Blog

Większość azotu i tlenu wytwarzanego do celów przemysłowych na świecie produkowana jest w wyniku separacji kriogenicznej na dużą skalę w jednostkach rozdziału powietrza (ASU).

Produkt wytwarzany przez ASU jest zwykle sprzedawany użytkownikom końcowym jako ciecz w temperaturze wynoszącej prawie -200°C i przechowywany w izolowanych termicznie zbiornikach lub odparowywany i doprowadzany w stan gazowy, a następnie sprężany pod ciśnieniem do 300 barów(g) do stalowych butli czy ich wiązek.

Jednym z głównych problemów dotyczących tradycyjnych form dostarczania gazu jest fakt, że zwykle na zbiorniku lub butli nie ma wskazania, jakie ilości produktu zawiera i jakie jest natężenie przepływu.
Innym sposobem przemysłowej produkcji azotu jest generator azotu gazowego do stosowania w miejscu użycia. Generator gazu posiada wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi formami wytwarzania gazu, zapewniając bezpieczeństwo, wygodę i oszczędności.

Niniejszy blog poświęcony jest analizie trzech tradycyjnych sposobów generowania gazu i przedstawia powody, dla których kierownicy zakładów powinni rozważyć zastosowanie alternatywnego generatora azotu do stosowania w miejscu, w którym azo0t ma być wykorzystywany.

Butle i zbiorcze zestawy butli (MCP)
Pojedyncze butle z azotem i zbiorcze wiązki butli są dostarczane w różnych rozmiarach i dostosowane do różnych wartości ciśnienia napełniania.
Podana pojemność butli nie jest rzeczywistą objętością gazu nadającego się do użytku. Objętość ta zależy od wymaganego ciśnienia po stronie tłocznej i konieczności zagwarantowania czystości gazu.

Powód 1 - koszty wynajmu

Zwykle w miejscu stosowania znajdują się jednocześnie trzy butle lub wiązki butli MCP. Jedna pusta butla oczekująca na napełnienie, jedna będąca w użyciu i jedna napełniona butla oczekująca na podłączenie. Wszystkie generują koszty wynajmu.

Powód 2 - umiejscowienie

Aby zapewnić bezpieczeństwo, butle muszą być przymocowane do specjalnie zaprojektowanych stojaków. Wiązki butli MCP mają dużą powierzchnię i zajmują cenne miejsce w zakładzie. Butle muszą znajdować się w takim obszarze, w którym nagłe ulatnianie się gazu nie spowoduje uduszenia osób przebywających w pobliżu.

Powód 3 - obsługa

Butle i wiązki butli MCP są ciężkie i wymagają specjalnego wyposażenia w celu ustawienia na miejscu użycia – jest to proces czasochłonny i kosztowny. Czas przestoju spowodowany zmianą butli w perspektywie roku może okazać się wyjątkowo istotny pod względem wydatków.

Powód 4 - straty spowodowane utratą ciśnienia

Aby zapewnić jakość gazu przy ciśnieniu resztkowym w butli 34 barów(g) większość zastosowań przemysłowych wymaga zastosowania wbudowanego w butlę urządzenia oczyszczającego klasy laboratoryjnej, wyposażonego w wewnętrzne zużywalne adsorbenty, co generuje znaczne koszty.
Standardowa butla o ciśnieniu 230 barów(g) generuje ryzyko, że pozostałe 14% procent gazu w butli może zostać zanieczyszczone parą wodną i zanieczyszczeniami organicznymi (takimi jak oleje). Zanieczyszczenia te są adsorbowane na powierzchni ścianek butli i desorbowane, gdy ciśnienie spada do poziomu 34 barów(g) i poniżej tej wartości.
Takie zanieczyszczenie może nawarstwiać się w miarę upływu czasu i osadzać się w rurociągach, reduktorach, urządzeniach i osprzęcie. Jedynym sposobem, aby temu zapobiec jest niewykorzystywanie butli, gdy ciśnienie spadnie w niej do 34 barów(g). Równoważne jest to z niewykorzystaniem w każdej butli lub MCP na poziomie 14% co stanowi stratę zarówno w odniesieniu do kosztów, jak i objętości niewykorzystanego gazu.

Małe zbiorniki do magazynowania

Izolowane próżniowo zbiorniki ciekłego azotu wyposażone są we wbudowaną integralnie parownicę, która przekształca przechowywaną ciecz w gaz nadający się do użytku. Małe zbiorniki są dostarczane w różnych pojemnościach i opcjach ciśnieniowych.

Powód 5 – niskie natężenie przepływu

Ze względu na obecność wewnętrznej parownicy, natężenia przepływu są ograniczone do względnie niskich poziomów, biorąc pod uwagę pojemność magazynowaną.

Powód 6 – warunki temperatury

Również ze względu na obecność wewnętrznej parownicy musi zostać zapewniony dodatkowy czas na to, by temperatura osiągnęła wystarczający poziom, aby zagwarantować całkowite odparowanie cieczy.

Powód 7 – statyczne straty spowodowane parowaniem

Nie jest możliwe wyprodukowanie zbiornika w 100 procentach skutecznie izolowanego termicznie, ponieważ wymiana ciepła z otoczeniem powoduje nagrzewanie i odparowywanie cieczy. Następnie gaz zostaje odprowadzony do atmosfery (niewykorzystany) przez zawór bezpieczeństwa zapobiegający nadmiernemu wzrostowi ciśnienia w zbiorniku.
Niektóre zbiorniki zawierają obwód ekonomizera, który pozwala na przeniesienie oparów skroplonego gazu ze zbiornika do parownicy.
Sprawdza się to jednak tylko wtedy, gdy gaz jest wykorzystany przez aplikację. Kiedy ekonomizer nie jest używany, ciśnienie wzrasta i jest usuwane do atmosfery, co skutkuje marnowaniem nie tylko gazu, ale również zainwestowanych pieniędzy.

Zbiorniki magazynujące ciecz

Powód 8 – przenikanie cieplne do zbiornika

Zbiorniki do przechowywania cieczy kriogenicznych zaprojektowano z myślą o jak najskuteczniejszym minimalizowaniu nagrzewania bardzo zimnego ciekłego azotu o temperaturze -196°C. Jednak pewne przenikanie ciepła do zbiornika jest nieuniknione, ponieważ żaden zbiornik próżniowy nie jest wydajny w 100 procentach. Ciepło pochłonięte przez ciecz spowoduje odparowanie części cieczy. Powstają opary skroplonego gazu, które:

• zostają zatrzymane w zbiorniku powodując wzrost ciśnienia gazu,
• są wykorzystywane przez klienta za pośrednictwem obwodu ekonomizera,
• w przypadku zatrzymania w zbiorniku i wzrostu ciśnienia powyżej granicy bezpieczeństwa, zostają odprowadzone do atmosfery i zmarnowane.

W rzeczywistości, w pewnym stopniu mamy do czynienia ze wszystkimi trzema scenariuszami. Jednak im zapotrzebowanie na gaz jest bardziej sporadyczne, tym większa możliwość powstania strat w wyniku odparowania.

Poniższa tabela przedstawia typowe miesięczne ilości powstających oparów skroplonego gazu.

Wielkość zbiornika w litrach (galony amerykańskie)	Wykorzystanie lub odprowadzanie skroplonego gazu m 3/miesiąc (standardowych stóp sześciennych/miesiąc)
1 900 litrów (500) mocno izolowany	708m3 (25 000)
5 700 (1 500) mocno izolowany	1 700m 3 (60 000)
9 000 (2 400) izolowany perlitem	3 400m 3 (120 000)
11 400 (3 000) izolowany perlitem	4 248m3 (150 000)
18 000 (4 800) izolowany perlitem	5 100m3 (180 000)
22 700 (6 000) izolowany perlitem	6 230m 3 (220 000)
28 400 (7 500) izolowany perlitem	7 646m 3 (270 000)
34 000 (9000) izolowany perlitem	8 495m3 (300 000)
41 700 (11 000) izolowany perlitem	9345m3 (330 000)
49 200 (13 000) izolowany perlitem	13 310m3 (470 000)

Powód 9 – zapotrzebowanie

Zbiornik cieczy stosowany jako awaryjne źródło zasilania, rezerwa lub w celu wyrównywania obciążeń szczytowych jest potencjalnie bardzo nieekonomiczny ze względu na brak zapotrzebowania lub duże ilości powstających oparów skroplonego gazu. Jeśli klient posiada zbyt duży zbiornik (na przykład w sytuacji, gdy początkowo występowało duże zapotrzebowanie, które następnie spadło, ale klient zachował oryginalną jednostkę), istnieje ryzyko znacznych strat gazu.
W przypadku braku wykorzystania gazu, cała zawartość zbiornika zostanie utracona w ciągu około 3 miesięcy.
Wytwarzanie azotu w miejscu użycia „on site”

Generatory azotu wykorzystują opatentowane technologie selektywnego przenikania przez membrany i adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) do wytwarzania azotu o wysokiej czystości ze sprężonego powietrza. Generatory azotu są zaprojektowane do ciągłego przekształcania standardowego sprężonego powietrza w azot w bezpieczny sposób przy regulowanym ciśnieniu i bez zaangażowania operatora. Generator N2 wykorzystywany w miejscu stosowania wyeliminuje wszystkie powyższe problemy i zwięks3zy rentowność, niezawodność i trwałość.

Dla przykładu, generator Parker NITROSource posiada unikalną konstrukcję i wykorzystuje zaawansowaną energooszczędną technologię, która wymaga stosowania mniejszej ilości sprężonego powietrza do wytworzenia większej ilości azotu. Zasadniczo, niższe koszty serwisowania, skrócony czas przestojów i dłuższy czas pracy sprawiają, że jest to najbardziej opłacalne źródło azotu. Dodatkowe korzyści to:

• Zwiększona rentowność - znacznie obniżony koszt jednostki gazu, dłuższy czas sprawności urządzenia; NITROSource wykorzystuje także technologię oszczędzania energii, która dopasowuje zapotrzebowanie powietrza do urządzenia, co zapewnia dalsze oszczędności dla użytkownika

• Większa niezawodność - gaz jest dostępny 24/7, płaci się wyłącznie za gaz który został wyprodukowany

• Zrównoważony rozwój - szybki zwrot z inwestycji, długi okres użytkowania, niskie zużycie energii i zmniejszony ślad CO2.

Dzięki ogromnej wiedzy w zakresie zastosowań przemysłowych firmy Parker zyskanej w ciągu prawie 30 lat projektowania i wytwarzania systemów generowania gazów, jesteśmy doskonale przygotowani, aby udzielić wsparcia każdemu klientowi na etapie zmiany stosowanych dotychczas urządzeń na rozwiązania wykorzysujące produkcję gazu na konkretne żądanie.

W celu uzyskania więcej informacji na temat sposobów wykorzystania systemu NITROSource w zaspokajaniu potrzeb związanych z generowaniem gazu, zapraszamy do obejrzenia poniższego filmu.

Autorem wpisu jest Dave Sykes, członek zespołu opracowującego blog dotyczący technologii generowania gazu oraz Phil Green, menedżer ds. przemysłowych zastosowań gazów, Parker Gas Separation and Filtration Division EMEA.