Proces adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) jest technologią rozdziału gazów.

1 Wprowadzenie do produkcji azotu metodą PSA (adsorpcji zmiennociśnieniowej)
1.1 Adsorpcja zmiennociśnieniowa
Adsorpcja zmiennociśnieniowa (PSA) to technologia separacji gazów. W 1960 roku C. W. Skarstrom ze Stanów Zjednoczonych uzyskał pierwszy patent na produkcję tlenu metodą PSA z wykorzystaniem sit molekularnych, a następnie przeprowadzono szeroko zakrojone badania eksperymentalne w krajach takich jak Wielka Brytania, Niemcy i Japonia. W 1970 roku firma UCC (United Carbides Corporation) w Stanach Zjednoczonych jako pierwsza osiągnęła produkcję na skalę przemysłową i od dawna utrzymuje wiodącą pozycję w rozwoju i zastosowaniu technologii PSA. W porównaniu z tradycyjnymi metodami separacji, proces PSA przeszedł ciągłe ulepszenia i udoskonalenia, co doprowadziło do jego szybkiego rozwoju.
1.2 Zasada działania
System produkcji azotu metodą PSA wykorzystuje powietrze jako surowiec i stosuje wysoce wydajny, wysoce selektywny adsorbent stały (węglowe sito molekularne) do selektywnego adsorbowania azotu i tlenu, tym samym oddzielając je od powietrza. Separacja azotu i tlenu przez węglowe sita molekularne opiera się głównie na różnicach w szybkości dyfuzji tych dwóch cząsteczek gazu w sicie. Cząsteczki gazu o mniejszych średnicach (tlen) dyfundują szybciej i przenikają głębiej do fazy stałej sita molekularnego. W rezultacie azot wzbogaca się w fazie gazowej. Po około 2 minutach adsorpcja tlenu przez sito molekularne osiąga równowagę. Wykorzystując charakterystykę, że zdolność adsorpcyjna węglowych sit molekularnych zmienia się wraz z ciśnieniem, ciśnienie jest obniżane w celu desorpcji cząsteczek tlenu z sita molekularnego; proces ten nazywa się regeneracją. Adsorpcja zmiennociśnieniowa (PSA) zazwyczaj wykorzystuje dwie wieże połączone równolegle, które naprzemiennie podlegają adsorpcji pod ciśnieniem i regeneracji pod obniżonym ciśnieniem w celu zapewnienia ciągłego dopływu azotu.
1.3 Przegląd procesu
Kompletny system produkcji azotu obejmuje: sprężarki powietrza—jednostkę oczyszczania sprężonego powietrza—zbiornik magazynowy powietrza—generator azotu PSA—zbiornik buforowy azotu—zbiornik magazynowy azotu (niskociśnieniowy)—system podwyższania ciśnienia azotu—zbiornik magazynowy azotu
(wysokociśnieniowy).
2 Wprowadzenie do sprzętu
2.1 Dobór generatorów azotu
Wybór generatora azotu wiąże się z licznymi rozważaniami. Po pierwsze, należy przeprowadzić dokładne wstępne badania rynku w celu określenia specyfikacji konkretnego modelu (wydajność azotu, czystość azotu, ciśnienie wylotowe, punkt rosy itp.). Należy przeprowadzić kompleksową analizę porównawczą wydajności i cech generatora azotu, a wybór powinien opierać się na lokalnym środowisku pracy.

3. Produkcja i eksploatacja generatorów azotu
Elektryczny system sterowania zarządza sekwencją operacji zgodnie ze specyficznym programem, przełączając się między adsorpcją pod ciśnieniem a regeneracją pod obniżonym ciśnieniem. Proces produkcji gazu działa automatycznie, z możliwością regulacji i ciągłego wyświetlania natężenia przepływu azotu, ciśnienia i czystości.
3.1 Inspekcje personelu i kluczowe obszary uwagi
Podczas przeprowadzania inspekcji operatorzy generatorów azotu powinni zwracać uwagę na następujące aspekty: (1) Najpierw należy zweryfikować, czy czystość azotu i punkt rosy spełniają wymagania; następnie potwierdzić, czy adsorpcja i regeneracja przebiegają normalnie; (2) Sprawdzić, czy zasilanie elektryczne, dopływ gazu, dopływ wody i warunki temperaturowe wymagane przez jednostkę są normalne; (3) Monitorować ciśnienie w zbiorniku magazynowym powietrza i utrzymywać je w zakresie od 0,7 do 0,75 MPa, zapewniając, że nie spadnie poniżej wartości znamionowej; (4) Sprawdzać automatyczny zawór spustowy podczas każdej kontroli, aby zapobiec zablokowaniu lub uszkodzeniu, które mogłoby zagrozić jego funkcji odprowadzania wody; (5) Okresowo sprawdzać, czy żeberka wymiennika ciepła osuszacza chłodniczego są czyste, aby zapobiec słabemu rozpraszaniu ciepła, które mogłoby wpłynąć na wydajność i żywotność osuszacza; (6) Okresowa konserwacja precyzyjnego filtra polega głównie na wymianie wkładu filtra w zależności od warunków użytkowania filtra; zapoznać się z zalecanym harmonogramem konserwacji i procedurami producenta filtra w celu utrzymania filtra; (7) Kalibrować analizator tlenu raz w miesiącu; jeśli zawartość tlenu przekroczy wartość znamionową, należy rozważyć, czy sonda tlenowa osiągnęła koniec okresu użytkowania i niezwłocznie ją wymienić; zalecany cykl wymiany wynosi jeden rok; (8) Regularnie sprawdzać czułość zaworów elektromagnetycznych i pneumatycznych, zakres ciśnienia regulatorów ciśnienia, dokładność analizatorów gazu, szczelność wież adsorpcyjnych, stan wydechu tłumików oraz czystość wewnętrznych rurek przepływomierzy i niezwłocznie rozwiązywać wszelkie problemy, aby zapewnić normalne działanie sprzętu.
4 Konserwacja i serwisowanie generatorów azotu
4.1 Sprężarka powietrza (śrubowa)
Sprężarka powietrza (lub zespół sprężarek) dostarcza sprężone powietrze wymagane przez system produkcji azotu metodą PSA (adsorpcji zmiennociśnieniowej). Jej przepływ, ciśnienie i inne parametry są określone przez zużycie powietrza przez system produkcji azotu metodą PSA. Wydajność (zużycie) systemu PSA jest określana głównie przez wydajność sit molekularnych, przepływ procesowy i konstrukcję adsorberów. Sprężarka powietrza musi spełniać następujące parametry: (1) przepływ powietrza ≥ 16,5 m³/min; (2) ciśnienie tłoczenia między 0,8 a 0,98 MPa; (3) zawartość oleju ≤ 3 ppm; (4) temperatura ≤ 45°C.
W rzeczywistej eksploatacji rutynowe inspekcje sprężarki powietrza obejmują: temperaturę pracy (≤ 105°C), ciśnienie pracy (0,8–1,0 MPa) i ciśnienie wody (0,3–0,6 MPa). Miesięczne inspekcje obejmują sprawdzanie poziomu oleju i sprawdzanie szczelności połączeń rurowych. Konserwacja kwartalna obejmuje czyszczenie siatki filtra powietrza dolotowego i elementu filtra powietrza, a także inspekcję złączek. Konserwacja roczna jest wykonywana zgodnie z instrukcją obsługi produktu *Maintenance Manual* firmy Ingersoll Rand (INGERSOLL RAND) i jest wykonywana przez profesjonalnych inżynierów Ingersoll Rand. Podczas codziennej eksploatacji należy przestrzegać zaleceń konserwacyjnych i priorytetów określonych w instrukcji: (1) Wykonywać konserwację na podstawie wyświetlacza sterownika; (2) Wykonywać konserwację raz w roku. W przypadku ogólnych awarii osoba odpowiedzialna za sprzęt powinna rozwiązać problem, korzystając z metod naprawy opisanych w przewodniku rozwiązywania problemów zawartym w instrukcji. Jeśli problemu nie można rozwiązać, należy skontaktować się z profesjonalnym inżynierem Ingersoll Rand w celu uzyskania pomocy.
Głównym czynnikiem wpływającym na wydajność sprężarki powietrza w codziennej pracy jest temperatura, a główne czynniki wpływające na temperaturę (przy stałym ciśnieniu i przepływie) obejmują: sezon, temperaturę wody i jakość wody. Rury wody chłodzącej urządzenia są zaprojektowane dla wody miejskiej z średnicami wlotową i wylotową 40 mm. Zużycie wody wynosi około 9 ton metrycznych na godzinę i jest odprowadzane bezpośrednio. Niewłaściwe recykling tej wody spowodowałoby znaczne straty; jednak wdrożenie systemu recyklingu wody chłodzącej do ponownego użycia wymaga znacznej inwestycji finansowej (lokalna twardość wody wynosi od 380 do 410 miligramów na litr). Lato jest najbardziej wymagającym sezonem dla sprężarek powietrza pod względem wydajności sprzętu, a także stanowi test, czy początkowy wybór typu chłodnicy był odpowiedni. W systemach produkcji azotu metodą PSA (adsorpcji zmiennociśnieniowej) sprężarki powietrza stanowią największą część kosztów konserwacji i serwisu sprzętu. Przy wyborze tej metody produkcji azotu niezbędne jest przeprowadzenie dokładnych wstępnych badań rynku i planowania, aby uwzględnić przyszłe koszty konserwacji.
4.2 Osuszacz chłodniczy
Osuszacze chłodnicze (Model/Specyfikacja: IDS-150AC; 20 Nm³/min) wymagają codziennych inspekcji, w tym: sprawdzenia, czy odprowadzanie kondensatu z osuszacza chłodniczego i odprowadzanie ścieków z trójstopniowego filtra są drożne; weryfikacji, czy ciśnienie czynnika chłodniczego (0,3–0,6 MPa) i ciśnienie sprężonego powietrza (<1,0 MPa) mieszczą się w normalnych zakresach; Konserwacja i serwisowanie obejmują okresowe przedmuchiwanie wymiennika ciepła (szczególnie wiosną i latem, kiedy częste przedmuchiwanie jest konieczne, aby zapobiec pogorszeniu rozpraszania ciepła), czyszczenie portów spustowych i okresową (zazwyczaj co 12 miesięcy) wymianę trzech filtrów (Model: Filtr stopnia 3 XF3-44, Filtr stopnia 7 XF7-44, Filtr klasy 9 XF9–44); czynniki takie jak wybór, metoda instalacji, lokalizacja instalacji i sezon osuszacza chłodniczego mają pewien wpływ na jego zdolność do usuwania oleju i wilgoci.
4.3 Adsorber z węglem aktywnym
Aktywność węgla aktywnego i tlenku glinu w adsorberze jest bezpośrednio związana z jakością powietrza z kompresora i skutecznością usuwania oleju i wilgoci przez osuszacz chłodniczy. Zazwyczaj, w zależności od użytkowania sprzętu, węgiel aktywny i tlenek glinu powinny być wymieniane co 3 do 5 lat.
4.4 Jednostka separacji tlenu i azotu—Wieża adsorpcyjna z sitem molekularnym
Węglowe sito molekularne jest kluczowym elementem generatora azotu metodą PSA (adsorpcji zmiennociśnieniowej). Jego wskaźniki wydajności obejmują: twardość, wydajność produkcji azotu (Nm³/T-h), współczynnik odzysku (N₂/Air) % i gęstość nasypową. Podczas pracy należy podjąć środki ostrożności, aby zapobiec przegrzaniu, które może wpłynąć na wydajność adsorpcji, oraz uniknąć pulverizacji sita molekularnego spowodowanej intensywnymi uderzeniami przepływu gazu.
4.5 Detektory gazu
(1) Analizator czystości azotu (standardowy azot): Model P860 4N, Changai; (2) Analizator czystości tlenu (wysokiej czystości): Model GNL-9100, Changai; Zgodnie z instrukcją obsługi, należy corocznie odsyłać przyrząd do producenta w celu inspekcji i kalibracji sond czujnikowych. Jeśli podczas rutynowej pracy wykryte zostaną jakiekolwiek nieprawidłowości, należy zweryfikować odczyty i zbadać przyczynę.
4.6 Zbiorniki magazynowe gazu
Jako urządzenia magazynujące produkt, należy przeprowadzać samokontrolę raz w miesiącu i samoocenę raz w roku; zlecić Biuru Nadzoru Technicznego wykonanie badań nieniszczących co trzy lata. Po sześciu latach, po osiągnięciu projektowanego okresu użytkowania, należy na podstawie wyników inspekcji określić, czy kontynuować użytkowanie sprzętu, czy go wycofać.
5 Wnioski
Konserwacja i serwisowanie są niezbędne do zapewnienia normalnego działania generatorów azotu metodą PSA. Jako urządzenia pomocnicze, stabilne działanie generatorów azotu metodą PSA zapewnia niezbędne warunki i zabezpieczenia dla operacji przemysłowych organizacji. Terminowe przeprowadzanie konserwacji i serwisu wszystkich elementów sprzętu może zapobiec awariom, przedłużyć żywotność sprzętu, zmniejszyć zużycie energii i poprawić wydajność.

Tłumaczone przez DeepL.com (wersja darmowa)