Азотная станция Atlas Copco

Азотная станция получает азот из атмосферного воздуха на площадке заказчика. Азотная станция на базе компрессора Atlas Copco включает два контура: воздушный (компрессор сжимает воздух, затем осушитель, фильтры и ресивер воздуха) и газовый (генератор выделяет азот из сжатого воздуха, далее ресивер азота и потребители). Параметры воздушного контура (давление и производительность компрессора) к параметрам азота не относятся: компрессор сжимает воздух, генератор выделяет из него азот с другим давлением и расходом.

В каталоге 681 компрессор мощностью от 2 до 500 кВт, производительностью от 240 до 84600 л/мин, рабочим давлением от 5,5 до 25 бар. Генераторов азота 203 позиции производительностью от 30 до 20000 л/мин, с выходным давлением 5-8 бар в каталожных моделях и до 12 бар в отдельных исполнениях. Каждая азотная станция на базе компрессора Atlas Copco рассчитывается под требуемую чистоту азота (%), расход (м³/ч или Нм³/ч) и рабочее давление (бар).

Главный вопрос: сколько будет стоить собственная азотная станция вместо баллонов или жидкого азота. Ответ складывается из стоимости оборудования, затрат на электроэнергию и экономии на логистике, простоях и зависимости от поставщика. Расчёт делается индивидуально: пришлите требуемую чистоту, расход и режим работы - подготовим состав оборудования и коммерческое предложение обычно в течение часа.

Что получите после обращения: расчёт воздушной части под требуемую производительность азота; подбор компрессора и генератора по чистоте; состав оборудования станции (подготовка воздуха, ресиверы, обвязка); предварительная компоновка; коммерческое предложение.

Из чего складывается цена азотной станции для непрерывного цикла

Цена азотной станции на базе компрессора Atlas Copco складывается из пяти основных статей. Первая - компрессор, его мощность определяется требуемым расходом азота и чистотой: чем выше чистота, тем больше воздуха требуется на каждый кубометр азота, тем мощнее компрессор. Вторая статья - генератор азота, его цена растёт нелинейно с ростом чистоты.

Третья статья - подготовка воздуха на входе генератора. Требуемый класс воздуха по ISO 8573 обычно 1-4-1: первый класс по твёрдым частицам, четвёртый по влаге (точка росы под давлением до +3 °C), первый класс по маслу. Для достижения этого класса в состав станции входят адсорбционные осушители воздуха и ступени фильтрации. Четвёртая статья - ресиверы воздуха и азота, пятая - обвязка, трубопроводы и автоматика.

Для непрерывной подачи азота требуются две линии генерации: пока одна работает, вторая на регенерации, переключение происходит автоматически. Это удваивает стоимость газовой части станции, но исключает простои подачи азота. Для периодического потребления может хватить одной линии генерации плюс увеличенный буферный ресивер азота.

Чистота азота влияет на цену через две статьи одновременно: генератор дорожает кратно, а расход воздуха на единицу азота растёт. Таблица показывает кратность удорожания генератора при равной производительности:

Генератор на чистоту 99,999% в 2,26 раза дороже генератора на 99% при той же производительности. К этому добавляется удорожание компрессора из-за роста требуемой подачи воздуха с повышением чистоты азота.

Чистота азота и удельный расход воздуха на его получение

Чистота азота определяет, сколько воздуха потребуется на получение каждого кубометра полезного газа. Зависимость нелинейная: с ростом чистоты расход воздуха растёт быстрее. Для подбора компрессора под генератор используются коэффициенты, привязанные к требуемой чистоте:

По таблице можно рассчитать производительность компрессора: зная требуемую чистоту и расход азота, определяете нужную подачу в л/мин. Например, для получения 10 м³/ч азота чистотой 99,5% нужен компрессор производительностью около 600 л/мин (0,06 × 10 × 1000 / 60). Для чистоты 99,9% при том же расходе азота потребуется уже 0,7 м³/мин (700 л/мин) - на 17% больше воздуха по сравнению с 99,5%.

С ростом чистоты требуемая подача компрессора увеличивается. Это означает рост энергопотребления и мощности машины. Коэффициенты взяты из практики подбора по каталогу генераторов, точный расход воздуха указывается в паспорте выбранного генератора.

Адсорбционный генератор азота: принцип работы и область применения

Адсорбционный генератор азота работает по технологии PSA (Pressure Swing Adsorption) - короткоцикловая адсорбция с переменным давлением. Установка состоит из двух сосудов, заполненных углеродным молекулярным ситом (CMS). Сжатый воздух под давлением поступает в первый сосуд, кислород адсорбируется на поверхности сита, азот проходит через слой и направляется к потребителю.

Когда адсорбент в первом сосуде насыщается кислородом, установка автоматически переключает поток воздуха на второй сосуд. Первый сосуд в это время регенерируется: давление сбрасывается, кислород десорбируется и сбрасывается в атмосферу. После регенерации сосуд готов к следующему циклу.

Технология PSA обеспечивает чистоту азота до 99,999% и выше. Входное давление воздуха для каталожных моделей генераторов составляет 5-8 бар, отдельные исполнения работают до 12 бар. Требуемый класс воздуха на входе - ISO 8573 1-4-1, где класс 4 по влаге означает точку росы до +3 °C.

Адсорбционные генераторы применяются в задачах с высокими требованиями к чистоте: лазерная резка металла, электроника, фармацевтическое производство, пайка волной, азотирование.

Мембранная технология разделения воздуха: когда она оправдана

Мембранный генератор азота работает по принципу селективной проницаемости: сжатый воздух проходит через пучок полых волокон из полимерного материала, кислород диффундирует через стенки волокон быстрее азота и сбрасывается наружу. Азот проходит внутри волокон и собирается на выходе установки.

Конструктивно мембранная установка проще адсорбционной: нет движущихся частей, не требуется переключение сосудов и цикл регенерации. Обслуживание сводится к контролю качества входного воздуха и замене мембранных элементов по регламенту.

Потолок чистоты мембранной технологии - до 99,5%. Для задач, требующих 99,9% и выше, мембрана физически не подходит, нужна адсорбционная установка. Если достаточно 99-99,5%, мембрана проще и дешевле. Для чистоты выше 99,5% - только адсорбционная установка.

Мембранные генераторы оправданы для шиномонтажа, части задач упаковки пищевых продуктов, инертизации ёмкостей при невысоких требованиях к остаточному содержанию кислорода.

Собственная генерация азота против баллонных рамп на производстве

Сравнение с покупным азотом: стоимость полученного нормального кубометра азота у потребителя. В цену покупного азота входят не только стоимость самого газа, но и доставка, аренда баллонов или дьюаров, потери на испарение жидкого азота, остаток в баллоне, затраты на хранение и учёт.

Для расчёта экономики собственной станции нужно посчитать затраты на электроэнергию. Таблица показывает энергопотребление компрессора мощностью 52 кВт (середина линейки) при разных режимах работы:

Паспортные 52 кВт - это мощность при полной нагрузке. Реальная машина работает часть времени на холостом ходу, поэтому честный расчёт ведётся по профилю потребления. Метод сравнения: посчитайте затраты на покупной азот за месяц, умножьте годовое энергопотребление станции на тариф электроэнергии вашего региона, добавьте затраты на регламентное обслуживание. Сравните две цифры.

Собственная генерация снимает зависимость от поставщика, исключает простои из-за задержки доставки, убирает затраты на логистику и учёт баллонов.

Двухлинейная азотная станция для исключения простоев

Адсорбционный генератор работает циклически: адсорбция кислорода под давлением в одном сосуде, затем регенерация этого сосуда при сбросе давления. Для непрерывной подачи азота без прерывания нужны две параллельные линии генерации: пока одна линия работает, вторая регенерируется, затем они меняются ролями.

Для трёхсменного производства две линии генерации обязательны. Для периодического потребления (оборудование работает партиями, между запусками есть паузы) может хватить одной линии генерации. Буферный ресивер азота сглаживает цикл регенерации: пока генератор на регенерации, потребитель забирает азот из ресивера.

Резервирование компрессора зависит от мощности и того, насколько критична подача. Для машин мощностью выше 90 кВт на непрерывном производстве часто ставят две машины по 50% нагрузки каждая: при выходе одной из строя вторая обеспечивает минимально необходимую подачу воздуха.

Переключение линий регенерации без прерывания подачи газа

Цикл PSA состоит из нескольких стадий. Сначала сжатый воздух под давлением поступает в сосуд с молекулярным ситом, кислород адсорбируется, азот проходит к потребителю - это стадия адсорбции. Когда адсорбент насыщается кислородом, установка переключает подачу воздуха на второй сосуд. Первый сосуд переходит в стадию сброса давления, затем регенерации продувкой, затем выравнивания давления перед возвратом в работу.

Переключение управляется автоматикой по таймеру (заданное время цикла) или по сигналу датчика чистоты на выходе (переключение при падении концентрации азота ниже заданной). Для потребителя азота переключение линий незаметно: выходной поток азота непрерывен, давление и чистота не изменяются.

Пиковое потребление азота и расчёт буферного ресивера

Потребление азота на производстве часто неравномерно: есть средний расход и пиковый отбор, когда несколько единиц оборудования запускаются одновременно. Рассчитывать компрессор и генератор под пиковый расход экономически невыгодно: большую часть времени станция будет недогружена.

Буферный ресивер азота сглаживает неравномерный отбор: компрессор и генератор работают на средний расход, пики покрываются запасом газа из ресивера. Когда потребление падает ниже среднего, ресивер пополняется. Такая схема позволяет использовать менее мощное оборудование.

Ориентировочный объём ресивера - 10-20% минутной производительности станции. При среднем расходе 10 м³/ч и пике 18 м³/ч длительностью 3 минуты требуется буфер около 0,4 м³. Точный расчёт ведётся по графику потребления.

Мощность компрессора Atlas Copco под заданную производительность и чистоту

В каталоге 681 винтовой компрессор Atlas Copco. Распределение по мощности показывает, какие машины доступны для азотных станций разного масштаба:

Производительность компрессора указана в литрах в минуту и зависит от рабочего давления: одна и та же машина при 13 бар даёт меньше воздуха, чем при 7 бар. Для азотной станции давление выбирается исходя из требований генератора: большинство моделей работают на входном давлении 5-8 бар, что соответствует настройкам компрессоров серии GA и серии G на 7-10 бар.

Образцы карточек по сегментам мощности:

Компрессоры с частотным приводом (87 позиций) автоматически подстраивают обороты под реальное потребление воздуха, что снижает энергопотребление при неполной загрузке. Для задач, где требуется полное отсутствие масла в воздухе, применяются безмасляные компрессоры Atlas Copco (150 позиций в каталоге).

Накопительная ёмкость азота для сглаживания неравномерного отбора

Ресивер азота стоит после генератора, перед потребителями. Это не тот же ресивер, что в воздушном контуре между компрессором и генератором - это отдельная ёмкость в газовом контуре. Назначение ресивера азота: сглаживание пикового отбора, резерв газа на время регенерации, стабилизация давления в сети.

Для лазерной резки, которая запускается партиями, ресивер азота обеспечивает запас на период, когда все станки работают одновременно. Для периодического потребления увеличенный ресивер может заменить вторую линию генерации: пока единственная линия на регенерации, потребитель забирает азот из накопительной ёмкости.

Объём ресивера азота рассчитывается по графику потребления и допустимому падению давления. Если график неизвестен, используется запас: ориентировочно 15-25% часовой производительности станции по азоту.

Контроль чистоты азота анализатором в реальном времени

Анализатор чистоты азота измеряет содержание кислорода на выходе генератора непрерывно. Если чистота падает ниже заданной (деградация адсорбента, сбой переключения линий, падение давления воздуха на входе), анализатор даёт сигнал на пульт оператора или автоматически переключает подачу на резервную линию.

Для задач с жёсткими требованиями к чистоте - фармацевтика, электроника, пайка в контролируемой атмосфере - анализатор обязателен. Попадание кислорода выше допустимого в этих процессах ведёт к браку продукции. Для менее критичных применений анализатор - опция, но он даёт документированное подтверждение параметров газа, что важно для производств с системой качества.

Применение азота в лазерной резке металла: расход на метр реза

Азот в лазерной резке используется как защитный газ: он подаётся в зону реза и вытесняет кислород, предотвращая окисление кромки. Резка азотом даёт чистую кромку без окалины, что исключает последующую зачистку. Применяется для нержавеющей стали, алюминия, титана, меди.

Требуемая чистота, давление и расход азота зависят от мощности лазера, типа материала, толщины листа и требований изготовителя станка. Каждая модель лазера имеет свои паспортные данные по защитному газу. Генераторы азота в каталоге отдают давление 5-8 бар в стандартных моделях, до 12 бар в отдельных исполнениях. Если лазер требует давления выше, в состав станции добавляется ступень повышения давления (бустер).

Азот для упаковки пищевых продуктов в модифицированной атмосфере

MAP (Modified Atmosphere Packaging) - упаковка в модифицированной атмосфере - предполагает вытеснение воздуха из упаковки азотом или смесью азота с углекислым газом. Азот замедляет окисление жиров, подавляет развитие аэробных микроорганизмов, продлевает срок хранения. Применяется для упаковки мяса, рыбы, сыров, кондитерских изделий, снеков, кофе.

Требуемая чистота азота для пищевых задач зависит от продукта. Для большинства применений хватает чистоты 99-99,5%, что достижимо мембранной установкой или адсорбционной установкой начального класса. Класс 99,999% для упаковки избыточен: переплата за генератор составляет более чем двукратную разницу в цене.

Азот в производстве шин: замещение воздуха при вулканизации

Азот в производстве шин применяется при вулканизации в пресс-формах: исключает окисление резиновой смеси при высокой температуре и обеспечивает равномерность нагрева. Применение азота снижает скорость падения давления, продлевает срок службы шины. Используется в производстве шин, на шиномонтаже, в транспорте с высокими требованиями к стабильности давления.

Для вулканизации шин требуемая чистота азота обычно 99-99,5%: это предотвращает окисление резины и образование раковин. Задача решается мембранной или адсорбционной установкой начального класса.

Срок окупаемости азотной станции при замене баллонов на трёхсменном производстве

Срок окупаемости зависит от цены покупного азота в регионе заказчика, тарифа на электроэнергию и режима потребления. Цена баллонного или жидкого азота различается по регионам в несколько раз, тариф электроэнергии также зависит от области.

Метод расчёта окупаемости: посчитайте текущие затраты на покупной азот за месяц, включая стоимость газа, доставку, аренду баллонов или дьюаров, потери - умножьте на двенадцать для годовых затрат. Рассчитайте энергопотребление станции по таблице из раздела про экономику, умножьте на ваш тариф, добавьте затраты на обслуживание. Сравните годовую экономию с первоначальной стоимостью станции.

Для трёхсменного производства с непрерывным потреблением (6000-8000 часов работы в год) окупаемость короче, чем для односменного режима, за счёт большего объёма замещённого покупного газа.

Асфиксия азотом в производственном помещении: риски при непрерывной работе установки

Азот вытесняет кислород из воздуха, но не имеет запаха, цвета и не раздражает дыхательные пути - потеря сознания происходит без предупреждения. Утечка азота в замкнутом помещении или в приямке создаёт смертельно опасную атмосферу без предупреждающих признаков.

Меры безопасности при работе азотной станции: установка датчиков содержания кислорода в рабочей зоне с сигнализацией при падении концентрации ниже 19%; приточно-вытяжная вентиляция помещения станции; контроль герметичности трубопроводов и соединений; инструктаж персонала о рисках асфиксии; запрет на спуск в приямки без предварительного контроля атмосферы.

Азот по энергии запасённого давления так же опасен, как сжатый воздух: разрыв трубопровода, взрывная декомпрессия, травмы от удара струёй под давлением. Азот не безопаснее воздуха по давлению. Преимущество азота - инертность: не поддерживает горение, не образует взрывоопасных смесей, не окисляет материалы.

В каталоге 681 компрессор Atlas Copco, 203 генератора азота, выполнено 11 поставок в металлообработку, сельское хозяйство, производство, строительство, геологию, дорожные работы. Проекты включают компрессоры GA18 8.5FF, GA18 VSD+13P, GA 22 VSD+13FF, XAS 48 Kd, XAS 88 Kd, GX3 10FF, G45 PA 10, GA15 13FF. Страна производства компрессоров по данным каталога - Швеция (729 позиций), винтовой блок Atlas Copco (530 позиций).

Азотная станция собирается под условия площадки заказчика: требуемую чистоту от 95% до 99,999%, расход азота, рабочее давление, режим работы. Заявка обрабатывается по опросному листу: чистота, расход, давление, потребители азота, место установки. Расчёт воздушной части и подбор генератора выполняется обычно в течение часа. Изготовление и ввод станции в эксплуатацию от 30 дней до 4 месяцев.

Частые вопросы