撬装式全自动液氮机组是一种集空气压缩、氮氧分离、氮气液化及储存输送于一体的模块化设备，其结构原理基于变压吸附（PSA）技术与深冷液化工艺，通过高度集成的撬装设计实现高效、稳定、安全的液氮生产。以下从结构组成与工作原理两方面展开分析：
一、结构组成：模块化集成设计
空气处理系统
压缩机：采用往复式或螺杆式压缩机，将常温常压空气压缩至0.7-1.0MPa，为后续分离提供压力条件。
净化装置：包括尘埃过滤器、油过滤器及冷冻式干燥机，去除空气中的水分、油分和颗粒物，确保进入吸附系统的空气纯度≥99.9%。
氮氧分离系统
吸附塔：内置高品质碳分子筛，利用氧与氮在微孔中的扩散速率差异（氧扩散速率远大于氮），在加压状态下吸附氧气，富集氮气。
双塔循环结构：通过PLC程序控制两塔交替吸附与再生，一塔产氮时另一塔减压脱附氧气，实现连续稳定供气。
氮气液化系统
风冷无油循环压缩机：对分离后的氮气进一步压缩和冷却，为液化提供条件。
深冷混合工质节流制冷机：基于回热式多元混合工质节流制冷循环，通过氦气压缩膨胀获得低温，将氮气冷却至-196℃液化。
杜瓦罐：双层真空绝热结构，内层304不锈钢（厚度8mm），外层Q235钢，中间填充珠光砂保温材料，真空度≤5×10⁻³Pa，日蒸发率≤0.5%，用于储存液氮。
输送与控制系统
柱塞式低温泵：泵头材质铜镍合金，转速1500r/min，可在-196℃工况下稳定输出液氮，额定流量500L/h，最大扬程80m。
防爆控制柜：集成7英寸触摸屏与PLC模块，实时显示储罐压力、液位和输液流量，响应时间≤1秒，液位控制精度±5mm，压力控制精度±0.02MPa。
安全装置：包括安全阀（起跳压力1.0MPa，回座压力0.9MPa）、在线纯度分析仪（纯度低于99.999%时自动报警）及氦检漏系统（泄漏率≤1×10⁻⁹Pa·m³/s）。
撬装底座
采用Q235碳钢焊接，尺寸4m×2.5m×0.5m，底部装4个承重10吨的万向轮（轮缘包裹耐低温橡胶），便于移动与定位。
二、工作原理：变压吸附与深冷液化协同
空气压缩与净化
常温空气经压缩机加压至0.7-1.0MPa后，依次通过尘埃过滤器、油过滤器及冷冻式干燥机，去除水分、油分和颗粒物，确保空气纯度。
氮氧分离（PSA工艺）
加压吸附：净化后的压缩空气进入吸附塔，碳分子筛优先吸附氧气，氮气在气相中富集。
减压脱附：当吸附塔接近饱和时，通过减压至常压，使吸附的氧气脱附，实现分子筛再生。
双塔循环：PLC程序控制两塔交替吸附与再生，确保连续产气。
氮气液化（深冷工艺）
压缩冷却：分离后的氮气经风冷无油循环压缩机进一步压缩和冷却。
深冷制冷：氮气进入深冷混合工质节流制冷机，通过氦气压缩膨胀获得低温，将氮气冷却至-196℃液化。
液氮储存：液化后的氮气收集至杜瓦罐，通过真空绝热层减少蒸发损失。
液氮输送与控制
低温泵输送：柱塞式低温泵将液氮从杜瓦罐输送至用冷点，压力稳定在0.7MPa。
智能监控：防爆控制柜实时监测储罐压力、液位和输液流量，自动调整运行参数，确保安全高效。
三、技术优势与应用场景
技术优势
高效节能：PSA工艺与深冷液化结合，产气效率高，能耗低（液氮生产成本仅为运输液氮的1/3）。
稳定可靠：双塔循环结构与PLC自动控制，实现连续稳定供气，故障率低。
模块化设计：撬装式结构便于运输与安装，现场仅需管线、电气连接即可使用。
安全环保：防爆控制柜、安全阀及在线纯度分析仪确保运行安全，封闭式系统减少氮气泄漏风险。
应用场景
化工领域：为低温反应釜提供冷源，稳定控制反应温度（如-80℃±2℃）。
医疗领域：为磁共振成像（MRI）设备的超导磁体提供液氮冷却，确保磁体处于超导状态。
金属加工：用于轴承深冷处理，提高硬度（HRC3-5度）和耐磨性。
科研实验：为物理、化学实验提供高纯度液氮，支持低温环境模拟。
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