Для профессионального наполнения кислородных баллонов требуется нечто большее, чем просто генератор кислорода, который непрерывно производит газ. Система PSA должна соответствовать заправочной станции с точки зрения потока кислорода, чистоты, буферного хранилища, давления сжатия, последовательности наполнения, логики управления и защиты. Когда кислород генерируется при низком давлении, а затем подается в баллоны под высоким давлением, каждая секция между адсорбционными слоями и коллектором баллона влияет на заполняющую способность и стабильность работы.
Таким образом, типичная система наполнения баллонов PSA на месте сочетает в себе обработку сжатым воздухом,ПСА кислородГенерация, буферное хранилище кислорода, кислородный бустер или компрессор, трубопроводы высокого давления, манифольд автоматического заполнения, датчики давления, мониторинг кислорода и система управления ПЛК. Опубликованные компанией NEWTEK данные PSA по кислороду охватывают производство кислорода от 1 до 300 Нм³/ч, при этом стандартная чистота кислорода составляет 93% ± 3% и регулируемое давление на выходе от 0,01 до 0,5 МПа перед последующим сжатием высокого давления.
Система PSA должна соответствовать объему наполнения баллона.
Первое требование – это определенная взаимосвязь между производством кислорода и количеством баллонов, заполняемых за период эксплуатации. Размер заправочной станции не может быть определен только исходя из номинальной мощности генератора кислорода, поскольку баллоны создают второй уровень потребности: газ должен сначала накопиться при необходимом давлении, а затем поступить в несколько баллонов через заправочный коллектор.
Например, в опубликованной NEWTEK таблице модели, ориентированной на заправку, указано NTK-20P при 20 Нм³/ч и NTK-100P при 100 Нм³/ч, при этом в таблице также указано количество бутылок, которые можно наполнить за 12 часов. В той же таблице используется стандартный баллон емкостью 40 л с давлением 150 бар, температурой окружающей среды 0–38 градусов и относительной влажностью до 80%.
Поэтому правильный выбор должен начинаться с:
- Объем воды в цилиндре
- Целевое давление наполнения
- Количество цилиндров на партию
- Ежедневное количество заполнения
- Требуемая чистота кислорода
- Часы работы
- Пиковая потребность в кислороде
- Доступная мощность компрессора
Для завода, заполняющего 100 баллонов в день, требуется другая система производства и сжатия кислорода, чем для завода, заполняющего 20 баллонов в день, даже если оба предприятия используют одинаковую спецификацию баллонов.
Секция очистки воздуха должна защищать молекулярное сито
Производство кислорода PSAначинается со сжатого атмосферного воздуха, поэтому состояние питательного воздуха напрямую влияет на адсорбционные слои. Профессиональная система обычно размещает воздушный ресивер, фильтры, оборудование для удаления конденсата и другие компоненты очистки воздуха перед резервуарами PSA.
Назначение скорее физическое, чем косметическое: фильтры удаляют частицы и масляные аэрозоли, а дренаж конденсата предотвращает попадание жидкой воды в адсорбционные слои. Влага и масляные загрязнения могут изменить рабочее состояние молекулярного сита и увеличить перепад давления в секции очистки воздуха.
Компания NEWTEK описывает свою кислородную систему PSA как использующую цеолитовое молекулярное сито в качестве адсорбента. Процесс разделения основан на различном поведении адсорбции кислорода и азота под давлением с последующим снижением давления для регенерации.
Поэтому при заполнении баллонов характеристики очистки воздуха следует проверять вместе с компрессором. Компрессор, который обеспечивает требуемый расход, но вводит избыточное количество масла, влаги или температуры, может создать технологические проблемы на выходе.
Цикл адсорбции PSA должен поддерживать определенный выход кислорода.
Сосуды PSA должны неоднократно выполнять адсорбцию и регенерацию. На стадии адсорбции сжатый воздух поступает в слой молекулярного сита, преимущественно адсорбируется азот, а газ, обогащенный кислородом, проходит к выходному отверстию для кислорода. При разгерметизации адсорбированный азот покидает слой, чтобы молекулярное сито могло перейти в следующий цикл адсорбции.
Система наполнения баллонов предъявляет дополнительные требования к этому циклу, поскольку генератор кислорода питает секцию хранения и сжатия, а не небольшой процесс в точке использования. Таким образом, система управления PSA должна координировать переключение градирни, производство кислорода, давление и потребности на выходе.
Компания NEWTEK определяет функции автоматического запуска, защиту от минимального давления, байпасные устройства, кислородные датчики, автоматическую регулировку и модуляцию времени цикла в своих кислородных системах PSA. Компания также указывает возможность непрерывной работы и удаленной связи через Modbus, Profibus и Ethernet.
При закупках важным вопросом является не просто использование PSA в оборудовании. Покупатель должен подтвердить, как система управления реагирует, когда наполнение баллонов начинается, прекращается или изменяется размер партии.
Буферное хранилище кислорода должно отделять генерацию от удовлетворения спроса
ПСА кислородпроизводство является циклическим, а заполнение баллонов создает высокий спрос на последующих этапах производства. Таким образом, кислородный буферный бак полезен для разделения двух рабочих условий.
Буфер получает кислород от блока PSA и снабжает бустер или заправочный коллектор, когда потребность на выходе возрастает. Это предотвращает прямое изменение рабочей точки адсорбционных сосудов при каждом подключении баллона или срабатывании клапана.
Требуемый объем буфера зависит от скорости производства кислорода, расхода наполнения, мощности компрессора, диапазона давления и количества одновременно подключаемых баллонов. Система с недостаточным буферным объемом может испытывать частые колебания давления во время наполнения. Однако резервуар слишком большого размера увеличивает капитальные затраты и пространство для установки, но при этом не обязательно увеличивает выработку кислорода.
Поэтому буфер следует рассчитывать на основе фактического цикла наполнения, а не выбирать в качестве спецификации изолированного резервуара.
Усилитель высокого давления должен соответствовать давлению наполнения цилиндра.
Генератор PSA и коллектор наполнения баллонов обычно работают при разных уровнях давления. Опубликованный компанией NEWTEK диапазон выхода кислорода PSA составляет 0,01–0,5 МПа, тогда как для наполнения баллонов может потребоваться гораздо более высокое давление. В информации о продукте, ориентированной на заправку, в качестве основы для расчета баллона емкостью 40 л используется давление 150 бар.
Эта разница давлений требует наличия кислородного усилителя или компрессора, расположенного ниже по потоку.
Бустер получает кислород из секции хранения низкого давления, повышает давление контролируемыми ступенями и подает сжатый газ в коллектор баллона. При работе с кислородом конструкция компрессора должна контролировать источники загрязнения, поскольку смазочное масло или неподходящие уплотнительные материалы могут привести к попаданию углеводородов в поток газа, богатый кислородом.
Покупатель должен подтвердить:
- Входное давление усилителя
- Максимальное выходное давление
- Поток кислорода при необходимом давлении
- Стадии сжатия
- Устройство охлаждения
- Уплотнительные материалы
- Безмасляная или кислородно-совместимая конфигурация
- Условия отключения при высоком давлении
Генератор PSA никогда не следует оценивать отдельно от усилителя, если конечным применением является заполнение баллонов.
Заправочный коллектор должен управлять несколькими цилиндрами
Заправочный коллектор распределяет кислород под высоким давлением от усилителя по нескольким цилиндрам. В его состав обычно входят ответвительные соединения, запорные клапаны, датчики давления, гибкие шланги высокого давления или жесткие трубопроводы, а также автоматические или ручные заправочные клапаны.
При одновременном подключении нескольких баллонов важным становится выравнивание давления и последовательность заполнения. Система управления должна определять состояние давления в каждом цилиндре и предотвращать неконтролируемое повышение давления в цилиндре.
Опубликованная NEWTEK информация о системе наполнения описывает автоматические коллекторы для наполнения баллонов с контролем давления на основе ПЛК и автоматическим закрытием клапана при достижении целевых условий.
Поэтому для профессиональной заправочной станции коллектор должен определяться количеством баллонов на блок заправки, стандартом подключения, максимальным рабочим давлением, последовательностью заполнения, материалом клапана и необходимыми точками изоляции.
Перед наполнением под высоким давлением необходимо контролировать чистоту кислорода.
Мониторинг чистоты не является обязательным, если полученный кислород будет перекачиваться в баллоны. Система PSA может генерировать кислород непрерывно, но газ необходимо анализировать до того, как он попадет в секцию наполнения под высоким давлением.
Компания NEWTEK включает датчики кислорода в свою систему PSA и указывает чистоту кислорода 93% ± 3% для своей стандартной технической конфигурации. В более широкой информации о продукции компании также перечислены конфигурации с различными уровнями чистоты, в зависимости от оборудования и применения.
Анализатор кислорода должен быть расположен и интегрирован таким образом, чтобы операторы могли выявить отклонения в чистоте до того, как газ попадет в коллектор баллона. Если измеренная чистота выходит за пределы указанного диапазона, система управления может изолировать поток продукта или перенаправить газ вместо наполнения баллонов кислородом, не соответствующим техническим требованиям.
Для закупок спецификация должна определять целевую чистоту, диапазон анализатора, точку отбора проб, процедуру калибровки, значение сигнала тревоги и реакцию после сигнала тревоги чистоты.
Датчики давления и блокировки должны защищать процесс наполнения
Заполнение цилиндра вводит несколько границ давления: давление на выходе PSA, давление в буферном резервуаре, входное давление усилителя, давление нагнетания усилителя, давление в коллекторе и давление в цилиндре.
Каждая точка давления может повлиять на следующий этап процесса. Если буферное давление падает ниже требуемого на входе в бустер, бустер может не получать достаточного количества газа. Если давление нагнетания достигает предела наполнения, бустер должен остановиться или разгрузиться. Если цилиндр достигает заданного давления, его наполнительный клапан должен закрыться.
В документации системы PSA NEWTEK перечислены датчики давления, клапаны минимального давления, перепускные форсунки, датчики кислорода и функции автоматического управления.
Поэтому профессиональная система должна использовать блокировки, а не полагаться только на наблюдение оператора. Типичная логика включает в себя:
- Проверьте чистоту кислорода PSA.
- Убедитесь, что буферное давление находится в рабочем диапазоне.
- Запустите бустер, когда появится потребность в заполнении.
- Следите за нагнетанием высокого давления.
- Контролируйте каждый заполняемый банк.
Остановите или изолируйте соответствующую линию при достижении целевого давления.
Включите сигнал тревоги, когда давление, чистота или состояние оборудования выходят за пределы указанного диапазона.
Электрические и коммуникационные интерфейсы должны поддерживать автоматическую работу.
Заполнение баллонов — повторяющийся процесс, поэтому система управления должна координировать работу оборудования, а не требовать от оператора ручной настройки каждого этапа.
ПЛК может получать сигналы от датчиков давления, анализаторов кислорода, средств управления компрессором, управления усилителем давления и клапанов коллектора. Затем он может запускать или останавливать оборудование в зависимости от давления и состояния наполнения.
NEWTEK перечисляет Modbus, Profibus Fieldbus и Ethernet для своих систем PSA. Здесь также описаны функции дистанционного запуска/останова и автоматической регулировки.
Для системной интеграции покупатель должен запросить список входов/выходов и протокол связи перед установкой. Это определяет, может ли контроллер PSA обмениваться рабочим статусом, сигналами тревоги, значениями давления, чистотой кислорода и командами оборудования с центральной системой управления заправочной станции.
Система должна учитывать температуру, влажность и условия установки.
Условия окружающей среды влияют на плотность сжатого воздуха, охлаждение компрессора, влажность и производительность оборудования. В данных модели NEWTEK, ориентированной на заполнение баллонов, в качестве заявленной проектной основы для указанной конфигурации наполнения баллонов используется температура 0–38 градусов и относительная влажность до 80%.
Поэтому в зоне установки должна быть предусмотрена соответствующая вентиляция, дренаж, электроснабжение и свободное пространство вокруг компрессора, адсорбционных емкостей, буферных резервуаров, усилителя давления и шкафа управления.
На объектах с более высокими температурами окружающей среды, высокой влажностью или другими условиями над уровнем моря поставщику следует пересчитать мощность компрессора и требования к очистке воздуха вместо непосредственного применения стандартной модели. Одна и та же цель производства кислорода может потребовать разного объема воздуха и условий охлаждения при изменении среды приточного воздуха.
Техническое обслуживание должно охватывать как секцию PSA, так и секцию высокого давления.
Системы заправки баллонов сочетают в себе генерацию газа низкого давления и сжатие газа высокого давления, поэтому техническое обслуживание должно охватывать обе секции.
На стороне PSA требуется проверка фильтров, конденсатоотводчиков, переключающих клапанов, датчиков давления, анализаторов кислорода, трубопроводов и условий эксплуатации молекулярных сит. На стороне сжатия требуется проверка уплотнений, клапанов, компонентов системы охлаждения, манометров, соединений высокого давления и заправочных шлангов.
Распространенные симптомы неисправности можно проследить по эксплуатационным данным:
| Наблюдаемое состояние | Возможная техническая причина | Инспекционный пункт |
|---|---|---|
| Чистота кислорода снижается | Проблемы с циклом адсорбции, загрязнение подаваемого воздуха, чрезмерная потребность | Молекулярные сита, клапаны, воздушные фильтры |
| Падение давления на выходе PSA | Недостаток сжатого воздуха или чрезмерная потребность | Компрессор, воздушный ресивер, давление на входе |
| Бустер не может достичь давления наполнения | Низкое давление на входе или неисправность компрессора | Буферный бак, вход усилителя, клапаны |
| Скорость наполнения снижается | Ограниченный поток или недостаточная мощность усилителя | Коллектор, шланги, усилитель |
| Давление колеблется | Недостаточный объем буфера или нестабильное переключение | Ресивер кислорода, цикл PSA |
| Частые сигналы тревоги | Проблема с датчиком или системой управления | ПЛК, датчик давления, анализатор кислорода |
Этот диагностический подход более полезен для закупок, чем простой вопрос, является ли система PSA «автоматической».
О НЬЮТЕК
НЬЮТЕКспециализируется на проектировании и поставке систем производства кислорода и азота PSA на объекте, включая генераторы кислорода PSA, интегрированные системы сжатия и очистки воздуха, а также газовые системы «под ключ». Опубликованный процесс разработки охватывает технологические исследования, инженерное проектирование, изготовление устройств, испытания при установке и послепродажное обслуживание. Для кислородных систем NEWTEK предлагает адсорбцию на молекулярных ситах на цеолите, автоматический мониторинг кислорода, контроль давления и интерфейсы связи, такие как Modbus, Profibus и Ethernet. Заявленный диапазон генераторов кислорода включает производительность 1–300 Нм³/ч, стандартную чистоту кислорода 93% ± 3% и давление кислорода на выходе 0,01–0,5 МПа.
Для проектов по наполнению баллонов соответствующие технические возможности выходят за рамки адсорбционных емкостей PSA. Генератор кислорода должен быть соединен с секцией подготовки воздуха, буферным хранилищем кислорода, усилителем высокого давления, заправочным коллектором, датчиками, клапанами и элементами управления ПЛК. Конфигурации NEWTEK, ориентированные на заправку, также определяют количество баллонов, давление наполнения, производительность по производству кислорода, потребляемую мощность и условия проектирования окружающей среды, предоставляя параметры, необходимые для оценки всего процесса наполнения, а не только генератора.
