Dlaczego wysoka temperatura w kontenerze obniża czystość azotu?
Serwis generatora azotu latem może być niezbędny, gdy wysoka temperatura obniża czystość i wydajność generatora azotu PSA. Zmniejsza zdolność złoża do oddzielania tlenu oraz zwiększa obciążenie układu uzdatniania sprężonego powietrza. Problem nasila się, gdy dochodzą ograniczony przepływ, wilgoć lub pary oleju.
W opisanym przypadku temperatura w kontenerze osiągnęła 42°C. Jednocześnie filtr wylotowy ograniczał przepływ. Czystość azotu spadła z wymaganych 99,995% do 99,83%.
Co oznacza spadek czystości z 99,995% do 99,83%?
Czystość azotu 99,995% odpowiada zawartości pozostałych gazów na poziomie 0,005%, czyli 50 ppm.
Przy czystości 99,83% ich zawartość wzrasta do 0,17%, czyli 1700 ppm. Oznacza to 34 razy więcej pozostałych gazów, w tym głównie tlenu.
Dla wielu procesów wynik 99,83% byłby wystarczający. W tym zakładzie azot uczestniczył w procesie u producenta uszczelnień przemysłowych, który wymagał czystości 99,995%. Dalsza praca oznaczała ryzyko pogorszenia jakości produktu oraz utraty stabilności procesu.
Nietypowy czas przełączania kolumn
Operatorzy zauważyli także zmianę sposobu pracy generatora. Przełączanie kolumn trwało około 35–40 sekund zamiast oczekiwanych 10 sekund.
Dłuższy czas przełączania wskazywał na problem z przepływem, ciśnieniem lub pracą elementów odpowiedzialnych za regenerację kolumn. Był to ważny sygnał diagnostyczny, którego nie należało ignorować.
Co sprawdzamy
Serwis generatorów nano purification rozpoczął kontrolę od sprawdzenia:
• wskazań analizatora tlenu,
• czystości azotu,
• przepływu gazu,
• ciśnienia roboczego,
• czasów pracy i przełączania kolumn,
• stanu wkładów filtracyjnych,
• parametrów sprężonego powietrza,
• temperatury wewnątrz kontenera.
Temperatura w kontenerze osiągnęła 42°C
Już rano, o godzinie 8.23 temperatura wewnątrz kontenera dochodziła do 42°C. W południe warunki pracy instalacji stawały się jeszcze trudniejsze.
Zakres projektowy temperatury otoczenia dla generatora azotu nano Gen2 i4.0 wynosi od 5 do 50°C. Zalecany zakres pracy wynosi od 5 do 30°C.
Temperatura 42°C mieściła się więc w zakresie dopuszczalnym, ale przekraczała zakres zalecany. Dopuszczalna temperatura nie oznacza pracy bez spadku wydajności.
Jak wysoka temperatura wpływa na generator azotu PSA?
Generator PSA oddziela tlen od azotu za pomocą złoża węglowego CMS. Wzrost temperatury pogarsza warunki adsorpcji i zmniejsza wydajność złoża.
Generator nadal pracuje, ale przy tej samej czystości dostarcza mniej azotu. Jeżeli odbiór gazu nie zostanie ograniczony, może wzrosnąć zawartość tlenu w produkcie.
W skrajnych warunkach spadek wydajności może przekroczyć 25%. Dokładna wartość zależy od temperatury, ciśnienia, wymaganej czystości, jakości sprężonego powietrza i sposobu doboru generatora.
Wysoka temperatura obciąża również osuszacz i filtry
Problem nie dotyczył wyłącznie generatora. Wysoka temperatura wpływała na cały układ przygotowania sprężonego powietrza.
Przy tej samej wilgotności względnej cieplejsze powietrze zawiera więcej pary wodnej. Sprężarka zasysa więc większą ilość wilgoci. Po sprężeniu woda musi zostać usunięta przez separator, filtry i osuszacz.
Osuszacz miał zapewniać ciśnieniowy punkt rosy na poziomie -40°C. Wysoka temperatura zwiększała jego obciążenie. Pogarszała także warunki usuwania aerozoli i par oleju.
Wilgoć i olej stanowią zagrożenie dla złoża CMS. Długotrwała praca na sprężonym powietrzu o niewłaściwych parametrach może obniżać wydajność generatora i przyspieszać zużycie złoża.
Przypchany filtr ogranicza przepływ
Drugą przyczyną problemu był przypchany filtr wylotowy. Rosnący opór przepływu wpływał na pracę generatora i wydłużał fazę przełączania kolumn.
Sama wysoka temperatura nie wyjaśniała wszystkich objawów. Dopiero połączenie dwóch usterek dało pełny obraz sytuacji:
• temperatura w kontenerze dochodziła do 42°C,
• filtr wylotowy ograniczał przepływ,
• przełączanie kolumn trwało 35–40 sekund,
• czystość azotu spadła do 99,83%.
Jak serwis przywrócił wymaganą czystość azotu?
Serwis wymienił wszystkie wkłady filtracyjne. Po wymianie opory przepływu spadły, a przepływ gazu wrócił do prawidłowego poziomu.
Do kontenera wstawiono również przenośny klimatyzator. Pozwolił szybko obniżyć temperaturę i sprawdzić, jak instalacja zachowa się po przywróceniu właściwych warunków pracy.
Po dwóch godzinach wykonano ponowną kontrolę. Serwis sprawdził:
• czystość azotu,
• przepływ,
• ciśnienie,
• czasy przełączania kolumn,
• stabilność pracy analizatora.
Parametry wróciły do wymaganego poziomu. Klient zaakceptował wyniki i podpisał protokół naprawy.
Czy spadek czystości oznacza zużycie złoża?
Nie. Spadek czystości azotu nie zawsze oznacza uszkodzenie generatora lub konieczność wymiany złoża CMS.
Najpierw należy sprawdzić:
• temperaturę otoczenia,
• temperaturę sprężonego powietrza,
• ciśnieniowy punkt rosy,
• obecność oleju,
• różnicę ciśnień na filtrach,
• przepływ azotu,
• ciśnienie zasilania,
• działanie zaworów,
• czasy przełączania kolumn,
• kalibrację analizatora tlenu.
Wymiana złoża bez sprawdzenia tych parametrów nie usuwa przyczyny problemu.
Jak zabezpieczyć generator azotu pracujący w kontenerze?
Kontener chroni instalację przed deszczem, śniegiem i uszkodzeniami mechanicznymi. Latem może jednak działać jak zamknięta komora nagrzewająca urządzenia.
Przy projektowaniu instalacji należy uwzględnić:
• maksymalną temperaturę letnią,
• ciepło oddawane przez sprężarkę i osuszacz,
• dopływ chłodnego powietrza,
• odprowadzenie gorącego powietrza,
• wydajność wentylatorów,
• miejsce montażu czerpni i wyrzutni,
• automatyczne sterowanie wentylacją,
• pomiar temperatury z sygnałem alarmowym,
• spadek wydajności generatora przy wysokiej temperaturze.
Na zdjęciu jeden z dwóch wentylatorów i grzejnik zamontowane w kontenerze. A w gorące lato przenośny klimatyzator pomaga szybko opanować sytuację.
Jednak nic nie zastępuje prawidłowo zaprojektowanej wentylacji lub stałego układu chłodzenia dla coraz częściej spotykanych temperatur podczas gorącego lata na poziomie 40-45°C.
Najważniejszy wniosek
Generator azotu należy dobierać do najtrudniejszych warunków pracy, a nie do średniej temperatury w ciągu roku.
Nawet jeżeli upały trwają tylko od czterech do ośmiu tygodni, mogą powodować spadek wydajności, wzrost zawartości tlenu i większe obciążenie osuszacza. Przy nieprawidłowym przygotowaniu sprężonego powietrza rośnie również ryzyko przyspieszonego zużycia złoża CMS.
W tym przypadku generator nie wymagał wymiany złoża. Źródłem problemu były warunki panujące wokół urządzenia oraz ograniczony przepływ przez filtr. Prawidłowa diagnostyka pozwoliła szybko przywrócić czystość azotu wymaganą przez proces chemiczny.