Tàu biển và các phương tiện ngoài khơi thường cần nitơ cho những hoạt động trong đó nồng độ oxy phải được kiểm soát, không gian thiết bị hoặc quy trình cần được thổi sạch, hoặc các vật liệu nhạy cảm cần được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa.
Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào bình khí hoặc nguồn nitơ cung cấp từ bờ, hệ thống tạo nitơ trên tàu có thể sản xuất nitơ từ khí nén khi điều kiện vận hành và yêu cầu của tàu phù hợp với phương án tạo khí tại chỗ.
Đối với tàu hai động cơ, giá trị của hệ thống này không đơn giản nằm ở việc tàu có hai động cơ. Những yếu tố quan trọng hơn là nhu cầu nitơ của tàu, độ tinh khiết yêu cầu, công suất khí nén sẵn có, đặc tính vận hành, môi trường lắp đặt, yêu cầu lưu trữ và các quy định an toàn hàng hải áp dụng.
Hệ thống tạo nitơ của Lingyu sử dụng công nghệ hấp phụ biến đổi áp suất (PSA) với rây phân tử carbon (CMS) và hỗ trợ độ tinh khiết nitơ từ 95% đến 99,999% trong các điều kiện vận hành được quy định.
Các nhà thiết kế hệ thống hàng hải đang đánh giá giải pháp cung cấp nitơ tích hợp có thể tham khảo dòng sản phẩm máy tạo nitơ của Lingyu.
Máy tạo nitơ trên tàu là gì?
Máy tạo nitơ trên tàu tách nitơ khỏi khí nén và cung cấp khí sản phẩm cho hệ thống phân phối hoặc lưu trữ nitơ của tàu.
Trong hệ thống PSA của Lingyu, khí nén đi qua các bình hấp phụ chứa rây phân tử carbon. CMS ưu tiên hấp phụ oxy, trong khi nitơ đi qua lớp vật liệu và được thu gom dưới dạng khí sản phẩm.
Điều này cho phép sản xuất nitơ từ nguồn khí nén trên tàu thay vì phải lấy toàn bộ lượng nitơ từ các bình khí được vận chuyển đến.
Lợi ích kinh tế và vận hành thực tế phụ thuộc vào mức tiêu thụ nitơ, thời gian hành trình, năng lượng máy nén, bảo trì, lưu trữ và logistics.
Tại sao nitơ được sử dụng trên tàu?
Nitơ có thể được sử dụng để giảm nồng độ oxy trong các hệ thống được thiết kế phù hợp. Tùy theo loại tàu và thiết kế hệ thống, các ứng dụng có thể bao gồm phủ khí bảo vệ cho bồn hoặc bình chứa, thổi sạch đường ống và thiết bị, bảo vệ vật liệu nhạy cảm với oxy, vận hành trong môi trường được kiểm soát và một số hệ thống nhiên liệu, hàng hóa hoặc quy trình cần sử dụng nitơ.
Ứng dụng thực tế phụ thuộc rất nhiều vào loại tàu. Tàu chở dầu, tàu ngoài khơi, tàu liên quan đến LNG, tàu chở hàng hoặc các tàu thương mại khác có thể có yêu cầu nitơ rất khác nhau.
Đối với môi trường vận hành hàng hải, xem ứng dụng đóng tàu và sửa chữa tàu của Lingyu.
Máy tạo nitơ có được yêu cầu riêng chỉ vì tàu có hai động cơ không?
Không nhất thiết.
Cấu hình động lực hai động cơ có thể cải thiện khả năng dự phòng cho hệ thống đẩy, nhưng bản thân điều đó không quyết định liệu tàu có cần hệ thống tạo nitơ trên tàu hay không.
Việc lựa chọn hệ thống nitơ nên dựa trên:
Cấp tàu + hệ thống nhiên liệu/hàng hóa + nhiệm vụ tạo môi trường trơ hoặc thổi sạch yêu cầu + lưu lượng nitơ + độ tinh khiết nitơ + thời gian vận hành + khí nén sẵn có + quy định áp dụng
Tàu hai động cơ có thể hưởng lợi từ việc tạo nitơ tại chỗ, nhưng yêu cầu này xuất phát từ hệ thống quy trình và an toàn của tàu chứ không đơn giản chỉ vì tàu có hai động cơ.
Máy tạo nitơ PSA hoạt động trên tàu như thế nào?
Hệ thống PSA của Lingyu sử dụng chu trình hấp phụ và tái sinh lặp lại để sản xuất nitơ liên tục.
1. Chuẩn bị khí nén
Máy tạo nitơ PSA cần khí nén làm khí cấp.
Một chuỗi xử lý hoàn chỉnh phía trước có thể bao gồm máy nén khí, bình chứa khí, máy sấy khí lạnh và bình đệm trước phần tạo nitơ và bình đệm nitơ.
Điều này rất quan trọng vì hiệu suất PSA phụ thuộc vào điều kiện khí cấp phù hợp.
Do đó, máy tạo nitơ cần được xem là một phần của hệ thống xử lý khí nén và tạo khí hoàn chỉnh thay vì một thiết bị độc lập.
2. Rây phân tử carbon tách oxy khỏi nitơ
Máy tạo nitơ PSA sử dụng hai tháp hấp phụ chứa đầy rây phân tử carbon.
Trong giai đoạn hấp phụ, khí nén đi vào một tháp. Oxy được CMS ưu tiên hấp phụ, trong khi nitơ đi qua và trở thành khí sản phẩm.
Quá trình hấp phụ diễn ra dưới áp suất, trong khi tái sinh diễn ra sau khi áp suất tháp được giảm xuống.
3. Tháp thứ hai tái sinh
Trong khi Tháp A sản xuất nitơ, Tháp B được giảm áp.
Lượng oxy trước đó được CMS giữ lại sẽ được giải phóng và xả ra trong quá trình tái sinh, với sự hỗ trợ của một lượng nhỏ khí nitơ dùng để tái sinh.
Sau khi quá trình tái sinh hoàn tất và tháp hấp phụ đang hoạt động tiến gần đến điểm chuyển mạch thiết kế, hai tháp đổi chức năng.
Chu trình lặp lại này hỗ trợ quá trình sản xuất nitơ liên tục.
Để biết phần giải thích tổng quan hơn về hoạt động của PSA, hãy xem cách máy tạo nitơ hoạt động.
4. PLC điều khiển hai tháp luân phiên
Hai tháp hấp phụ tự động luân phiên dưới sự điều khiển của PLC.
Hệ thống điều khiển cung cấp chức năng khởi động và dừng tự động, chuyển đổi chu kỳ vận hành tự động, van khí nén điều khiển bằng PLC và chu kỳ tháp tự động.
Khả năng tự động hóa này rất quan trọng khi cần cung cấp nitơ ổn định mà không phải chuyển đổi thủ công giữa các bình hấp phụ.
5. Theo dõi độ tinh khiết và lưu lượng nitơ
Hệ thống bao gồm chức năng giám sát trực tuyến độ tinh khiết và lưu lượng nitơ.
Màn hình cảm ứng có thể hiển thị các thông số vận hành gồm áp suất, độ tinh khiết nitơ, lưu lượng và trạng thái vận hành.
Các chức năng giám sát này cho phép người vận hành quan sát trực tiếp các thông số liên quan đến hiệu suất sản xuất nitơ.
6. Quản lý nitơ không đạt thông số quy định
Nếu độ tinh khiết nitơ giảm xuống dưới giá trị cài đặt, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo.
Nếu tình trạng không đạt thông số quy định tiếp diễn trong khoảng thời gian cài đặt trước, hệ thống có thể tự động dừng để bảo vệ.
Cấu hình hệ thống cũng bao gồm đầu ra nitơ không đạt thông số quy định, bộ phân tích nitơ/oxy, bình đệm nitơ, van giảm áp và van điều khiển đầu ra cấp khí.
Đối với các hệ thống hàng hải hoặc các hệ thống nhạy cảm về an toàn khác, việc giám sát độ tinh khiết và quản lý tình trạng không đạt thông số quy định cần được tích hợp vào thiết kế tổng thể của hệ thống.
Điều kiện vận hành của máy tạo nitơ PSA
Các điều kiện tham chiếu của máy tạo nitơ PSA gồm:
| Thông số | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Nhiệt độ khí vào | ≤40°C |
| Áp suất khí vào | 0,5–0,8 MPa |
| Độ tinh khiết nitơ | 95–99,999% |
| Điểm sương nitơ | ≤−40°C |
| Nhiệt độ môi trường | ≤40°C |
| Chu kỳ chuyển mạch | 45–60 giây |
| Nguồn điện | 220 V / 50 Hz |
| Mức ồn | ≤75 dB |
Các điều kiện vận hành này cần được kiểm tra theo các tiện ích kỹ thuật thực tế của tàu và yêu cầu lắp đặt thay vì giả định rằng cấu hình tiêu chuẩn có thể được lắp đặt trên tàu mà không cần đánh giá kỹ thuật riêng cho dự án.
Độ tinh khiết nitơ cần phù hợp với ứng dụng
Độ tinh khiết nitơ là một thông số thiết kế.
Độ tinh khiết cao hơn thường ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi nitơ, mức tiêu thụ khí cấp, kích thước thiết bị và hiệu quả kinh tế vận hành.
Dòng LYZD-A của Lingyu bao gồm các cấu hình tham chiếu cho độ tinh khiết nitơ 99,0%, 99,5%, 99,9%, 99,99% và 99,999%.
Do đó, thông số phù hợp cho ứng dụng hàng hải cần được xác định theo yêu cầu cụ thể về tạo môi trường trơ, phủ khí bảo vệ, thổi sạch hoặc quy trình. Không nên tự động chọn hệ thống 99,999% chỉ vì đây là mức độ tinh khiết cao nhất hiện có.
Để biết thêm chi tiết về việc xác định công suất và độ tinh khiết, hãy xem hướng dẫn lựa chọn máy tạo nitơ PSA.
PSA là công nghệ tạo nitơ phù hợp của Lingyu
Hệ thống tạo nitơ của Lingyu sử dụng công nghệ PSA với hai bình hấp phụ và rây phân tử carbon.
Công nghệ tạo nitơ bằng màng tồn tại như một công nghệ công nghiệp riêng biệt, nhưng không nên nhầm lẫn với cấu hình PSA của Lingyu hoặc trình bày như một dòng sản phẩm máy tạo nitơ khác của Lingyu nếu không có tài liệu hỗ trợ cụ thể theo sản phẩm.
Do đó, phần thảo luận kỹ thuật về hệ thống Lingyu nên tập trung vào PSA.
Tạo môi trường trơ và phủ khí bảo vệ cho bồn nhiên liệu
Nitơ có thể được sử dụng trong các hệ thống được thiết kế phù hợp để giảm nồng độ oxy trong khoảng không hơi của bồn.
Việc giảm lượng oxy sẵn có có thể làm giảm khả năng hỗn hợp hơi dễ cháy duy trì quá trình cháy khi đạt được các điều kiện tạo môi trường trơ yêu cầu.
Tuy nhiên, bản thân nitơ không tự động làm cho mọi môi trường trở nên an toàn.
An toàn phụ thuộc vào việc nồng độ oxy yêu cầu thực sự được đạt và duy trì, cùng với thiết kế bồn, hệ thống giám sát, thông gió, quy trình vận hành và tất cả các biện pháp bảo vệ áp dụng khác.
Do đó, nitơ cần được xem là một thành phần của hệ thống tạo môi trường trơ hoặc phủ khí bảo vệ được thiết kế kỹ thuật chứ không phải là sự đảm bảo độc lập chống cháy hoặc nổ.
Thổi sạch đường ống
Nitơ có thể được sử dụng để thay thế không khí, oxy, hơi hoặc các khí khác khỏi đường ống và thiết bị quy trình trước những hoạt động cụ thể.
Thể tích và độ tinh khiết nitơ cần cho quá trình thổi sạch phụ thuộc vào thể tích hệ thống, thành phần khí ban đầu, nồng độ oxy mục tiêu, áp suất, phương pháp thổi sạch và lượng khí dư cho phép.
Máy tạo nitơ có thể cung cấp nguồn nitơ tại chỗ cho các hoạt động này khi công suất đầu ra phù hợp với nhu cầu yêu cầu.
Phủ khí bảo vệ cho hàng hóa và quy trình
Đối với các tàu vận chuyển vật liệu nhạy cảm với oxy hoặc dễ bị oxy hóa, có thể sử dụng phủ nitơ khi thiết kế xử lý hàng hóa yêu cầu.
Yêu cầu này không nên được áp dụng chung cho mọi tàu chở hàng.
Mức độ phù hợp và độ tinh khiết của nitơ phụ thuộc vào loại hàng hóa, hệ thống chứa, thiết kế tàu và các quy trình vận hành áp dụng.
Tạo nitơ và hệ thống phòng cháy chữa cháy
Máy tạo nitơ PSA được sử dụng cho phủ khí bảo vệ hoặc tạo môi trường trơ không nên tự động được trình bày như một hệ thống chữa cháy được chứng nhận.
Tàu chỉ có thể sử dụng nitơ trong chức năng phòng cháy chữa cháy khi thiết kế phòng cháy cụ thể đã được thiết kế kỹ thuật và phê duyệt cho mục đích đó.
Phủ khí bảo vệ, tạo môi trường trơ và hệ thống chữa cháy được chứng nhận có các yêu cầu kỹ thuật và pháp lý khác nhau.
Cung cấp theo nhu cầu so với bình nitơ
Một ưu điểm thực tế của tạo nitơ PSA tại chỗ là giảm sự phụ thuộc vào nitơ được cung cấp bằng bình.
Tàu có thể sản xuất nitơ khi có đủ khí nén, điện và công suất máy tạo khí.
Tuy nhiên, khả năng sản xuất trên tàu không phải là không giới hạn.
Sản lượng bị giới hạn bởi công suất máy tạo khí, lượng khí cấp sẵn có, áp suất khí cấp, yêu cầu độ tinh khiết, nguồn điện, tình trạng hệ thống và công suất lưu trữ/phân phối.
Mô tả chính xác hơn là sản xuất nitơ trên tàu theo nhu cầu trong phạm vi công suất định mức của máy tạo khí.
Tạo nitơ trên tàu có luôn rẻ hơn không?
Không nhất thiết.
Giảm logistics liên quan đến bình khí có thể mang lại lợi ích kinh tế, đặc biệt khi mức tiêu thụ nitơ đáng kể hoặc việc tiếp tế không thuận tiện.
Tuy nhiên, nitơ PSA trên tàu có các chi phí vòng đời bao gồm năng lượng khí nén, xử lý khí cấp, điện năng của máy tạo khí, bộ lọc và linh kiện bảo trì, tình trạng CMS, bảo trì, lưu trữ, lắp đặt và kỹ thuật dành riêng cho hàng hải.
Phép so sánh kinh tế phù hợp là:
Chi phí nitơ được cung cấp + logistics
so với
Chi phí đầu tư tạo khí tại chỗ + năng lượng + bảo trì + tích hợp hệ thống
Để đánh giá kinh tế rộng hơn, hãy xem hướng dẫn chi phí máy tạo nitơ của Lingyu.
Hiệu quả năng lượng và cân bằng áp suất
Thiết kế PSA của Lingyu sử dụng quá trình cân bằng áp suất không đồng đều được tối ưu hóa.
Quá trình này được quy định giúp cải thiện tỷ lệ thu hồi nitơ và gián tiếp giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng khoảng 5% trong các điều kiện thiết kế dự kiến của hệ thống.
Đây là một tính năng cụ thể của hệ thống và hữu ích hơn cho việc đánh giá hiệu suất so với giả định rằng tạo nitơ trên tàu luôn tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể so với nitơ được cung cấp từ bên ngoài.
Tự động nén chặt CMS
Máy tạo nitơ PSA của Lingyu có hệ thống tự động nén chặt CMS nhằm duy trì mật độ nạp và giúp giảm hiện tượng CMS bị vỡ vụn do chuyển động của lớp vật liệu hấp phụ.
Đây là một tính năng cụ thể của thiết bị, nhưng không nên hiểu là chứng nhận chung rằng máy tạo khí có khả năng chống rung hoặc đủ điều kiện cho mọi môi trường hàng hải.
Yêu cầu lắp đặt hàng hải
Máy tạo nitơ trên tàu phải được đánh giá theo các yêu cầu về môi trường và cơ khí của từng tàu cụ thể.
Các yếu tố như rung động, độ ẩm, khả năng chống ăn mòn, cấp bảo vệ vỏ thiết bị, không gian lắp đặt, thông gió và đánh giá chất lượng thiết bị có thể cần thiết kế kỹ thuật riêng theo dự án.
Chỉ riêng thông số tiêu chuẩn của máy tạo nitơ PSA không xác lập một cấp chống rung hàng hải, cấp chống ăn mòn, cấp bảo vệ vỏ hoặc chứng nhận kiểu hàng hải cụ thể.
Do đó, các yêu cầu này cần được xác nhận trong quá trình thiết kế tàu và xác định thông số thiết bị.
Yêu cầu của IMO, SOLAS, MARPOL và tổ chức đăng kiểm
Việc tuân thủ hàng hải cần được xác minh cho từng tàu và từng dự án cụ thể.
Các yêu cầu áp dụng phụ thuộc vào loại tàu, hàng hóa, hệ thống nhiên liệu, quốc gia treo cờ, tổ chức đăng kiểm, bố trí thiết bị và các quy định pháp luật liên quan.
Do đó, đối với việc lắp đặt hàng hải, hệ thống nitơ phải được thiết kế kỹ thuật và lập tài liệu để đáp ứng các yêu cầu pháp lý và đăng kiểm áp dụng cho tàu đó.
Việc tuân thủ cần được xác minh theo từng dự án thay vì giả định từ thông số chung của máy tạo nitơ.
Có luôn cần nitơ độ tinh khiết cao trên biển không?
Không.
Dòng PSA của Lingyu có độ tinh khiết từ 95–99,999%, và chỉ nên chọn độ tinh khiết rất cao khi ứng dụng yêu cầu.
Đối với các ứng dụng cần tinh chế thêm, Lingyu cũng cung cấp một quy trình tinh chế khử oxy bằng carbon riêng để nâng nitơ PSA khoảng 99,9% lên ≥99,999%.
Công nghệ tinh chế này cần được xem là một quy trình riêng biệt thay vì ngụ ý rằng mọi máy tạo nitơ PSA hàng hải đều vốn có khả năng tạo nitơ siêu tinh khiết.
Để biết thêm thông tin về các cấu hình độ tinh khiết cao, hãy xem hướng dẫn máy tạo nitơ PSA độ tinh khiết cao.
Các yếu tố chính khi lựa chọn máy tạo nitơ cho tàu
Đối với tàu hai động cơ hoặc một hệ thống hàng hải khác, thông số kỹ thuật cần đánh giá:
- Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
- Lưu lượng nitơ liên tục và cực đại
- Áp suất nitơ yêu cầu
- Điểm sương yêu cầu
- Áp suất và công suất khí cấp sẵn có
- Chất lượng khí cấp
- Dung tích lưu trữ/bình đệm nitơ
- Đặc tính tải của tàu
- Nguồn điện sẵn có
- Không gian lắp đặt
- Nhiệt độ môi trường
- Phương án dự phòng
- Yêu cầu chống ăn mòn và vỏ bảo vệ
- Yêu cầu về rung động
- Tích hợp hệ thống giám sát và cảnh báo
- Yêu cầu pháp lý và đăng kiểm
Các điều kiện vận hành PSA tiêu chuẩn cung cấp điểm khởi đầu, nhưng các yêu cầu lắp đặt trên tàu cần được xem xét riêng theo thông số kỹ thuật của tàu.
Cấu hình hệ thống PSA điển hình
Một chuỗi tạo nitơ PSA hoàn chỉnh có thể được bố trí như sau:
Máy nén khí → bình chứa khí → máy sấy khí lạnh → bình đệm → máy tạo nitơ PSA → bình đệm nitơ → giảm áp / phân tích → cấp nitơ thành phẩm
Điều này làm rõ một điểm thiết kế quan trọng đối với tàu: máy tạo nitơ không chỉ là một bình hấp phụ.
Khả năng sản xuất nitơ ổn định phụ thuộc vào toàn bộ hệ thống khí cấp và khí sản phẩm. Do đó, máy nén, máy sấy, bộ lọc, bình chứa, bộ phân tích, bình đệm, van và hệ thống điều khiển cần được xác định công suất như một cụm tạo nitơ tích hợp.
Kết luận
Máy tạo nitơ có thể là một phần có giá trị trong tàu hai động cơ hoặc hệ thống hàng hải khác khi tàu cần một nguồn nitơ đáng tin cậy trên tàu để thổi sạch, phủ khí bảo vệ, tạo môi trường trơ hoặc thực hiện các nhiệm vụ quy trình được xác định khác.
Máy tạo nitơ của Lingyu sử dụng công nghệ PSA với hai tháp hấp phụ CMS. Một tháp sản xuất nitơ trong khi tháp còn lại tái sinh, với quá trình chuyển mạch PLC tự động để duy trì sản xuất liên tục.
Hệ thống hỗ trợ:
- Độ tinh khiết nitơ: 95–99,999%
- Điểm sương nitơ: ≤−40°C
- Nhiệt độ khí vào: ≤40°C
- Áp suất khí vào: 0,5–0,8 MPa
- Nhiệt độ môi trường: ≤40°C
- Chu kỳ chuyển mạch: 45–60 giây
- Nguồn điện: 220 V / 50 Hz
- Mức ồn: ≤75 dB
- Giám sát trực tuyến độ tinh khiết và lưu lượng
- Điều khiển bằng màn hình cảm ứng
- Tự động nén chặt CMS
- Cảnh báo/bảo vệ khi nitơ không đạt thông số quy định
Đối với các dự án hàng hải, không nên trình bày hệ thống tạo nitơ như một yêu cầu bắt buộc chung chỉ vì tàu có hai động cơ. Tương tự, không nên tự động mô tả một máy tạo nitơ PSA tiêu chuẩn là đã được IMO, SOLAS, MARPOL hoặc tổ chức đăng kiểm phê duyệt.
Hệ thống phù hợp phụ thuộc vào nhiệm vụ sử dụng nitơ, độ tinh khiết và lưu lượng yêu cầu, công suất khí nén, khả năng lưu trữ, đặc tính vận hành của tàu, yêu cầu môi trường, phương án dự phòng và các quy định áp dụng cho con tàu cụ thể.
Khi những yếu tố này phù hợp với phương án tạo khí trên tàu, PSA có thể cung cấp một nguồn nitơ có thể kiểm soát mà không phải phụ thuộc hoàn toàn vào việc tiếp tế bình khí, đồng thời cho phép hệ thống được xác định công suất theo nhu cầu nitơ thực tế của tàu.
