1. Wprowadzenie do PSA (Pressure Swing Adsorption) dla produkcji azotu

1. Wprowadzenie do PSA (Pressure Swing Adsorption) w produkcji azotu

1.1 Adsorpcja ciśnieniowa

Metoda Adsorpcji Ciśnieniowej (PSA) to technologia separacji gazów. W 1960 roku CW SKARSTROM w Stanach Zjednoczonych uzyskał pierwszy patent na produkcję tlenu metodą sit molekularnych PSA. Następnie kraje takie jak Wielka Brytania, Niemcy i Japonia przeprowadziły szeroko zakrojone badania eksperymentalne. W 1970 roku UCC (Union Carbide Corporation) w Stanach Zjednoczonych jako pierwsza osiągnęła industrializację i od dawna utrzymuje wiodącą pozycję w rozwoju i zastosowaniu technologii PSA. W porównaniu z tradycyjnymi metodami separacji, metoda PSA była stale ulepszana i doskonalona, co doprowadziło do szybkiego rozwoju.

1.2 Zasada działania

System produkcji azotu PSA wykorzystuje powietrze jako surowiec i stosuje wysoce wydajny i selektywny adsorbent stały (węglowe sito molekularne) do selektywnego adsorbowania azotu i tlenu, oddzielając je od powietrza. Separacja azotu i tlenu przez węglowe sita molekularne opiera się głównie na różnej szybkości dyfuzji tych dwóch cząsteczek gazu wewnątrz węglowego sita molekularnego. Mniejsze cząsteczki gazu o mniejszej średnicy (tlen) dyfundują szybciej i w większych ilościach wnikają do fazy stałej sita molekularnego. W ten sposób można uzyskać wzbogacenie azotu w fazie gazowej. Po około 2 minutach adsorpcja tlenu przez sito molekularne osiąga równowagę. Opierając się na charakterystyce, że zdolność adsorpcyjna węglowego sita molekularnego zmienia się pod wpływem różnych ciśnień, ciśnienie jest obniżane w celu desorpcji cząsteczek tlenu z węglowego sita molekularnego; proces ten nazywa się regeneracją. Adsorpcja ciśnieniowa (PSA) zazwyczaj wykorzystuje dwie wieże równolegle, przełączając się między adsorpcją pod ciśnieniem a regeneracją pod obniżonym ciśnieniem, aby uzyskać ciągłe dostarczanie azotu.

1.3 Przegląd procesu

Kompletny system produkcji azotu obejmuje: sprężarkę powietrza (zestaw) — elementy oczyszczania sprężonego powietrza — zbiornik magazynowy powietrza — generator azotu PSA — zbiornik buforowy azotu — zbiornik magazynowy azotu (niskociśnieniowy) — system wzmacniania azotu — zbiornik magazynowy azotu (wysokociśnieniowy).

2 Wprowadzenie do sprzętu

2.1 Wybór generatora azotu

Wybór generatora azotu wiąże się z wieloma kwestiami. Po pierwsze, konieczne jest przeprowadzenie dokładnych badań rynku w celu określenia konkretnego modelu i specyfikacji (wydajność produkcji azotu, czystość azotu, ciśnienie wylotowe i punkt rosy itp.). Należy przeprowadzić kompleksową analizę porównawczą wydajności i charakterystyk generatorów azotu, a właściwy wybór powinien być dokonany w oparciu o lokalne środowisko pracy.

3. System sterowania elektrycznego produkcji i eksploatacji generatora azotu

steruje czasem zgodnie ze specyficznym programem, naprzemiennie wykonując adsorpcję pod ciśnieniem i regenerację pod obniżonym ciśnieniem, a proces produkcji gazu działa automatycznie. Natężenie przepływu azotu, ciśnienie i czystość są regulowane i stale wyświetlane.

3.1 Inspekcja personelu i kluczowe punkty

Podczas inspekcji generatora azotu operator powinien zwrócić uwagę na następujące aspekty: (1) Najpierw sprawdzić, czy czystość azotu i punkt rosy spełniają wymagania, a następnie sprawdzić, czy może on normalnie adsorbowywać i regenerować; (2) Sprawdzić, czy zasilanie, źródło gazu, źródło wody i warunki temperaturowe wymagane przez maszynę są normalne; (3) Obserwować ciśnienie w zbiorniku magazynowym powietrza i utrzymywać ciśnienie w zbiorniku magazynowym powietrza między 0,7 a 0,75 MPa. Nie poniżej wartości znamionowej; (4) Sprawdzać automatyczny osuszacz za każdym razem, aby uniknąć zatorów lub uszkodzeń, które spowodowałyby utratę funkcji odprowadzania wody; (5) Regularnie sprawdzać radiator osuszacza chłodniczego, aby uniknąć wpływu na wydajność i żywotność osuszacza z powodu słabego rozpraszania ciepła; (6) Okresowa konserwacja filtra precyzyjnego opiera się głównie na warunkach użytkowania filtra, a element filtrujący jest wymieniany regularnie. Można odwołać się do okresowych metod konserwacji i środków zalecanych przez producenta filtra w celu konserwacji filtra; (7) Kalibrować analizator tlenu i sprawdzać go co miesiąc. Jeśli zawartość tlenu jest wyższa niż wartość znamionowa, należy rozważyć, czy sonda tlenowa osiągnęła koniec okresu użytkowania i czy sonda tlenowa powinna zostać wymieniona na czas. Zaleca się, aby cykl wymiany wynosił 1 rok. (8) Regularnie sprawdzać czułość zaworu elektromagnetycznego i zaworu pneumatycznego, zakres ciśnienia zaworu regulacyjnego, dokładność analizatora gazu, stan docisku wieży adsorpcyjnej, stan wydechu tłumika, czystość wewnętrznej rury przepływomierza itp. i rozwiązywać wszelkie problemy, aby zapewnić normalne działanie sprzętu.

4. Konserwacja i utrzymanie generatora azotu

4.1 Sprężarka powietrza (śrubowa)

Sprężarka powietrza (zestaw) dostarcza wymagane sprężone powietrze do generatora azotu PSA z adsorpcją ciśnieniową. Jej przepływ, ciśnienie i inne wymagania są określone zgodnie ze zużyciem powietrza przez generator azotu PSA z adsorpcją ciśnieniową. Wydajność (zużycie) jednostki PSA z adsorpcją ciśnieniową będzie głównie określana przez wydajność sita molekularnego, przepływ procesu i konstrukcję adsorbera. Sprężarka powietrza powinna spełniać następujące wymagania: (1) wydajność powietrza ≥ 16,5 m3/min; (2) ciśnienie wydajności powietrza między 0,8 a 0,98 MPa; (3) zawartość oleju ≤ 3 ppm; (4) temperatura ≤ 45℃.

W praktycznym zastosowaniu codzienne kontrole sprężarki powietrza obejmują: temperaturę pracy (≤ 105℃), ciśnienie robocze (0,8～1,0MPa), ciśnienie wody (0,3～0,6MPa) itp. Miesięczne kontrole obejmują poziom oleju, czy występuje wyciek na połączeniach rurociągów itp. Kwartalne konserwacje obejmują czyszczenie filtra wlotowego, czyszczenie elementu filtrującego powietrza i sprawdzanie złączy itp. Roczna konserwacja jest wykonywana przez profesjonalnych inżynierów INGERSOLL RAND zgodnie z "Instrukcją konserwacji" produktu Ingersoll RAND. W codziennym użytkowaniu należy przestrzegać zaleceń i priorytetów konserwacji zawartych w instrukcji: (1) przeprowadzać konserwację zgodnie z wyświetlaczem sterownika; (2) przeprowadzać konserwację raz w roku. W przypadku ogólnej awarii sprzętu osoba odpowiedzialna za sprzęt powinna rozwiązać problem zgodnie z wytycznymi dotyczącymi rozwiązywania problemów zawartymi w instrukcji. Jeśli problemu nie można rozwiązać, prosimy o kontakt z profesjonalnymi inżynierami INGESOLL RAND w celu uzyskania pomocy.

Głównym czynnikiem wpływającym na wydajność sprężarki powietrza jest temperatura, a głównymi czynnikami wpływającymi na temperaturę (przy stałym ciśnieniu i przepływie) są sezon, temperatura wody i jakość wody. Rury wody chłodzącej tego urządzenia są zaprojektowane do wykorzystania wody z kranu o średnicy wlotowej i wylotowej 40 mm, ze zużyciem wody około 9 t/h bezpośrednio odprowadzanej. Bez recyklingu wody byłoby to znaczne marnotrawstwo. Recykling wody chłodzącej do ponownego użycia wymagałby również znacznych inwestycji finansowych (lokalna twardość wody wynosi od 380 do 410 mg/L). Lato jest najtrudniejszym okresem dla sprężarek powietrza, a także stanowi test przydatności początkowego wyboru typu chłodnicy. W generatorach azotu PSA (Pressure Swing Adsorption) sprężarka powietrza wymaga największych inwestycji w konserwację i utrzymanie sprzętu. Dokładne badania rynku i planowanie są niezbędne przed wyborem tej metody generowania azotu.

4.2 Osuszacz chłodniczy

(Model/Specyfikacja: IDS -150AC; 20Nm3/min) Codzienne inspekcje obejmują: zapewnienie, że kondensat i ścieki odprowadzane z osuszacza chłodniczego są drożne; sprawdzanie, czy ciśnienie czynnika chłodniczego (0,3～0,6 MPa) i ciśnienie sprężonego powietrza (＜1,0MPa) są normalne; konserwacja obejmuje regularne przedmuchiwanie chłodnicy (szczególnie wiosną i latem, aby zapobiec problemom z rozpraszaniem ciepła), czyszczenie wylotu spustowego i regularną (zazwyczaj co 12 miesięcy) wymianę trzech filtrów (modele: filtr 3-stopniowy XF3-44, filtr 7-stopniowy XF7-44, filtr 9-stopniowy XF9-44); wybór, metoda instalacji, lokalizacja instalacji i sezon osuszacza chłodniczego mają pewien wpływ na jego wydajność usuwania oleju i odwodnienia.

4.3 Adsorber z węglem aktywnym

Aktywność węgla aktywnego i tlenku glinu w adsorberze jest bezpośrednio związana z jakością powietrza ze sprężarki oraz wydajnością usuwania oleju i odwodnienia osuszacza chłodniczego. Zazwyczaj, w zależności od użytkowania sprzętu, węgiel aktywny i tlenek glinu powinny być wymieniane co 3-5 lat.

4.4 Jednostka separacji tlenu i azotu — Wieża adsorpcyjna z sitami molekularnymi:

Węglowe sito molekularne jest rdzeniem generatora azotu z adsorpcją ciśnieniową. Jego wskaźniki wydajności obejmują: twardość, produkcję azotu (Nm3/Th), współczynnik odzysku (N2/Air)%, i gęstość nasypową. Podczas użytkowania należy zapobiegać przegrzewaniu, które wpływa na efekt adsorpcji, oraz silnemu przepływowi powietrza, który powoduje rozdrobnienie sita molekularnego.

4.5 Detektory gazu

: (1) Analizator czystości azotu (azot ogólny): 0～1000 ppm P860 4N Changai; (2) Analizator czystości tlenu (wysoka czystość): 0～100ppm O2 GNL-9100 Changai. Zwracać instrumenty do producenta raz w roku w celu testowania i kalibracji sond czujnikowych zgodnie z instrukcją obsługi. Sprawdzać i badać wszelkie nieprawidłowości znalezione podczas rutynowej konserwacji.

4.6 Zbiorniki magazynowe gazu :

Jako urządzenia do przechowywania produktu, przeprowadzać miesięczne samokontrole i roczne samokontrole. Zlecać badania nieniszczące urzędowi nadzoru technicznego co 3 lata. Po 6 latach, po osiągnięciu projektowanego okresu użytkowania, określić, czy kontynuować użytkowanie, czy zezłomować zbiornik na podstawie wyników inspekcji.

5. Wnioski

Konserwacja i utrzymanie są niezbędne do zapewnienia normalnego działania generatora azotu PSA. Jako urządzenie użyteczności publicznej, stabilne działanie generatora azotu PSA jest warunkiem wstępnym i gwarancją dla eksperymentów przemysłowych jednostki. Terminowa konserwacja i utrzymanie każdej jednostki sprzętu może zapobiec awariom, przedłużyć żywotność sprzętu i poprawić efektywność energetyczną.