Генераторы азота генерировать чистый газообразный азот на месте, отделяя его от природного воздуха. Всем нам известно, что воздух состоит примерно на 78% из азота по объему. Таким образом, азотная установка сжимает этот воздух, а затем использует специальные материалы для удаления кислорода и других примесей. Результатом является непрерывный поток высокочистого азота для промышленного использования.
Ознакомьтесь с основными принципами, компонентами и простыми рекомендациями по настройке установок для производства азота на месте.
Принципы производства азота
Разделение воздуха
Один из методов получения азота — криогенное разделение воздуха. В этом процессе воздух охлаждается дожидкости, а затем дистиллируется для разделения азота и кислорода. Этот метод позволяет достичь очень высокой чистоты, но требует крупного и сложного оборудования. Криогенные установки в основном используются для производства очень больших объемов, поскольку они дорогостоящи и энергоемки.
Адсорбция при переменном давлении (PSA)
В генераторах азота на объектах в основном используется технология PSA. Эта технология работает путем улавливания кислорода и других газов на адсорбенте под давлением, а на выходе остается азот. Сжатый воздух поступает в емкость, заполненную углеродным молекулярным ситом (CMS). Молекулы кислорода прилипают к CMS. Но крупные молекулы азота проходят через него в виде очищенного азота. По сути, это две параллельно работающие башни: одна адсорбирует кислород, а другая регенерирует (выпускает адсорбированные газы). Время от времени обе башни меняются ролями. Этот чередующийся процесс фактически обеспечивает непрерывную подачу азота.
Чистота азота
Азот промышленного класса: В промышленности чаще всего используется азот чистотой почти 95% до 99,9% . Такой “технический” азот может содержать повышенное количество остаточного кислорода или аргона. Но это приемлемо для многих процессов. Он используется для таких целей, как создание инертной атмосферы, продувка, упаковка пищевых продуктов и обработка металлов, где предельная чистота не является решающим фактором. Таким образом, “генераторы азота промышленного класса” проще.
Азот сверхвысокой чистоты Некоторым приложениям требуется чрезвычайно чистый азот, обычно с чистотой 99,999% или выше. Этот “сверхчистый” азот имеет содержание примесей на уровне ppm (частей на миллион). Такая чистота очень важна в производстве полупроводников, фармацевтике, аэрокосмической промышленности и других высокоточных отраслях. Для достижения этой сверхвысокой чистоты, по сути, требуются более строгие этапы разделения и дополнительной очистки.
Системные компоненты
- Компрессор воздушныйДля начала вам потребуется специальный воздушный компрессор, который обеспечивает сжатый воздух высокого давления, необходимый для генерации азота. Поэтому компрессоры, используемые в этих целях, преимущественно безмасляные или оснащены фильтрами. Кроме того, ваш компрессор должен обеспечивать достаточный поток при необходимом давлении (обычно около 4-13 бар) для удовлетворения потребностей генератора.
- Осушитель воздухаВторое — это осушители воздуха. Прежде чем воздух попадает в установки PSA, он проходит через осушитель воздуха. Этот осушитель удаляет влагу из сжатого воздуха. По сути, после компрессора и перед генератором устанавливается адсорбционный или холодильный осушитель для достижения низкой точки росы.
- Колодки молекулярного ситаСердцем установки является слой молекулярного сита. Он состоит из двух или более адсорбционных сосудов, заполненных углеродным молекулярным ситом (УМС). Эти слои выполняют фактическое разделение. Каждый сосуд заполнен УМС, которое специфически адсорбирует кислород (также иногда углекислый газ).
Когда сжатый воздух поступает в адсорбер, молекулы кислорода задерживаются КМС, а азот проходит через него. В результате получается газ на выходе с высокой степенью чистоты — азот. Через некоторое время этот насыщенный адсорбер выводится из работы и разгерметизируется, а в работу вступает другой адсорбер. Этот принцип с двумя адсорберами позволяет одному адсорбировать, а другому регенерироваться, обеспечивая непрерывную работу.
- Запорно-регулирующая арматура и трубопроводы:Сеть клапанов и трубопроводов направляет поток воздуха через систему. Эти клапаны переключают поступающий воздух между двумя адсорбционными колоннами. Кроме того, они контролируют время подачи давления и сброса.
Кроме того, трубопроводы соединяют компрессор, осушитель воздуха, емкости и выход азота. Поэтому правильная конструкция трубопроводов обеспечивает чистоту всасываемого воздуха и стабильный выход азота.
Выхлопные линии также подводятся для безопасного отвода выделяемого кислорода и других примесей в атмосферу.
Принципы работы
Нагнетание и сброс давления
Система работает путем циклического переключения каждого адсорбера между фазами высокого и низкого давления. В фазе адсорбции один из аппаратов находится под давлением сухого воздуха. В фазе регенерации другой аппарат разгерметизируется для удаления адсорбированных газов.
Пока одна башня забирает кислород под высоким давлением, другая находится под пониженным давлением для высвобождения собранного кислорода. Затем они меняются ролями. Этот перепад давления “swing” обеспечивает непрерывное производство азота.
Циклы адсорбции и десорбции:
Во время стадии адсорбции сжатый воздух поступает в адсорбер. Затем молекулы кислорода связываются (адсорбируются) с углеродным ситом, а азот проходит как продукт. Эта фаза адсорбции продолжается до тех пор, пока углеродное сито в этом сосуде не насытится кислородом.
Теперь система изолирует этот сосуд и открывает его выпуск для снижения давления. Падение давления вызывает десорбцию: кислород (и влага) отделяются от сита и вытесняются. Это восстанавливает емкость адсорбента. Изменяя эти циклы адсорбции/десорбции между двумя сосудами, генератор поддерживает стабильный выход азота.
Процедура удаления кислорода
Углеродный молекулярный адсорбент является ключом к удалению кислорода. Углеродный молекулярный адсорбент имеет крошечные поры, которые избирательно адсорбируют более мелкие молекулы, такие как кислород и водяной пар, в то время как более крупные молекулы азота проходят мимо. На практике, когда воздух поступает в сосуд, кислород “прилипает” к поверхности адсорбента. Во время регенерации выделяющийся кислород вытесняется небольшим потоком азота или просто путем сброса давления. Вытесняемый кислород направляется из системы в качестве отходящего газа. После многих циклов такая избирательная адсорбция удаляет большую часть кислорода из воздуха, поэтому оставшийся газ представляет собой в основном азот.
Установка и настройка
Подготовка участка:
Первоочередная задача – подготовка площадки, так как именно с этого начинается правильная установка. Также убедитесь, что основание надежное и ровное, чтобы выдерживать оборудование и снижать вибрацию. Кроме того, выбранное место должно хорошо вентилироваться для отвода тепла и любых удаленных газов.
Электрические и коммунальные подключения:
Генератор должен быть подключен к системам объекта. Это включает его подключение к электрическому щитку с соответствующим заземлением и защитой цепи. Если агрегат имеет встроенный компрессор, у него будут свои требования к питанию; если нет, подключите выходной патрубок компрессора пневматической системы к входному патрубку генератора.
Также установите трубопроводы для выхода азота к точке использования и для вытяжной линии. Согласно руководствам по установке, все линии всасывания воздуха, выхода азота и вентиляции должны быть правильно подобраны по размеру и надежно закреплены.
Соображения безопасности:
Безопасность очень важна при работе с газовыми генераторами. Помещение должно хорошо вентилироваться, чтобы любой протекший азот (инертный газ) не накапливался и не вытеснял кислород.
Установите агрегат таким образом, чтобы выпускные и вентиляционные линии выводились наружу или в безопасное место.
Также на сосудах должны быть установлены предохранительные клапаны для предотвращения превышения давления, и они, наряду с другими устройствами безопасности, должны регулярно проверяться.
Операторы должны пройти обучение безопасному обращению. Например: чистый азот не имеет запаха. Поэтому установки в основном включают сигнализацию мониторинга кислорода в замкнутых пространствах.
При соблюдении передовых практик азотный генератор может использоваться без риска для персонала или оборудования.
Вопросы и ответы
Каков срок службы азотного генератора?
Большинство хорошо обслуживаемых установок для производства азота имеют срок службы 15-30 лет. Основные узлы, такие как компрессоры или адсорбционные колонны с молекулярным ситом, требуют периодического обслуживания или замены. При правильном обслуживании и уходе некоторые системы могут работать более 30 лет.
Дорого ли стоят азотные генераторы?
Цены на них сильно колеблются в зависимости от типа и размера. Небольшие мембранные установки могут стоить от $1000, а лабораторные или высокочистые системы PSA в основном начинаются от нескольких тысяч.
Каковы распространенные проблемы с азотными генераторами?
Генераторы азота.
Насколько эффективны генераторы азота?
Эффективность зависит от технологий, конструкции, рабочего цикла и требований к чистоте. ПСА дает лучшее соотношение воздуха к азоту для высокой чистоты. Мембранные системы потребляют меньше энергии для более низких степеней чистоты.
Хочу читать больше:
Лучше ли азот, чем сжатый воздух, для лазерной резки?
Как выбрать лучший генератор азота для Вашего станка лазерной резки
Какое давление требуется для лазерной резки азотом?
Как выбрать дистрибьютора компрессоров?
