1 مقدمة لإنتاج النيتروجين بالامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA)
1.1 الامتزاز بالضغط المتأرجح
الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA) هو تقنية فصل الغازات. في عام 1960، حصل C. W. Skarstrom من الولايات المتحدة على أول براءة اختراع لإنتاج الأكسجين بالمنخل الجزيئي PSA، تبع ذلك أبحاث تجريبية مكثفة أجريت في دول مثل المملكة المتحدة وألمانيا واليابان. في عام 1970، حققت UCC (شركة كاربايد المتحدة) في الولايات المتحدة أول إنتاج على نطاق صناعي وحافظت لفترة طويلة على موقع ريادي في تطوير وتطبيق تقنية PSA. في منافسة مع طرق الفصل التقليدية، خضعت عملية PSA لتحسين وتنقيح مستمر، مما أدى إلى تطورها السريع.
1.2 مبدأ العمل
يستخدم نظام توليد النيتروجين PSA الهواء كمادة خام ويوظف مادة ماصة صلبة عالية الكفاءة وعالية الانتقائية (منخل جزيئي كربوني) لامتصاص النيتروجين والأكسجين بشكل انتقائي، وبالتالي فصلهما عن الهواء. يعتمد فصل النيتروجين والأكسجين بواسطة المناخل الجزيئية الكربونية بشكل أساسي على معدلات الانتشار المختلفة لجزيئات هذين الغازين داخل المنخل. تنتشر جزيئات الغاز ذات الأقطار الأصغر (الأكسجين) بشكل أسرع وتتغلغل أعمق في الطور الصلب للمنخل الجزيئي. نتيجة لذلك، يصبح النيتروجين غنيًا في الطور الغازي. بعد حوالي دقيقتين، يصل امتصاص الأكسجين بواسطة المنخل الجزيئي إلى التوازن. بالاستفادة من خاصية أن سعة الامتزاز للمناخل الجزيئية الكربونية تختلف مع الضغط، يتم تقليل الضغط لإزالة جزيئات الأكسجين من المنخل الجزيئي؛ تسمى هذه العملية التجديد. يستخدم الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA) عادةً برجين متصلين بالتوازي، واللذين يخضعان بالتناوب لامتصاص الضغط وتجديد خفض الضغط لإنتاج إمداد مستمر من النيتروجين.
1.3 نظرة عامة على العملية
يشمل نظام توليد النيتروجين الكامل: ضاغط هواء (ضواغط) ووحدة تنقية الهواء المضغوط وخزان تخزين الهواء ومولد النيتروجين PSA وخزان تخزين النيتروجين المؤقت وخزان تخزين النيتروجين (منخفض الضغط) ونظام ضغط النيتروجين وخزان تخزين النيتروجين (عالي الضغط).
2 مقدمة المعدات
2.1 اختيار مولدات النيتروجين
يتضمن اختيار مولد النيتروجين العديد من الاعتبارات. أولاً، يجب إجراء بحث سوقي تمهيدي شامل لتحديد مواصفات الطراز المحددة (إنتاج النيتروجين، نقاء النيتروجين، ضغط المخرج، نقطة الندى، إلخ). يجب إجراء تحليل مقارن شامل لأداء وميزات مولد النيتروجين، ويجب أن يعتمد الاختيار على بيئة التشغيل المحلية.
3. إنتاج وتشغيل مولدات النيتروجين
يدير نظام التحكم الكهربائي تسلسل العمليات وفقًا لبرنامج محدد، بالتناوب بين امتصاص الضغط وتجديد خفض الضغط. تعمل عملية إنتاج الغاز تلقائيًا، مع إمكانية ضبط معدل تدفق النيتروجين والضغط والنقاء وعرضهما باستمرار.
3.1 عمليات التفتيش الشخصية والمجالات الرئيسية للتركيز
عند إجراء عمليات التفتيش، يجب على مشغلي مولدات النيتروجين الانتباه إلى الجوانب التالية: (1) أولاً، تحقق من أن نقاء النيتروجين ونقطة الندى تلبي المتطلبات؛ ثم، تأكد من أن الامتزاز والتجديد يسيران بشكل طبيعي؛ (2) تحقق مما إذا كانت ظروف إمداد الطاقة وإمداد الغاز وإمداد المياه ودرجة الحرارة المطلوبة للوحدة طبيعية؛ (3) راقب ضغط خزان تخزين الهواء وحافظ عليه بين 0.7 و 0.75 ميجا باسكال، مع التأكد من أنه لا ينخفض عن القيمة المقدرة؛ (4) افحص صمام التصريف التلقائي أثناء كل فحص لمنع الانسدادات أو التلف الذي قد يضر بوظيفته في التصريف؛ (5) تحقق بشكل دوري مما إذا كانت زعانف المبادل الحراري للمجفف المبرد نظيفة لمنع ضعف تبديد الحرارة من التأثير على أداء المجفف وعمره الافتراضي؛ (6) تتضمن الصيانة الدورية للمرشح الدقيق بشكل أساسي استبدال خرطوشة المرشح بناءً على حالة استخدام المرشح؛ ارجع إلى جدول الصيانة والإجراءات الموصى بها من قبل الشركة المصنعة للمرشح للحفاظ على المرشح؛ (7) معايرة محلل الأكسجين مرة واحدة شهريًا؛ إذا تجاوز محتوى الأكسجين القيمة المقدرة، ففكر فيما إذا كان مسبار الأكسجين قد وصل إلى نهاية عمره الافتراضي واستبدله على الفور؛ دورة الاستبدال الموصى بها هي سنة واحدة؛ (8) افحص بانتظام حساسية الصمامات الكهرومغناطيسية والهوائية، ونطاق ضغط منظمات الضغط، ودقة محللات الغاز، وإحكام أبراج الامتزاز، وحالة عادم كاتمات الصوت، ونظافة الأنابيب الداخلية لمقياس التدفق، وعالج أي مشاكل على الفور لضمان التشغيل الطبيعي للمعدات.
4 صيانة وخدمة مولدات النيتروجين
4.1 ضاغط الهواء (نوع لولبي)
يوفر ضاغط الهواء (أو مجموعة الضواغط) الهواء المضغوط المطلوب لنظام توليد النيتروجين PSA (الامتزاز بالضغط المتأرجح). يتم تحديد معدل تدفقه وضغطه ومواصفاته الأخرى من خلال استهلاك الهواء لنظام توليد النيتروجين PSA. يتم تحديد كفاءة (استهلاك) نظام PSA بشكل أساسي من خلال أداء المناخل الجزيئية، وتدفق العملية، وهيكل الممتصات. يجب أن يفي ضاغط الهواء بالمواصفات التالية: (1) معدل توصيل الهواء ≥ 16.5 متر مكعب/دقيقة؛ (2) ضغط التفريغ بين 0.8 و 0.98 ميجا باسكال؛ (3) محتوى الزيت ≤ 3 جزء في المليون؛ (4) درجة الحرارة ≤ 45 درجة مئوية.
في التشغيل الفعلي، تشمل عمليات التفتيش الروتينية لضاغط الهواء: درجة حرارة التشغيل (≤ 105 درجة مئوية)، ضغط التشغيل (0.8-1.0 ميجا باسكال)، وضغط الماء (0.3-0.6 ميجا باسكال). تشمل عمليات التفتيش الشهرية فحص مستوى الزيت والتحقق من التسربات عند وصلات الأنابيب. تشمل الصيانة ربع السنوية تنظيف شاشة فلتر هواء السحب وعنصر فلتر الهواء، بالإضافة إلى فحص التركيبات. يتم إجراء الصيانة السنوية بواسطة دليل صيانة منتجات Ingersoll Rand (INGERSOLL RAND) ويتم إجراؤها بواسطة مهندسين متخصصين من Ingersoll Rand. أثناء التشغيل اليومي، اتبع توصيات الصيانة وترتيب الأولوية الموضح في الدليل: (1) قم بالصيانة بناءً على عرض وحدة التحكم؛ (2) قم بالصيانة مرة واحدة في السنة. في حالة حدوث أعطال عامة، يجب على الشخص المسؤول عن المعدات استكشاف المشكلة وإصلاحها باستخدام طرق الإصلاح الموضحة في دليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها. إذا لم يكن من الممكن حل المشكلة، يرجى الاتصال بمهندس متخصص من Ingersoll Rand للحصول على المساعدة.
العامل الرئيسي الذي يؤثر على أداء ضاغط الهواء على أساس يومي هو درجة الحرارة، والعوامل الرئيسية التي تؤثر على درجة الحرارة (في ظل ظروف الضغط ومعدل التدفق الثابت) تشمل: الموسم، ودرجة حرارة الماء، وجودة المياه. تم تصميم أنابيب تبريد المعدات للمياه البلدية بقطر مدخل ومخرج 40 مم. يبلغ استهلاك المياه حوالي 9 أطنان مترية في الساعة ويتم تصريفها مباشرة. سيؤدي الفشل في إعادة تدوير هذه المياه إلى إهدار كبير؛ ومع ذلك، فإن تنفيذ نظام لإعادة تدوير مياه التبريد لإعادة استخدامها يتطلب استثمارًا ماليًا كبيرًا (يتراوح عسر الماء المحلي من 380 إلى 410 ملليجرام لكل لتر). الصيف هو الموسم الأكثر تطلبًا لضواغط الهواء من حيث أداء المعدات، كما أنه يمثل اختبارًا لما إذا كان الاختيار الأولي لنوع المبرد مناسبًا. في أنظمة توليد النيتروجين PSA (الامتزاز بالضغط المتأرجح)، تمثل ضواغط الهواء الجزء الأكبر من تكاليف صيانة وخدمة المعدات. عند اختيار هذا النوع من طرق توليد النيتروجين، من الضروري إجراء بحث وتخطيط تمهيدي شامل للسوق لحساب نفقات الصيانة المستقبلية.
4.2 مجفف مبرد
تتطلب المجففات المبردة (الطراز/المواصفات: IDS-150AC؛ 20 نيوتن متر مكعب/ساعة) عمليات تفتيش يومية، بما في ذلك: التحقق مما إذا كان تصريف المكثفات من المجفف المبرد وتصريف مياه الصرف الصحي من المرشح ثلاثي المراحل غير معاق؛ التحقق من أن ضغط المبرد (0.3-0.6 ميجا باسكال) وضغط الهواء المضغوط (<1.0 ميجا باسكال) ضمن النطاقات الطبيعية؛ تشمل الصيانة والخدمة التطهير الدوري للمبادل الحراري (خاصة خلال الربيع والصيف، عندما يكون التطهير المتكرر ضروريًا لمنع ضعف تبديد الحرارة)، وتنظيف منافذ التصريف، واستبدال المرشحات الثلاثة بشكل دوري (عادة كل 12 شهرًا) (الطراز: مرشح المرحلة 3 XF3-44، مرشح المرحلة 7 XF7-44، مرشح الدرجة 9 XF9-44)؛ عوامل مثل اختيار المجفف المبرد وطريقة تركيبه وموقع تركيبه والموسم لها تأثير معين على قدراته على إزالة الزيت والرطوبة.
4.3 ممتص الكربون المنشطترتبط فعالية الكربون المنشط والألومينا داخل الممتص بشكل مباشر بجودة هواء الضاغط وفعالية إزالة الزيت والرطوبة بواسطة المجفف المبرد. بشكل عام، بناءً على استخدام المعدات، يجب استبدال الكربون المنشط والألومينا كل 3 إلى 5 سنوات.
4.4 وحدة فصل الأكسجين والنيتروجين - برج امتزاز المنخل الجزيئي
المنخل الجزيئي الكربوني هو المكون الأساسي لمولد النيتروجين بالامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA). تشمل مؤشرات أدائه: الصلابة، معدل إنتاج النيتروجين (نيوتن متر مكعب/ساعة)، معدل الاسترداد (نسبة N₂/الهواء)، وكثافة التعبئة. أثناء التشغيل، يجب اتخاذ الاحتياطات لمنع ارتفاع درجة الحرارة من التأثير على كفاءة الامتزاز وتجنب تفتت المنخل الجزيئي الناجم عن تأثيرات تدفق الغاز الشديدة.
4.5 كاشفات الغاز
(1) محلل نقاء النيتروجين (نيتروجين قياسي): الطراز P860 4N، تشانغاي؛ (2) محلل نقاء الأكسجين (نقاء عالي): الطراز GNL-9100، تشانغاي؛ وفقًا لدليل المستخدم، أعد الجهاز إلى الشركة المصنعة سنويًا لفحص ومعايرة مجسات المستشعر. إذا تم اكتشاف أي شذوذ أثناء التشغيل الروتيني، تحقق من القراءات وابحث عن السبب.
4.6 خزانات تخزين الغاز
كمعدات تخزين للمنتج، قم بإجراء فحص ذاتي مرة واحدة شهريًا وتقييم ذاتي مرة واحدة سنويًا؛ قم بتكليف مكتب الإشراف الفني بإجراء اختبارات غير مدمرة كل ثلاث سنوات. بعد ست سنوات، عند الوصول إلى عمر الخدمة التصميمي، حدد ما إذا كنت ستستمر في استخدام المعدات أو إيقاف تشغيلها بناءً على نتائج الفحص.
5 الخلاصة
تعد الصيانة والخدمة ضرورية لضمان التشغيل الطبيعي لمولدات النيتروجين PSA. بصفتها معدات مساعدة، يوفر التشغيل المستقر لمولدات النيتروجين PSA الظروف والضمانات اللازمة للعمليات الصناعية للمنظمة. يمكن أن يؤدي إجراء الصيانة والخدمة في الوقت المناسب لجميع مكونات المعدات إلى منع الأعطال، وإطالة عمر خدمة المعدات، وتقليل استهلاك الطاقة، وتحسين الكفاءة.
مترجم بواسطة DeepL.com (نسخة مجانية)
