前 言
氮气是一种惰性气体，在常况下无色无味，占空气体积分数约 78%（氧气约 21%）。熔点是 63 K，沸点是 77 K，临界温度是 126 K，难于液化。溶解度很小，常压下在 283 K 时一体积水可溶解 0.02 体积的氮气。海上平台主要利用氮气的化学惰性，用于具有易燃易爆装置及管线系统的吹扫气，还有部分作为容器类设备覆盖气隔绝氧气。海上大型中心处理平台因需求量较大，一般会配备单独的氮气发生装置。工业规模制氮有三类：即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。膜式氮气发生装置因技术成熟、操作简单、装置紧凑、能耗低等特点在海上平台得到广泛应用。本文以膜式制氮工作原理为基础，分析了影响模式制氮效果的关键因素，结合工艺流程提出了系统设计要点，为海上平台膜式氮气发生装置系统设计及应用提供重要理论支持。
图 1 膜分离原理示意图
1 膜制氮工作原理
膜制氮是利用高分子中空纤维膜对空气中氮和氧等气体分子具有不同的渗透速率，将氮气与氧气等气体进行分离而制取氮气或氧气。图 1 所示膜分离原理简图，红色代表空气中小分子氧气，绿色表示氮气，吸附于膜高压侧的空气在膜内扩散，渗透速率高的氧气迅速向膜低压移动，并解除吸附，氮气则流过膜排出。
图 2 膜分离器
图 2 所示，为膜制氮分离器，分离器内部由多组中空纤维膜组成，压缩空气从分离器左侧进入，氧气及其它气体在通过纤维膜半程大部分渗透积聚，并从分离器上部排出，氮气穿过模组在分离器右端积聚，排出进入收集装置。膜分离装置设备结构紧凑、产气更快（3min 以内）、操作简单及扩产容易等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜，膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用户，此时具有较好功能价格比[1,3]。
2 结 语
（1）分析了影响膜制氮效果的关键因素。
（2）给出了膜式氮气发生装置系统设计注意要点及关键参数选取原则。
（3）为海上平台膜式氮气发生装置系统选型设计应用提供重要理论支持。
