根據(jù)DCS系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)做出診斷，并通過采樣控制單元控制采樣單元的投入和關(guān)斷。
【專利說明】制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體自診斷系統(tǒng)，尤其涉及一種制氧設(shè)備的氣體自診斷系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]PSA (Pressure Swing Adsorpt1n,變壓吸附)是大型低溫精懼制氧機(jī)的一種空分前端裝置，它是對(duì)原料空氣進(jìn)行純化預(yù)處理的系統(tǒng)。PSA系統(tǒng)的主要作用就是除去原料空氣中的二氧化碳、水分、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì) ，避免雜質(zhì)進(jìn)入空分系統(tǒng)后引發(fā)運(yùn)行問題而造成安全隱患。在這些雜質(zhì)中，二氧化碳是重點(diǎn)去除的對(duì)象。
[0003]例如對(duì)設(shè)有6個(gè)吸附器(以下簡稱為“床”)的PSA系統(tǒng)來說，其工作過程為:從空壓機(jī)后冷卻器出來的原料空氣進(jìn)入PSA系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)有6個(gè)床，其中裝有適量的吸附劑以除去空氣中的二氧化碳、水分和大部分碳?xì)浠衔铮?個(gè)床分別從A~F順序進(jìn)行編號(hào)，6個(gè)床交叉循環(huán)運(yùn)行，在任何時(shí)間都有2~3個(gè)床進(jìn)行吸附，2~3個(gè)床進(jìn)行再生，I個(gè)床進(jìn)行再生或吸附前的準(zhǔn)備；吸附階段時(shí)間為9~14分鐘，再生階段時(shí)間為13分鐘，均壓、減壓時(shí)間為30~60秒，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，一個(gè)工藝循環(huán)周期通常為28分鐘。整個(gè)工藝過程中通過各閥門開、關(guān)狀態(tài)切換來實(shí)現(xiàn)時(shí)間、壓力等工藝參數(shù)的控制。其中，吸附階段為:高壓正流空氣通過床，在此階段，水分、二氧化碳和大部分碳?xì)浠衔锉晃絼┪?；再生階段為:低壓反流污氮通過床時(shí)，安裝在床內(nèi)吸附劑中的水分、二氧化碳和碳?xì)浠衔锉坏蛪何鄣獛ё?，從而使得吸附劑重獲吸附能力。
[0004]但是由于設(shè)備故障、吸附劑再生不徹底或吸附劑失效等綜合原因，可能造成PSA系統(tǒng)內(nèi)二氧化碳含量過高，給空分系統(tǒng)的運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此，在工藝過程中需要對(duì)PSA系統(tǒng)內(nèi)的二氧化碳含量實(shí)行在線檢測(cè)分析。
[0005]目前，采用的現(xiàn)有二氧化碳?xì)怏w采樣分析技術(shù)如圖1所示，PSA出口總管的采樣氣I’，通過一根采樣管接入分析儀2’，進(jìn)行連續(xù)式分析；分析儀安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的分析室內(nèi)；分析儀將分析結(jié)果轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸至DCS系統(tǒng)(Distributed ControlSystem，集散控制系統(tǒng))3’，將分析結(jié)果顯示并報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警以警示二氧化碳含量較高，為了避免引起空分系統(tǒng)運(yùn)行的安全隱患，工作人員需要及時(shí)地確認(rèn)故障點(diǎn)及故障原因，即何種原因造成了哪一床或哪幾床的二氧化碳吸附能力下降從而引起出口總管的二氧化碳含量增高。
[0006]對(duì)于PSA系統(tǒng)的二氧化碳分析技術(shù)采用的是單點(diǎn)連續(xù)式檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)位于PSA系統(tǒng)的出口總管處，但是PSA系統(tǒng)共有6個(gè)床，在任一時(shí)間都有2或3個(gè)床進(jìn)行吸附工作，6個(gè)床的工作狀態(tài)彼此循環(huán)、工作時(shí)間彼此交叉；當(dāng)出現(xiàn)二氧化碳含量高的故障時(shí)，僅能說明6床中的其中一床或其中多床吸附效果差，卻無法通過現(xiàn)有分析技術(shù)快速直觀地獲知故障床位，通常只能結(jié)合運(yùn)行工藝和排除法來人工判斷故障床位。以下通過具體實(shí)例予以說明:
[0007]I)當(dāng)A、B 二床工作時(shí)，出現(xiàn)出口總管二氧化碳含量高時(shí)，則說明A、B床中至少有一床含量高，即故障床位有3種可能:A、B或AB，無法直接判斷。
[0008]2)當(dāng)C床加入吸附時(shí)，A、B、C三床同時(shí)工作，此時(shí)，二氧化碳繼續(xù)保持高含量，則故障床位存在著7種可能:A、B、C、AB、AC、BC或ABC，無法直接判斷。
[0009]3)當(dāng)A床結(jié)束吸附，B、C 二床同時(shí)工作，若此時(shí)的二氧化碳含量不高，則可確認(rèn)僅A床為故障床位，而B、C床均不是故障床位。若二氧化碳繼續(xù)保持高含量，則與上述第2)種情況相同，仍然存在著7種可能:A、B、C、AB、AC、BC或ABC，無法直接判斷。
[0010]4)當(dāng)D床加入吸附時(shí)，B、C、D三床同時(shí)工作，若此時(shí)的二氧化碳含量不高，則可判斷僅A床為故障床位，而B、C、D床均不是故障床位。若二氧化碳繼續(xù)保持高含量，則需結(jié)合上述第3)種情況來分析；若B、C 二床同時(shí)工作時(shí)二氧化碳含量不高，則可判斷僅A床為故障床位而B、C床均不是故障床位；若B、C 二床同時(shí)工作時(shí)二氧化碳含量高，則就有14種可能:A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD、ABC、ABD, BCD 或 ABCD，無法直接判斷。
[0011]在PSA系統(tǒng)中設(shè)有6個(gè)床，按照上述判斷方法以此類推，可以發(fā)現(xiàn)幾乎不存在能夠直接、快速判斷故障床位的情況，即便能夠確認(rèn)，也需要經(jīng)歷多床切換甚至多個(gè)循環(huán)周期后的綜合分析判斷，花費(fèi)時(shí)間長，工作效率差，準(zhǔn)確性低。
[0012]此外，PSA系統(tǒng)的二氧化碳采樣點(diǎn)在現(xiàn)場，而分析儀卻安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室內(nèi)，由于連接二者的采樣管較長，所以采樣氣從現(xiàn)場采集后至分析儀所需時(shí)間較長，導(dǎo)致更新速度緩慢，分析響應(yīng)滯后?，F(xiàn)有技術(shù)中二氧化碳的分析響應(yīng)時(shí)間接近于4分鐘，即從現(xiàn)場采樣到DCS系統(tǒng)顯示出二氧化碳含量實(shí)際值所需時(shí)間約為4分鐘，但是PSA系統(tǒng)中各床的吸附時(shí)間也僅有短短的9~14分鐘，因此，當(dāng)出現(xiàn)出口總管二氧化碳高的現(xiàn)象，用前述的人工方法判斷故障床位時(shí)，提供給工作人員的反應(yīng)時(shí)間十分有限，進(jìn)一步加大了故障床位判斷的難度。
[0013]在現(xiàn)有的二氧化碳分析技術(shù)中，判斷故障原因相對(duì)來說較為簡單，這可以通過DCS系統(tǒng)的報(bào)警信息或通過工作人員的點(diǎn)檢直觀判斷；例如為某一床某一輪次的再生不徹底，則在沒有人工干預(yù)的情況下，會(huì)在后續(xù)周期中自動(dòng)恢復(fù)；又例如為某一床的吸附劑老化或失效，則表現(xiàn)為吸附能力始終較差，每次工作都會(huì)報(bào)警以提醒二氧化碳含量較高，根據(jù)不同的故障原因有的放矢地采取合理的后續(xù)處理措施以恢復(fù)PSA系統(tǒng)的吸附能力。然而，判斷故障點(diǎn)相對(duì)來說較為重要，也較為復(fù)雜，在上述過程中采用現(xiàn)有技術(shù)手段所面臨的問題是:
[0014](I)無法準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷導(dǎo)致二氧化碳含量升高的故障點(diǎn)；
[0015](2)采樣氣從現(xiàn)場采集到分析儀所需時(shí)間長，更新速度慢，分析結(jié)果滯后。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于提供一種制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地判斷在制氧機(jī)PSA系統(tǒng)中的故障點(diǎn)，以快速有效地結(jié)合故障原因消除故障源從而控制PSA系統(tǒng)中的二氧化碳含量在正常的范圍內(nèi)。
[0017]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其與制氧機(jī)PSA系統(tǒng)連接，其包括:
[0018]一采樣單元，其對(duì)制氧機(jī)PSA系統(tǒng)的各路氣體進(jìn)行采樣；
[0019]一采樣控制單元，其與采樣單元連接，控制采樣單元的投入和關(guān)斷；
[0020]一分析儀，其對(duì)采樣單元采集到的氣體進(jìn)行分析；
[0021]一 DCS系統(tǒng)，其與所述分析儀連接，分析儀將分析結(jié)果傳輸至DCS系統(tǒng)；
[0022]一診斷單元，其與所述DCS系統(tǒng)和采樣控制單元分別電連接，根據(jù)DCS系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)做出診斷，并通過采樣控制單元控制采樣單元的投入和關(guān)斷。
[0023]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，采樣單元對(duì)各路氣體采樣并經(jīng)由分析儀對(duì)于采集氣樣進(jìn)行分析，通過診斷單元對(duì)經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后的分析信號(hào)作出診斷處理，并將向采樣控制單元根據(jù)診斷結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)處于吸附階段的吸附器的逐一切換、準(zhǔn)確診斷，最終判斷制氧機(jī)PSA系統(tǒng)中導(dǎo)致二氧化碳含量高的故障吸附器，便于工作人員結(jié)合故障原因針對(duì)性地采取合理措施來降低二氧化碳的含量。
[0024]進(jìn)一步地，在上述的二氧化碳自診斷系統(tǒng)中還包括:一報(bào)警單元，其與所述診斷單元電連接，接收診斷單元根據(jù)診斷結(jié)果發(fā)送的報(bào)警信號(hào)。
[0025]進(jìn)一步地，在上述制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)中還包括:一顯示單元，其與所述診斷單元電連接，以顯示診斷單元發(fā)送的診斷結(jié)果。顯示單元可以將采集氣樣的診斷結(jié)果告知工作人員以便對(duì)于故障吸附器采取正確迅速的處理措施。
[0026]進(jìn)一步地，在上述采樣單元包括:一 PSA系統(tǒng)的總采樣管，以及分別對(duì)應(yīng)PSA系統(tǒng)的各吸附器的若干根子采樣管；
[0027]上述采樣控制單元包括:一與總采樣管連接的總管三通電磁閥；分別對(duì)應(yīng)與各子采樣管連接的子管三通電磁閥；一第一直通電磁閥，所述連接有總管三通電磁閥的總采樣管與各連接有子管三通電磁閥的子采樣管并聯(lián)后與第一直通電磁閥的輸入端連接，所述第一直通電磁閥的輸出端與分析儀連接，所述總管三通電磁閥和各子管三通電磁閥還分別與一排放管連接；所述總管三通電磁閥、各子管三通電磁閥和第一直通電磁閥均與診斷單元電連接。
[0028]在PSA系統(tǒng)中的任一時(shí)間都有2或3個(gè)吸附器進(jìn)行著吸附作業(yè)，它們的吸附時(shí)間彼此交叉，工作狀態(tài)彼此循環(huán)，診斷單元根據(jù)診斷結(jié)果控制總管三通電磁閥、各子管三通電磁閥和第一直通電磁閥的開閉以實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附器的逐一診斷。當(dāng)制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)對(duì)一路采樣管中的采集氣樣進(jìn)行分析診斷時(shí)，其余采集氣樣則可以通過對(duì)應(yīng)連接于三通電磁閥上的排放管與大氣環(huán)境流通，從而始終保持采集氣樣新鮮而沒有死氣，進(jìn)而保證了自診斷系統(tǒng)可隨時(shí)切換分析，進(jìn)行快速分析響應(yīng)。
[0029]更進(jìn)一步地，上述采樣單元還包括:一零點(diǎn)氣采樣管和一量程氣采樣管；上述采樣控制單元還包括:兩個(gè)第二直通電磁閥，其輸入端分別與零點(diǎn)氣采樣管和量程氣采樣管對(duì)應(yīng)連接，其輸出端均與所述分析儀連接。在制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)中設(shè)有零點(diǎn)氣采樣管和量程氣采樣管，兩者分別連接有一第二直通電磁閥，零點(diǎn)氣采樣管和量程氣采樣管均采集標(biāo)氣瓶中的標(biāo)準(zhǔn)氣體，其中，零點(diǎn)氣采樣管用于分析儀的零點(diǎn)校驗(yàn)，而量程氣采樣管則用于分析儀的量程校驗(yàn)。
[0030]更進(jìn)一步地，上述的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)還包括一第一手動(dòng)換向閥和一第二手動(dòng)換向閥，所述第一手動(dòng)換向閥和第二手動(dòng)換向閥均具有多個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，其中，各子采樣管均通過一支管與第一手動(dòng)換向閥的其中一個(gè)輸入端口分別對(duì)應(yīng)連接，第一手動(dòng)換向閥的輸出端口與第二手動(dòng)換向閥輸入端口的其中之一連接，總采樣管、零點(diǎn)氣采樣管和量程氣采樣管分別與第二手動(dòng)換向閥輸入端口的其中三個(gè)對(duì)應(yīng)連接，第一直通電磁閥和兩個(gè)第二直通電磁閥的輸出端均與第二手動(dòng)換向閥輸入端口的其中之一連接，第二手動(dòng)換向閥的輸出端口與分析儀連接。在本發(fā)明的技術(shù)方案中由于各子采樣管所采集到的氣樣通過支管與第一手動(dòng)換向閥導(dǎo)通連接，因此，在所有直通或三通電磁閥出現(xiàn)故障時(shí)，將第一手動(dòng)換向閥與第二手動(dòng)換向閥導(dǎo)通連接也可以完成各個(gè)吸附器的切換診斷，與自動(dòng)診斷不同之處在于，這時(shí)需要工作人員手動(dòng)操作將第一手動(dòng)換向閥置于對(duì)應(yīng)連接不同支管的入口端處以實(shí)現(xiàn)各吸附器之間的逐一切換。
[0031]有利地，上述總采樣管和子采樣管上均分別設(shè)有減壓閥、壓力表、切斷閥和過濾器。
[0032]有利地，上述子采樣管設(shè)有6根，分別對(duì)應(yīng)PSA系統(tǒng)的6個(gè)吸附器。設(shè)置6根子采樣管一一對(duì)應(yīng)PSA系統(tǒng)中的6個(gè)吸附器。
[0033]可選地，上述分析儀與第二手動(dòng)換向閥之間的管路上連接有一旁路支管，該旁路支管上設(shè)有流量計(jì)，以控制旁路流量。
[0034]可選地，上述分析儀的出口端連接有一出口管，在該出口管上設(shè)有流量計(jì)，用來控制進(jìn)表流量。
[0035]本發(fā)明的技術(shù)方案中設(shè)置的二氧化碳自診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、斷續(xù)式檢測(cè)，與現(xiàn)有技術(shù)中單點(diǎn)、連續(xù)式的檢測(cè)方式相比較，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0036](I)現(xiàn)場采集到分析儀所需時(shí)間短，采集氣樣更新及時(shí)，分析響應(yīng)迅速；
[0037](2)快速、方便、準(zhǔn)確地判斷引起二氧化碳含量升高的故障吸附器，以便于與故障原因相結(jié)合制定針對(duì)性的處理措施；
[0038](3)保證生產(chǎn)過程安全、穩(wěn)定、順利地進(jìn)行；
[0039](4)降低檢修費(fèi)用和檢修時(shí)間，提高工作效率。
[0040](5)無需增加分析儀即實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)檢測(cè)，降低大額物料投入費(fèi)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的用于檢測(cè)制氧機(jī)PSA 二氧化碳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0042]圖2為本發(fā)明所述的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的結(jié)構(gòu)框圖。
[0043]圖3為圖2所示的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)中的A部分在一種實(shí)施方式下的連接結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]下面將根據(jù)具體實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明所述的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)做出進(jìn)一步說明，但是具體實(shí)施例、附圖以及相關(guān)說明并不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明的技術(shù)方案的不當(dāng)限定。
[0045]如圖2所示，本發(fā)明的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)與制氧機(jī)PSA系統(tǒng)連接，其包括有:采樣單元I，其對(duì)制氧機(jī)PSA系統(tǒng)的各路氣體進(jìn)行采樣；采樣控制單元2，其與采樣單元I連接，并控制采樣單元I的投入和關(guān)斷；分析儀3，其對(duì)采樣單元I所采集到的氣體進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果傳輸至與之連接的DCS系統(tǒng)4 ;診斷單元5分別與DCS系統(tǒng)4和采樣控制單元2實(shí)現(xiàn)電連接，它可以根據(jù)DCS系統(tǒng)4傳輸?shù)男盘?hào)做出診斷，并且可以通過采樣控制單元2來控制采樣單元I的投入和關(guān)斷；報(bào)警單元6與診斷單元5電連接，其接收診斷單元5根據(jù)診斷結(jié)果發(fā)送的報(bào)警信號(hào)；顯示單元7也與診斷單元5電連接，其顯示診斷單元發(fā)送的診斷結(jié)果。
[0046]如圖3所示，圖3示出了采樣單元1、采樣控制單元2和分析儀3的連接結(jié)構(gòu)，采樣單元1、采樣控制單元2和分析儀3均安裝在PSA系統(tǒng)的現(xiàn)場，而DCS系統(tǒng)4，診斷單元5，報(bào)警單元6和顯示單元7均安裝在控制室內(nèi)。其中，采樣單元I包括有:總采樣管10，分別對(duì)應(yīng)PSA系統(tǒng)的6個(gè)吸附器的6根子采樣管11，12，13，14，15，16，零點(diǎn)氣采樣管17和量程氣采樣管18 ;在總采樣管10和6根子采樣管11，12，13，14，15，16上均分別設(shè)有減壓閥101，111，121，131，141，151，161、壓力表 102，112，122，132，142，152，162、切斷閥 103，113，123，133，143，153，163和過濾器104，114，124，134，144，154，164，而在零點(diǎn)氣采樣管17和量程氣采樣管18上則分別設(shè)有減壓閥171，181和過濾器174，184。
[0047]參閱圖3，采樣控制單元2包括有:與總采樣管10連接的總管三通電磁閥210 ;分別與6根子采樣管11，12，13，14，15，16對(duì)應(yīng)連接的6個(gè)子管三通電磁閥211，212，213，214，215,216 ;分別與零點(diǎn)氣采樣管17和量程氣采樣管18連接的兩個(gè)第二直通電磁閥227，228 ;與各三通電磁閥的排放端分別連接的排放管200，201，202，203，204，205，206 ;第一手動(dòng)換向閥23和第二手動(dòng)換向閥24,第一手動(dòng)換向閥23和第二手動(dòng)換向閥24均具有6個(gè)輸入端口和I個(gè)輸出端口。各子采樣管11，12，13，14，15，16均通過支管115，125，135，145，155，165與第一手動(dòng)換向閥2 3的輸入端口 231~236依次對(duì)應(yīng)連接，第一手動(dòng)換向閥23的輸出端口 230與第二手動(dòng)換向閥24的輸入端口 243連接，總采樣管10通過第一直通電磁閥220與第二手動(dòng)換向閥24的輸入端口 241連接，零點(diǎn)氣采樣管17和量程氣采樣管18通過支管175，185分別與第二手動(dòng)換向閥24的輸入端口 244，245對(duì)應(yīng)連接，總采樣管的支管105與第二手動(dòng)換向閥24的輸入端口 242連接，第二手動(dòng)換向閥24的輸出端口 240與分析儀3連接。總米樣管10與子米樣管11,12,13,14,15,16并聯(lián)后與第一直通電磁閥220的輸入端連接，零點(diǎn)氣采樣管17和量程氣采樣管18并聯(lián)后與第一直通電磁閥220的輸出端連接，排放管200，201，202，203，204，205，206分別與總管三通電磁閥210和各子管三通電磁閥211，212，213，214，215，216的排放端連接，同時(shí)，總管三通電磁閥210、6個(gè)子管三通電磁閥211，212，213，214，215，216、第一直通電磁閥220和第二直通電磁閥227，228均與診斷單元電連接。得電時(shí)，總管三通電磁閥210和6個(gè)子管三通電磁閥211，212，213，214，215，216的入口端和出口端導(dǎo)通，入口端與排放端斷開，失電時(shí)，總管三通電磁閥210和6個(gè)子管三通電磁閥211，212，213，214，215，216的入口端和排放端導(dǎo)通，入口端與出口端斷開?’第一直通電磁閥220以及第二直通電磁閥227，228則在得電時(shí)導(dǎo)通，失電時(shí)斷開，以上所有電磁閥的得失電均通過診斷單元根據(jù)DCS系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)做出診斷后進(jìn)行斷電或通電。
[0048]繼續(xù)參閱圖3，分析儀3與第二手動(dòng)換向閥24之間的管路30上連接有旁路支管31，旁路支管31上設(shè)置有流量計(jì)32，同時(shí)，在分析儀3的出口端上連接有出口管33，在出口管33上同樣地也設(shè)置有流量計(jì)34。
[0049]另外，第二手動(dòng)換向閥24的輸入端口246為備用入口端口。所有采樣管均采用外徑6mm，壁厚Imm的不銹鋼管或銅管。
[0050]本實(shí)施例的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中可以進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)兩種不同的診斷模式，以下對(duì)處于不同模式下的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行相應(yīng)的解釋和說明。
[0051]將分析儀及其周邊附件都安裝在PSA系統(tǒng)現(xiàn)場的中心位置，這樣分析儀距離總采樣管和各個(gè)米樣管的長度相對(duì)最短。由于PSA系統(tǒng)中各米樣點(diǎn)相互之間的最大距離小于50米，故設(shè)置在中心位置的分析儀與各采樣管之間的距離最長不超過25米，因此采樣管的長度最長不超過25米。取最長距離25米來計(jì)算最長的分析響應(yīng)時(shí)間。
[0052]分析響應(yīng)時(shí)間Ttl =采集氣樣到達(dá)分析儀時(shí)間T1 +分析儀內(nèi)部吹掃時(shí)間T2 +分析儀信號(hào)處理時(shí)間T3 +信號(hào)遠(yuǎn)傳時(shí)間T4 + DCS系統(tǒng)信號(hào)處理時(shí)間T5
[0053]采集氣樣到達(dá)分析儀時(shí)間T1=采樣管總?cè)莘eV/采樣氣流量Q=(采樣管內(nèi)部截面積X采樣管長度)/采樣氣流量Q
[0054]已知:采樣管長度為25m,外徑為6mm,壁厚為1mm,分析儀采集氣流量要求在
0.3~1.51/min之間，一般取實(shí)際值1.01/min，在1.01/min流量時(shí)，分析儀內(nèi)部氣路吹掃時(shí)間T2約0.5~5秒，取經(jīng)驗(yàn)值5秒；分析儀信號(hào)處理時(shí)間T3〈l秒，可以忽略不計(jì)；將分析結(jié)果以4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng)時(shí)間T4可忽略不計(jì)；DCS系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)處理時(shí)間〈I秒，也可忽略不計(jì)。
[0055]故T1= (22 Ji X 25X 13)/[1.0X (106/60) ] =18.84 (S)
[0056]T=T1+T2+T3 + T4 + T5=18.84+5=23.84 (S) ^ 0.4 (min) ^ 24s
[0057]現(xiàn)有技術(shù)中接近于4分鐘的分析響應(yīng)時(shí)間，本發(fā)明所述的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)中的分析響應(yīng)時(shí)間僅為其1/10，相較于現(xiàn)有技術(shù)的分析響應(yīng)時(shí)間，本發(fā)明的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)的分析響應(yīng)時(shí)間大大縮短，為快速切換，逐一診斷提供了有力的保障。
[0058]由于本實(shí)施例中的PSA系統(tǒng)具有6個(gè)吸附器，在任一時(shí)間都有2或3個(gè)吸附器在進(jìn)行吸附工作，它們的吸附時(shí)間彼此交叉，工作狀態(tài)彼此循環(huán)，因此在通過診斷單元進(jìn)行逐一診斷，自動(dòng)切換前必須確定正在工作的吸附器以及各吸附器之間的切換順序。吸附器處于吸附階段時(shí)，高壓正流空氣通過吸附器，這是吸附階段區(qū)別于再生，勻壓或減壓階段的特點(diǎn)，此時(shí)的入口閥和出口閥均為打開狀態(tài)且均具有狀態(tài)反饋信號(hào)，將入口閥或出口閥的“開狀態(tài)”反饋信號(hào)傳輸給診斷單元作為判斷該吸附器處于吸附階段的依據(jù)。2或3個(gè)吸附器進(jìn)入吸附階段的時(shí)間存在著先后順序，每個(gè)吸附器的吸附時(shí)間為9-14分鐘，即第二吸附器投入工作時(shí)，第一吸附器已工作了數(shù)分鐘，第三吸附器投入工作時(shí)，第二吸附器已工作了數(shù)分鐘，而第一吸附器已經(jīng)臨近結(jié)束，同時(shí)，二氧化碳自診斷系統(tǒng)的分析響應(yīng)時(shí)間約為24s，結(jié)合分析儀的讀數(shù)穩(wěn)定性，將每次分析時(shí)間設(shè)定為60s，因此，在設(shè)定的分析時(shí)間內(nèi)就能夠完成對(duì)單個(gè)處于吸附階段的吸附器進(jìn)行采集分析，不會(huì)由于分析響應(yīng)時(shí)間過長而使得其中某一吸附器已結(jié)束吸附時(shí)還未完成分析響應(yīng)而導(dǎo)致二氧化碳含量的診斷準(zhǔn)確性降低。
[0059]在本實(shí)施例中，6個(gè)吸附器順次投入工作，即6個(gè)吸附器的投入吸附工作的順序?yàn)?#吸附器-2#吸附器-3#吸附器-4#吸附器-5#吸附器-6#吸附器,在任何一時(shí)間段內(nèi)只有2至3吸附器同時(shí)進(jìn)行吸附。
[0060]自動(dòng)診斷模式:
[0061]如圖2和圖3所示，在自動(dòng)工作模式下，直通電磁閥220始終得電，第二手動(dòng)換向閥24始終置于入口端241，其與第一直通電磁閥220出口端形成氣導(dǎo)通，總管三通電磁閥210得電，子管三通電磁閥均失電，這時(shí)總采樣管10的采集氣樣通過第一直通電磁閥220和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3中，分析儀3對(duì)總采樣管10中的采集氣樣進(jìn)行分析，分析時(shí)間為60s，并將分析結(jié)果以4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng)4，DCS系統(tǒng)4將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后傳輸給診斷單元5。
[0062]A)當(dāng)診斷單元5診斷來自于總采樣管10的采集氣樣中的二氧化碳含量正常時(shí):
[0063]1A)根據(jù)診斷單元5的診斷結(jié)果僅控制總管三通電磁閥210和第一直通電磁閥220得電，并控制其他第二直通電磁閥227，228和子管三通電磁閥均處于失電狀態(tài)。
[0064]此時(shí)的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)始終檢測(cè)總采樣管10 ;采集氣樣進(jìn)入分析儀3后可以通過設(shè)置在旁路支管31上的流量計(jì)32來控制旁通流量，還可以通過設(shè)置在出口管33上的流量計(jì)34來控制進(jìn)表流量。
[0065]B)當(dāng)診斷單元5診斷來自于總采樣管10的采集氣樣中的二氧化碳含量異常時(shí):
[0066]1B)診斷單元5 “開狀態(tài)”反饋信號(hào)控制連接于子采樣管11上的子管三通電磁閥211得電，總采樣管10上的總?cè)姶砰y210失電，采集氣樣通過子管三通電磁閥211和第一直通電磁閥220，經(jīng)由第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3，經(jīng)過60s分析響應(yīng)時(shí)間后分析儀3將分析結(jié)果以4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng)4，DCS系統(tǒng)4則將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后傳輸給診斷單元5，若診斷單元診斷結(jié)果為1#吸附器采集氣樣的二氧化碳含量過高，報(bào)警單元報(bào)警提示且計(jì)數(shù)為1，并持續(xù)檢測(cè)至1#吸附器吸附結(jié)束，同時(shí)在顯示單元7上顯示1#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值；若否，則直接在顯示單元7上顯示1#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值，結(jié)束1#吸附器的檢測(cè)診斷；
[0067]2B)診斷單元5再“開狀態(tài)”反饋信號(hào)控制連接于子采樣管12上的子管三通電磁閥212得電，令子管三通電磁閥211失電，采集氣樣通過子管三通電磁閥212和第一直通電磁閥220，其余診斷過程與1B)相同，若診斷單元診斷結(jié)果為2#吸附器采集氣樣的二氧化碳含量過高，報(bào)警單元報(bào)警提示且計(jì)數(shù)為2，并持續(xù)檢測(cè)至2#吸附器吸附結(jié)束，同時(shí)在顯示單元7上顯示2#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值；若否，則直接在顯示單元7上顯示2#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值，結(jié)束2#吸附器的檢測(cè)診斷；
[0068]3B)當(dāng)結(jié)束2#吸附器的診斷后，先判斷3#吸附器是否處于吸附階段，即確定當(dāng)前投入吸附階段的是2個(gè)吸附器還是3個(gè)吸附器，若3#吸附器的反饋信號(hào)為“閉狀態(tài)”，則僅有2個(gè)吸附器同時(shí)進(jìn)行吸附，則完成這一輪的二氧化碳診斷，診斷單元5控制總管三通電磁閥210得電，切換至檢測(cè)總采樣管10，即返回A)步驟，若3#吸附器的反饋信號(hào)為“開狀態(tài)”，則有3個(gè)吸附器同時(shí)進(jìn)行吸附，控制連接于子采樣管13上的子管三通電磁閥213得電，令子管三通電磁閥212失電，采集氣樣通過子管三通電磁閥213和第一直通電磁閥220，經(jīng)由第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3，其余診斷過程與1B)和2B)相同，若診斷單元診斷結(jié)果為3#吸附器采集氣樣的二氧化碳含量過高，報(bào)警單元報(bào)警提示且計(jì)數(shù)為3，并持續(xù)檢測(cè)至3#吸附器吸附結(jié)束，同時(shí)在顯示單元7上顯示3#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值；若否，則直接在顯示單元7上顯示3#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值，結(jié)束3#吸附器的檢測(cè)診斷；
[0069]4B) 一輪二氧化碳診斷結(jié)束，統(tǒng)計(jì)故障吸附器的數(shù)量并確定具體的故障吸附器。
[0070]循環(huán)步驟1A)至步驟4B)直至完成1#吸附器至6#吸附器的逐一檢測(cè)診斷。
[0071]手動(dòng)診斷模式:
[0072]如圖2和圖3所示，在手動(dòng)工作模式下，所有三通電磁閥和直通電磁閥都發(fā)生故障時(shí)，先將第二手動(dòng)換向閥24置于入口端242處，這時(shí)總采樣管10的采集氣樣經(jīng)由支管105和第二手動(dòng)換向閥24通過進(jìn)入分析儀3中，分析儀3對(duì)總采樣管10中的采集氣樣進(jìn)行分析，分析時(shí)間為60s，并將分析結(jié)果以4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng)4，DCS系統(tǒng)4將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后傳輸給診斷單元5。
[0073]C)當(dāng)診斷單元5診斷來自于總采樣管10的采集氣樣中的二氧化碳含量正常時(shí)，保持第二手動(dòng)換向閥24置于入口端242處。
[0074]此時(shí)的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)始終檢測(cè)總采樣管10。
[0075]D)當(dāng)診斷單元5診斷來自于總采樣管10的采集氣樣中的二氧化碳含量異常時(shí):
[0076]1D)將第二手動(dòng)換向閥24置于入口端243處；
[0077]2D)將第一手動(dòng)換向閥23置于入口端231處，來自于1#吸附器的采集氣樣經(jīng)由支管115通過第一手動(dòng)換向閥23和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3,經(jīng)過60s分析響應(yīng)時(shí)間后分析儀3將分析結(jié)果以4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng)4，DCS系統(tǒng)4則將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后傳輸給診斷單元5，若診斷單元診斷結(jié)果為1#吸附器采集氣樣的二氧化碳含量過高，報(bào)警單元報(bào)警提示且計(jì)數(shù)為1，并持續(xù)檢測(cè)至1#吸附器吸附結(jié)束，同時(shí)在顯示單元7上顯示1#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值；若否，則直接在顯示單元7上顯示1#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值，結(jié)束1#吸附器的檢測(cè)診斷；
[0078]3D)將第一手動(dòng)換向閥23置于入口端232處，來自于2#吸附器的采集氣樣經(jīng)由支管125通過第一手動(dòng)換向閥23和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3，其余診斷過程與2D)相同，若診斷單元診斷結(jié)果為2#吸附器采集氣樣的二氧化碳含量過高，報(bào)警單元報(bào)警提示并計(jì)數(shù)為2，并持續(xù)檢測(cè)至2#吸附器吸附結(jié)束，同時(shí)在顯示單元7上顯示2#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值；若否，則直接在顯示單元7上顯示2#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值，結(jié)束2#吸附器的檢測(cè)診斷；
[0079]4D)當(dāng)結(jié)束2#吸附器的診斷后，先判斷3#吸附器是否處于吸附階段，即確定當(dāng)前投入吸附階段的是2個(gè)吸附器還是3個(gè)吸附器，若3#吸附器沒有投入工作狀態(tài)，則僅有2個(gè)吸附器同時(shí)進(jìn)行吸附，則完成這一輪的二氧化碳診斷，將第二手動(dòng)換向閥24置于入口端242處，切換至檢測(cè)總采樣管10，即返回C)步驟；若3#吸附器已投入工作狀態(tài)，則有3個(gè)吸附器同時(shí)進(jìn)行吸附，將第一手動(dòng)換向閥23至于入口端233處，來自于3#吸附器的采集氣樣經(jīng)由支管135通過第一手動(dòng)換向閥23和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3，其余診斷過程與2D)和3D)相同，若診斷單元診斷結(jié)果為3#吸附器采集氣樣的二氧化碳含量過高，報(bào)警單元報(bào)警提示且計(jì)數(shù)為3，并持續(xù)檢測(cè)至3#吸附器吸附結(jié)束，同時(shí)在顯示單元7上顯示3#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值；若否，則直接在顯示單元7上顯示3#吸附器的二氧化碳含量數(shù)值，結(jié)束3#吸附器的檢測(cè)診斷；
[0080]5D) 一輪二氧化碳診斷結(jié)束，統(tǒng)計(jì)故障吸附器的數(shù)量并確定具體的故障吸附器。
[0081]循環(huán)步驟C)至步驟5D)直至完成1#吸附器至6#吸附器的逐一檢測(cè)。
[0082]此外，當(dāng)分析儀3需要進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn)時(shí)，令第二直通電磁閥227得電，第一直通電磁閥220失電，標(biāo)準(zhǔn)氣樣通過第二直通電磁閥227和第二換向閥24進(jìn)入分析儀3，而當(dāng)分析儀3需要進(jìn)行量程校驗(yàn)時(shí)，令第二直通電磁閥228得電，第一直通電磁閥220失電，標(biāo)準(zhǔn)氣樣通過第二直通電磁閥228和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3。同樣地，當(dāng)所有直通電磁閥和三通電磁閥發(fā)生故障時(shí)也可以采用手動(dòng)方式對(duì)分析儀進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)分析儀3需要進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn)時(shí)，將第二手動(dòng)換向閥24置于入口端244，標(biāo)準(zhǔn)氣樣通過支路175和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3，當(dāng)分析儀3需要進(jìn)行量程校驗(yàn)時(shí)，將第二手動(dòng)換向閥24置于入口端245，標(biāo)準(zhǔn)氣樣通過支路185和第二手動(dòng)換向閥24進(jìn)入分析儀3。
[0083]需要說明的是，每次檢測(cè)診斷或校驗(yàn)時(shí)，有且僅有一路采集氣樣或標(biāo)準(zhǔn)氣樣能進(jìn)入分析儀。
[0084]當(dāng)PSA系統(tǒng)出現(xiàn)二氧化碳含量異常時(shí)，本發(fā)明所述的制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)能自動(dòng)、及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷出故障點(diǎn)位置，便于工作人員結(jié)合故障原因針對(duì)性地采取合理、有效的處理措施，例如，停機(jī)補(bǔ)充吸附劑或維修系統(tǒng)故障，從而確保生產(chǎn)穩(wěn)定順行，降低檢修和物料費(fèi)用。
[0085]本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化或變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制氧機(jī)PSA 二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其與制氧機(jī)PSA系統(tǒng)連接，其包括: 一采樣單元，其對(duì)制氧機(jī)PSA系統(tǒng)的各路氣體進(jìn)行采樣； 一采樣控制單元，其與采樣單元連接，控制采樣單元的投入和關(guān)斷； 一分析儀，其對(duì)采樣單元采集到的氣體進(jìn)行分析； 一 DCS系統(tǒng)，其與所述分析儀連接，分析儀將分析結(jié)果傳輸至DCS系統(tǒng)； 一診斷單元，其與所述DCS系統(tǒng)和采樣控制單元分別電連接，根據(jù)DCS系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)做出診斷，并通過采樣控制單元控制采樣單元的投入和關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，還包括:一報(bào)警單元，其與所述診斷單元電連接，接收診斷單元根據(jù)診斷結(jié)果發(fā)送的報(bào)警信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，還包括:一顯示單元，其與所述診斷單元電連接，以顯示診斷單元發(fā)送的診斷結(jié)果。
4.如權(quán)利要求1所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于: 所述采樣單元包括:一PSA系統(tǒng)的總采樣管，以及分別對(duì)應(yīng)PSA系統(tǒng)的各吸附器的若干根子采樣管； 所述采樣控制單元包括:一與總采樣管連接的總管三通電磁閥；分別對(duì)應(yīng)與各子采樣管連接的子管三通電磁閥；一第一直通電磁閥，所述連接有總管三通電磁閥的總采樣管與各連接有子管三通電磁閥的子采樣管并聯(lián)后與第一直通電磁閥的輸入端連接，所述第一直通電磁閥的輸出端與分析儀連接，所述總管三通電磁閥和各子管三通電磁閥還分別與一排放管連接；所述總管三通電磁閥、各子管三通電磁閥和第一直通電磁閥均與診斷單元電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于: 所述采樣單元還包括:一零點(diǎn)氣采樣管和一量程氣采樣管； 所述采樣控制單元還包括:兩個(gè)第二直通電磁閥，其輸入端分別與零點(diǎn)氣采樣管和量程氣采樣管對(duì)應(yīng)連接，其輸出端均與所述分析儀連接。
6.如權(quán)利要求5所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，還包括一第一手動(dòng)換向閥和一第二手動(dòng)換向閥，所述第一手動(dòng)換向閥和第二手動(dòng)換向閥均具有多個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，其中: 所述各子采樣管均通過一支管與第一手動(dòng)換向閥的其中一個(gè)輸入端口分別對(duì)應(yīng)連接，第一手動(dòng)換向閥的輸出端口與第二手動(dòng)換向閥輸入端口的其中之一連接，總采樣管、零點(diǎn)氣采樣管和量程氣采樣管分別與第二手動(dòng)換向閥輸入端口的其中三個(gè)對(duì)應(yīng)連接，第一直通電磁閥和兩個(gè)第二直通電磁閥的輸出端均與第二手動(dòng)換向閥輸入端口的其中之一連接，第二手動(dòng)換向閥的輸出端口與分析儀連接。
7.如權(quán)利要求4所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述總采樣管和子采樣管上均分別設(shè)有減壓閥、壓力表、切斷閥和過濾器。
8.如權(quán)利要求4所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述子采樣管設(shè)有6根，分別對(duì)應(yīng)PSA系統(tǒng)的6個(gè)吸附器。
9.如權(quán)利要求6所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述分析儀與第二手動(dòng)換向閥之間的管路上連接有一旁路支管，該旁路支管上設(shè)有流量計(jì)。
10.如權(quán)利要求1所述的制氧機(jī)PSA二氧化碳自診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述分析儀的出口端連 接有一出口管，所述出口管上設(shè)有流量計(jì)。
【文檔編號(hào)】C01B13/02GK104163400SQ201310185164
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月17日
【發(fā)明者】王綠宇, 袁育斌, 王光勤 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司