Co obejmuje kompletne źródło azotu? Generator GEN2 MINI stojący przy ścianie laboratorium to jeszcze nie kompletne źródło azotu.
W laboratorium potrzebujesz całego układu, który zaczyna się od produkcji sprężonego powietrza, a kończy na stabilnym ciśnieniu i wymaganej jakości azotu przy urządzeniu odbiorczym.
Projekt w państwowym laboratorium
Dobrze pokazuje to projekt, który przygotowywałem dla jednego państwowego instytutu. Azot miał zasilać dwa procesy: osuszanie próbek oraz inkubatory. Pierwotne założenia mówiły o przepływie 80 do 100 l/min, czystości minimum 99,5% i ciśnieniu 4 do 7 bar.
Na tej podstawie powstała kompletna koncepcja stacji z generatorem nano GEN2 MINI.
Generator jest ważny. Ale jest dopiero jednym z elementów.
Od czego zaczyna się źródło azotu?
Od sprężarki.
Generator PSA nie produkuje azotu samodzielnie. Potrzebuje odpowiedniej ilości sprężonego powietrza o określonym ciśnieniu i jakości.
W pierwszej wersji projektu przewidziałem sprężarkę śrubową 5,5 kW z falownikiem i zbiornikiem 200 litrów. Przy wymaganym punkcie pracy pobór energii oszacowany był na około 3,5 kW.
To ważne z dwóch powodów.
Pierwszy to wydajność. Generator nie odda wymaganej ilości azotu, jeżeli sprężarka nie dostarczy odpowiedniego przepływu powietrza.
Drugi to ciśnienie. Jeżeli azot ma docierać do laboratorium pod ciśnieniem 4 bar, trzeba uwzględnić straty na filtrach, osuszaczu, generatorze, zbiornikach, zaworach i instalacji rurowej.
Dlatego generator dobiera się razem ze źródłem sprężonego powietrza.
Sprężone powietrze trzeba przygotować.
Powietrze ze sprężarki zawiera wodę, aerozol olejowy i zanieczyszczenia.
Dla generatora PSA ma to znaczenie. Molekularne sito węglowe pracujące wewnątrz generatora potrzebuje odpowiednich warunków.
W analizowanym układzie przygotowanie powietrza obejmowało:
• separator cyklonowy
• filtrację 1 µm i 0,01 µm
• osuszacz adsorpcyjny o ciśnieniowym punkcie rosy około -40°C
• kolumnę z węglem aktywnym do usuwania par oleju
• filtr procesowy przed dalszą częścią instalacji.
To nie jest wyposażenie dodane dla rozbudowania oferty.
Przykładowy schemat instalacji
- Sprężarka
- Separator cyklonowy
- Filtr 1 µm
- Filtr 0,1 µm
- Osuszacz adsorpcyjny
- Zawór kulowy
- Regulator ciśnienia
- Manometr lub przetwornik ciśnienia
- Zbiornik procesowy azotu
- Filtr 0,1 µm
Każdy z tych elementów chroni kolejny etap procesu.
Osuszacz usuwa wilgoć. Filtry zatrzymują cząstki i aerozol. Kolumna węglowa montowana za osuszaczem ogranicza zawartość pozostałości olejowych.
Dopiero tak przygotowane powietrze trafia do generatora.
Generator GEN2 MINI w laboratorium jako serce układu
W pierwotnej konfiguracji wybrałem nano GEN2 MINI 120.
Przy ciśnieniu powietrza zasilającego 8 barg generator osiągał 6,1 Nm³/h azotu przy czystości 99,5%. Założone ciśnienie azotu wynosiło około 7 bar. Producent określał ten punkt pracy dla temperatury powietrza wlotowego do 40°C.
6,1 Nm³/h odpowiada około 102 l/min.
Taki punkt pracy pasował więc do pierwotnego zapotrzebowania określonego na 80 do 100 l/min.
I tutaj pojawił się dobry przykład, dlaczego generatora nie warto dobierać tylko na podstawie pierwszego zapytania ofertowego.
Wizja lokalna zmienia dane
Podczas spotkania zapotrzebowanie zostało określone najpierw jako 60 do 80 l/min przez około 8 godzin, z krótkimi pikami poboru.
Później pojawiła się wartość 40 do 60 l/min.
Zmieniało się też wymagane ciśnienie.
Najpierw mówiliśmy o 4 do 6 bar, później o niższych wartościach, a finalnie o redukcji do około 4 bar w laboratorium.
Zmiana doboru
Przy takich danych w grę wchodzą cztery różne wersje generatora azotu GEN2 MINI, od modeli 080 do 120. Razem z generatorem zmienia się również wielkość sprężarki, osuszacza, filtrów i zbiorników.
Dlatego przed zamówieniem potrzebuję trzech podstawowych danych: rzeczywistego przepływu wraz ze szczytami poboru, wymaganej czystości oraz minimalnego ciśnienia przy odbiorniku.
Najlepiej, gdy wartości pochodzą z dokumentacji urządzeń albo z pomiarów.
Dwa zbiorniki pełnią różne funkcje
W kompletnej instalacji azotowej spotkasz często więcej niż jeden zbiornik.
Zbiornik procesowy współpracuje bezpośrednio z generatorem. Jego zadaniem jest stabilizacja procesu i jakości produkowanego azotu.
Dalej znajduje się zbiornik buforowy po stronie azotu.
W opisywanym projekcie przewidziany był zbiornik azotu o pojemności 200 do 270 litrów.
Bufor pomaga przy chwilowych zmianach poboru. Dzięki niemu generator nie musi reagować bezpośrednio na każdy krótki skok zapotrzebowania.
Przy projektowaniu instalacji laboratoryjnej ma to znaczenie szczególnie wtedy, gdy kilka urządzeń pobiera azot jednocześnie albo występują krótkotrwałe piki.
Produkcja azotu to również instalacja
Po wyprodukowaniu azotu trzeba jeszcze doprowadzić go do laboratorium.
W analizowanym obiekcie wstępnie przyjęta długość instalacji wynosiła około 40 metrów.
Trzeba więc dobrać średnice rur, materiał instalacji, reduktory, zawory, rozdzielacze i przyłącza.
Każdy z tych elementów powoduje określony spadek ciśnienia.
Dlatego wymagane 4 bar przy urządzeniu nie oznacza automatycznie 4 bar na wyjściu z generatora.
Interesuje mnie ciśnienie w miejscu, gdzie azot jest używany.
Pomieszczenie techniczne też jest częścią projektu
Podczas wizji lokalnej okazało się, że kompletna stacja miałaby pracować w pomieszczeniu o powierzchni około 16 m².
To już nie jest kwestia samego ustawienia urządzeń.
Sprężarka oddaje do pomieszczenia ciepło. Generator i układ przygotowania powietrza potrzebują przestrzeni serwisowej. Trzeba też przewidzieć wentylację, czerpnię i wyrzutnię.
Przy doborze generatora patrzę więc również na warunki otoczenia.
Jeżeli temperatura powietrza zasilającego wzrośnie ponad wartość przyjętą do doboru, zmieniają się warunki pracy całego systemu.
Bezpieczeństwo w eksploatacji
Azot nie jest gazem toksycznym, ale wypiera tlen.
W małym pomieszczeniu technicznym trzeba więc potraktować bezpieczeństwo poważnie.
W analizowanym projekcie przewidziałem czujnik poziomu tlenu w pomieszczeniu oraz wyprowadzenie gazów resztkowych z generatora poza pomieszczenie.
Dochodzą jeszcze inne elementy instalacji technicznej.
Sprężarka wymaga zasilania trójfazowego. Kondensat trzeba odprowadzić. W układzie przewidziany został separator olej-woda. Trzeba również ustalić sposób odprowadzenia wody po separacji.
Jeżeli jedno z urządzeń laboratoryjnych wymaga filtra sterylnego, jego parametry także powinny wejść do projektu.
Co więc oznacza kompletne źródło azotu?
W praktyce jest to cały ciąg technologiczny:
sprężarka → zbiornik sprężonego powietrza → separator i filtracja → osuszacz → kolumna węglowa → generator GEN2 MINI → zbiornik procesowy → zbiornik buforowy azotu → redukcja ciśnienia → instalacja do laboratorium → odbiornik.
Do tego dochodzą wentylacja, instalacja elektryczna, odprowadzenie kondensatu i zabezpieczenia związane z poziomem tlenu.
Dlatego przy projekcie laboratoryjnego źródła azotu nie zaczynam od pytania: „Jaki generator wybrać?”.
Najpierw pytam: „Ile azotu potrzebujesz przy urządzeniu, o jakiej czystości i pod jakim ciśnieniem?”
Dopiero później dobieram resztę systemu.
Takie podejście pozwala uniknąć dwóch kosztownych błędów. Przewymiarowania instalacji albo kupienia generatora, który na papierze wygląda dobrze, ale w rzeczywistych warunkach nie zapewni wymaganych parametrów.
Jeżeli planujesz własne źródło azotu do laboratorium, warto zacząć od zebrania danych z odbiorników. Na tej podstawie da się policzyć nie tylko generator, lecz cały system od sprężarki do punktu poboru.