工业实用效率

金属工业中的氮生成

金属加工行业的制造商总是在寻找最具成本效益和最有效的解决方案。在许多工厂,激光被用来切割钢和铝等金属。这些激光切割机经常利用氮气来消除过程中某些部分的水分和氧气。在过去,批量存储系统被用于制造工厂的现场存放氮气,但这种存储方法可能会导致收入的重大损失。那么,电站所有者的解决方案是什么呢?答案要从内部氮气生成系统开始。

首先,探讨这些过程中的氮气在这​​些过程中的使用是重要的,以了解散装储存系统和氮产生系统之间的影响和差异。工厂激光器在金属上的切割点使用氮气,因为该过程中使用的高温通常会导致氧化。当发生氧化时,切割的金属件可能会损坏,因此工具可以产生切割。结构损坏或不准确的切割可以使部件弱,使它们无用。在从激光到金属的接触点上使用氮从切割区域去除氧气,并且有助于冷却模具,从而防止氧化。这种预防改善了最终产品的质量,生产较少的废金属并切回碎片的重新加工。

散装存储系统

    制造商可以将氮气带到激光注射点的第一种方法在执行上相当简单。一个典型的散装储存系统由一个罐、一个汽化器和控制器组成。还有其他类型的大容量存储,但这是最常见的系统之一。液氮的供应被安置在设备中的一个大的塔或槽中,氮气直接从这个供应中抽取。这些装置的典型流动路径从散装罐开始,然后进入环境空气蒸发器。从那里,氮气进入管道,并通过调节器流动,这取决于系统设计,然后出去加工。

      氮生成系统

      氮生成系统是提供一种可持续的方法来提供金属制造和许多其他行业的氮气的独特方法。有两种类型的氮气发生器:压力摆动(PSA)和膜。PSA系统使用碳分子筛在高压下吸附氧气,同时允许氮气通过。膜使用中空的多孔纤维将N 2分子与氧中存在的其他分子分离。

      用于激光切割应用的典型氮生成系统将具有以下组件:氮气发生器,储罐,高压助力器和高压储存缸。大多数激光切割应用需要PSA发生器来实现所需的流速和纯度。激光切割应用需要高流速和高压,这就是为什么所有氮气发生器系统设计成填充6,12,18或24瓶瓶,而不是将气体直接输送到应用中。当正确设计和尺寸时,这些系统有效运行并需要很少的监控。

      氮生成系统利用压缩空气 - 一种显着以压缩机开头的过程。压缩机从周围大气中拉空,此时它通过高效的聚结过滤器和干燥器。该过滤器和干燥器将取出可能损坏发电系统的油,水和颗粒。如果所讨论的系统是PSA发生器,在通过过滤器移动后,干燥的空气将在进入氮气发生器之前通过额外的预过滤器。发电机之后,氮气被输送到高压助力器中,根据系统设计,将其升高到2,500psi或5000psi。一旦氮气达到高压,它就会递送到储存直到所需的汽缸包中。在需要氮气时,它通过稳压器,该调节器被设定为施加的所需压力并管道向激光切割器。

      氮气发生器

      氮气生成系统利用压缩空气在现场产生氮气。

      优点、缺点和维护

      使用氮气生成系统相对于散装存储系统的优点有很多,而且很有前景。就目前而言,制造业大约有一半的工厂使用其中一种或另一种。这有几个原因,一个是氮生成系统是一个巨大的成本制造商的前期。在一件设备上投资几十万美元似乎总是在讨价还价,以获得投资回报率,使花费物有所值。尽管投资回报与发电系统的应用有关,但制造商有时可以在实施6个月后就看到回报。

      节省下来的大部分资金来自于这样一个事实,即该系统是直接购买的,而且电站所有者无需对来自氮供应商的多年合同负责。这削减了许多成本,包括租金、年度供应商成本和送货费用。依赖外部的氮供应商也意味着在交付计划上的冲突。大多数制造商每天至少运行两次激光切割机,如果他们发现在下次预定交货前氮供应已经耗尽,他们别无选择,只能等待。这些激光切割机的停机时间可能会导致大量的收入损失。然而,在氮气生成系统中,空气的供应永远不会消失,它的可用性也不依赖于外部的第三方。

      另一大块的节省来自于防止在使用大容量存储系统时由于氮的浪费而造成的水头损失。因为发电系统可以开启和关闭,它只能在必要时使用,只能产生所需的特定数量的氮;这节省了,基本上消除了气体的浪费。当使用散装存储系统时,被泵入应用程序的氮气纯度几乎总是接近99.998%。乍一看,这似乎是一个优势,但如果一个过程不需要这种级别的纯度,那么系统就不能尽可能高效地运行。这就是为什么散装系统在前期看起来更划算,但从长远来看却落后的部分原因。大多数氮气生成系统允许用户设置自己的纯度,可以根据他们的工艺要求进行定制。

      因为向氮气发生器输送干净、干燥的空气绝对是至关重要的,该系统配备了多个过滤器和组件来确保这一情况的发生。这些元件的设计目的是去除水、油和其他污染物,必须对其进行维护,以使整个系统获得最佳的预期寿命。一个妥善管理的发电系统可以在原地停留15年以上。氮生成系统的适当预防性维护通常每年需要花费大约几千美元,这取决于它们的应用。预过滤器通常每半年到一年需要维护一次,氮气发生器内的过滤器每半年需要更换一次。发电机本身每年需要维护一次,干燥剂干燥机中的预过滤器每六个月到一年应该更换一次。增压压缩机通常每小时运行一次。与压缩机一样,系统中所有元素的维护可以根据这些基准增加或减少频率,这取决于它们被用于的过程。

      使开关

      对于大多数制造商来说,从散装储存到氮生成的平均过渡通常需要六个月或更长。第一步设施运营商需要在转换中进行,以达到其氮供应商结束的合同。一旦确定,其系统要求的完整报告至关重要。考虑的一些重要因素是该过程中所需的纯度,流量(SCFH)和输送压力。一旦制造商拥有这些信息,他们应该与氮气发生器供应商联系并与他们一起使用,以引用满足他们需求的系统。在此报价过程中,供应商很可能会在价格,福利和交货时间内提供多个报价。重要的是完全理解每个供应商的设计,因为这些系统中仍然有广泛的变量,可以影响整体的寿命,服务和制造过程。

      关于作者

      Patrick Hyland是一名技术专家华菱公司是一家领先的技术解决方案提供商,为技术、能源、生命科学、自然资源和交通运输行业提供过滤技术。华菱提供个性化的订单管理、现场支持、全面的培训和应用专家工程服务,利用自动化、流体管理、精密测量、过程加热、过滤和流体动力产品。

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