DM系列煤矿用膜分离制氮装置为爆炸性气体环境用机电一体化设施，可在矿井下具有煤尘、瓦斯的爆炸性气体环境下使用。它采用了世界制氮领域的最新技术——中空纤维膜分离制氮技术，是通过引进、消化、吸收国外的先进技术，经过科研机构研究、开发而成。其主体部分采用了国外先进的氮膜系统、气源预处理系统，主要部件均采用进口或合资高质量产品，并采用了智能化微机控制使该装置达到了国内先进水平。产品系统采用微电脑自动化控制且为矿用隔爆兼本安型防爆类型，所以本产品安全性高。且产品对环境和能源没有任何污染和破坏。
现生产中使用的膜分离制氮装置仅有少数是新制产品，其中大多数都是通过大修后再次使用的。使用中的膜分离制氮装置一旦发生故障，就会造成采煤掘进工作全面停产，甚至会引发严重的瓦斯事故。无论从采掘生产方面的特殊作用，还是检修后投入使用的数量与全部服役数量的占有比例方面，重视DM系列煤矿用膜分离制氮装置检修后的出厂检验检测则是煤矿高产高效的机电技术管理的重要措施。
1 设备流程简述
DM系列膜分离制氮设备由空气压缩机、控制部、过滤器、加热器、膜组件、显示部等组成，其工作过程为：压缩空气经过滤器、换热器进入膜组件，空气经过膜组件的溶解和扩散两步作用，空气中的氧气、水蒸气及少量的二氧化碳快速透过膜的另一侧被排放，氮气通过膜的速率慢，且在膜的滞留侧被富集。富集后的氮气其出口压力几乎与入口压缩空气的压力几乎相同，动力损失非常小，通过输送管道输入井下采煤工作面采空区。
2 空气压缩机
空气压缩机是提供压缩空气的发生装置，是制氮装置的重要部件之一。为确保空气压缩机安全稳定运行，充分发挥它优越的使用性能，检修后的空气压缩机要着实做好检验工作。空压机的检修要严格遵照空压机的技术条件和操作规程执行，要检查空气压缩机各机构部件是否完好，各保护装置、仪器、仪表、管路、阀门及接头是否有损坏或松动。观察其运转过程是否平稳，声音是否在标准范围之内，空气互流是否通畅，仪表读数是否正常、平稳，是否有渗、泄漏现象。
运转中的注意事项如下：
（1）经常观察各仪表读数是否正常。排气压力范围：额定排气压力控制在1.0～1.2MPa；润滑油压力范围：低于额定排气压力0.1～0.35MPa；排气温度范围：75℃～100℃（最佳温度区为75℃～85℃）。
（2）经常倾听空气压缩机各零部件运转声音是否正常，机头是否有异响。
（3）经常检查有无渗泄漏现象。
（4）在运行中如发现观油镜上油位低于最低刻度线，应立刻停机，待系统泄压后再补充润滑油。
（5）每间隔一段时间（2～3小时）记录排气压力值、排气温度值、润滑油压力值备案，以供日后检修参考。
3 过滤器
自然空气经过空气压缩机压缩、水冷式后冷却器冷却以1.1MPa的压力进入气液分离器、精密过滤器除去压缩空气中的大分子液体、大分子油雾，再经过一级超精密过滤器和一级活性炭过滤器的过滤，除掉其余的小分子颗粒及油雾，可将压缩空气中的含油量降低到0.01ppm以下、并可以过滤除去直径大于0.01mm的所有固体颗粒；得到合格的空气。所以四级过滤器滤芯的过滤效果是得到合格气体的关键，可以选择进口或合资高质量的滤芯，更换滤芯后的过滤器上差压表，压力指示在绿色区域，当过滤器上差压表，压力指示靠近红区（或设备工作2000小时）时，应按其四级过滤精度的要求更换滤芯，这样能保证得到合格的压缩空气，过滤器的过滤效果直接影响膜组件的使用寿命。
4 加热器
压缩空气经四级过滤器过滤后，得到合格的压缩空气，压缩空气要经过加热达到入膜温度，现有的压缩空气加热装置有两种：一种是螺旋板式换热器，另一种是电加热器，依生产厂商而定。但无论是螺旋板式换热器还是电加热器都要把温度值控制在50℃～60℃之间，设定好温度值，观察温度表上压缩空气的温度，以达到入膜的标准温度为准。
5 膜组件
目前，各大生产厂商选用的膜组件多为美国柏美亚（PRSIM）公司膜组件和日本宇部（UBE）公司生产的膜组件。美国柏美亚（PRSIM）公司膜组件油污染后不能修复，其外壳材质是塑料，一次注塑成型，120℃即熔解，因膜组件去除油污的唯一方法是160℃～190℃高温裂解，所以美国柏美亚（PRSIM）公司膜组件只能采用更换新膜的方法修复；而日本宇部（UBE）公司生产的膜组件外壳是不锈钢材质，可耐高温、可分解、经修复后可二次使用。但无论是选用美国产膜组件还是日本产膜组件修复后都要达到制氮装置的理论设计值，氮气产量：100～1200Nm3/h；氮气压力：0.1～1.2MPa（可调）；氮气纯度：＞97%。
参照流量计算文献，对其修正后的流量公式如下：
Qsn=Qn×[（rn×Ps×T）/（rsn×P×Ts）]0.5
式中，Qsn为标准状态（0℃，101325Pa）下氮气的流量；Qn为流量计读数值；rn为标准状态下空气的密度（1.29kg/m³）；Ps为氮气测量时的绝对压力，即标准大气压+表压；T为流量计标尺上标示的绝对温度[（273.15+20）K]；rsn为标准状态下氮气的密度（1.25kg/m³）；P为流量计标尺上的压力（标准大气压）；Ts为氮气测量时绝对温度。
考虑到氮气与空气非常接近，在环境温度变化不大时，可取近似公式如下：
Qsn=Qn×（Ps/P）0.5
6 控制部
膜分离制氮控制部分，由氮气流量监测、纯度监测、温度监测及系统保护装置等部分构成。氮气纯度和空气温度的控制都是由操作人员设定的，可以随机监测，可通过氧分析仪分析显示出气体的氧含量，调节纯度控制阀来改变氮气的纯度，使其氮气纯度达到使用要求。控制部分还设有气体达到标准纯度时自动排放的功能，可将所需要的氮气纯度设定好，即设定排放临界点。当氮气纯度达到要求的纯度时，即氧含量低于设定排放临界点时，氮气通过合格输气支路输入井下使用区域；而当氧含量高于设定排放临界点时，即氮气达不到要求纯度时，排放支路自动打开，将超标气体排空。因此控制部分的电控柜、电磁阀、气动阀、调压阀等要动作灵敏，整机调试时要多次操作，详细记录数据，以保证检修后控制部分的可靠性。控制部还具有瓦斯浓度的监测及电联锁功能，当瓦斯浓度达到1%时，发出声光警报，达到1.5%时，断开电源，以保安全。
7 结语
DM系列煤矿用膜分离制氮装置检修竣工后的规范性检验是煤矿机电设备检修及管理的重要工作内容，其工作严谨性和可靠性关联着煤矿的稳定生产、安全生产和经济效益，是煤矿全面管理的重要工作之一。
参考文献
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[3]Q/FS001-97，煤矿井下移动式螺杆空气压缩机技术条件[S]．
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（作者系阜新市金广矿山机械制造有限公司机械工程师）
