一种基于罗茨泵的制氧系统及高效制氧方法与流程

本发明涉及制氧设备领域，特别涉及一种基于罗茨泵的制氧系统及高效制氧方法。

背景技术：

1、分子筛制氧设备在冶金、化工、医疗、民用及高原供氧等领域应用广泛，而vpsa制氧是其中一个非常重要的制氧工艺，具有制氧能耗低、制氧效率高、维护成本低等优点。

2、但是传统的vpsa制氧系统往往存在一个共同的问题，对于制氧设备性能的调节严重依赖于操作人员的使用经验。因为不同海拔高度下，空气密度不同，空压机/排氮机进气质量也不同；同时在同样的相对压力情况下设备的压缩比也不同，导致设备温升控制也需要不同；而在不同温度和压力下吸附剂的吸附及解析能力也不相同，所需对应吸附塔的吸附及解析压力和进气温升控制也需调整。

3、公开号为cn107572482b的中国发明专利公开了一种海拔自适应制氧系统及制氧方法，系统包括空气压缩单元、制氧吸附单元、控制单元、压力检测单元，其中空气压缩单元为制氧吸附单元供气，控制单元用于控制空气压缩单元以及制氧吸附单元，所述压力检测单元的压力传感器安装于制氧吸附单元上，实时检测制氧吸附单元的工作压力，当空气压缩单元开启后，压力检测单元实时检测系统压力值，同时控制单元开始计时，当系统压力值达到设定值时，控制单元停止计时并计算空气压缩单元工作时间，控制单元根据空气压缩单元工作时间计算海拔，并根据海拔控制制氧吸附单元的吸附以及排氮时间。该专利的技术方案主要是通过测算系统压力值达到设定压力值的时间来判断设备所处环境的外部气压和海拔，并通过改变制氧吸附单元的供气和排氮时间来提高系统对不同海拔高度制氧的适应能力。

4、公开号为cn115933774a的中国专利申请公开了一种压力调节方法、vpsa制氧装置和压力控制器，压力调节方法应用于压力控制器，所述压力调节方法包括：通过第一压力变送器采集在当前时间点吸附塔内的实际吸附压力值；通过第二压力变送器采集在当前时间点解析塔内的实际解析压力值；根据实际吸附压力值生成第一阀门调节指令，并基于第一阀门调节指令调节第一快速调节阀；根据实际解析压力值生成第二阀门调节指令，并基于第二阀门调节指令调节第二快速调节阀，使得vpsa制氧装置中的压力能够自适应调整。该专利申请的技术方案主要是通过对旁路阀门的开度进行调节，使鼓风机与真空泵相互配合，从而使得vpsa制氧装置中的压力能够自适应调整。

5、目前制氧设备的制氧效率与海拔高度成反比，即制氧设备的制氧效率随着海拔高度的增加而降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服目前制氧设备的制氧效率随着海拔高度升高而降低，以及容易受到外部气温变化影响的问题，提供一种基于罗茨泵的制氧系统及高效制氧方法，对制氧系统的多个工作参数进行动态调节，提高罗茨泵在对分子筛空气加压和抽真空解析的双作用的切换效率。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种基于罗茨泵的制氧系统。所述制氧系统至少包括空压机/排氮机、吸附塔、平衡罐、缓冲罐、氧气压缩机、氧气储罐、监测设备、处理模块。所述空压机/排氮机配置为由变频器驱动的罗茨泵。所述监测设备至少包括气压、温度、振动、位移等传感器。所述处理模块能监测所述制氧系统所处的气象环境参数，并根据气象环境参数调节所述制氧系统的工作参数。所述气象环境参数包括气压、气温等。所述工作参数包括空压机/排氮机启动方式、罗茨泵转速、吸附塔进气温度、吸附塔吸附及解析压力等。

4、根据一种优选地实施方式，所述罗茨泵用于构成所述制氧系统的动力设备，所述罗茨泵采用变频调速技术，能够根据气象环境空气密度来自动调节转速，从而调节所述制氧系统的进气量。所述制氧系统所处的环境空气密度能够经所述处理模块以实际环境气压及气温为参数的经验公式计算得出。所述制氧系统所处的环境空气密度可经所述处理模块按下列公式自动计算而得。

5、

6、式中，ρ——当地空气密度，kg/m3；

7、p1——当地实测大气压强，kpa；

8、p0——标准大气压，通常取值101.325kpa；

9、t——当地实测气温，℃。

10、根据一种优选地实施方式，所述变频器同时配备了刹车单元和刹车电阻；当处理模块向所述变频器发送换向指令时，所述变频器通过所述刹车单元控制电机刹车并反转，并利用所述刹车电阻限制电机反转时产生的反向电流。

11、根据一种优选地实施方式，所述处理模块通过监测环境气压来确定所述制氧系统在所处气象环境下的吸附塔最佳吸附及解析压力。

12、根据一种优选地实施方式，所述处理模块对吸附塔进气温度进行监测，并且所述处理模块通过调节冷却器的散热风扇转速来调节流经冷却器后的气体温度，使其满足在一个较佳的温度区间。

13、根据一种优选地实施方式，所述处理模块还通过压力控制的方式对气体温度进行调节。

14、根据一种优选地实施方式，所述空压机/排氮机启动方式包括第一启动方式、第二启动方式和第三启动方式。所述第一启动方式为标准启动方式；所述第二启动方式为在所述第一启动方式的基础上动态延长所述变频器启动时间；所述第三启动方式为在所述第二启动方式的基础上关闭所述制氧系统的冷却器散热设施。

15、根据一种优选地实施方式，所述处理模块根据所处环境气温调节所述空压机/排氮机的启动方式。所述处理模块设置有第一温度阈值和低于所述第一温度阈值的第二温度阈值。当所述环境气温高于第一温度阈值时，所述空压机/排氮机的启动方式为第一启动方式；当所述环境气温处于第一温度阈值与第二温度阈值之间时，所述空压机/排氮机的启动方式为第二启动方式；当所述环境气温低于第二温度阈值时，所述空压机/排氮机的启动方式为第三启动方式。

16、根据一种优选地实施方式，所述吸附塔上装有高精度料位检测装置(位移传感器)，用于判断吸附塔内的分子筛是否有粉化和抖动。所述空压机/排氮机连接有进气过滤器，所述进气过滤器装有压力传感器，可检测进气过滤器的堵塞情况。所述罗茨泵配有油位检测和振动传感器以检测所述罗茨泵是否正常运行。

17、本发明还提供一种基于罗茨泵的制氧方法，所述制氧方法采用本发明提供的制氧系统进行制氧，并且在制氧过程中，对所述制氧系统的工作参数进行动态调节。所述工作参数包括空压机/排氮机的启动方式、罗茨泵转速、吸附塔进气温度、吸附塔吸附及解析压力等。

18、与目前制氧技术相比，本发明的有益效果：

19、制氧系统的处理模块根据其所处的气象环境参数能够智能化调节其工作参数，即根据环境气温自动选择空压机/排氮机的启动方式，根据不同海拔环境空气密度智能化调节空压机/排氮机的进气量，根据环境气压智能化调节吸附塔的吸附及解析压力；通过智能化调节冷却器的散热风扇转速来调节吸附塔进气温度，使其满足在一个较佳的温度区间；上述措施使制氧系统始终处于最佳的运行工况，确保最高的制氧效率，在不同的海拔高度及环境气温条件下均能保持设计要求的产氧量和氧浓度，同时降低制氧能耗，延长制氧系统无障碍工作时间，减少制氧系统运行维护费用。