1 PSA（圧力スイング吸着）窒素製造の紹介
1.1 圧力スイング吸着
圧力スイング吸着（PSA）はガス分離技術です。1960年に米国C.W.スカー・ストロムが分子ふるい式酸素製造のPSA特許を初めて取得し、その後、英国、ドイツ、日本などの国々で広範な実験研究が行われました。1970年には、米国UCC（ユニオン・カーバイド・コーポレーション）が初めて工業規模の生産を実現し、PSA技術の開発と応用において長らく主導的な地位を占めてきました。従来の分離方法と競合しながら、PSAプロセスは継続的な改善と洗練を経て、急速な発展を遂げています。
1.2 動作原理
PSA窒素製造システムは、空気を原料とし、高効率・高選択性の固体吸着剤（カーボン分子ふるい）を使用して窒素と酸素を選択的に吸着し、空気から分離します。カーボン分子ふるいによる窒素と酸素の分離は、主にふるい内でのこれらの2つのガス分子の拡散速度の違いに基づいています。直径の小さいガス分子（酸素）はより速く拡散し、分子ふるいの固体相により深く浸透します。その結果、気相では窒素が濃縮されます。約2分後、分子ふるいによる酸素の吸着は平衡に達します。カーボン分子ふるいの吸着容量が圧力によって変化するという特性を利用して、圧力を低下させて分子ふるいから酸素分子を脱着させます。このプロセスを再生と呼びます。圧力スイング吸着（PSA）は通常、並列に接続された2つの塔を使用し、これらが交互に圧力吸着と減圧再生を行うことで、連続的な窒素供給を実現します。
1.3 プロセス概要
完全な窒素製造システムは、以下のものを含みます：空気圧縮機（複数）→圧縮空気浄化ユニット→空気貯蔵タンク→PSA窒素製造装置→窒素バッファタンク→窒素貯蔵タンク（低圧）→窒素加圧システム→窒素貯蔵タンク（高圧）。
2 装置の紹介
2.1 窒素製造装置の選定
窒素製造装置の選定には多くの考慮事項があります。まず、特定のモデル仕様（窒素生産量、窒素純度、出口圧力、露点など）を決定するために、徹底的な予備市場調査を行う必要があります。窒素製造装置の性能と機能の包括的な比較分析を行い、地域の運転環境に基づいて選定する必要があります。
3 窒素製造装置の製造と運転
電気制御システムは、特定のプログラムに従って運転シーケンスを管理し、圧力吸着と減圧再生を交互に行います。ガス製造プロセスは自動で運転され、窒素流量、圧力、純度は調整可能で、継続的に表示されます。
3.1 人員による点検と重点項目
点検を行う際、窒素製造装置のオペレーターは以下の点に注意する必要があります：（1）まず、窒素純度と露点が要件を満たしていることを確認し、次に吸着と再生が正常に進んでいることを確認します。（2）装置に必要な電源、ガス供給、水供給、温度条件が正常であるか確認します。（3）空気貯蔵タンクの圧力を監視し、0.7～0.75 MPaの間に維持し、定格値を下回らないようにします。（4）自動ドレンバルブを各点検時に検査し、閉塞や損傷がないか確認し、排水機能を損なわないようにします。（5）冷凍乾燥機の熱交換器フィンが清潔であるか定期的に確認し、熱放散不良が乾燥機の性能と寿命に影響を与えるのを防ぎます。（6）精密フィルターの定期的なメンテナンスは、主にフィルターの使用状況に基づいてフィルターカートリッジを交換することを含みます。フィルターの保守については、フィルターメーカーが推奨するメンテナンススケジュールと手順を参照してください。（7）酸素分析計は月に一度校正します。酸素含有量が定格値を超える場合は、酸素プローブの寿命が尽きたかどうかを検討し、速やかに交換してください。推奨交換サイクルは1年です。（8）電磁弁および空気圧弁の感度、圧力調整器の圧力範囲、ガス分析計の精度、吸着塔の気密性、サイレンサーの排気状態、流量計内部チューブの清浄度を定期的に検査し、装置の正常な運転を確保するために、問題があれば速やかに対処してください。
4 窒素製造装置のメンテナンスと保守
4.1 空気圧縮機（スクリュー式）
空気圧縮機（または圧縮機セット）は、PSA（圧力スイング吸着）窒素製造システムに必要な圧縮空気を供給します。その流量、圧力、その他の仕様は、PSA窒素製造システムの空気消費量によって決定されます。PSAシステムの効率（消費量）は、主に分子ふるいの性能、プロセスフロー、吸着器の構造によって決定されます。空気圧縮機は以下の仕様を満たす必要があります：（1）空気供給量≧16.5 m³/min；（2）吐出圧力0.8～0.98 MPa；（3）油分≦3 ppm；（4）温度≦45℃。
実際の運転では、空気圧縮機の定期点検には、運転温度（≦105℃）、運転圧力（0.8～1.0 MPa）、水圧（0.3～0.6 MPa）が含まれます。月次点検には、油面を確認し、配管接続部の漏れを確認することが含まれます。四半期ごとのメンテナンスには、吸気フィルター画面とエアフィルターエレメントの清掃、および継手の点検が含まれます。年次メンテナンスは、Ingersoll Rand（INGERSOLL RAND）製品の「メンテナンスマニュアル」に従って実施され、Ingersoll Randの専門エンジニアによって行われます。日常運転中は、マニュアルに記載されているメンテナンスの推奨事項と優先順位に従ってください：（1）コントローラーの表示に基づいてメンテナンスを実行します。（2）年に一度メンテナンスを実行します。一般的な不具合が発生した場合は、装置の担当者がマニュアルのトラブルシューティングガイドに記載されている修理方法を使用して問題を解決してください。問題が解決しない場合は、Ingersoll Randの専門エンジニアに連絡して支援を求めてください。
日常的に空気圧縮機の性能に影響を与える主な要因は温度であり、温度に影響を与える主な要因（一定の圧力と流量の条件下）には、季節、水温、水質が含まれます。装置の冷却水配管は、口径40mmの給排水口を持つ市水用に設計されています。水消費量は約9トン/時で、直接排出されます。この水をリサイクルしないと、かなりの無駄が生じます。しかし、冷却水をリサイクルして再利用するシステムを導入するには、かなりの投資が必要です（地域の水硬度は380～410 mg/Lです）。夏は空気圧縮機にとって最も厳しい季節であり、冷却器タイプの初期選定が適切であったかのテストにもなります。PSA（圧力スイング吸着）窒素製造システムでは、空気圧縮機が装置のメンテナンスと保守費用の大部分を占めます。このタイプの窒素製造方法を選択する際には、将来のメンテナンス費用を考慮するために、徹底的な予備市場調査と計画を行うことが不可欠です。
4.2 冷凍乾燥機
冷凍乾燥機（モデル/仕様：IDS-150AC；20 Nm³/min）は、日次点検が必要です。これには、冷凍乾燥機からの凝縮水排出と三段フィルターからの廃水排出が滞りなく行われているかを確認すること、冷媒圧力（0.3～0.6 MPa）と圧縮空気圧力（<1.0 MPa）が正常範囲内にあることを確認することが含まれます。メンテナンスと保守には、熱交換器の定期的なパージ（特に春と夏は、熱放散不良を防ぐために頻繁なパージが必要）、ドレンポートの清掃、および三つのフィルター（モデル：ステージ3フィルターXF3-44、ステージ7フィルターXF7-44、グレード9フィルターXF9-44）の定期的な（通常12ヶ月ごと）交換が含まれます。冷凍乾燥機の選定、設置方法、設置場所、季節などの要因は、その油分・水分除去能力に一定の影響を与えます。
4.3 活性炭吸着器吸着器内の活性炭とアルミナの活性は、圧縮空気の品質と冷凍乾燥機による油分・水分除去の効果に直接関係しています。一般的に、装置の使用状況に基づいて、活性炭とアルミナは3～5年ごとに交換する必要があります。
4.4 酸素・窒素分離ユニット—分子ふるい吸着塔
カーボン分子ふるいは、圧力スイング吸着（PSA）窒素製造装置のコアコンポーネントです。その性能指標には、硬度、窒素生産量（Nm³/T-h）、回収率（N₂/Air）%、充填密度が含まれます。運転中は、過熱が吸着効率に影響を与えるのを防ぎ、激しいガス流の衝撃による分子ふるいの粉砕を避けるために注意が必要です。
4.5 ガス検知器
(1) 窒素純度分析計（標準窒素）：モデルP860 4N、長海；(2) 酸素純度分析計（高純度）：モデルGNL-9100、長海；ユーザーマニュアルに従い、センサープローブの点検と校正のために年に一度メーカーに機器を返却してください。日常運転中に異常が検出された場合は、測定値を検証し、原因を調査してください。
4.6 ガス貯蔵タンク
製品の貯蔵装置として、月に一度自己点検、年に一度自己評価を実施してください。3年に一度、技術監督局に非破壊検査を委託してください。6年後、設計耐用年数に達したら、検査結果に基づいて装置の使用を継続するかどうかを決定してください。
5 結論
PSA窒素製造装置の正常な運転を確保するためには、メンテナンスと保守が不可欠です。ユーティリティ設備として、PSA窒素製造装置の安定した運転は、組織の産業活動に必要な条件と安全対策を提供します。装置のすべてのコンポーネントにタイムリーなメンテナンスと保守を行うことで、不具合を防ぎ、装置の寿命を延ばし、エネルギー消費を削減し、効率を向上させることができます。
DeepL.com（無料版）で翻訳しました
