Systemy osłony azotowej zbiorników magazynowych są najczęściej projektowane do pracy przy ciśnieniu wyższym od atmosferycznego, aby skutecznie zapobiegać przedostawaniu się powietrza zewnętrznego do zbiornika lub instalacji.
Ponieważ w wielu procesach technologicznych oraz zastosowaniach przemysłowych kluczowe jest wyeliminowanie obecności tlenu i wilgoci zawartych w powietrzu, osłona azotowa znajduje szerokie zastosowanie w takich branżach jak przemysł petrochemiczny, spożywczy, farmaceutyczny oraz w instalacjach do produkcji wody o wysokiej czystości.
Rodzaje zbiorników magazynowych
W instalacjach przemysłowych wykorzystuje się kilka konstrukcji zbiorników magazynowych, m.in. zbiorniki z dachem stałym, zbiorniki z dachem pływającym oraz rozwiązania z wewnętrznym dachem pływającym.
W przypadku zbiorników z dachem pływającym standardowo nie zachodzi potrzeba stosowania osłony azotowej, ponieważ sama konstrukcja ogranicza kontakt medium z powietrzem.
Zbiorniki z dachem stałym mogą natomiast wymagać wypełniania azotem i decyzja ta zależy od właściwości fizykochemicznych magazynowanej substancji oraz wymagań bezpieczeństwa.
Z kolei zbiorniki wyposażone w wewnętrzny dach pływający w niektórych aplikacjach również poddaje się osłonie azotowej, jeśli warunki procesowe lub charakter medium tego wymagają.
Blanketing, inerting, purging czyli osłona azotowa w instalacjach przemysłowych
W zależności od zastosowania i warunków technicznych istnieje kilka specyficznych nazw dotyczących osłony azotowej.
Są dwa inne artykuły opisujące te metody:
Inerting i blanketing – https://azotownia.pl/zastosowania/zastosowanie-azotu-w-inertyzacji/
Purging – https://azotownia.pl/zastosowania/zastosowanie-azotu-w-przeplukiwaniu-rurociagow/
Przykład akumulatora wody technicznej
Dla magazynu ciepła wypełnionego wodą techniczną kluczowa jest zawartość tlenu. Ryzyko utleniania wynika z O₂ w przestrzeni gazowej nad lustrem wody oraz z O₂ rozpuszczonego w wodzie.
Ale wyobraź sobie, że zamiast wody jest piwo, mleko, sok owocowy, albo kosmetyki i farmaceutyki. Podobne zasady będą dotyczyć każdej z cieczy, mleczka lub kremu i każdej wielkości zbiornika magazynowego.
Rekomendowana jakość azotu do osłony azotowej (blanketingu)
Standardowy, bezpieczny wybór
Azot 99,9 % (klasa 3.0). Typowa zawartość O₂ do ok. 0,1 %, 1000 ppm.
Stosuje się, gdy zbiornik pozostaje zamknięty, utrzymuje się niewielkie nadciśnienie i układ rzadko się odpowietrza.
Wyższy poziom ochrony
Azot 99,99 % (klasa 4.0). Typowa zawartość O₂ do ok. 0,01 %, 100 ppm.
Stosuje się, gdy występują częste „oddechy” zbiornika, otwarcia serwisowe lub gdy pracuje się w wysokich temperaturach i zależy na długiej żywotności instalacji.
Przesada w większości buforów grzewczych
Azot 99,999 % i wyżej.
Sens stosowania jest tylko wtedy, gdy cały proces ma już ostre wymagania tlenowe. W typowych instalacjach grzewczych o korozji decyduje głównie strona wodna, a nie ostatnie miejsca po przecinku w czystości N₂.
Co jest ważniejsze niż sama klasa azotu
Przepłukiwanie azotem na start
Najpierw wypycha się powietrze z przestrzeni gazowej, dopiero potem utrzymuje się blanketing. Rozruchowe przepłukiwanie ustawia punkt wyjścia.
Stałe dodatnie ciśnienie
Należy utrzymywać niewielkie, stałe nadciśnienie w przestrzeni gazowej, aby powietrze z zewnątrz nie było zasysane do środka.
Typowe nastawy: od 20 do 50 mbar powyżej atmosfery. Stosuje się reduktor niskociśnieniowy i zawór oddechowy/bezpieczeństwa.
Ograniczenie „oddychania” i odpowietrzania
Każde odpowietrzenie wprowadza tlen. Należy skorygować nastawy zaworów, usunąć zacięte odpowietrzniki i zbędne otwarcia.
Kontrola tlenu rozpuszczonego w wodzie
Blanketing ogranicza napływ azotu z góry. Nie usuwa tlenu już obecnego w wodzie.
Jeżeli korozja nadal się pojawia, należy wprowadzić odgazowanie wody lub odpowiedni pochłaniacz tlenu dobrany do chemii wody.
Szybki wybór
- Bezpieczny standard: azot 99,9 % + prawidłowe płukanie startowe + stabilne, lekkie nadciśnienie.
- Częste odpowietrzanie lub potrzeba zapasu bezpieczeństwa: azot 99,99 %.
Problem osłony azotowej do rozwiązania
„Potrzebujemy generator azotu dla magazynu ciepła – zbiornika z ciepłą wodą, gdzie nad wodą jest przestrzeń ok 2m3 którą chcemy wypełnić azotem o nadciśnieniu 1,6 kPa.
Zbiornik jest bezciśnieniowy, a poduszka azotowa ma zabezpieczyć wodę przed natlenieniem”
Szybko skaczę do kalkulatora jednostek i przeliczam 1,6 kPa na mbar. Wychodzi 16 mbar.
Dla przestrzeni gazowej 2 m3 z odpowietrzeniem do atmosfery powinno się wybrać ostrzejszą specyfikację azotu i ustawić osprzęt tak, aby powietrze nigdy nie było zasysane do zbiornika.
Cel 1 – Założenie ekonomiczne i azot 99,5%
Generator membranowy zapewni maksymalną czystość azotu na poziomie 99,5-99,7%, za to jest tańszy niż generator adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA.
Azot 99,5 % oznacza, że w dopływie masz +/- 0,5 % tlenu. 5000 ppm O2.
W praktyce zawartość tlenu jest częściowo uzależniona od składu powietrza w lokalizacji miejsca eksploatacji, bo są też w nim inne gazy, albo pory roku.
Co to zmienia
Przy przepłukiwaniu z azotem 99,5 % nie zejdziesz poniżej 0,5 % O2 w przestrzeni gazowej. Nigdy. W tym modelu dążysz do poziomu tlenu w gazie zasilającym.
Przepłukiwanie czyli ile azotu potrzeba
Objętość przestrzeni gazowej nad wodą. 2,0 m3.
- Do 5 % O2 w przestrzeni
Azot = 3,03 m3 - Do 2 % O2
Azot = 5,23 m3 - Do 1 % O2
Azot = 7,43 m3 - Do 0,6 % O2
Azot = 10,65 m3 - Do 0,55 % O2
Azot = 12,03 m3 - Do 0,51 % O2
Azot = 15,25 m3 - Do 0,1 % O2
Nieosiągalne, bo limit to 0,5 %.
Czas przepłukiwania dla przykładowego przepływu z generatora Nano NMG 2L4 = 1,60 Nm3/h@99,5%
- Do 5 %. 3,03 m3. Około 1 godzina 53 minuty
- Do 2 %. 5,23 m3. Około 3 godziny 16 minut
- Do 1 %. 7,43 m3. Około 4 godziny 38 minut
- Do 0,6 %. 10,65 m3. Około 6 godzin 39 minut
- Do 0,55 %. 12,03 m3. Około 7 godzin 32 minuty
- Do 0,51 %. 15,25 m3. Około 9 godzin 32 minuty
Oczywiście można dobrać do zastosowania wydajniejszy generator membranowy, ale mówimy tu o wersji ekonomicznej rozwiązania więc i generator jest nie największy.
Eksploatacja przy odpowietrzaniu do atmosfery
Tu czystość 99,5 % boli najbardziej.
Każde zassanie powietrza podnosi tlen skokowo w stronę 21 %.
Azot 99,5 % ma już 0,5 % tlenu, więc szybciej wracasz do wyższych poziomów tlenu niż przy np. 99,99%.
Nastawy pozostają
Utrzymaj stałe nadciśnienie, żeby nie było zassań powietrza.
Blanketing +20 do +30 mbar
Oddychanie konserwacyjne. +40 do +60 mbar
Zawór bezpieczeństwa wyżej niż oddychanie konserwacyjne.
Prosty test sensowności 99,5 %
Jeśli układ choć raz dziennie łapie powietrze przez odpowietrzenie, objętość ponad lustrem wody i tak będzie krążyła bliżej tlenu z powietrza niż docelowe 99,5%. Degradacja wody i korozja dalej będą postępować choć woniej niż w otoczeniu powietrza atmosferycznego.
Wtedy większy zysk da eliminacja zassań i kontrola tlenu rozpuszczonego w wodzie, niż sama ilość azotu na przepłukiwaniu.
Cel 2 – wyższa czystość azotu i wyższy budżet na generator PSA
Azot 99,99 % (klasa 4.0). Zawartość tlenu w zasilaniu około 100 ppm.
Kiedy 99,5 % bywa zbyt słabe
Jeśli zbiornik często „oddycha”, a zawór blanketingowy reaguje z opóźnieniem, rośnie napływ powietrza. W takim układzie klasa 4.0 daje wyraźny zapas bezpieczeństwa.
Za co nie warto przepłacać
Azot 99,999 % rzadko zmienia przebieg korozji w buforach grzewczych. Kontrola napływu powietrza i tlenu rozpuszczonego w wodzie ma większe znaczenie.
Osprzęt i nastawy
Zastosuj zawór blanketingowy oraz zawór oddechowy z funkcją oszczędzania gazu
Zawór blanketingowy dopuszcza N2 przy niewielkim podciśnieniu.
Zawór oddechowy wypuszcza gaz przy niewielkim nadciśnieniu.
Takie połączenie eliminuje codzienne „oddychanie” przez otwarty odpowietrznik.
Szybkość reakcji
Dobierz zawór o wydajności pozwalającej szybko uzupełnić przestrzeń gazową po spadku ciśnienia. W przeciwnym razie zbiornik zaciągnie powietrze przez ścieżki odpowietrzania do atmosfery.
Przepłukiwanie czyli ile azotu 99,99% potrzeba
Objętość przestrzeni gazowej nad wodą. 2,0 m3.
- Do 1 % O2
Azot = 6,0 m3 - Do 0,1 % O2
Azot = 10,7 m3 - Do 0,01 % O2
Azot = 15,3 m3
Przykładowy przepływ i czas płukania dla generatora azotu GEN2Mini-110 = 1,7 Nm3/h @ 99,99%.
- 6 m3 zajmie około 3 godziny 31 minut.
- 10,7 m3 zajmie około 6 godzin 17 minut.
- 15,3 m3 zajmie około 9 godzin.
Lista kontrolna eksploatacyjna
- Zachowaj funkcję odpowietrzania, ale wyeliminuj „otwarte oddychanie”
Zastosuj zawór oddechowy i prawidłowe zabezpieczenie podciśnienia przez azot, a nie przez powietrze. - Zweryfikuj kontrolę tlenu rozpuszczonego w wodzie
Blanketing ogranicza dopływ nowego tlenu od góry. Tlen już obecny w wodzie nadal napędza korozję przy podgrzewaniu. - Dodaj wymagania czystości dla azotu
Gaz suchy. Bez oleju. Niska zawartość cząstek. Chroni osprzęt i ogranicza osady na styku gaz–woda. Te wymagania realizuje się przez uzdatnianie sprężonego powietrza dostarczanego do generatora azotu (separator cyklonowy, filtry, osuszacz, kolumna węglowa).
Jak podjąć decyzję ws. osłony azotowej
Nie sztuką jest mieć zbiornik – sztuką jest go zabezpieczyć. Osłona azotowa to sprawdzony sposób na ograniczenie natlenienia w przestrzeni gazowej nad cieczą, ale to od branży, medium i warunków pracy zależy, jaki poziom ochrony ma sens.
Dla jednych wystarczający będzie ekonomiczny azot 99,5% z prostym generatorem membranowym, szczególnie gdy zbiornik jest szczelny i układ nie oddycha często. Dla innych konieczny będzie azot 99,99% (klasa 4.0), zwłaszcza gdy zbiornik często się odpowietrza, a instalacja ma pracować stabilnie przez lata.
Są też przypadki, gdy warto sięgnąć po jeszcze wyższą czystość. Dlatego zanim wybierzesz klasę azotu, warto spojrzeć na cały proces i warunki eksploatacji.
Temat jeszcze nie jest wyczerpany, bo w zależności od konstrukcji generatora azotu i wprowadzania go do zbiornika trzeba jeszcze porozmawiać o zbiornikach buforowych, uzdatnianiu sprężonego powietrza albo wydajności sprężarki, której wybór jest uzależniony od czystości azotu.
Podobne wątpliwości są opisane w artykule nt. azotu w autoklawie.
Masz podobny problem? Rozwiązuję takie tematy na co dzień. Odezwij się, pomogę dobrać rozsądnie.
2 thoughts on “Osłona azotowa zbiorników magazynowych”