Генератори на азот генерира азотен газ на място чрез отделянето му от естествения въздух. Всички знаем, че въздухът е около 78% азот по обем. Така азотната установка компресира този въздух и след това използва специални материали за отстраняване на кислорода и други примеси. Резултатът е непрекъснат поток от високочист азот за промишлена употреба.
Прочетете, за да научите основните принципи, компоненти и прости съвети за настройка на генератори за азот на място.
Принципи на производство на азот
Разделяне на въздуха:
Един от методите за производство на азот е криогенното разделяне на въздуха. В този процес въздухът се охлажда, докато стане течен. След това се дестилира за отделяне на азот и кислород. Този метод постига много висока чистота, но се нуждае от голямо и сложно оборудване. Криогенните инсталации основно се използват за производство на много големи обеми, защото са скъпи и енергоемки.
Адсорбция на сменящо се налягане (PSA):
Генераторите на азот на място най-често използват PSA технология. Тази технология работи, като задържа кислорода и други газове върху адсорбент под налягане, но оставя азота като продукт. Компресираният въздух се изпраща във съд, пълен с въглероден молекулярен сит (CMS). Молекулите кислород се залепват за CMS. Но по-големите молекули азот преминават като пречистен азот. По същество има две кули, които работят паралелно: едната кула адсорбира кислорода, а другата регенерира (освобождава адсорбираните газове). Двете кули сменят ролите си периодично. Този алтернативен процес всъщност осигурява непрекъснато подаване на азотен газ.
Нива на чистота на азота
Индустриален азот Индустриалните приложения най-често използват почти 95% до 99.9% чист азот. Този азот “индустриален клас” може да съдържа по-високи нива на остатъчен кислород или аргон. Но това е приемливо за много процеси. Използва се за цели като предпазна атмосфера, промиване, опаковане на храни и металообработка, където екстремната чистота не е от решаващо значение. Следователно “индустриални азотни генератори”са по-опростени и имат по-ниски оперативни разходи.
Азот с ултра висока чистота: Някои приложения се нуждаят от изключително чист азот, обикновено с чистота 99,999% или по-висока. Този “ултрачист” азот има нива на примеси само в ppm (части на милион). И тази чистота е много необходима в производството на полупроводници, фармацевтиката, аерокосмическата промишленост и други прецизни индустрии. За постигането на тази ултрависока чистота, основно се нуждаете от по-строго разделяне плюс допълнителни етапи на пречистване.
Системни компоненти
- Въздушен компресор:Първо, трябва да имате специализиран въздушен компресор, който осигурява сгъстен въздух под високо налягане, необходим за генериране на азот. Следователно, въздушните компресори, които се използват за тази цел, са предимно безмаслени или имат филтри. Освен това, вашият компресор трябва да осигурява достатъчен дебит при необходимото налягане (обикновено около 4-13 бара), за да отговори на нуждите на генератора.
- Изсушител за въздух:Второто нещо са въздушните сушилни. Преди въздухът да влезе в кулите на PSA, той преминава през въздушна сушилня. Тази сушилня отстранява влагата от сгъстения въздух. По принцип, след компресора и преди генератора се монтира влагопоглъщаща или хладилна сушилня, за да се постигне ниска точка на оросяване.
- Легла с молекулярни сита:Ядрото на агрегата е легла с молекулярно сито. Те се състоят от два или повече адсорбционни съда, пълни с въглеродно молекулярно сито (CMS). Тези легла извършват действителното разделяне. Всеки съд е зареден с CMS, което специфично адсорбира кислород (понякога и въглероден диоксид).
Когато сгъстен въздух влезе в леглото, кислородните молекули се задържат от CMS, а азотът преминава. Това оставя изходен газ, който е силно чист азот. След известно време това наситено легло излиза от строя и се обезвъздушава, но другото легло поема. Този принцип на двойно легло позволява на едното легло да адсорбира, а другото да се регенерира за непрекъсната работа.
- Контролни клапани и тръбопроводи:Мрежа от клапани и тръбопроводи насочва въздушния поток през системата. Тези клапани превключват подавания въздух между двете адсорбционни кули. Освен това те контролират времето на подлагане на налягане и проветряване.
Освен това, тръбопроводите свързват компресора, изсушителя за въздух, съдовете и изхода за азот. Така че, правилният дизайн на тръбопроводната система осигурява чист постъпващ въздух и стабилен изход на азот.
Изпускателните линии също са свързани, за да отвеждат безопасно изгорения кислород и други примеси в атмосферата.
Принцип на работа
Налягане и обезвъздушаване:
Системата работи чрез редуване на всеки адсорбер през фази на високо и ниско налягане. Във фазата на адсорбция, един съд се подлага на налягане със сух въздух. Във фазата на регенерация, другият съд се обезвъздушава, за да се отстранят адсорбираните газове.
Докато едната кула улавя кислород под високо налягане, другата се обезвъздушава, за да освободи събрания си кислород. След това те сменят ролите си. Този “люлеещ се” натиск позволява непрекъснато производство на азот.
Цикли на адсорбция и десорбция:
По време на етапа на адсорбция сгъстен въздух навлиза в адсорбер съд. След това кислородните молекули се свързват (адсорбират) към въглеродния сит и азотът преминава като продукт. Тази адсорбционна фаза продължава, докато CMS в този съд се насити с кислород.
Сега системата изолира съда и отваря неговия изпускателен клапан, за да намали налягането. Спадът в налягането причинява десорбция: кислородът (и влагата) се отделят от ситото и се изхвърлят. Това възстановява капацитета на адсорбента. Чрез редуване на тези цикли на адсорбция/десорбция между двата съда, генераторът поддържа стабилна концентрация на азот.
Процедура за премахване на кислород:
Въглеродното молекулярно сито е ключът към премахването на кислорода. CMS има миниатюрни пори, които селективно адсорбират по-малки молекули като кислород и водни пари, докато по-големите азотни молекули преминават. На практика, когато въздухът навлиза във съда, кислородът се “прилепва” към повърхността на ситото. По време на регенерация, освободеният кислород се изтласква навън от малък поток азот или просто чрез вентилация. Изхвърленият кислород се изпраща извън системата като отпадъчен газ. В продължение на много цикли, тази селективна адсорбция премахва по-голямата част от кислорода от въздуха, така че останалият газ е предимно азот.
Инсталация и настройка
Подготовка на обекта:
Първо е подготовката на площадката. Тъй като правилната инсталация започва с това. Също така се уверете, че основата е стабилна и равна, за да поддържа оборудването и да намали вибрациите. Освен това избраното място трябва да бъде добре вентилирано, за да разсейва топлината и всички изпуснати газове.
Електрически и комунални връзки:
Генераторът трябва да бъде свързан към системите на съоръжението. Това включва окабеляване към електрическия панел с подходящо заземяване и защита на веригата. Ако агрегатът има вграден компресор, той ще има собствени изисквания за захранване; ако не, свържете изхода на компресора за цехови въздух към входа на генератора.
Също така, инсталирайте тръбопровод за изхода на азот до точката на използване и за вентилационната линия. Според ръководствата за инсталиране, всички въздухозаборни, азотно-изходни и вентилационни линии трябва да бъдат правилно оразмерени и здраво монтирани.
Съображения за безопасност:
Безопасността е много важна при газовите генератори. Помещението трябва да бъде проветрено, така че евентуално изтекъл азот (инертен газ) да не се натрупва и да измества кислорода.
Инсталирайте уреда така, че изходящите и вентилационните линии да отвеждат навън или в безопасна зона.
Също така, на съдовете трябва да бъдат монтирани предпазни клапани за предотвратяване на свръхналягане и те, заедно с други предпазни устройства, трябва да се проверяват редовно.
Операторите трябва да бъдат обучени за безопасно боравене. Например: чистият азот е без мирис. Така инсталациите най-често включват аларми за мониторинг на кислорода в затворени пространства.
Следвайки най-добрите практики, азотният генератор може да се използва без риск за персонала или оборудването.
Често задавани въпроси
Какъв е експлоатационният живот на азотен генератор?
Повечето добре поддържани азотни генератори имат експлоатационен живот от 15-30 години. Основни компоненти като компресори или легла с молекулярни сита се нуждаят от периодична поддръжка или подмяна. С подходяща поддръжка и грижа, някои системи могат да работят над 30 години.
Скъпи ли са азотните генератори?
Цените им варират значително според вида и размера. Малки мембранни модули могат да започнат от около $1000; лабораторни или високочисти PSA системи най-често започват от няколко хиляди.
Често срещани проблеми с азотните генератори:
Генераторите на азот могат да имат проблеми като ниска чистота, спад на налягането, течове на въздух, запушени предфилтри или повреди на клапани.
Колко ефективни са генераторите на азот?
Ефективността зависи от технологиите, дизайна, работния цикъл и нуждите от чистота. PSA осигурява по-добри съотношения въздух към азот за висока чистота. Мембранните системи използват по-малко енергия за по-ниски степени на чистота.
Искате да прочетете повече:
По-добър ли е азотът от сгъстения въздух за лазерно рязане?
Как да изберете най-добрия азотен генератор за вашата машина за лазерно рязане
Какво налягане е необходимо за лазерно рязане с азот?
Как да изберем дистрибутор на въздушни компресори?
