浙江正大空分设备有限公司 浙江省杭州市 311400
摘要：为了能够收集更多的氧气，避免资源浪费，利用制氮机氧气收集装置能够有效实现这一目标。因此，本文主要对制氮机氧气收集装置的构成以及工作原理进行分析与讨论，并对该装置的使用性能、收集氧气的浓度、制氧量等进行分析，使得制氮机氧气收集装置的作用与价值更好地发挥出来，为煤矿安全生产以及井下工作环境的改善提供良好的条件与保障。
关键词：制氮机；氧气；收集装置；研究
在化工、制药、冶金、玻璃等领域中，PSA制氮机和深冷法制氮机的制氮方法得到广泛应用，制氮机从空气进行氮氧分离从而提取氮气来进行应用，而剩余的氧气和其它成份的气体则从制氮机中排空放掉，在这部分废气中，氧气浓度约为35%，大部分应用在燃烧热工设备，用来燃烧。在开采煤炭资源时，矿下的作业安全始终都要放在第一位的。近几年，矿井火灾的发生频率相对较高，这与煤炭自身的特性有很大的关系，同时也跟井下作业的环境有着一定的关系。矿井火灾的危害性很大，程度较轻的矿井火灾会烧毁机电设备与煤炭资源，导致企业遭受经济重创，程度较重的会诱发瓦斯爆炸，这会对矿下工人的生命安全带来威胁，严重会引发人员伤亡事故，后果不堪设想。因此，为了提升井下作业的安全性，促进井下作业环境的更好改善，重视制氮机氧气收集装置的应用，一方面制出来的氮气具有灭火的性能，另一方面收集的氧气能够改善井下作业环境与条件，一举两得。
一、制氮机氧气收集装置应用的重要性分析
制氮机是一种制氮的重要设备，其通过利用变压吸附技术来制取氮气。制氮机能够有效实现氮氧分离，且制氮的纯度相对较高，而分离的氧气与其他气体则排放到大气中，这无疑是一种资源的浪费。同时由于氮气本身是一种无味、无色的气体，其是一种无毒的惰性气体，不具有助燃性。通常情况下，如果空气中的氮浓度提升，那么会压缩氧气的空间，使得氧浓度降低。氮气的非助燃性表示其具有很强的灭火性能，因而在煤矿开采过程中，为了能够强化灭火工作，利用注氮防灭火技术能够有效实现这一目标，并在煤矿开采作业中得到广泛的认可与应用。
为了能够制取更多的氮气，利用制氮机可以实现。制氮机在进行氮气制造时，会将氧气与氮气进行分离，然后排空分离出来的氧气，利用氮气收集装置将氮气收集起来，这在一定程度上浪费了大量的氧气，导致资源浪费。而为了能够更好地节约资源，灵活地应用制氮机氧气收集装置来收集氧气，能够将制氮机排空的氧气进行更好地收集，并将收集的氧气输送到煤矿井下作业环境中，为矿井提供必要的氧气支撑，还能够避免资源浪费，这有效地改善了井下煤矿开采的环境与条件，有利于提升煤炭开采效率与水平。此外，利用制氮机氧气收集装置，将排空的阳光其收集和输送到矿下资源开采的实际环境中，既能节能环保、又能改善工作环境，使得煤矿生产的安全度得到大大提升[1]。
二、制氮机氧气收集装置的构成及其工作原理
1、制氮机氧气收集装置的构成分析
制氮机氧气收集装置主要是由采集氧气、分析数据以及注氧终端这三部分构成。其中，采集氧气这部分主要是利用气动接头、软管来和膜组排氧气口进行连接，收集高浓度的氧气到氧气的总管路上。分析数据部分主要是分析所收集的氧气浓度，实时监测注氧气口的氧气流量。而最后一部分就是注氧终端，由于氧气的排放存在一定的不稳定性，需要将储气罐加装到注氧装置上，从而对注氧的压力进行稳固，使其达到平稳状态。这就是制氮机氧气收集装置的三部分构成情况。
2、制氮机氧气收集装置的工作原理分析
制氮机氧气回收装置的特点在于其外壳是空心圆柱的结构，在外壳的两端分别设置一个完全封闭的外壳内部封堵件，所有膜组件都是条状的结构，膜组件的侧面上都有排氧口，且在封堵件与外壳侧面都设置氧气收集口，排氧口与氧气收集口连通起来。同时每个排氧口都要通过气动接头来与氧气的收集口进行连通，并在氧气收集口处设置氧气浓度传感器和储气罐，并在储气罐上设置与安装压力传染器。制氮机氧气收集装置的工作原理主要是按照矿用的移动式膜分离制氮装置或则和技术的工作原理，当各类混合气体经过高分子膜的过程中，由于每类气体在膜中的扩散系数与溶解度存在一定的差异，因而导致不同的气体，其在膜中的渗透速度与频率不尽相同。如果渗透的速率较高，那么其容易被富集起来，如比较典型的就是氧气。如果渗透的速率较低，那么气体在透过膜时，一般会在膜的滞留侧被收集起来，如氮气就是如此。且分离混合气体的过程中是较为连续且平稳的[2]。
从制氮机氧气收集装置的工作原理细节上来分析，混合气体中的氮氧分离主要是通过中空纤维膜组件来实现的。在每根中空纤维膜组件中都有数以万计的中空纤维膜，该纤维膜细如发丝，如同一根特殊的塑料管一样。由于空气中的氮气、氧气的渗透速度不同，当被压缩的空气进入到管里时，同一时间内的水蒸气、氧气的渗透速率不同，速率较高的气体很多都通过管壁消散或者排空了，而氮气的渗透速率较低，其在容易在管中被富集起来，并从管的另一端输出到储气罐中。因此，通过将氧气收集装置安装在中空纤维膜组件的排氧口，能够有效实现收集氧气的目标。与此同时，将收集起来的氧气应用到煤矿井下作业环境中，能够更好地防治瓦斯爆炸、煤炭自燃等问题发生。一般情况下，制氮机氧气收集装置收集的氧气浓度大概在30%左右，且每根膜的制氧量大概在15m3/h左右，科学、合理地利用制氮机氧气收集装置，能够兼顾经济效益与社会效益的统一。
通过利用制氮机氧气收集装置，既能够符合制氮的要求，还能够收集排空的氧气，使其资源利用效率得到更好提升。同时通过氧气浓度传感器的设置与安装，能够实现对氧气的浓度进行实时地检测与关注，并对所收集的氧气浓度进行保障，并利用单向阀来将收集起来的氧气输送并储存到储存氧气的罐中。当有需要的时候，可以将储氧罐直接送到有需要的地方去，如煤矿资源开采的井下开采等区域，促进煤矿资源开采环境得以更好改善。而当收集的氧气浓度与设定的浓度存在较大差异时，可以直接打开排空阀，将氧气排放到空气中即可，使得储氧罐中的氧气含量得以更好地保障。而通过左、右端盖的设置，能够更好地避免和膜组件连接的管路过多而产生缠绕的问题，最大化的提升制氮机氧气收集装置的应用效率与水平，收集更多事宜井下安全作业的氧气来改善井下矿业生产环境，逐步提升制氮机氧气收集装置的应用时效性与科学性[3]。
三、结束语
综上所述，当前，制氮机是制氮的有效方式与路径，通过制氮机能够制取与流量、浓度要求相符合的氮气。制氮机将空气中的氧气与氮气进行分离，一方面收集氮气，另一方面会将氧气直接排放掉，这在一定程度上是在浪费资源，不利于节能环保型社会的更好构建。基于此，为了能够解决资源、避免浪费，重视对制氮机氧气收集装置的研究与应用，将制氮机制氮过程中产生的氧气通过氧气收集装置富集起来，这样在保障制氮过程和结果不受影响的前提下，能够收集更多的氧气，通过对氧气浓度的合理、科学地控制，而后将氧气输送到煤矿井下作业工人的工作环境当中，促进井下工人工作环境得以更好改善，还能够节约更多的资源，减少资源浪费的问题。本文通过对制氮机氧气收集装置应用重要性、相关构成及其工作原理等进行分析与掌握，能够促进氧气得以更好地收集，提升其应用效果与水平，为煤矿开采工作人员工作环境的优化较为有利。
参考文献：
[1]邵旭东.矿用制氮机全自动监控的实现[J].煤矿安全，2015，46（1）：73-75.
[2]汝翰霖，李长录，孙铭阳，吴跃.矿用膜分离制氮机温度控制的实现[J].工业仪表与自动化装置，2016，0（1）：106-107.
[3]杨松，朱长明.轧钢工艺制氮机富氧尾气回收应用于加热炉富氧燃烧研究[J].冶金能源，2017，36（A01）：27-28.