Eliminując obecność tlenu w rurociągach systemu, minimalizuje się korozję i osadzanie się osadów. Pomaga to zmniejszyć ryzyko wycieków i zapobiega tworzeniu się materiału blokującego, zapewniając tym samym, że system będzie działał zgodnie z przeznaczeniem w przypadku pożaru.
Chociaż butle z azotem były używane jako źródło azotu w niektórych małych systemach, potrzeba częstej wymiany butli i ryzyko fałszywych wyzwaleń z powodu utraty gazu utrzymującego ciśnienie ogranicza skuteczność tego podejścia. Zamiast tego instalacja generatorów azotu jako stałego źródła azotu stała się preferowaną metodą, zarówno w nowych, jak i istniejących instalacjach.
Zastanawiasz się, czym jest inertyzacja azotem? Zapoznaj się z naszym przewodnikiem po generatorach azotu.
Jeśli chodzi o technologię produkcji azotu, istnieją dwie główne metody produkcji azotu na miejscu: membrany separacyjne azotu i adsorpcja ciśnieniowa (PSA).
Chociaż każde podejście ma swoje wady i zalety, kilka kluczowych korzyści sprawia, że generatory oparte na membranach ECS’s są idealnym wyborem dla branży tryskaczowej:
- Nie wymagają osuszaczy powietrza przy specjalnej filtracji powietrza zasilającego
- Niższa waga, mniejsza zajmowana powierzchnia
- Prosta konserwacja/naprawa
- Dostarczają standardowy w branży 98% azotu
Aby lepiej zrozumieć kluczowe różnice między dwoma typami generatorów, należy najpierw zrozumieć, w jaki sposób produkują azot. Chociaż oba typy generatorów produkują azot o wysokiej czystości ze sprężonego powietrza, robią to na dwa wyraźnie różne sposoby, co ma duży wpływ na ich projektowanie i konserwację.
Jak działają generatory azotu
Generator azotu z separacją membranową
Sercem generatora azotu wykorzystującego technikę separacji membranowej jest, co nie jest zaskakujące, membrana separacyjna. Membrana składa się z tysięcy pustych włókien, przez które przepływa sprężone powietrze. Ściany każdego włókna są przepuszczalne dla cząsteczek gazu, ale niektóre gazy przechodzą przez nie łatwiej niż inne. Te „szybkie” gazy, w tym tlen, CO2 i para wodna, przechodzą przez ściany włókien i są odprowadzane do atmosfery. „Wolny” gaz, azot, przechodzi przez ścianę włókna znacznie wolniej, produkując strumień azotu o wysokiej czystości na wylocie membrany. Membrana nie ma ruchomych części; samo sterowanie ciśnieniem i przepływem sprężonego powietrza przez membranę skutkuje produkcją azotu o wysokiej czystości.
Generator azotu z adsorpcją ciśnieniową (PSA)
Generatory azotu PSA wykorzystują materiał sita molekularnego węgla (CMS) do usuwania tlenu ze sprężonego powietrza źródłowego. Materiał CMS składa się z porowatego węgla o precyzyjnie kontrolowanym rozmiarze porów. Gdy sprężone powietrze przepływa przez materiał, cząsteczki tlenu są adsorbowane w porach, podczas gdy większe cząsteczki azotu mogą przejść do gazu wylotowego. Ostatecznie CMS nasyci się cząsteczkami tlenu i separacja gazów przestanie zachodzić.
Z tego powodu generatory PSA są zawsze projektowane z dwoma lub więcej kolumnami adsorpcyjnymi. Jedna kolumna aktywnie separuje gaz, podczas gdy druga jest regenerowana przez przepuszczanie przez nią azotu o wysokiej czystości w celu usunięcia tlenu i odprowadzenia go jako gazu odpadowego. Generator przełącza się między dwiema kolumnami mniej więcej co 60 sekund. Potrzeba przełączania między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi skutkuje potrzebą wielu zautomatyzowanych zaworów sterujących, znacznie zwiększając potencjalne punkty awarii w urządzeniu. Dodatkowo, zazwyczaj wymagany jest zbiornik buforowy azotu, aby zapewnić stałe ciśnienie i przepływ podczas przełączania między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi.
Często zadawane pytania dotyczące działania generatorów azotu
Czy potrzebuję osuszacza powietrza lub innego specjalnego filtra do mojego dopływu powietrza?
Separacja membranowa:
Obecnie ich membrany są zaprojektowane na dwudziestoletnią (20) żywotność przy 100% cyklu pracy (w branży ochrony przeciwpożarowej używamy membrany przy maksymalnie 10% cyklu pracy). Koszt wymiany membrany wynosi co najwyżej 25% kosztu generatora azotu. Ponadto, praca związana z wymianą membrany azotowej w terenie jest minimalna i może zostać wykonana w ciągu godziny przez instalatora systemów tryskaczowych, aby przywrócić urządzenie do pracy i system ochrony przeciwpożarowej do służby.Adsorpcja ciśnieniowa (PSA):
Następnie należałoby przetestować wypełnione kolumny, aby upewnić się, że zachodzi prawidłowa separacja gazów. Jest to pracochłonne ćwiczenie, które musi być wykonane podczas gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji, co skutkuje utratą gazu nadzorczego dla suchych i preakcyjnych systemów tryskaczowych. Oprócz materiału CMS, dodatkowa złożoność generatorów PSA dodaje kolejne punkty awarii do sprzętu, zarówno w zakresie sprzętu sterującego, jak i zaworów automatycznych przełączających przepływ między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi. Każda awaria tych elementów spowoduje wyłączenie systemu z eksploatacji.Dodatkowo, jeśli wystąpi jakiekolwiek przenoszenie wody lub kondensacja w zbiornikach adsorpcyjnych, materiał CMS może ulec uszkodzeniu. Woda ciekła może prowadzić do kanałowania materiału CMS, powodując nieprawidłowy przepływ powietrza przez złoże i zmniejszoną produkcję. W niektórych przypadkach CMS może zostać nieodwracalnie uszkodzony, wymagając całkowitej wymiany. Z tego powodu generatory PSA zawsze będą wymagały chłodniczego osuszacza powietrza na strumieniu gazu wejściowego, co skutkuje kolejnym potencjalnym punktem awarii i zwiększonym zużyciem energii elektrycznej.
Czy istnieją różnice w rozmiarze/wadze/zajmowanej powierzchni między dwiema metodami produkcji azotu?Separacja membranowa:
Ponieważ technika separacji membranowej wymaga tak niewielu ruchomych części, ECS był w stanie zaprojektować swoje systemy tak, aby miały najmniejszą zajmowaną powierzchnię spośród wszystkich dostępnych na rynku generatorów azotu. Dodatkowo, ECS stosuje metodę napełniania i przedmuchiwania do inertyzacji systemów tryskaczowych, eliminując potrzebę stosowania zbiornika magazynowego/buforowego azotu, co dodatkowo zmniejsza zajmowaną powierzchnię sprzętu i zapewnia znaczne oszczędności w kosztach materiałów i robocizny instalacyjnej.
Obecnie ich membrany są zaprojektowane na dwudziestoletnią (20) żywotność przy 100% cyklu pracy (w branży ochrony przeciwpożarowej używamy membrany przy maksymalnie 10% cyklu pracy). Koszt wymiany membrany wynosi co najwyżej 25% kosztu generatora azotu. Ponadto, praca związana z wymianą membrany azotowej w terenie jest minimalna i może zostać wykonana w ciągu godziny przez instalatora systemów tryskaczowych, aby przywrócić urządzenie do pracy i system ochrony przeciwpożarowej do służby. Dodatkowe sterowanie, zawory, łóżka adsorpcyjne, osuszacz chłodniczy i zbiornik buforowy azotu wymagane przez podejście PSA skutkują znacznie cięższym i większym sprzętem. Przekłada się to na wyższe koszty instalacji i większe wymagania przestrzenne w miejscu instalacji.
Następnie należałoby przetestować wypełnione kolumny, aby upewnić się, że zachodzi prawidłowa separacja gazów. Jest to pracochłonne ćwiczenie, które musi być wykonane podczas gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji, co skutkuje utratą gazu nadzorczego dla suchych i preakcyjnych systemów tryskaczowych. Oprócz materiału CMS, dodatkowa złożoność generatorów PSA dodaje kolejne punkty awarii do sprzętu, zarówno w zakresie sprzętu sterującego, jak i zaworów automatycznych przełączających przepływ między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi. Każda awaria tych elementów spowoduje wyłączenie systemu z eksploatacji.Separacja membranowa:
Podobnie jak w przypadku każdego innego sprzedawanego produktu, istnieje kilku producentów membran azotowych, niektórzy produkują produkt wysokiej jakości, a niektórzy oferują opcję budżetową. Od początku ECS stosuje membrany Air Products PRISM®, które reprezentują najwyższą jakość dostępnej technologii. Air Products wynalazł technologię separacji membranowej azotu w latach 70. i stale ją udoskonala.
Obecnie ich membrany są zaprojektowane na dwudziestoletnią (20) żywotność przy 100% cyklu pracy (w branży ochrony przeciwpożarowej używamy membrany przy maksymalnie 10% cyklu pracy). Koszt wymiany membrany wynosi co najwyżej 25% kosztu generatora azotu. Ponadto, praca związana z wymianą membrany azotowej w terenie jest minimalna i może zostać wykonana w ciągu godziny przez instalatora systemów tryskaczowych, aby przywrócić urządzenie do pracy i system ochrony przeciwpożarowej do służby.Adsorpcja ciśnieniowa (PSA):
Większość producentów PSA podaje, że materiał CMS ma typową żywotność 20+ lat przy odpowiedniej konserwacji i filtracji powietrza. Jednak nie jest jasne, czy wymiana CMS może być wykonana przez personel na miejscu, czy też wymaga wykonania wymiany przez przedstawiciela producenta. Praca polegałaby na demontażu dwóch kolumn adsorpcyjnych, usunięciu starego materiału CMS i ponownym wypełnieniu kolumn zgodnie z oryginalnymi specyfikacjami nowym materiałem CMS.
Następnie należałoby przetestować wypełnione kolumny, aby upewnić się, że zachodzi prawidłowa separacja gazów. Jest to pracochłonne ćwiczenie, które musi być wykonane podczas gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji, co skutkuje utratą gazu nadzorczego dla suchych i preakcyjnych systemów tryskaczowych. Oprócz materiału CMS, dodatkowa złożoność generatorów PSA dodaje kolejne punkty awarii do sprzętu, zarówno w zakresie sprzętu sterującego, jak i zaworów automatycznych przełączających przepływ między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi. Każda awaria tych elementów spowoduje wyłączenie systemu z eksploatacji.Czy istnieje różnica w szybkości produkcji lub czystości gazu między dwoma typami generatorów azotu?
Membrany separacyjne azotu mogą zazwyczaj produkować azot o czystości do 99,5%, podczas gdy generatory azotu PSA mogą osiągnąć czystość do 99,9995%. Realistycznie rzecz biorąc, różnica w potencjalnej czystości między nimi nie ma znaczenia w branży tryskaczowej, gdzie 98% czystości azotu stało się standardem branżowym w zakresie kontroli korozji.
Podobnie jak w przypadku sprężarek powietrza, generatory azotu występują w szerokiej gamie modeli o różnej szybkości produkcji azotu. ECS posiada gamę ośmiu (8) generatorów azotu, aby sprostać szerokiemu zakresowi zastosowań, od pojedynczego małego systemu suchego po obiekt chroniony przez ponad 25 systemów zasilanych przez jeden generator azotu. ECS bierze pod uwagę zarówno NFPA 13 jak i NFPA 25 dopuszczalne wskaźniki wycieków przy określaniu rozmiaru swoich generatorów, aby zapewnić, że zawsze będą nadążać za zapotrzebowaniem systemu.
Eliminując obecność tlenu w rurociągach systemu, minimalizuje się korozję i osadzanie się osadów. Pomaga to zmniejszyć ryzyko wycieków i zapobiega tworzeniu się materiału blokującego, zapewniając tym samym, że system będzie działał zgodnie z przeznaczeniem w przypadku pożaru.
Chociaż butle z azotem były używane jako źródło azotu w niektórych małych systemach, potrzeba częstej wymiany butli i ryzyko fałszywych wyzwaleń z powodu utraty gazu utrzymującego ciśnienie ogranicza skuteczność tego podejścia. Zamiast tego instalacja generatorów azotu jako stałego źródła azotu stała się preferowaną metodą, zarówno w nowych, jak i istniejących instalacjach.
Zastanawiasz się, czym jest inertyzacja azotem? Zapoznaj się z naszym przewodnikiem po generatorach azotu.
Jeśli chodzi o technologię produkcji azotu, istnieją dwie główne metody produkcji azotu na miejscu: membrany separacyjne azotu i adsorpcja ciśnieniowa (PSA).
Chociaż każde podejście ma swoje wady i zalety, kilka kluczowych korzyści sprawia, że generatory oparte na membranach ECS’s są idealnym wyborem dla branży tryskaczowej:
- Nie wymagają osuszaczy powietrza przy specjalnej filtracji powietrza zasilającego
- Niższa waga, mniejsza zajmowana powierzchnia
- Prosta konserwacja/naprawa
- Dostarczają standardowy w branży 98% azotu
Aby lepiej zrozumieć kluczowe różnice między dwoma typami generatorów, należy najpierw zrozumieć, w jaki sposób produkują azot. Chociaż oba typy generatorów produkują azot o wysokiej czystości ze sprężonego powietrza, robią to na dwa wyraźnie różne sposoby, co ma duży wpływ na ich projektowanie i konserwację.
Jak działają generatory azotu
Generator azotu z separacją membranową
Sercem generatora azotu wykorzystującego technikę separacji membranowej jest, co nie jest zaskakujące, membrana separacyjna. Membrana składa się z tysięcy pustych włókien, przez które przepływa sprężone powietrze. Ściany każdego włókna są przepuszczalne dla cząsteczek gazu, ale niektóre gazy przechodzą przez nie łatwiej niż inne. Te „szybkie” gazy, w tym tlen, CO2 i para wodna, przechodzą przez ściany włókien i są odprowadzane do atmosfery. „Wolny” gaz, azot, przechodzi przez ścianę włókna znacznie wolniej, produkując strumień azotu o wysokiej czystości na wylocie membrany. Membrana nie ma ruchomych części; samo sterowanie ciśnieniem i przepływem sprężonego powietrza przez membranę skutkuje produkcją azotu o wysokiej czystości.
Generator azotu z adsorpcją ciśnieniową (PSA)
Generatory azotu PSA wykorzystują materiał sita molekularnego węgla (CMS) do usuwania tlenu ze sprężonego powietrza źródłowego. Materiał CMS składa się z porowatego węgla o precyzyjnie kontrolowanym rozmiarze porów. Gdy sprężone powietrze przepływa przez materiał, cząsteczki tlenu są adsorbowane w porach, podczas gdy większe cząsteczki azotu mogą przejść do gazu wylotowego. Ostatecznie CMS nasyci się cząsteczkami tlenu i separacja gazów przestanie zachodzić.
Z tego powodu generatory PSA są zawsze projektowane z dwoma lub więcej kolumnami adsorpcyjnymi. Jedna kolumna aktywnie separuje gaz, podczas gdy druga jest regenerowana przez przepuszczanie przez nią azotu o wysokiej czystości w celu usunięcia tlenu i odprowadzenia go jako gazu odpadowego. Generator przełącza się między dwiema kolumnami mniej więcej co 60 sekund. Potrzeba przełączania między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi skutkuje potrzebą wielu zautomatyzowanych zaworów sterujących, znacznie zwiększając potencjalne punkty awarii w urządzeniu. Dodatkowo, zazwyczaj wymagany jest zbiornik buforowy azotu, aby zapewnić stałe ciśnienie i przepływ podczas przełączania między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi.
Często zadawane pytania dotyczące działania generatorów azotu
Czy potrzebuję osuszacza powietrza lub innego specjalnego filtra do mojego dopływu powietrza?
Separacja membranowa:
Obecnie ich membrany są zaprojektowane na dwudziestoletnią (20) żywotność przy 100% cyklu pracy (w branży ochrony przeciwpożarowej używamy membrany przy maksymalnie 10% cyklu pracy). Koszt wymiany membrany wynosi co najwyżej 25% kosztu generatora azotu. Ponadto, praca związana z wymianą membrany azotowej w terenie jest minimalna i może zostać wykonana w ciągu godziny przez instalatora systemów tryskaczowych, aby przywrócić urządzenie do pracy i system ochrony przeciwpożarowej do służby.Adsorpcja ciśnieniowa (PSA):
Następnie należałoby przetestować wypełnione kolumny, aby upewnić się, że zachodzi prawidłowa separacja gazów. Jest to pracochłonne ćwiczenie, które musi być wykonane podczas gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji, co skutkuje utratą gazu nadzorczego dla suchych i preakcyjnych systemów tryskaczowych. Oprócz materiału CMS, dodatkowa złożoność generatorów PSA dodaje kolejne punkty awarii do sprzętu, zarówno w zakresie sprzętu sterującego, jak i zaworów automatycznych przełączających przepływ między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi. Każda awaria tych elementów spowoduje wyłączenie systemu z eksploatacji.Dodatkowo, jeśli wystąpi jakiekolwiek przenoszenie wody lub kondensacja w zbiornikach adsorpcyjnych, materiał CMS może ulec uszkodzeniu. Woda ciekła może prowadzić do kanałowania materiału CMS, powodując nieprawidłowy przepływ powietrza przez złoże i zmniejszoną produkcję. W niektórych przypadkach CMS może zostać nieodwracalnie uszkodzony, wymagając całkowitej wymiany. Z tego powodu generatory PSA zawsze będą wymagały chłodniczego osuszacza powietrza na strumieniu gazu wejściowego, co skutkuje kolejnym potencjalnym punktem awarii i zwiększonym zużyciem energii elektrycznej.
Czy istnieją różnice w rozmiarze/wadze/zajmowanej powierzchni między dwiema metodami produkcji azotu?Separacja membranowa:
Ponieważ technika separacji membranowej wymaga tak niewielu ruchomych części, ECS był w stanie zaprojektować swoje systemy tak, aby miały najmniejszą zajmowaną powierzchnię spośród wszystkich dostępnych na rynku generatorów azotu. Dodatkowo, ECS stosuje metodę napełniania i przedmuchiwania do inertyzacji systemów tryskaczowych, eliminując potrzebę stosowania zbiornika magazynowego/buforowego azotu, co dodatkowo zmniejsza zajmowaną powierzchnię sprzętu i zapewnia znaczne oszczędności w kosztach materiałów i robocizny instalacyjnej.
Obecnie ich membrany są zaprojektowane na dwudziestoletnią (20) żywotność przy 100% cyklu pracy (w branży ochrony przeciwpożarowej używamy membrany przy maksymalnie 10% cyklu pracy). Koszt wymiany membrany wynosi co najwyżej 25% kosztu generatora azotu. Ponadto, praca związana z wymianą membrany azotowej w terenie jest minimalna i może zostać wykonana w ciągu godziny przez instalatora systemów tryskaczowych, aby przywrócić urządzenie do pracy i system ochrony przeciwpożarowej do służby. Dodatkowe sterowanie, zawory, łóżka adsorpcyjne, osuszacz chłodniczy i zbiornik buforowy azotu wymagane przez podejście PSA skutkują znacznie cięższym i większym sprzętem. Przekłada się to na wyższe koszty instalacji i większe wymagania przestrzenne w miejscu instalacji.
Następnie należałoby przetestować wypełnione kolumny, aby upewnić się, że zachodzi prawidłowa separacja gazów. Jest to pracochłonne ćwiczenie, które musi być wykonane podczas gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji, co skutkuje utratą gazu nadzorczego dla suchych i preakcyjnych systemów tryskaczowych. Oprócz materiału CMS, dodatkowa złożoność generatorów PSA dodaje kolejne punkty awarii do sprzętu, zarówno w zakresie sprzętu sterującego, jak i zaworów automatycznych przełączających przepływ między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi. Każda awaria tych elementów spowoduje wyłączenie systemu z eksploatacji.Separacja membranowa:
Podobnie jak w przypadku każdego innego sprzedawanego produktu, istnieje kilku producentów membran azotowych, niektórzy produkują produkt wysokiej jakości, a niektórzy oferują opcję budżetową. Od początku ECS stosuje membrany Air Products PRISM®, które reprezentują najwyższą jakość dostępnej technologii. Air Products wynalazł technologię separacji membranowej azotu w latach 70. i stale ją udoskonala.
Obecnie ich membrany są zaprojektowane na dwudziestoletnią (20) żywotność przy 100% cyklu pracy (w branży ochrony przeciwpożarowej używamy membrany przy maksymalnie 10% cyklu pracy). Koszt wymiany membrany wynosi co najwyżej 25% kosztu generatora azotu. Ponadto, praca związana z wymianą membrany azotowej w terenie jest minimalna i może zostać wykonana w ciągu godziny przez instalatora systemów tryskaczowych, aby przywrócić urządzenie do pracy i system ochrony przeciwpożarowej do służby.Adsorpcja ciśnieniowa (PSA):
Większość producentów PSA podaje, że materiał CMS ma typową żywotność 20+ lat przy odpowiedniej konserwacji i filtracji powietrza. Jednak nie jest jasne, czy wymiana CMS może być wykonana przez personel na miejscu, czy też wymaga wykonania wymiany przez przedstawiciela producenta. Praca polegałaby na demontażu dwóch kolumn adsorpcyjnych, usunięciu starego materiału CMS i ponownym wypełnieniu kolumn zgodnie z oryginalnymi specyfikacjami nowym materiałem CMS.
Następnie należałoby przetestować wypełnione kolumny, aby upewnić się, że zachodzi prawidłowa separacja gazów. Jest to pracochłonne ćwiczenie, które musi być wykonane podczas gdy urządzenie jest wyłączone z eksploatacji, co skutkuje utratą gazu nadzorczego dla suchych i preakcyjnych systemów tryskaczowych. Oprócz materiału CMS, dodatkowa złożoność generatorów PSA dodaje kolejne punkty awarii do sprzętu, zarówno w zakresie sprzętu sterującego, jak i zaworów automatycznych przełączających przepływ między dwiema kolumnami adsorpcyjnymi. Każda awaria tych elementów spowoduje wyłączenie systemu z eksploatacji.Czy istnieje różnica w szybkości produkcji lub czystości gazu między dwoma typami generatorów azotu?
Membrany separacyjne azotu mogą zazwyczaj produkować azot o czystości do 99,5%, podczas gdy generatory azotu PSA mogą osiągnąć czystość do 99,9995%. Realistycznie rzecz biorąc, różnica w potencjalnej czystości między nimi nie ma znaczenia w branży tryskaczowej, gdzie 98% czystości azotu stało się standardem branżowym w zakresie kontroli korozji.
Podobnie jak w przypadku sprężarek powietrza, generatory azotu występują w szerokiej gamie modeli o różnej szybkości produkcji azotu. ECS posiada gamę ośmiu (8) generatorów azotu, aby sprostać szerokiemu zakresowi zastosowań, od pojedynczego małego systemu suchego po obiekt chroniony przez ponad 25 systemów zasilanych przez jeden generator azotu. ECS bierze pod uwagę zarówno NFPA 13 jak i NFPA 25 dopuszczalne wskaźniki wycieków przy określaniu rozmiaru swoich generatorów, aby zapewnić, że zawsze będą nadążać za zapotrzebowaniem systemu.
