Generatory azotu dla przemysłu chemicznego
Generatory azotu NITROBERG® zasilają instalacje chemiczne gazem obojętnym wytwarzanym z własnego sprężonego powietrza, od poduszki azotowej nad zbiornikami po przedmuch całych odcinków rurociągów, z czystością regulowaną w zakresie od 97 % do 99,999 %. To, czy wytwarzanie na miejscu opłaca się bardziej niż dostawy w cysternach i butlach, zależy od ilości, przebiegu obciążenia i stopnia czystości. Te same trzy wielkości prowadzą od listy odbiorników do wielkości urządzenia.
Co zasila generator azotu w instalacji chemicznej
W instalacji chemicznej azot trzyma tlen z dala od wszystkiego, co mogłoby z nim zareagować. Zużycie wynika z czterech zadań. Azot tworzy poduszkę azotową nad rozpuszczalnikami i produktami w zbiornikach i silosach oraz inertyzuje reaktory tam, gdzie chemia jest wrażliwa na tlen. Poza tym przedmuchuje zbiorniki i rurociągi po czyszczeniu oraz odgazowuje części instalacji przed pracami utrzymania ruchu i przed wejściem do wnętrza.
O sposobie zasilania w chemii decyduje ilość i czas pracy, a nie czystość szczytowa. Poduszka azotowa i przedmuch pracują w ruchu ciągłym i odpowiadają za największą część zużycia, podczas gdy wysoka czystość wynika najczęściej z jednego procesu. Dlatego ilość decyduje o instalacji, a pojedynczy proces o czystości.
Gaz powstaje ze sprężonego powietrza, a ponieważ rozdział zachodzi na węglowym sicie molekularnym, każdy stopień czystości przekłada się bezpośrednio na zapotrzebowanie na sprężone powietrze. To właśnie ta zależność jest tematem kolejnej sekcji. Przebieg procesu opisuje szczegółowo strona generatora azotu PSA, a osobny artykuł wyjaśnia, dlaczego węglowe sito molekularne ogranicza od góry osiągalną czystość.
Który proces wymaga jakiej czystości, a który generuje ilość
W rozbudowywanym latami zakładzie chemicznym wartość czystości często od lat figuruje w dokumentacji instalacji, ustalona dla tego jednego procesu, który jej wtedy potrzebował. Od tamtej pory zasila wszystko pozostałe. Wartości w poniższej tabeli są typowymi wartościami praktycznymi i służą jako punkt wyjścia do porównania z własnym zapisem. Wiążące pozostają ostatecznie Państwa dane substancji i Państwa ocena ryzyka.
| Proces | Typowa czystość | Rola azotu | Czynnik decydujący |
|---|---|---|---|
| Poduszka azotowa w zbiornikach magazynowych, procesowych i silosach | 99,9 % | Utrzymuje przestrzeń nad cieczą poniżej zakresu wybuchowości i chroni produkt przed utlenianiem | Ilość |
| Inertyzacja reaktorów | 99,9 do 99,99 % | Utrzymuje atmosferę obojętną nad chemią wrażliwą na tlen | Czystość |
| Przedmuch zbiorników i rurociągów | 99,9 % | Usuwa resztki powietrza i wilgoć po czyszczeniu i przed ponownym rozruchem | Ilość |
| Odgazowanie przed utrzymaniem ruchu i wejściem do wnętrza | 99,9 % | Wypiera palne pozostałości przed otwarciem lub wejściem | Ilość |
| Odzysk rozpuszczalników | 99,9 % | Pełni rolę obojętnego gazu nośnego przy kondensacji i odzysku | Ilość |
| Obsługa katalizatorów | 99,9 do 99,99 % | Chroni przed dezaktywacją i samozapłonem podczas przesypywania | Czystość |
| Produkcja polimerów | 99,9 do 99,99 % | Inertyzuje reakcję, odgazowanie i magazyn granulatu | Czystość |
| Transport pneumatyczny proszków i materiałów sypkich | 99,9 % | Transportuje bez powstawania atmosfery wybuchowej | Ilość |
Decydująca jest ostatnia kolumna. W pięciu z ośmiu wierszy stoi tam Ilość i właśnie to odróżnia chemię od produkcji farmaceutycznej. Procesy pracujące w sposób ciągły wyznaczają wielkość instalacji. Czystość wynika z trzech procesów, a te można zasilić osobno.
Jak stopień czystości wyznacza sprężarkę
Czystość nie jest darmowa. Każdy metr sześcienny azotu kosztuje określoną ilość sprężonego powietrza, a ta proporcja, czyli współczynnik powietrza, rośnie stromo powyżej 99,9 %. Zależy wyłącznie od ustawionej czystości, a nie od wielkości urządzenia.
| Czystość | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gatunek | – | – | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 4.0 | 4.5 | 5.0 |
| Tlen resztkowy | – | – | 10 000 ppm | 5 000 ppm | 1 000 ppm | 100 ppm | 50 ppm | 10 ppm |
| Współczynnik powietrza | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Dla 97 % i 98 % karta katalogowa nie podaje ani gatunku, ani wartości tlenu resztkowego.
Zakład chemiczny o stałym zapotrzebowaniu 150 Nm³/h na poduszkę azotową i przedmuch potrzebuje przy 99,9 % około 510 Nm³/h sprężonego powietrza. Przy ustawieniu tej samej ilości na 99,999 % wymaga ona około 960 Nm³/h, czyli niemal dwukrotnie większej sprężarki i niemal dwukrotnie większej mocy elektrycznej. Do tego generator wypada o kilka wielkości wyżej, ponieważ to samo urządzenie przy wysokiej czystości dostarcza wyraźnie mniej.
To wyliczenie modelowe oparte na współczynnikach powietrza z karty katalogowej, a nie wartość projektowa, jednak rząd wielkości obowiązuje w każdym zakładzie. Dlatego opłaca się zasilić osobno pojedynczy proces o wysokich wymaganiach, zamiast podnosić poziom dla całego zakładu.
Od profilu obciążenia do wielkości generatora azotu
Wielkość wynika nie z ilości rocznej, lecz z przebiegu obciążenia. Poduszka azotowa pobiera stale tę samą niewielką ilość, cykl przedmuchu przez kilka minut jej wielokrotność, a linia pakująca stale niewiele. W tej kolejności przechodzi się od własnych odbiorników do urządzenia.
Ująć każdy odbiornik osobno
Zbiorniki magazynowe, reaktory, stanowiska przedmuchu, rurociągi transportowe i pakowanie należy ująć osobno, każde z ilością, czasem trwania i rozkładem w czasie. Cykl przedmuchu to szczyt, a nie obciążenie ciągłe. Kto zsumuje wszystkie szczyty, trafi na wielkość, której normalna praca nigdy nie wykorzysta.
Ustalić czystość dla każdego procesu
Najwyższe wymaganie z Państwa listy należy zestawić z powyższą tabelą i przeliczyć współczynnikiem powietrza, ile kosztuje ono przy zastosowaniu dla całego zakładu. Często tańsze okazuje się drugie, małe zasilanie dla tego jednego procesu.
Szczyty przedmuchu przez zbiornik buforowy, nie przez wielkość urządzenia
Kilkuminutowy szczyt przejmuje zbiornik azotu, a nie większe urządzenie. W całej serii zbiorniki azotu obejmują zakres od 90 l do 6 000 l, a zbiorniki sprężonego powietrza od 90 l do 10 000 l. Użyteczna jest z tego wyłącznie ilość mieszcząca się między ciśnieniem magazynowania a ciśnieniem procesowym.
Sprawdzić sprężone powietrze, ilość i jakość
Zapotrzebowanie pomnożone przez współczynnik powietrza daje wymaganą ilość sprężonego powietrza, którą trzeba zestawić z wolną wydajnością Państwa sprężarkowni, zanim wielkość zostanie ustalona. Należy przy tym liczyć się z wariantem niekorzystnym: dodatkowy stały pobór rzędu wielkości z powyższego wyliczenia regularnie przekracza rezerwę rozbudowywanej latami sprężarkowni, a wtedy rozbudowa strony sprężonego powietrza staje się częścią inwestycji, a nie pozycją poboczną. Do pierwszej oceny wystarczą wydajność z tabliczki znamionowej sprężarek oraz rzeczywiste obciążenie odczytane ze sterownika. W chemii dochodzi pytanie, którego inne branże nie mają: skąd sprężarka zasysa powietrze? Opary rozpuszczalników w powietrzu zasysanym dodatkowo obciążają uzdatnianie, a pozostałości oleju i wilgoć resztkowa skracają żywotność węglowego sita molekularnego. Do tego dochodzą powierzchnia ustawienia, powietrze nawiewane i ciepło odpadowe w pomieszczeniu sprężarek.
W odpowiedzi otrzymają Państwo wielkość, zapotrzebowanie na sprężone powietrze i pojemność bufora.
Wystarczy jeden wiersz na odbiornik, z ilością, czasem trwania i czystością. Nasi inżynierowie aplikacyjni przeliczą dobór i wrócą z propozycją.
Ochrona przeciwwybuchowa i obowiązki prowadzącego instalację
W chemii ochrona przeciwwybuchowa jest obowiązkiem prowadzącego instalację, a inertyzacja jest środkiem technicznym, którym go wypełnia. Dlatego to, ile azotu potrzebuje zakład, rozstrzyga się po części właśnie tutaj.
Decyduje graniczne stężenie tlenu, a nie karta katalogowa
Poniżej stężenia tlenu właściwego dla danej substancji mieszanina przestaje być zapalna, a praktyka ruchowa pracuje z zapasem bezpieczeństwa poniżej tej wartości. Wartość ta różni się znacznie między rozpuszczalnikami, gazami i pyłami, liczba uniwersalna nie istnieje. Wynika z danych bezpieczeństwa substancji i z Państwa oceny ryzyka.
W Niemczech § 12 rozporządzenia o substancjach niebezpiecznych (Gefahrstoffverordnung) określa kolejność środków ochronnych: najpierw należy unikać niebezpiecznych ilości lub stężeń substancji niebezpiecznych, następnie źródeł zapłonu i warunków wyzwalających, a dopiero potem ograniczać skutki szkodliwe. Inertyzacja realizuje technicznie pierwszy stopień tej kolejności. Przepis nie wymienia jej dosłownie, przyporządkowanie wynika z samej kolejności.
Monitoring tlenu, ponieważ azot wypiera tlen
Azot nie jest palny ani trujący i właśnie dlatego jego rzeczywiste zagrożenie bywa niedoceniane. Azot wypiera tlen. W pomieszczeniach ustawienia, a tym bardziej w zbiornikach, do których się wchodzi, konieczny jest zatem monitoring tlenu, a wejście podlega zasadom pracy w przestrzeniach zamkniętych. Uznanym odniesieniem branżowym jest dokument EIGA Doc 44, „Hazards of inert gases and oxygen depletion”.
Obowiązki pozostają po stronie prowadzącego instalację. Generator dostarcza gaz obojętny, którym są one wypełniane, a dobór ustala, jaka ilość i jaka czystość docierają do punktu poboru.
Wynika z tego pytanie, które stoi przed wielkością urządzenia, a nie po niej. Tam, gdzie inertyzacja stanowi środek ochronny, dostępność źródła azotu należy do tej samej oceny ryzyka co sam środek. Zbiornik buforowy pokrywa przy tym minuty, a nie godziny. Jaki poziom rezerwy jest potrzebny ponadto i czy proces w ogóle go wymaga, rozstrzyga się na podstawie Państwa substancji i sposobu prowadzenia ruchu, a decyzja ta należy do planowania instalacji, zanim zostanie wybrane urządzenie.
Wytwarzanie własne czy dostawa w cysternie dla zakładów chemicznych
Klasyczną drogą zaopatrzenia jest ciekły azot z dostawy cysterną albo wiązka butli. Jedno i drugie zależy od umowy dostawy, corocznych zmian cen i terminów. Przy niewielkim, silnie zmiennym zapotrzebowaniu i przy rzadkich szczytach dostawa pozostaje właściwą odpowiedzią. Przy wysokim obciążeniu ciągłym, które w chemii jest przypadkiem normalnym, rachunek przechyla się na stronę wytwarzania własnego, a gdzie dokładnie, pokazuje dobór na podstawie ilości rocznej i przebiegu obciążenia. Wymienia się przy tym jedno ryzyko cenowe na drugie: zamiast corocznej zmiany cen u dostawcy gazu ponoszą Państwo cenę energii elektrycznej. Energię elektryczną kupują Państwo jednak i tak, znają Państwo swoje warunki i nie są Państwo związani z jednym dostawcą obowiązkiem odbioru.
Z rachunku za gaz powstaje pozycja policzalna
Z bieżącego rachunku za gaz powstaje inwestycja i zużycie energii elektrycznej, które da się policzyć. Przy wysokim i równomiernym obciążeniu zwrot z inwestycji wobec zaopatrzenia w azot ciekły wynosi zwykle od dwóch do trzech lat. Porównywane jest przy tym wytwarzanie własne z bieżącym zakupem azotu ciekłego; rozbudowa Państwa sprężarkowni nie mieści się w tym przedziale i należy do Państwa własnego rachunku. Cysterna traci dodatkowo produkt przez odparowanie, nawet gdy nie ma poboru.
Części zużywalne na termin postoju remontowego
Filtry i elementy standardowe kupują Państwo na wolnym rynku, gdzie zechcą. Rozstrzyga o tym rzadziej cena niż termin: części, które ma każdy dystrybutor, trafiają w Państwa okno remontowe, zamiast czekać na dostawę od producenta.
Ilość bez umowy dostawy
Dostępna ilość zależy od sprężarki i od własnego zapotrzebowania, a nie od umowy odbioru ani od terminu dostawy. Gdy zmieni się Państwa profil obciążenia, zmieniają Państwo sposób prowadzenia ruchu, zamiast negocjować warunki po fakcie.
Bezpośredni kontakt z działem technicznym
Pytania o dobór trafiają do działu technicznego, a nie do call center, pod numerem +49 2151 568 9550. Dostawa, uruchomienie, szkolenie i serwis pochodzą z jednej ręki w ramach BERG Group, gwarancja obowiązuje trzy lata, a z umową serwisową do pięciu.
Który generator azotu pasuje do jakiej wydajności
500 i 4000 to oznaczenia typu, a nie dane wydajnościowe. Między tymi dwoma krańcami mieści się 18 wielkości, które przy czystości 99,9 % pokrywają zakres od 4,1 do 654,9 Nm³/h, a odstępy między nimi są odpowiednio małe. Użyteczna wydajność zależy od ustawionej czystości, dlatego poniżej podany jest zakres dla poszczególnych czystości, a nie pojedyncza liczba.
| Parametr | Wielkość 500 | Wielkość 4000 |
|---|---|---|
| Azot przy 97 % | 10,7 Nm³/h | 1 709,1 Nm³/h |
| Azot przy 99,9 % | 4,1 Nm³/h | 654,9 Nm³/h |
| Azot przy 99,999 % | 1,2 Nm³/h | 191,7 Nm³/h |
| Zapotrzebowanie na sprężone powietrze przy 99,9 % | 13,9 Nm³/h | 2 226,6 Nm³/h |
| Zbiornik azotu | 90 l | 6 000 l |
| Zbiornik sprężonego powietrza | 90 l | 10 000 l |
Punkt pracy większości zakładów chemicznych leży przy 99,9 %. Wysokie czystości kosztują użyteczną wydajność, sprężone powietrze, a przez to wielkość urządzenia: przy 99,999 % to samo urządzenie dostarcza około jednej dziewiątej ilości możliwej przy 97 %. Kompletny układ ze sprężarką, uzdatnianiem i magazynowaniem znajdą Państwo na stronie kompletnej instalacji generowania azotu, a przegląd produktów pokazuje całą serię w kontekście.
Często zadawane pytania z przemysłu chemicznego
Inertyzacja oznacza wyparcie tlenu ze zbiornika, reaktora lub rurociągu w takim stopniu, by mieszanina przestała być zapalna. W tym celu wprowadza się azot, aż tlen resztkowy znajdzie się poniżej granicznego stężenia właściwego dla danej substancji, a następnie stan ten jest utrzymywany. Gdy gaz zalega trwale nad produktem, mówi się o poduszce azotowej, a w przypadku zbiorników magazynowych i procesowych także o inertyzacji zbiorników.
Nie. Azot nie pali się, przeciwnie, odbiera atmosferze zdolność do zapłonu i właśnie na tym opiera się inertyzacja. Zagrożenie leży gdzie indziej: azot wypiera tlen, a w pomieszczeniu ustawienia lub w zbiorniku atmosfera może przez to niepostrzeżenie stać się uboga w tlen. Co z tego wynika dla ruchu zakładu, opisuje wyżej sekcja o ochronie przeciwwybuchowej.
Cena zależy od dwóch wielkości: od ilości, której zakład potrzebuje w sposób ciągły, oraz od czystości wymaganej przez najbardziej wymagający proces. Obie wchodzą do wielkości urządzenia, czystość dodatkowo do zapotrzebowania na sprężone powietrze, a przez to do zużycia energii elektrycznej. Wiarygodny jest więc dopiero dobór, a nie liczba z cennika. Wobec zaopatrzenia w azot ciekły zwrot z inwestycji wynosi zwykle od dwóch do trzech lat, a im bardziej równomierne i wyższe jest obciążenie, tym szybciej rachunek się domyka.
Tak, i w wielu przypadkach jest to rozwiązanie tańsze. Prowadzą do tego dwie drogi: ilość główna pracuje na 99,9 %, a wymagający proces otrzymuje własne, mniejsze zasilanie. Albo jest zasilany z osobnej nitki o wyższej czystości. O tym, która droga jest tańsza, decyduje udział ilościowy tego jednego procesu. Jeśli jest niewielki, rozdzielenie opłaca się niemal zawsze, ponieważ w przeciwnym razie współczynnik powietrza obowiązywałby dla całej ilości na wyższym poziomie.
Przez zbiornik buforowy. Generator produkuje równomiernie, szczyt trwa minuty, a różnicę przejmuje zbiornik azotu, który między szczytami napełnia się ponownie. Bufor pokrywa w ten sposób minuty, a nie godziny. Użyteczna nie jest cała pojemność zbiornika, lecz wyłącznie ilość mieszcząca się między ciśnieniem magazynowania a ciśnieniem procesowym. Dlatego wielkość zbiornika i ciśnienie magazynowania ustala się wspólnie.
Tak, sprężone powietrze jest warunkiem koniecznym. W chemii sprężarkownia jednak niemal zawsze już istnieje, dlatego pytanie brzmi najczęściej nie o to, czy sprężarka jest, lecz czy jej wolna wydajność wystarcza. Zapotrzebowanie na azot należy pomnożyć przez współczynnik powietrza, który wynosi od 2,3 przy 97 % do 6,4 przy 99,999 %, i zestawić wynik z rezerwą sprężarkowni. Tam, gdzie sprężarkowni nie ma, dla wielkości od 500 do 900 dostępna jest kompletna instalacja na skidzie, która wnosi wytwarzanie i uzdatnianie sprężonego powietrza.
Dla chemii PSA. Granica leży przy około 99,9 %: powyżej niej PSA jest metodą z wyboru, a w chemii jest to przypadek normalny. Rozdział membranowy jest bardziej zwarty i szybciej gotowy do pracy, osiąga jednak zwykle niższe czystości. Poniżej tej granicy porównanie ma sens, ponieważ membrana może tam wystarczyć z mniejszą ilością sprężonego powietrza.
Krótkie przerwy pokrywa zbiornik azotu, a jak długo wystarcza, zależy od jego pojemności i od Państwa zużycia. To minuty, a nie godziny. Poza tym do planowania należy koncepcja rezerwy, a o tym, jaka ona będzie, decyduje proces: partia, której nie wolno przerwać, stawia inne wymagania niż poduszka azotowa, która zniesie przerwę. Jeśli inertyzacja stanowi w tym miejscu środek ochronny, poziom rezerwy nie jest kwestią wygody, lecz należy do Państwa oceny ryzyka. Dlatego bufor i rezerwę ustala się wspólnie z planowaniem instalacji, a nie po fakcie. Serwis i części zamienne pochodzą z jednej ręki w ramach BERG Group.