精氮机加热器电路改造技术研究

刘家伦+曾鹏+蒋扬波

摘 要：PET聚酯切片生产线的TB100型精氮机为聚酯生产系统提供高纯度氮气，氮气再生过程中系统温度高达370 ℃，原有系统加热器由于原电路设计不合理、设备老化等问题易引起供应氮气中断。本文通过对该精氮机加热电路的合理改造，提高精氮机使用寿命。

关键词：精氮机 加热管 电路改造

中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0093-02

TB100型精氮机是PET聚酯切片生产装置的一个部分，由于再生温高达370 ℃，往往会使干燥剂和脱氧剂将会失效，从而导致生产精氮的品质下降，供氮机不能正常工作。普什模具集团PET聚酯切片生产装置，修建于2002年，经常被供氮中断困扰。经过调研发现，电器控制对于精氮机正常工作起着至关重要作用，一旦加热管出现故障将对整个生产系统造成很大的影响。因此，保障精氮的正常供给对整个生产系统稳定有着重要的作用。

1 精氮机加热过程故障现状

普什模具集团车间精氮机分共两台，该精氮机所使用加热管长度在1.5 m，安装时需将加热管放进加热套管内，加热管长度较长，安装后不能保证加热管与加热套管不接触，且加热管受热变形经常造成加热管将套管壁烧穿而漏气。为满足工艺稳定，多组加热套管都被密封，造成多组加热丝不能正常工作，甚至有时达到一旦再有加热管出现故障将造成温度不能满足生产需求；根据2010年的故障次数统计平均每月5次。除此，该装置整体检修时需切割开整个加热罐，需要电工、钳工、焊工协作才能完成，用时需2～3天时间才能完成。

2 故障分析

TB100型精氮机加热器分为A、B两个加热罐，加热罐内装有脱氧剂和干燥剂等吸附物质，习惯上称整个加热罐为吸附塔，两个吸附塔主要是吸取提纯后的压缩空气中的杂质，以保证能杂质不到1PPM的高纯度精氮。该精氮机加热管通过固态继电器分别控制，因为设备老化等原因，2010年开始经常出现加热管烧坏加热套管，而过大电流经常影响固态继电器正常工作。由于原电路中固态继电器和加热管、套管经常损坏。我们通过对A罐原有加热管电路图（见图1）的分析，认为精氮机加热罐加热管线路接法不是很合理，可以从改变电气图中的接线方式入手降低设备故障率。从原有接线图中可以看出原加热管为1000 W/根，220 V全压满负荷工作状态，三根为一组并联使用，一个加热罐有9根加热管，共9 kW，测得每根加热管电流为4.5 A，每相电流为13.6 A，电流较大。因此电路中的固态继电器也容易烧坏，造成温度波动极大。经过对电路中各个环节的检测，通过数据分析和检修过程中的经验，我们认为该电路没必要工作在满负荷状态，在满负荷状态时，电流较大，温度变化较快，温控电路对温度控制也不是特别理想。结合上述分析，我们认为可以适当降低电路的功率，达到降低电路中的电流，使加热过程适当放缓，减小罐内出现较大的温度波动。改造后可使加热过程更为稳定，降低因温度控制不利出现的问题。

3 电路改造

为了提高材料的强度和抗高温氧化性，将套管材料由20#钢改成耐热钢管Cr5Mo，以提高焊缝的塑性、韧性和抗裂性。同时原材料的管壁也较薄。将加热套管厚度由原来的4 mm增加到6 mm，提高了厚度可以缓解温度对材料的氧化速度。这样可以保证精氮机长时间稳定运行。

由于原加热电路三组三相并联的方式接线，根据并联分流、串联分压的原理，降低加热管回路中的电压，可将电路中的电流、功率降低。因此，我们将A罐原接法加热丝改为两相并联，并使用电阻丝为220 V，1 kW，而实际情况下工作电压为190 V（见图2）。将接线图改造后配合工艺进行试验，对精氮机运行状态检查，开机时加热时间与以前相比有所延长，而在系统稳定运行后氮气纯度完全可以达到工艺要求，并且改造后使加热罐内的温度上升平缓，超温范围较小，系统运行更为稳定。实测每根加热管电流为3.9 A，通过图2可以看出采用串联接法后每根加热管变为了P=UI=3.9×190=741 W为加热管原本3/4的负荷工作状态，总电流为15.6 A，将原接法的总功率由9 kW降低为6 kW。这样虽然总电流有所增加，但通过固态继电器的电流降低了很多，由于单根加热管一直处于低压低负荷工作状态，套管也不容易变形，更容易控制温度，同时加热管的使用寿命得到了延长。通过对此台精氮机A罐的成功改造，我们对B罐和另一台备用精氮机也进行了类似改造，成功解决了以往经常由于加热丝故障引起的气体泄漏造成对生产系统的不利影响。

4 改造结果

通过对TB100精氮机加热管电路的改造，加热罐故障有了明显的减少，基本上没有出现加热管将加热套管烧坏，其它故障也相应减少，基本上达到每月不到一次的维修率。达到了预期目的，解决了该设备长期存在的缺陷。通过本次改造降低了精氮机维修成本和生产成本（包括材维修耗材、人工成本、降低电路功率后所节约的电能、搭手脚架等费用）。达到了对生产成本的效控制的目的。其经济效益以每年两次大修计算：加热丝9×900.00≈8100元、耗材及人工费用1500.00×2≈3000元、搭脚手架500.00×2≈1000元。电能方面：W=Pt=3×300×24=24600 kW·H（按车间停产大修两月左右计算）；由于设备有两个加热罐，共计节约电价约36700元左右（工业电价约为0.85元）。共计约48800.00，有效的降低了生产成本。

5 结论

我们通过对PET聚酯切片生产线的TB100型精氮机中氮气加热管电路进行改造，有效的改善了精氮机的使用性能，延长了它的使用寿命，极大的节约了企业的运营成本。

参考文献

[1] 许翏.工厂电气控制设备[M].机械工业出版社，2009.

[2] 章鸿运，周星南.实用电工手册[M].中国水利水电出版社，2012.endprint

摘 要：PET聚酯切片生产线的TB100型精氮机为聚酯生产系统提供高纯度氮气，氮气再生过程中系统温度高达370 ℃，原有系统加热器由于原电路设计不合理、设备老化等问题易引起供应氮气中断。本文通过对该精氮机加热电路的合理改造，提高精氮机使用寿命。

关键词：精氮机 加热管 电路改造

中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0093-02

TB100型精氮机是PET聚酯切片生产装置的一个部分，由于再生温高达370 ℃，往往会使干燥剂和脱氧剂将会失效，从而导致生产精氮的品质下降，供氮机不能正常工作。普什模具集团PET聚酯切片生产装置，修建于2002年，经常被供氮中断困扰。经过调研发现，电器控制对于精氮机正常工作起着至关重要作用，一旦加热管出现故障将对整个生产系统造成很大的影响。因此，保障精氮的正常供给对整个生产系统稳定有着重要的作用。

1 精氮机加热过程故障现状

普什模具集团车间精氮机分共两台，该精氮机所使用加热管长度在1.5 m，安装时需将加热管放进加热套管内，加热管长度较长，安装后不能保证加热管与加热套管不接触，且加热管受热变形经常造成加热管将套管壁烧穿而漏气。为满足工艺稳定，多组加热套管都被密封，造成多组加热丝不能正常工作，甚至有时达到一旦再有加热管出现故障将造成温度不能满足生产需求；根据2010年的故障次数统计平均每月5次。除此，该装置整体检修时需切割开整个加热罐，需要电工、钳工、焊工协作才能完成，用时需2～3天时间才能完成。

2 故障分析

TB100型精氮机加热器分为A、B两个加热罐，加热罐内装有脱氧剂和干燥剂等吸附物质，习惯上称整个加热罐为吸附塔，两个吸附塔主要是吸取提纯后的压缩空气中的杂质，以保证能杂质不到1PPM的高纯度精氮。该精氮机加热管通过固态继电器分别控制，因为设备老化等原因，2010年开始经常出现加热管烧坏加热套管，而过大电流经常影响固态继电器正常工作。由于原电路中固态继电器和加热管、套管经常损坏。我们通过对A罐原有加热管电路图（见图1）的分析，认为精氮机加热罐加热管线路接法不是很合理，可以从改变电气图中的接线方式入手降低设备故障率。从原有接线图中可以看出原加热管为1000 W/根，220 V全压满负荷工作状态，三根为一组并联使用，一个加热罐有9根加热管，共9 kW，测得每根加热管电流为4.5 A，每相电流为13.6 A，电流较大。因此电路中的固态继电器也容易烧坏，造成温度波动极大。经过对电路中各个环节的检测，通过数据分析和检修过程中的经验，我们认为该电路没必要工作在满负荷状态，在满负荷状态时，电流较大，温度变化较快，温控电路对温度控制也不是特别理想。结合上述分析，我们认为可以适当降低电路的功率，达到降低电路中的电流，使加热过程适当放缓，减小罐内出现较大的温度波动。改造后可使加热过程更为稳定，降低因温度控制不利出现的问题。

3 电路改造

为了提高材料的强度和抗高温氧化性，将套管材料由20#钢改成耐热钢管Cr5Mo，以提高焊缝的塑性、韧性和抗裂性。同时原材料的管壁也较薄。将加热套管厚度由原来的4 mm增加到6 mm，提高了厚度可以缓解温度对材料的氧化速度。这样可以保证精氮机长时间稳定运行。

由于原加热电路三组三相并联的方式接线，根据并联分流、串联分压的原理，降低加热管回路中的电压，可将电路中的电流、功率降低。因此，我们将A罐原接法加热丝改为两相并联，并使用电阻丝为220 V，1 kW，而实际情况下工作电压为190 V（见图2）。将接线图改造后配合工艺进行试验，对精氮机运行状态检查，开机时加热时间与以前相比有所延长，而在系统稳定运行后氮气纯度完全可以达到工艺要求，并且改造后使加热罐内的温度上升平缓，超温范围较小，系统运行更为稳定。实测每根加热管电流为3.9 A，通过图2可以看出采用串联接法后每根加热管变为了P=UI=3.9×190=741 W为加热管原本3/4的负荷工作状态，总电流为15.6 A，将原接法的总功率由9 kW降低为6 kW。这样虽然总电流有所增加，但通过固态继电器的电流降低了很多，由于单根加热管一直处于低压低负荷工作状态，套管也不容易变形，更容易控制温度，同时加热管的使用寿命得到了延长。通过对此台精氮机A罐的成功改造，我们对B罐和另一台备用精氮机也进行了类似改造，成功解决了以往经常由于加热丝故障引起的气体泄漏造成对生产系统的不利影响。

4 改造结果

通过对TB100精氮机加热管电路的改造，加热罐故障有了明显的减少，基本上没有出现加热管将加热套管烧坏，其它故障也相应减少，基本上达到每月不到一次的维修率。达到了预期目的，解决了该设备长期存在的缺陷。通过本次改造降低了精氮机维修成本和生产成本（包括材维修耗材、人工成本、降低电路功率后所节约的电能、搭手脚架等费用）。达到了对生产成本的效控制的目的。其经济效益以每年两次大修计算：加热丝9×900.00≈8100元、耗材及人工费用1500.00×2≈3000元、搭脚手架500.00×2≈1000元。电能方面：W=Pt=3×300×24=24600 kW·H（按车间停产大修两月左右计算）；由于设备有两个加热罐，共计节约电价约36700元左右（工业电价约为0.85元）。共计约48800.00，有效的降低了生产成本。

5 结论

我们通过对PET聚酯切片生产线的TB100型精氮机中氮气加热管电路进行改造，有效的改善了精氮机的使用性能，延长了它的使用寿命，极大的节约了企业的运营成本。

参考文献

[1] 许翏.工厂电气控制设备[M].机械工业出版社，2009.

[2] 章鸿运，周星南.实用电工手册[M].中国水利水电出版社，2012.endprint

摘 要：PET聚酯切片生产线的TB100型精氮机为聚酯生产系统提供高纯度氮气，氮气再生过程中系统温度高达370 ℃，原有系统加热器由于原电路设计不合理、设备老化等问题易引起供应氮气中断。本文通过对该精氮机加热电路的合理改造，提高精氮机使用寿命。

关键词：精氮机 加热管 电路改造

中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0093-02

TB100型精氮机是PET聚酯切片生产装置的一个部分，由于再生温高达370 ℃，往往会使干燥剂和脱氧剂将会失效，从而导致生产精氮的品质下降，供氮机不能正常工作。普什模具集团PET聚酯切片生产装置，修建于2002年，经常被供氮中断困扰。经过调研发现，电器控制对于精氮机正常工作起着至关重要作用，一旦加热管出现故障将对整个生产系统造成很大的影响。因此，保障精氮的正常供给对整个生产系统稳定有着重要的作用。

1 精氮机加热过程故障现状

普什模具集团车间精氮机分共两台，该精氮机所使用加热管长度在1.5 m，安装时需将加热管放进加热套管内，加热管长度较长，安装后不能保证加热管与加热套管不接触，且加热管受热变形经常造成加热管将套管壁烧穿而漏气。为满足工艺稳定，多组加热套管都被密封，造成多组加热丝不能正常工作，甚至有时达到一旦再有加热管出现故障将造成温度不能满足生产需求；根据2010年的故障次数统计平均每月5次。除此，该装置整体检修时需切割开整个加热罐，需要电工、钳工、焊工协作才能完成，用时需2～3天时间才能完成。

2 故障分析

TB100型精氮机加热器分为A、B两个加热罐，加热罐内装有脱氧剂和干燥剂等吸附物质，习惯上称整个加热罐为吸附塔，两个吸附塔主要是吸取提纯后的压缩空气中的杂质，以保证能杂质不到1PPM的高纯度精氮。该精氮机加热管通过固态继电器分别控制，因为设备老化等原因，2010年开始经常出现加热管烧坏加热套管，而过大电流经常影响固态继电器正常工作。由于原电路中固态继电器和加热管、套管经常损坏。我们通过对A罐原有加热管电路图（见图1）的分析，认为精氮机加热罐加热管线路接法不是很合理，可以从改变电气图中的接线方式入手降低设备故障率。从原有接线图中可以看出原加热管为1000 W/根，220 V全压满负荷工作状态，三根为一组并联使用，一个加热罐有9根加热管，共9 kW，测得每根加热管电流为4.5 A，每相电流为13.6 A，电流较大。因此电路中的固态继电器也容易烧坏，造成温度波动极大。经过对电路中各个环节的检测，通过数据分析和检修过程中的经验，我们认为该电路没必要工作在满负荷状态，在满负荷状态时，电流较大，温度变化较快，温控电路对温度控制也不是特别理想。结合上述分析，我们认为可以适当降低电路的功率，达到降低电路中的电流，使加热过程适当放缓，减小罐内出现较大的温度波动。改造后可使加热过程更为稳定，降低因温度控制不利出现的问题。

3 电路改造

为了提高材料的强度和抗高温氧化性，将套管材料由20#钢改成耐热钢管Cr5Mo，以提高焊缝的塑性、韧性和抗裂性。同时原材料的管壁也较薄。将加热套管厚度由原来的4 mm增加到6 mm，提高了厚度可以缓解温度对材料的氧化速度。这样可以保证精氮机长时间稳定运行。

由于原加热电路三组三相并联的方式接线，根据并联分流、串联分压的原理，降低加热管回路中的电压，可将电路中的电流、功率降低。因此，我们将A罐原接法加热丝改为两相并联，并使用电阻丝为220 V，1 kW，而实际情况下工作电压为190 V（见图2）。将接线图改造后配合工艺进行试验，对精氮机运行状态检查，开机时加热时间与以前相比有所延长，而在系统稳定运行后氮气纯度完全可以达到工艺要求，并且改造后使加热罐内的温度上升平缓，超温范围较小，系统运行更为稳定。实测每根加热管电流为3.9 A，通过图2可以看出采用串联接法后每根加热管变为了P=UI=3.9×190=741 W为加热管原本3/4的负荷工作状态，总电流为15.6 A，将原接法的总功率由9 kW降低为6 kW。这样虽然总电流有所增加，但通过固态继电器的电流降低了很多，由于单根加热管一直处于低压低负荷工作状态，套管也不容易变形，更容易控制温度，同时加热管的使用寿命得到了延长。通过对此台精氮机A罐的成功改造，我们对B罐和另一台备用精氮机也进行了类似改造，成功解决了以往经常由于加热丝故障引起的气体泄漏造成对生产系统的不利影响。

4 改造结果

通过对TB100精氮机加热管电路的改造，加热罐故障有了明显的减少，基本上没有出现加热管将加热套管烧坏，其它故障也相应减少，基本上达到每月不到一次的维修率。达到了预期目的，解决了该设备长期存在的缺陷。通过本次改造降低了精氮机维修成本和生产成本（包括材维修耗材、人工成本、降低电路功率后所节约的电能、搭手脚架等费用）。达到了对生产成本的效控制的目的。其经济效益以每年两次大修计算：加热丝9×900.00≈8100元、耗材及人工费用1500.00×2≈3000元、搭脚手架500.00×2≈1000元。电能方面：W=Pt=3×300×24=24600 kW·H（按车间停产大修两月左右计算）；由于设备有两个加热罐，共计节约电价约36700元左右（工业电价约为0.85元）。共计约48800.00，有效的降低了生产成本。

5 结论

我们通过对PET聚酯切片生产线的TB100型精氮机中氮气加热管电路进行改造，有效的改善了精氮机的使用性能，延长了它的使用寿命，极大的节约了企业的运营成本。

参考文献

[1] 许翏.工厂电气控制设备[M].机械工业出版社，2009.

[2] 章鸿运，周星南.实用电工手册[M].中国水利水电出版社，2012.endprint