现有封装生产线的改造问题

有2种：液态罐装氮气和制氮机产生氮气。

（1）液态罐装氮气

液态罐装氮气是用大型制氮设备制造出气态氮气，然后经过高压超低温处理（500MPa，－180℃）使其转化为液氮，氮气源纯度一般为9.999％，一吨液氮相当于常温长压下780m3的有效氮气。

（2）制氮机产生氮气

膜分离制氮机。单位时间的产气量小，只适合配套单台炉，可达到的氮气纯度较低，一般为99.9％，且对与此配套的空压机出口压力要求高。

PSA制氮机。采用不同的流程技术，分离空气中的氮气，直接产生高纯氮气供给设备使用。这种系统提供氮气流量为1～2000m3/h，纯度范围一般为97％～99.9995％，压力为0.05～10.MPa。这种方式为目前市场主流。

（3）PSA＋纯化装置制氮机

先用PSA生产出低纯氮气（纯度一般为99％），再用"氢除氧"工艺净化，氮气纯度较高，一般为99.99％～99.9995％，这种制氮法故障率较高，即PSA的故障＋"氢除氧"的故障。"氢除氧"故障主要为点火装置不能间断，而且始终保持稳定流量的氮气。

5.4 氮气系统配置

如果使用PSA制氮机，生产出来的氮气可直接供设备使用；如果使用罐装液氮供应，由于氮气温度极低，使用时需要一个气化过程：减压、升温。一般需经翘片管汽化器后，通过50m长的金属管道提供给再流焊设备使用，如图4。

每台再流焊设备与氮气源接口处都有压力要求，这在操作手册中有标明，这个压力通常为0.55MPa，0.75MPa，对应制氮机的出口压力就应为0.60MPa，0.80MPa（因在远距离传送过程中会有压降产生）。

生产时如果采用液态罐装氮气，一般都是"一拖一"，如果采用制氮机供气，一般实行"一拖三"（即一台制氮机供三台炉子）。使用时要考虑到留有10～15％的余量，如果一台炉子耗氮量为30m3/h，那么制氮机的流量应为30×3×1.15＝103.5m3/h。由于氮气流量与纯度成反比，考虑实施"一拖几"的时候，并非拖的越多越好，一般选择"一拖二"、"一拖三"、"一拖四"。另外考虑到降低风险系数，尽可能采用制氮机组，防止出现故障。氮气罐的储气量与内压之间有以下关系[3]：
Va＝Vs×[（Pa×14.7）/14.7]1/2 （1）

其中：Va为实际储氮量，Vs为实际用氮量，Pa为实际罐内压力。使用时要注意调节满足来满足以上要求。

5.5 氧含量确定

所需氧含量与氮气源选择有关，一般可通过所需氧含量要求来选择具体的氮气供应方式和制作工艺。氮气源纯度选择时应该先确定生产时所需最低氧含量，再确定氮气源纯度。一般氮气源纯度选择为99.9％、99.99％和99.999％，对应设备中最低氧体积含量为1000×10－6、100×10－6和10×10－6。

生产成本与氮气消耗量有关，而氮气消耗量与所需氧含量有关，图5为Alan Tae等人对氧含量与生产生本进行的一个评估，可以看出当氧含量低于700×10－6后，随着氧含量的下降，氮气消耗量和生成成本急剧增加。在选择氧含量时，可以参考表1。

5.6 采用氮气保护生产成本估算

目前国内市场旧设备改造的面临的最大问题就是投资成本。一台无铅再流焊设备的市场价格为25～30万元，配套氮气供应系统，成本会更高，而这对于流动资金不足或低利润电子制造或组装厂，比如家电生产商，是一个很大开支。

5.6.1 氮气发生器供应系统成本估算

（以下成本估算各计算式中凡下标R表示回流炉，下标O表示氧气，下标N表示氮气，下标E表示用电价格，下标M表示设备，下标S表示消耗品）

（1）再流焊设备成本
所需再流焊设备数量：XR
每台再流焊设备价格：QR
购买所需资金：M1＝XR×QR

（2）氮气发生器选型
生产时所需氧含量：LO
每台再流焊设备每小时消耗氮气量：VN
氮气发生器供应方式：Y1/2，Y1/3，Y1/4
再流焊设备接口处所需压力：P＝0.60～0.80MPa
根据以上参数对氮气发生器进行选型。

（3）氮气发生器成本
每台氮气发生器价格：QN
所需氮气发生器数量：XN
购买所需资金：M2＝XN×QN

（4）电能消耗成本
每套氮气供应系统每小时消耗电能：EN
当地工业用电价格：QE
氮气供应系统服役期：HM
服役期内工业用电费用：M3＝XN×EN×HM×QE

（5）氮气供应系统消耗品成本
每套消耗品费用：QS
服役期内所需消耗品总套数：
消耗品所需总费用：M4＝QS×（XS－1×XN）

（6）工业用地成本
每套氮气供应系统占地面积：SN
服役期内工业用地所需费用：M5

（7）无铅氮气保护再流焊总资本投入：
M＝M1＋M2＋M3＋M4＋M5

（8）每小时消耗成本
M6＝（M2＋M3＋M4＋M5）÷（HM×XR）

5.6.2 罐装液氮供应系统成本估算

常用罐装液氮公称工作压力为115kg，氮气摩尔质量为28g/mol，即一罐液氮在室温下的体积为： VA＝115÷28×22.4＝92（m3）

考虑使用后留有10～15％的余量，实际氮气体积为： VA＝92×（0