氮?dú)獍l(fā)生器在絕緣串列線上的應(yīng)用

肖 力

(耐克森凱訊(上海)電纜有限公司，上海200444)

0 引言

最初的連拉連退的拉絲設(shè)備，廣泛使用蒸汽做為退火保護(hù)，防止銅絲在退火過程中氧化，但在使用中會發(fā)現(xiàn)有很多問題，如需要純凈水，需要經(jīng)常補(bǔ)充循環(huán)水，同時還必須有防止?fàn)C傷的措施，長時間使用還會發(fā)現(xiàn)設(shè)備的許多零部件都會被高溫蒸汽損壞，以致零件變形甚至腐蝕。

后來我們采用氮?dú)鈦泶娓邷卣羝M(jìn)行保護(hù)，但每次都必須購買或租用鋼瓶，成本不僅僅包括氮?dú)獗旧恚€包括鋼瓶的租金、運(yùn)輸、處置及安全防護(hù)等費(fèi)用，如果使用氮?dú)獍l(fā)生器，就可以有效地解決上述問題。

1 氮?dú)獍l(fā)生器的工作原理

氮?dú)獍l(fā)生器采用氮?dú)馄珘何?PSA)系統(tǒng)，從壓縮空氣中生產(chǎn)出持續(xù)的氮?dú)狻Ｖ频到y(tǒng)由兩組突出的碳分子篩(CMS)構(gòu)成，經(jīng)過預(yù)處理的壓縮空氣進(jìn)入CMS容器底部，然后流過CMS，氧氣和其它微量氣體被其吸收，只讓氮?dú)馔ㄟ^。如圖1所示。

圖1 氮?dú)獍l(fā)生器工作原理圖

CMS不同于普通的活性碳，它有很多很狹窄的氣孔。這種氣孔可以使小分子如氧分子通過，而將進(jìn)入CMS的大的氮?dú)夥肿痈綦x開來。大的氮分子從分子篩的旁路通過，再形成成品氮?dú)狻?/p>

為了保證制氮的連續(xù)性，整個系統(tǒng)實(shí)際上有兩個CMS交替工作，我們形象地稱正在工作的一個叫“在線床”，經(jīng)過一段時間的工作后，“在線床”差不多已經(jīng)吸附飽和，系統(tǒng)自動將“在線床”轉(zhuǎn)換為再生模式，排掉其吸附的污染物。另一個CMS則轉(zhuǎn)成為“在線床”，交替循環(huán)進(jìn)行分離。兩組CMS在分離和再生模式之間的輪轉(zhuǎn)確保了能持續(xù)不斷地產(chǎn)生氮?dú)狻?/p>

整個氮?dú)獍l(fā)生裝置主要由1套凈化系統(tǒng)、1臺氮?dú)獍l(fā)生器組成，其系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)工藝流程圖

2 氮?dú)獍l(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)

(1)采用目前國際最成熟可靠的PSA系統(tǒng)，結(jié)合其獨(dú)特的工藝流程、優(yōu)化的管路設(shè)計以及先進(jìn)的填充技術(shù)，有效防止CMS的剝落失效，能杜絕吸附塔內(nèi)隧道效應(yīng)的產(chǎn)生。從而使CMS的性能大大提高。節(jié)省能耗的同時，可一步產(chǎn)出純度為97% ～99.99%的氮?dú)?。如有特殊要求，可以使純度達(dá)到99.999%(無需提純)。

(2)配備了高精密度的過濾器，使氮?dú)獾奈m粒小于0.01 μm，含油量小于0.001 ppm。如額外配備吸附干燥機(jī)、無菌過濾器裝置等，更可滿足例如液晶顯示器、石英振蕩器、食品、醫(yī)藥等特殊行業(yè)的高要求。

(3)低廉的運(yùn)行成本。氮?dú)獍l(fā)生器以潔凈的壓縮空氣為原料，無需消耗任何化學(xué)品，就能產(chǎn)出符合要求的各種純度的氮?dú)?，總體成本約占購買液氮或氣氮的10% ～35%，可節(jié)省大量的費(fèi)用。

(4)先進(jìn)的無人化操作。氮?dú)饧兌确治隹刂苾x對氮?dú)獾募兌葘?shí)時監(jiān)控，對純度不合要求的氮?dú)獠挥枧欧?，從而杜絕因氣體不純而影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過可靠的PLC控制，可實(shí)現(xiàn)24 h自動化無人操作。

3 與傳統(tǒng)氮?dú)馄珘何?PSA)制氮設(shè)備相比具有的特點(diǎn)

(1)工藝。解決了CMS的粉化問題。傳統(tǒng)的PSA制氮系統(tǒng)，其工藝管路中有8個閥門，分別位于吸附塔的上下方，每個切換周期中的不同時段，氣流分別自下而上和自上而下雙向流過吸附塔，這樣造成分子篩受沖擊而容易粉化;而氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)工藝管路上只有4個閥門且都在吸附塔下方，每個切換周期過程中氣流只是自下而上單方向流動，分子篩受到的沖擊較小，因而從根本上解決了PSA制氮機(jī)的分子篩粉化問題。

(2)設(shè)計。全自動控制。當(dāng)用氣量小于設(shè)備產(chǎn)氣量，氮?dú)鈮毫ι仙筋A(yù)設(shè)值時，設(shè)備即進(jìn)入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式:機(jī)器暫停運(yùn)轉(zhuǎn)，也不消耗壓縮空氣;當(dāng)隨著用氣量的增加而導(dǎo)致氮?dú)鈮毫ο陆档皆O(shè)定啟動值時，設(shè)備即可自動啟動并正常運(yùn)行。

(3)選材。整機(jī)內(nèi)的管路均選用不銹鋼材質(zhì)。

(4)結(jié)構(gòu)。一體化的機(jī)箱設(shè)計，內(nèi)部氣路、電路布局合理，方便維護(hù);整體美觀、整潔。

4 氮?dú)獍l(fā)生器在應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

目前我公司在5條絕緣串列線上配備了氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)，從2006年就已開始使用，至今運(yùn)行穩(wěn)定，有力地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。結(jié)合本公司的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下在使用中應(yīng)該注意的幾點(diǎn):

(1)選型，也就是氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)的工作能力應(yīng)與串列線的需求量相匹配。正常情況下，串列線拉絲機(jī)所需要的氮?dú)饬考s為4 m3，換算成壓力，只需要0.5 kg。氮?dú)鈾C(jī)所需的壓縮空氣的壓力大約在5～6 kg。

(2)對于絕緣串列線來說，銅絲所需要的保護(hù)部位在退火部分，所以在設(shè)備的退火冷卻部位需安裝氮?dú)獬隹?，出口大小對于氮?dú)獾牧髁?、壓力非常關(guān)鍵。

(3)必須定期對氧的含量進(jìn)行檢測，以防止氧氣進(jìn)入退火冷卻部位，正常情況下，每兩年對碳分子篩進(jìn)行更換，這樣可以保證氮?dú)獾募兌取?/p>

(4)氮?dú)獾倪^濾系統(tǒng)需要定期排放雜質(zhì)，一周一次即可。氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)內(nèi)部的閥門、轉(zhuǎn)換器、排污閥都需定期清洗。

(5)要定期檢查氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)內(nèi)部的電磁閥及其他閥門，因?yàn)榈獨(dú)鈾C(jī)頻繁啟動和關(guān)閉都會影響閥門的壽命，而一旦閥門損壞，就不能產(chǎn)出合格的氮?dú)?，對產(chǎn)品質(zhì)量也會有損害。

(6)在使用氮?dú)獍l(fā)生器的同時，可以配備使用壓力報警器，當(dāng)壓力小于設(shè)定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警聲音，報警裝置是通過PLC來控制(見圖3)。

圖3 PLC控制壓力報警裝置

5 結(jié)束語

氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)的氣源是非常普通的壓縮空氣，幾乎每個制造企業(yè)都會有空壓機(jī)組，當(dāng)空壓機(jī)工作時就可利用氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)生產(chǎn)不同純度的氮?dú)狻?/p>

氮?dú)庠陔娋€電纜行業(yè)中的使用已越來越普遍，我公司在生產(chǎn)物理發(fā)泡電纜、半柔同軸電纜(Quickform)時都已使用氮?dú)猓獨(dú)獠还饪梢云鸬椒乐广~絲氧化的作用，而且也是一種比較穩(wěn)定可靠的加熱媒體，氮?dú)獾募訜釡囟瓤梢赃_(dá)到500°C以上。

原來我公司使用瓶裝氮?dú)鈺r，一年所需費(fèi)用在15萬元左右。自從使用氮?dú)獍l(fā)生器后每年可節(jié)約5萬元以上，而且還降低了人力成本。更重要的是，我們可得到質(zhì)量穩(wěn)定、獲取便捷的氮?dú)?，沒有必要再為更換氮?dú)馄慷臅r耗力，大大提高了生產(chǎn)效率。

［1］吳彥敏.氣體純體［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1983.