Skład systemu generowania azotu PSA, zasada działania i proces sterowania

1. Skład systemu

System generowania azotu PSA składa się głównie z sprężarki powietrza, systemu oczyszczania powietrza, zbiornika magazynowania powietrza, zaworów przełączających, wież adsorpcyjnych i zbiornika buforowego azotu.

Powietrze surowe jest sprężane przez sprężarkę powietrza, a następnie przechodzi przez system oczyszczania w celu odpylania, usuwania oleju i suszenia. Po oczyszczeniu sprężone powietrze trafia do zbiornika magazynowania powietrza, a następnie przepływa do lewej wieży adsorpcyjnej przez lewy zawór wlotowy.

W tym czasie ciśnienie wewnątrz wieży adsorpcyjnej wzrasta. Cząsteczki azotu w sprężonym powietrzu przechodzą przez węgiel molekularny (CMS), podczas gdy cząsteczki tlenu są preferencyjnie adsorbowane przez sito molekularne. Nieadsorbowany gaz azotowy przechodzi przez łoże adsorpcyjne i trafia do zbiornika buforowego azotu przez zawór wylotowy. Proces ten nazywa się adsorpcją i zazwyczaj trwa kilkadziesiąt sekund.

Po zakończeniu procesu adsorpcji lewa i prawa wieża adsorpcyjna są połączone zaworem wyrównawczym, umożliwiając wyrównanie ciśnienia między dwiema wieżami. Proces ten nazywa się wyrównaniem ciśnienia i zazwyczaj trwa około 3–5 sekund.

Po wyrównaniu ciśnienia sprężone powietrze wpływa do prawej wieży adsorpcyjnej przez prawy zawór wlotowy i powtarza powyższy proces adsorpcji.

Jednocześnie cząsteczki tlenu zaadsorbowane przez węgiel molekularny w lewej wieży adsorpcyjnej są uwalniane do atmosfery przez lewy zawór wylotowy podczas redukcji ciśnienia. Proces ten nazywa się desorpcją. Poprzez desorpcję nasycone sito molekularne jest regenerowane i przygotowywane do następnego cyklu adsorpcji.

Podobnie, gdy prawa wieża wykonuje adsorpcję, lewa wieża wykonuje regenerację. Po zakończeniu adsorpcji przez prawą wieżę, system wchodzi w kolejny proces wyrównania ciśnienia, a następnie przełącza się z powrotem na adsorpcję przez lewą wieżę.

Dzięki naprzemiennemu procesowi adsorpcji i regeneracji, generator azotu PSA stale produkuje gaz azotowy.

Cały proces jest automatycznie sterowany przez system sterowania PLC i automatyczne zawory przełączające.

2. Zasada działania generatora azotu PSA

Generator azotu PSA działa na zasadzie adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA).

Wykorzystuje wysokiej jakości węgiel molekularny (CMS) jako adsorbent do separacji azotu od sprężonego powietrza pod określonym ciśnieniem.

Po oczyszczeniu i osuszeniu sprężone powietrze trafia do wież adsorpcyjnych, gdzie przechodzi przez adsorpcję pod ciśnieniem i desorpcję pod obniżonym ciśnieniem.

Ze względu na różne szybkości dyfuzji cząsteczek tlenu i azotu w mikroporach węgla molekularnego, cząsteczki tlenu dyfundują znacznie szybciej niż cząsteczki azotu. Dlatego tlen jest preferencyjnie adsorbowany przez węgiel molekularny, podczas gdy cząsteczki azotu pozostają w fazie gazowej i wzbogacają się, tworząc wysokiej czystości gaz azotowy.

Po procesie adsorpcji ciśnienie w wieży adsorpcyjnej jest obniżane do ciśnienia atmosferycznego. Zaadsorbowany tlen i inne zanieczyszczenia są uwalniane z sita molekularnego, kończąc proces regeneracji.

Zazwyczaj system jest wyposażony w dwie wieże adsorpcyjne, Wieża A i Wieża B.

• Jedna wieża produkuje azot poprzez adsorpcję.
• Druga wieża wykonuje desorpcję i regenerację.

Dzięki automatycznemu sterowaniu zaworami pneumatycznymi, dwie wieże adsorpcyjne działają naprzemiennie, zapewniając ciągłą produkcję wysokiej jakości gazu azotowego.

3. Proces sterowania generatorem azotu PSA

Przepływ procesu systemu generowania azotu PSA obejmuje głównie sprężarkę powietrza, urządzenia do oczyszczania powietrza, wieże adsorpcyjne, system sterowania PLC, zawory automatyczne i zbiornik magazynowania azotu.

Sprężarka powietrza zapewnia wystarczający przepływ powietrza i utrzymuje stabilne ciśnienie wlotowe, zazwyczaj w zakresie 0,75–0,8 MPa.

Po przejściu przez osuszacz chłodniczy i system oczyszczania, z sprężonego powietrza usuwana jest wilgoć, olej i cząstki stałe.

Aby zapewnić ciągłą i stabilną produkcję azotu, system wykorzystuje dwie wieże adsorpcyjne (Wieża A i Wieża B) pracujące naprzemiennie.

Oczyszczone sprężone powietrze wpływa do Wieży A przez sterowane elektrycznie zawory pneumatyczne Y1 i Y2 od dołu wieży adsorpcyjnej.

Gdy powietrze przechodzi przez złoże węgla molekularnego, cząsteczki tlenu w powietrzu są adsorbowane przez mikropory CMS, podczas gdy cząsteczki azotu są koncentrowane w fazie gazowej.

Produktowy gaz azotowy wypływa z góry wieży adsorpcyjnej i trafia do zbiornika magazynowania azotu przez zawory Y6 i Y8.

Proces ten to proces produkcji azotu przez Wieżę A.

Jednocześnie cząsteczki tlenu zaadsorbowane w Wieży B są uwalniane przez zawór Y5, obniżając ciśnienie w Wieży B do ciśnienia atmosferycznego. Proces ten nazywa się regeneracją desorpcyjną.

Gdy zdolność adsorpcyjna węgla molekularnego w Wieży A osiągnie nasycenie, Wieża A przestaje adsorbowanie.

W tym momencie:

• Zawory Y1, Y4, Y5 i Y8 są zamknięte.
• Zawory Y2, Y3, Y6 i Y7 są otwarte.

Dwie wieże wykonują wyrównanie ciśnienia.

Po wyrównaniu ciśnienia system przełącza się na:

• Adsorpcja w Wieży B
• Regeneracja w Wieży A

Sprężone powietrze wpływa do dolnej części Wieży B przez zawory Y1 i Y3.

Węgiel molekularny wewnątrz Wieży B adsorbuje cząsteczki tlenu, podczas gdy gaz azotowy przepływa przez zawory Y7 i Y8 do zbiornika magazynowania azotu.

To kończy proces produkcji azotu przez Wieżę B.

Poprzez ciągłe przełączanie między adsorpcją i regeneracją Wieży A i Wieży B, system stale dostarcza gaz azotowy.

4. Proces automatycznego sterowania PLC

Sekwencja otwierania i zamykania zaworów Y1–Y8, czasy przełączania i cykle pracy są w pełni kontrolowane przez system PLC.

Podczas normalnej pracy automatyczny cykl przebiega następująco:

1. Naciśnij przycisk start.
2. Uruchamia się osuszacz chłodniczy.
3. Po ustawionym czasie opóźnienia uruchamia się sprężarka powietrza.
4. Po kolejnym czasie opóźnienia system przechodzi do adsorpcji w Wieży A.
5. Po okresie adsorpcji rozpoczyna się wyrównanie ciśnienia między Wieżą A i Wieżą B.
6. System przełącza się na adsorpcję w Wieży B.
7. Wieża B kończy adsorpcję i następuje wyrównanie ciśnienia.
8. System przełącza się z powrotem na adsorpcję w Wieży A.

Ten cykl powtarza się automatycznie, aby stale produkować azot.

Po naciśnięciu przycisku stop, cały system przestaje działać.

5. Stan sterowania zaworami

Podczas różnych etapów pracy generatora azotu PSA, stan pracy zaworów Y1–Y8 jest sterowany zgodnie z poniższymi procesami:

Adsorpcja w Wieży A

Odpowiednie zawory otwierają się, aby umożliwić dopływ sprężonego powietrza do Wieży A i przepływ produktu gazowego azotu do zbiornika magazynowania azotu.

Wyrównanie ciśnienia A → B

Ciśnienie między Wieżą A i Wieżą B jest wyrównywane przez zawory wyrównawcze.

Adsorpcja w Wieży B

Wieża B produkuje azot, podczas gdy Wieża A wykonuje regenerację.

Wyrównanie ciśnienia B → A

Ciśnienie między dwiema wieżami jest wyrównywane przed przełączeniem z powrotem na adsorpcję w Wieży A.

Uwaga:

• "+ " oznacza, że zawór jest otwarty.
• Podczas wyrównywania ciśnienia, powiązane zawory otwierają się po ustawionym czasie opóźnienia.
• Czasy opóźnienia można regulować w zakresie od 0 do 999 sekund, zgodnie z wymaganiami operacyjnymi.

6. Wymagania dotyczące sterowania

System sterowania generatorem azotu PSA oferuje dwa tryby pracy:

Tryb pracy ręcznej

W trybie ręcznym operatorzy mogą:

• Sprawdzać stan pracy zaworów Y1–Y8.
• Niezależnie uruchamiać i zatrzymywać sprężarkę powietrza i osuszacz chłodniczy.
• Wyświetlać stan otwarcia zaworów podczas:
  • Adsorpcja w Wieży A
  • Wyrównanie ciśnienia A=B
  • Adsorpcja w Wieży B
  • Wyrównanie ciśnienia B=A
• Wyświetlać wszystkie warunki pracy za pomocą lampek kontrolnych.

Tryb pracy automatycznej

W trybie automatycznym system działa zgodnie z zaprogramowaną sekwencją procesu PSA.

Symulowany schemat przepływu procesu wyświetla aktualny stan pracy w czasie rzeczywistym.

Wszystkie czasy opóźnienia podczas pracy automatycznej można regulować zgodnie z wymaganiami produkcji, a system może wyświetlać i odpytywać aktualne ustawienia opóźnienia w czasie rzeczywistym.

Technologia generatora azotu PSA wykorzystuje automatyczne sterowanie PLC, cykle adsorpcji i regeneracji w dwóch wieżach oraz technologię separacji węgla molekularnego, aby osiągnąć ciągłą produkcję wysokiej czystości azotu o stabilnej wydajności i niezawodnym działaniu.