摘要：

    離心機在國民經濟許多領域如化工、制藥等行業中應用極廣，這些行業大多對離心機具有防爆等保護措施要求。介紹離心機在這些工業應用中，一種有效的保障安全生產的結合應用數字測氧儀的氮氣保護防爆系統設計。


　
   　中圖分類號：TQ051.8+5文獻標識碼：B文章編號：1005-8265（2009）01-0031-031

1.前言

　　離心機在國民經濟許多領域如化工、制藥等行業中應用極廣，其仍是當前化工中間體、醫藥原料藥等生產工藝中固液分離的主要設備。由于這些行業離心機所應用的場合、工藝、介質的物理和化學性質的不同，對離心機也有不同的要求，比如，材質要求、結構要求、防腐要求、防爆要求等。

　　本文主要介紹離心機在化工、制藥工業應用中一種有效的保障安全生產的結合應用數字測氧儀的氮氣保護防爆系統設計。

2.防爆要求

　　我們知道，產生爆炸的三個要素為溫度、火源、氧氣，防止產生化學性爆炸的三個基本條件的同時存在，是預防可燃物質化學性爆炸的基本理論。換句話說，防止可燃物質化學性爆炸全部技術措施的實質，就是制止化學性爆炸三個基本條件的同時存在。其中：(1)溫度，對于具體的某一介質，無論是液相還是氣相，在進行工藝設計時應考慮離心機工作溫度，這主要取決于工藝條件，在此不作詳析；(2)火源，在離心機設計時，對于運動件應用足夠的安全空間，以消除可能產生的機械摩擦和撞擊，同時，機器必須有消除靜電的措施。對于制動裝置，不得采用機械摩擦式制動裝置，一般均采用電器能耗制動的形式（非接觸式制動，缺點是制動時間要比接觸式要長一點，尤其是在滿載時轉動慣量較大的情況下更是如此）。另外，對于傳動帶，則選用防靜電帶，以消除或減少靜電產生的可能；(3)氧氣，一般采用惰性氣體保護，通過向離心機內部充入氮氣置換里面的空氣，從而使氧氣濃度維持在安全范圍之內。

3.防爆措施

　　目前普遍采用的離心機的氮氣保護，實際上只是在機殼上設置了一個氮氣進氣管，一個氮氣出氣管，離心機在工作時，對內腔中充入氮氣。至于氮氣濃度能否達到安全范圍則沒有定量的控制，因此，其氮氣保護的可靠性很差。一種改進的氮氣保護系統設計中設置在線氧氣檢測裝置和壓力變送傳感器，對運行過程中的離心機內腔的氧氣濃度進行檢測，實行定量的控制，控制其氧氣含量在安全范圍以內（也即保證機內的氧氣濃度在易燃易爆介質的爆炸極限之外）。

4.氮氣保護防爆系統設計

　　4.1氮氣氣源要求

　　（1）氮氣的純度要求達到防爆要求（純度達到≥99%）；
　　（2）氮氣壓力達到進行壓力過濾所要求的壓力（如果離心機需要進行壓力過濾）；
　　（3）氮氣須經除濕、除塵處理；要求氮氣無水分、無雜質粉塵。如含濕量高，將影響離心機軸承座內、軸承及電器元件的腐蝕；如含有雜質粉塵將影響傳動效果及電器元件的壽命，并且影響離心機生產產品的雜質含量。含濕量要求：氮氣露點達到-20℃；氮氣雜質要求：氮氣需要經過1微米過濾器精度；  
　　（4）氮氣溫度：常溫（特殊情況需要加熱或冷卻）；
　　（5）氮氣中：不含有油氣，如含有油氣將影響電器元件正常工作；
　　（6）氮氣中不含有H2S、SO2等有害氣體，否則測氧儀傳感器中毒，影響氧含量檢測。

　　4.2氮氣保護系統設計

　　氮氣動力氣源達到上述要求，根據氮氣與氧氣密度差別，每一處的氮氣入口都設在頂部，而出氣口設在底部，這樣能夠達到密閉腔體內的空氣完全置換，達到防爆要求。由于用戶工作現場需要防爆要求，因此離心機及現場控制柜的使用必須達到防爆要求。為此，針對現場工作防爆要求設計如下氮氣保護系統。氮氣保護基本流程是：氮氣首先經過氮氣過濾器、減壓閥，進入現場控制柜，將控制柜內空氣置換出控制柜體然后進入離心機內各個腔體，將離心機各個腔體內空氣置換出，通過氧含量測定儀檢測氧氣濃度。如氧氣濃度滿足防爆要求的濃度，可以啟動離心機進行運轉。流程圖詳見圖1。

　　4.3氮氣系統主要儀器儀表及設備

　　（1）氮氣過濾器G101、G115：用于濾除氣體中水分及油氣；可濾除小至1微米的固態顆粒（1.0ppmw/w最大殘留油分含量），內部自動排液裝置，并有液面指示器。
　　（2）氧氣濃度測定儀：采用數字測氧儀（安裝在現場控制柜內達到防爆要求）。技術參數：工作環境溫度：2℃~40℃工作環境濕度：＜85%RH響應時間：＜30秒氧傳感器壽命：一年以上電源：AC220V氧含量測定精度：可以達到0.001%或ppm級；具有二次輸出報警功能，當達到氧含量設定值時，報警并輸出信號控制設備運行。
　　（3）氮氣壓力控制：采用壓力變送器（防爆型）及顯示儀表PIC105。精度等級：0.5級測量范圍：0～3kPa（表壓）輸出信號：4～20mA電源：AC220V工作環境溫度：-20℃～+120℃相對濕度：0～100%具有二次輸出功能，達到壓力上、下限設定值時，報警并輸出信號控制設備運行。
　　（4）水吸收裝置G113：吸收壓縮空氣及氮氣經過離心機所帶出的有害氣體及雜質微塵，保護現場控制柜內電器元件及氧含量測定儀，本裝置具有特殊設計的除塵、脫水結構，并有液位示鏡顯示。

　　4.4具體操作步驟

　　確保氮氣氣源達到規定的要求，氮氣系統所有閥門都處于關閉狀態。
　　（1）首先對水吸收裝置G113進行加水，打開V114，由液位示鏡觀察水位并通過V114、V112控制水位高度，水位高度確保氮氣在壓力低限時能夠通過水吸收裝置進入氧含量測定儀；水位確定完畢后，關閉V112、V114。
　　（2）對氧含量測定儀進行標定，打開V116，微啟V110，壓縮空氣首先經過水吸收裝置G113，除去壓縮空氣中有毒、有害氣體及雜質顆粒，通過氮氣過濾器G115進一步除去壓縮空氣中水分、油氣及雜質顆粒，然后凈化的壓縮空氣通入氧含量測定以內并放空，進行氧含量測定儀標定；標定完畢后，關閉V110。
　　（3）打開V100，氮氣通過氮氣過濾器G101到減壓閥V103；調整減壓閥V103的壓力，使輸出壓力達到所要求的壓力；調整完畢，減壓閥不要隨意調整。
　　（4）打開V104，微啟V106、V107，氮氣通過控制柜及壓力變送器進入主軸承箱體將空氣通過V107頂出放空；調節V106、V107的開啟度，使主軸承箱體內有氮氣，確保空氣不得進入；但通氣量要求控制很小，以免影響軸承潤滑。這樣，既達到防爆要求，又節約氮氣的用量。
　　（5）打開V111、V108、V109，氮氣將離心機卸料腔體及濾液腔體內空氣通過V111放空，幾分鐘后，氮氣置換離心機內空氣將近完畢，關閉V111。
　　（6）關閉V111后，氮氣通過控制柜、離心機、V108、V109、水吸收裝置G113、氮氣過濾器G115、氧含量測定儀、V116放空。氧氣濃度通過氧含量測定儀檢測出，并以數字顯示在面板上，氧氣濃度是實時在線檢測的。氧氣濃度的控制通過氧含量測定儀設定并輸出報警及控制。例如：設定氧氣濃度上限為4%，當系統氧氣濃度達到4%時，氧含量測定儀發出報警并輸出控制信號進行系統控制。
　　（7）調節V116開啟度達到最小，確保氧含量測定儀能夠檢測氧氣的濃度。調整V104開啟度的大小，使系統內氮氣壓力保持在壓力的上下限之間。氮氣壓力檢測，由壓力傳感器PIC105控制及顯示，壓力傳感器上、下限根據需要進行設定，例如：上限為180mmH2O；下限為50mmH2O。上、下限有輸出功能進行報警及控制，壓力并有隨機在線顯示功能。
　　（8）當系統氧氣濃度滿足所要求的濃度（由氧含量測定儀檢測并顯示）后，可以準備啟動離心機。

5.結論

　　化工、制藥工業生產中很多場合都有防爆要求，因其介質有甲醇、乙醇、甲苯、丙酮、環己烷等有機溶劑，離心機在運行過程中的安全性成為選型的首要要求；在線氧氣檢測技術與壓差自動變送器的應用，使系統更安全、產品質量更有保證。智能化自動控制技術的應用，使傳統離心分離設備安全性及自動化程度得到了巨大的提升；建議用戶在訂貨時，根據自身的介質及工藝條件提出準確的防爆要求，從而對離心機的配置提出更明確的要求，比如：配置防爆電機、現場防爆按鈕、防靜電皮帶、變頻器控制、防爆電磁閥、防爆接近開關、防爆隔離柵、靜電接地、能耗制動、氮氣保護、氧氣含量在線檢測等。當然，并不是所有的有防爆要求的場合都要配置，應按實際工藝、環境等適當的配置。在爆炸危險區域環境內，要保證安全生產，離心機防爆系統設計除本文所述外，還有許多方面要考慮，如電氣線路的設計安裝、接地系統的設計安裝等，這方面國家規范和有關設計手冊都有嚴格的標準和詳細的介紹。

　　參考文獻：
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