本發(fā)明屬于油田技術領域，具體涉及一種用于提高膜分離器制備高純度氮氣效率的系統(tǒng)。

背景技術：

油田在氣舉排液、輸氣管線吹掃、置換等工況作業(yè)過程中，有時對氮氣高純度有嚴格的要求。目前，油田所使用膜分離制備高純度氮氣的方法，是通過減小膜組出口氮氣排量，來提高氮氣純度。此方法制備高純度氮氣作業(yè)時，由于膜組出口氮氣排量的減小，減少了膜組進口空氣量的需求，從而使空氣壓縮機轉速降低，作業(yè)效率大大降低，造成空氣壓縮機等設備在此類作業(yè)過程中冗余量過大，作業(yè)時間長，能耗高，針對上述問題，有必要進行改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術問題：提供一種用于提高膜分離器制備高純度氮氣效率的系統(tǒng)，由控制單元根據(jù)檢測單元的檢測信息分析并計算后控制調控單元將相應量的氮氣送入空氣壓縮機內制備高純度氮氣，充分利用了設備的冗余量，提高了氮氣制備純度并保證了高的制氮總量，提高了設備的利用率，減少了制備同等氮氣總量時設備的作業(yè)時間，降低能耗，大大提高了設備的作業(yè)效率。

本發(fā)明采用的技術方案：用于提高膜分離器制備高純度氮氣效率的系統(tǒng)，具有空氣壓縮機，所述空氣壓縮機的出口設有空氣壓力計且空氣壓縮機的出氣管路上設有冷卻器和熱交換器，所述空氣壓縮機出氣管路的出氣口與膜分離器的進氣口連接，且用于檢測膜分離器內氮氣信息的檢測單元與膜分離器的出氣口連接，所述膜分離器的支路出口與空氣壓縮機的支路入口通過設有調控單元的管道連通，所述空氣壓縮機、冷卻器、熱交換器、空氣壓力計、檢測單元和調控單元均與控制單元連接，所述檢測單元將檢測信息傳遞至控制單元并由控制單元分析計算后控制調控單元將相應量的氮氣送入空氣壓縮機內制備高純度氮氣。

其中，所述控制單元包括控制器和控制面板，所述控制器與檢測單元內的氮氣密度計、氮氣流量計和氮氣壓力計連接，所述控制器與調控單元內的氮氣比例控制閥連接，所述控制器與設于膜分離器的進氣口的溫度計連接，所述控制器的第一個輸入端與控制面板的輸出端連接，所述控制器的第二個輸入端與氮氣密度計的輸出端連接，所述控制器的第三個輸入端與氮氣流量計的輸出端連接，所述控制器的第四個輸入端與氮氣壓力計的輸出端連接，所述控制器的第五個輸入端與溫度計的輸出端連接，所述控制器的第一個輸出端與控制面板的輸入端連接，所述控制器的第二個輸出端與空氣壓力計的輸入端連接，所述控制器的第三個輸出端與空氣壓縮機的輸入端連接，所述控制器的第四個輸出端與冷卻器的輸入端連接，所述控制器的第五個輸出端與熱交換器的輸入端連接，所述控制器的第六個輸出端與氮氣比例控制閥的輸入端連接，所述氮氣比例控制閥的輸出端與調控單元中氮氣調節(jié)閥的輸入端連接。

進一步地，所述檢測單元包括氮氣密度計、氮氣流量計和氮氣壓力計，所述空氣壓縮機的出氣口與膜分離器進氣口的連接處設有溫度計，所述膜分離器的出口管路上設有氮氣密度計、氮氣流量計和氮氣壓力計，所述氮氣密度計和氮氣流量計將檢測的信息傳遞至控制單元，并通過控制單元分析計算后由控制單元控制調控單元將相應量的氮氣送入空氣壓縮機內與空氣混配后制氮。

進一步地，所述調控單元包括氮氣比例控制閥和氮氣調節(jié)閥，所述氮氣比例控制閥和氮氣調節(jié)閥設于膜分離器的支路出口與空氣壓縮機的支路入口的連接管道上，且氮氣比例控制閥與氮氣調節(jié)閥連接后由氮氣比例控制閥控制氮氣調節(jié)閥開口的開合程度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點：

1、本結構改變了膜分離器的制氮流程，由控制器對整個制氮過程進行控制，充分利用了設備的冗余量，同等膜組數(shù)量下，提高了制氮效率和純度；

2、利用溫度計對膜分離器進口處氣體的溫度進行測量，由控制器控制冷卻器或熱交換器對氣體進行加熱或冷卻，從而滿足進入膜分離器內氣體的溫度要求，溫度控制精度高；

3、控制器根據(jù)氮氣密度計、氮氣流量計和氮氣壓力計反饋的信息，分析并計算后控制調控單元將相應量的氮氣送入空氣壓縮機內與空氣混配后制氮，直到得到穩(wěn)定的、與預設氮氣純度值相同的氮氣，提高了氮氣制備純度并保證了高的制氮總量；

4、結構簡單，提高了設備的利用率，減少了制備同等氮氣總量時設備的作業(yè)時間，降低能耗，大大提高了設備的作業(yè)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明控制原理框圖；

圖2為本發(fā)明控制流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖1-2描述本發(fā)明的一種實施例。

用于提高膜分離器制備高純度氮氣效率的系統(tǒng)，具有空氣壓縮機8，所述空氣壓縮機8的出口設有空氣壓力計7且空氣壓縮機8的出氣管路上設有冷卻器9和熱交換器10，所述空氣壓縮機8出氣管路的出氣口與膜分離器的進氣口連接，且用于檢測膜分離器內氮氣信息的檢測單元13與膜分離器的出氣口連接，所述膜分離器的支路出口與空氣壓縮機8的支路入口通過設有調控單元14的管道連通，所述空氣壓縮機8、冷卻器9、熱交換器10、空氣壓力計7、檢測單元13和調控單元14均與控制單元15連接，所述檢測單元13將檢測信息傳遞至控制單元15并由控制單元15分析計算后控制調控單元14將相應量的氮氣送入空氣壓縮機8內制備高純度氮氣；具體的，所述控制單元15包括控制器2和控制面板1，所述控制器2與檢測單元13內的氮氣密度計3、氮氣流量計4和氮氣壓力計5連接，所述控制器2與調控單元14內的氮氣比例控制閥11連接，所述控制器2與設于膜分離器的進氣口的溫度計6連接，所述控制器2的第一個輸入端與控制面板1的輸出端連接，所述控制器2的第二個輸入端與氮氣密度計3的輸出端連接，所述控制器2的第三個輸入端與氮氣流量計4的輸出端連接，所述控制器2的第四個輸入端與氮氣壓力計5的輸出端連接，所述控制器2的第五個輸入端與溫度計6的輸出端連接，所述控制器2的第一個輸出端與控制面板1的輸入端連接，所述控制器2的第二個輸出端與空氣壓力計7的輸入端連接，所述控制器2的第三個輸出端與空氣壓縮機8的輸入端連接，所述控制器2的第四個輸出端與冷卻器9的輸入端連接，所述控制器2的第五個輸出端與熱交換器10的輸入端連接，所述控制器2的第六個輸出端與氮氣比例控制閥11的輸入端連接，所述氮氣比例控制閥11的輸出端與調控單元14中氮氣調節(jié)閥12的輸入端連接；具體的，所述檢測單元13包括氮氣密度計3、氮氣流量計4和氮氣壓力計5，所述空氣壓縮機8的出氣口與膜分離器進氣口的連接處設有溫度計6，所述膜分離器的出口管路上設有氮氣密度計3、氮氣流量計4和氮氣壓力計5，所述氮氣密度計3和氮氣流量計4將檢測的信息傳遞至控制單元15，并通過控制單元15分析計算后由控制單元15控制調控單元14將相應量的氮氣送入空氣壓縮機8內與空氣混配后制氮；具體的，所述調控單元14包括氮氣比例控制閥11和氮氣調節(jié)閥12，所述氮氣比例控制閥11和氮氣調節(jié)閥12設于膜分離器的支路出口與空氣壓縮機8的支路入口的連接管道上，且氮氣比例控制閥11與氮氣調節(jié)閥12連接后由氮氣比例控制閥11控制氮氣調節(jié)閥12開口的開合程度。

本結構的工作過程如下：首先，開啟設備，通過控制面板1將設備作業(yè)后所需制備的氮氣純度值、進入膜分離器內氣體的溫度值和空氣壓力值輸入控制器2內，啟動設備，控制器2根據(jù)空氣壓力計7反饋的空氣壓力信息與設定的空氣壓力值，控制空氣壓縮機8工作，然后，溫度計6將檢測到的壓縮空氣溫度信息傳遞至控制器2，控制器2根據(jù)此信息與設定的溫度值進行比較，若檢測的壓縮空氣溫度信息與設定的溫度值相同，壓縮空氣進入膜分離器制氮，若檢測的壓縮空氣溫度信息與設定的溫度值不同，控制器2控制冷卻器9或熱交換器10對氣體進行加熱或冷卻，直到溫度計6檢測的溫度信息與設定的溫度值相同為止，壓縮空氣進入膜分離器，利用氮與氧等其它氣體不同性質的氣體在膜組中具有不同的滲透速率，來使氮與氧和其它氣體分離后制備氮氣，制成氮氣的密度、流量和壓力信息通過氮氣密度計3、氮氣流量計4和氮氣壓力計5檢測后傳遞給控制器2，控制器2根據(jù)設定氮氣的純度值、空氣壓縮機8的排量、氮氣的密度、流量和壓力信息，進行pid計算，并將計算結果以信號的方式傳遞給氮氣比例控制閥11，實時控制氮氣調節(jié)閥12的開口大小，從而使相應量的氮氣進入空氣壓縮機8內與空氣混配后二次增壓，使壓縮后的空氣含氮量增加，提升了膜分離器制備高純度氮氣的效率，最終得到高產量、高純度的氮氣。

原制氮設備單根膜分離器在分離98％濃度氮氣時，氮氣分離效率約為39.1％，空氣壓縮機8的排量約為額定排量的70％，造成能耗增加，作業(yè)時間長；采用本技術方案及控制原理后，可使空氣壓縮機8始終在額定的排量下工作，在膜分離器分離98％濃度氮氣時，由氮氣調節(jié)閥12將一部分高純度氮氣與空氣混合，提高氣體中的含氮量并由空氣壓縮機8增壓后進入膜分離器進行分離制氮，可將氮氣分離效率提高至59.99％，總的氮氣排量提高約15.2％，大大縮短了設備作業(yè)時間，減少了設備的能耗，提高了設備工作效率。

本結構改變了膜分離器的制氮流程，由控制器2對整個制氮過程進行控制，同等膜組數(shù)量下，提高了制氮效率和純度，利用溫度計6對膜分離器進口處氣體的溫度進行測量，由控制器2控制冷卻器9或熱交換器10對氣體進行加熱或冷卻，從而滿足進入膜分離器內氣體的溫度要求，溫度控制精度高，控制器根據(jù)氮氣密度計3、氮氣流量計4和氮氣壓力計5反饋的信息，分析并計算后控制調控單元14將相應量的氮氣送入空氣壓縮機8內與空氣混配后制氮，直到得到穩(wěn)定的、與預設氮氣純度值相同的氮氣，此結構充分利用了設備的冗余量，提高了氮氣制備純度并保證了高的制氮總量，結構簡單，提高了設備的利用率，減少了制備同等氮氣總量時設備的作業(yè)時間，降低能耗，大大提高了設備的作業(yè)效率。

上述實施例，只是本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限制本發(fā)明實施范圍，故凡以本發(fā)明權利要求所述內容所做的等效變化，均應包括在本發(fā)明權利要求范圍之內。