Các hoạt động hàng hải và ngoài khơi thường cần nguồn cung nitơ đáng tin cậy trong những môi trường mà không gian lưu trữ, logistics và khả năng tiếp cận các nhà cung cấp khí trên bờ có thể bị hạn chế.
Đối với các tàu có nhu cầu sử dụng nitơ thường xuyên, hệ thống tạo nitơ tại chỗ có thể giảm sự phụ thuộc vào bình khí lưu trữ hoặc nguồn nitơ cung cấp từ bên ngoài. Nitơ thường được sử dụng trong một số quy trình trên tàu và ngoài khơi khi cần giảm nồng độ oxy hoặc duy trì môi trường khí trơ được kiểm soát.
Máy tạo nitơ cho ứng dụng hàng hải sản xuất nitơ từ khí nén trực tiếp trên tàu hoặc tại cơ sở ngoài khơi. Hệ thống phù hợp phụ thuộc vào độ tinh khiết nitơ yêu cầu, lưu lượng, áp suất cấp, các tiện ích sẵn có, không gian lắp đặt và yêu cầu của từng quy trình hàng hải cụ thể.
Máy tạo nitơ hàng hải là gì?
Máy tạo nitơ hàng hải là hệ thống tạo khí tại chỗ được cấu hình để cung cấp nitơ cho các hoạt động trên tàu hoặc ngoài khơi.
Hệ thống sử dụng khí nén làm nguồn cấp và tách nitơ khỏi các thành phần chính khác của không khí.
Máy tạo nitơ PSA của Lingyu sử dụng công nghệ hấp phụ biến thiên áp suất (PSA) với hai tháp hấp phụ chứa sàng phân tử carbon (CMS).
Trong quá trình vận hành, oxy được CMS ưu tiên hấp phụ, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ dưới dạng khí sản phẩm. Một tháp thực hiện quá trình hấp phụ trong khi tháp còn lại giảm áp và tái sinh. Hai tháp tự động chuyển đổi dưới sự điều khiển của PLC.
Chu kỳ hấp phụ và tái sinh luân phiên này cho phép sản xuất nitơ liên tục ở độ tinh khiết được thiết lập.
Máy tạo nitơ PSA hoạt động trên tàu như thế nào?
Máy tạo nitơ PSA phụ thuộc vào nguồn khí nén được thiết kế và xử lý phù hợp.
Quy trình cơ bản gồm:
- Khí nén được cấp vào hệ thống tạo nitơ.
- Thiết bị xử lý khí loại bỏ độ ẩm, dầu, hạt bụi và các chất ô nhiễm khác theo yêu cầu.
- Khí nén đã xử lý đi vào một tháp hấp phụ CMS.
- Oxy được sàng phân tử carbon ưu tiên hấp phụ.
- Nitơ đi qua lớp hấp phụ dưới dạng khí sản phẩm.
- Tháp thứ hai tái sinh bằng cách giảm áp.
- Hai tháp tự động luân phiên để duy trì sản xuất nitơ liên tục.
- Nitơ thành phẩm được giám sát trước khi đưa vào bình đệm hoặc điểm sử dụng.
Các máy tạo nitơ PSA của Lingyu được thiết kế cho nhiều yêu cầu độ tinh khiết nitơ khác nhau, với các cấu hình từ 95% đến 99,999%.
Tại sao nitơ được sử dụng trong hoạt động hàng hải?
Nitơ tương đối trơ trong các điều kiện vận hành thông thường. Vì vậy, trong các quy trình hàng hải và ngoài khơi, nitơ có thể được sử dụng khi cần giảm nồng độ oxy hoặc duy trì môi trường khí được kiểm soát.
Tùy theo loại tàu và yêu cầu vận hành, các ứng dụng nitơ có thể bao gồm:
- Làm trơ bồn chứa
- Thổi rửa đường ống và thiết bị
- Phủ khí nitơ
- Duy trì áp suất
- Một số hoạt động xử lý hàng hóa
- Hỗ trợ quy trình ngoài khơi
Độ tinh khiết, lưu lượng, áp suất nitơ và quy trình vận hành yêu cầu có thể khác nhau đáng kể giữa các ứng dụng này.
Do đó, máy tạo nitơ hàng hải cần được xác định thông số theo yêu cầu thực tế của quy trình thay vì giả định rằng một thông số nitơ duy nhất phù hợp với mọi loại tàu.
Để tìm hiểu thêm về các giải pháp cho lĩnh vực đóng tàu, có thể tham khảo ứng dụng của Lingyu trong ngành đóng tàu.
Làm trơ bồn chứa
Làm trơ bồn chứa là một trong những ứng dụng phổ biến lâu đời của nitơ trong hoạt động hàng hải và các quy trình công nghiệp.
Nitơ có thể được đưa vào khoảng không phía trên của bồn hoặc bình chứa để giảm nồng độ oxy và duy trì môi trường được kiểm soát. Điều này có thể cần thiết khi vật liệu hoặc hàng hóa lưu trữ nhạy cảm với oxy hoặc khi quy trình vận hành yêu cầu môi trường khí trơ.
Lưu lượng và độ tinh khiết nitơ cần thiết cho quá trình làm trơ bồn chứa phụ thuộc vào:
- Thể tích bồn
- Nồng độ oxy ban đầu
- Nồng độ oxy mục tiêu
- Áp suất vận hành
- Quy trình nạp và xả
- Phương pháp thổi rửa
- Yêu cầu của tàu và hàng hóa
Yêu cầu về nitơ có thể đặc biệt quan trọng trên các tàu chở hóa chất, nơi việc kiểm soát môi trường khí trong bồn có thể là một phần của quy trình xử lý hàng hóa.
Thổi rửa đường ống và phủ khí nitơ
Nitơ cũng có thể được sử dụng để thay thế không khí trong một số đường ống, bồn chứa và thiết bị quy trình.
Trong quá trình thổi rửa, nitơ được đưa vào để giảm nồng độ oxy hoặc các loại khí không mong muốn khác trước khi khởi động, bảo trì, chuyển hàng hoặc thực hiện các quy trình vận hành khác.
Trong khi đó, phủ khí nitơ duy trì một không gian khí được kiểm soát phía trên một số chất lỏng hoặc vật liệu lưu trữ. Tùy theo ứng dụng, phương pháp này có thể giúp hạn chế sự tiếp xúc giữa sản phẩm và oxy trong khí quyển.
Khi xác định công suất máy tạo nitơ cho quá trình thổi rửa, kỹ sư cần xem xét tổng thể tích cần thổi rửa và thời gian hoàn thành yêu cầu, chứ không chỉ mức tiêu thụ nitơ trung bình hàng ngày của tàu.
Nhu cầu nitơ cực đại có thể cao hơn đáng kể so với mức tiêu thụ liên tục thông thường.
Tại sao tạo nitơ tại chỗ có thể hữu ích trên biển?
Một trong những lợi ích chính của tạo nitơ tại chỗ là khả năng kiểm soát tốt hơn nguồn cung khí.
Tàu có nhu cầu nitơ thường xuyên có thể sản xuất nitơ trực tiếp trên tàu thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào việc thay bình hoặc nguồn nitơ cung cấp từ bên ngoài.
Điều này có thể đặc biệt hữu ích khi tàu hoạt động trong thời gian dài ở xa các nhà cung cấp khí trên bờ.
Một hệ thống PSA có công suất phù hợp có thể sản xuất nitơ theo nhu cầu vận hành, trong giới hạn công suất của hệ thống khí nén và thiết bị tạo nitơ được lắp đặt.
Các chức năng vận hành tự động, giám sát độ tinh khiết nitơ, giám sát lưu lượng, cảnh báo và quản lý khí không đạt thông số cũng có thể giúp tích hợp máy tạo nitơ vào hệ thống điều khiển quy trình tổng thể trên tàu.
PSA và màng tách khí trong ứng dụng tạo nitơ hàng hải
PSA và công nghệ màng là hai phương pháp phổ biến để tạo nitơ tại chỗ.
Máy tạo nitơ PSA sử dụng sàng phân tử carbon để ưu tiên hấp phụ oxy khỏi khí nén. Công nghệ này có thể được cấu hình cho nhiều mức độ tinh khiết nitơ, bao gồm các ứng dụng yêu cầu độ tinh khiết cao.
Máy tạo nitơ màng sử dụng màng thấm khí chọn lọc. Tùy theo yêu cầu vận hành, công nghệ màng có thể mang lại sự cân bằng khác nhau giữa diện tích lắp đặt, tính đơn giản, lưu lượng và độ tinh khiết nitơ.
Dòng máy tạo nitơ hiện tại của Lingyu sử dụng công nghệ PSA. Vì vậy, khi đánh giá thiết bị Lingyu cho ứng dụng hàng hải, độ tinh khiết nitơ, công suất, áp suất, nguồn khí nén và điều kiện lắp đặt yêu cầu cần được đối chiếu với các cấu hình PSA hiện có.
Yêu cầu lắp đặt hàng hải
Công nghệ tạo nitơ công nghiệp có thể được áp dụng trong nhiều môi trường vận hành, nhưng không nên tự động giả định rằng một máy tạo nitơ tiêu chuẩn dùng trên đất liền phù hợp để lắp đặt trên tàu nếu chưa có đánh giá kỹ thuật.
Các hệ thống hàng hải và ngoài khơi có thể phát sinh thêm các yêu cầu liên quan đến:
- Không gian lắp đặt sẵn có
- Rung động và chuyển động của tàu
- Nhiệt độ và độ ẩm môi trường
- Môi trường chứa muối hoặc có tính ăn mòn
- Thông gió
- Làm mát
- Nguồn điện
- Xả nước ngưng
- Khả năng tiếp cận để bảo dưỡng
- Yêu cầu khu vực nguy hiểm
- Yêu cầu phân cấp và quy định
- Tích hợp với hệ thống điều khiển của tàu
Các thông số kỹ thuật chung của máy tạo nitơ PSA tự chúng không chứng minh sự tuân thủ với một tổ chức đăng kiểm hàng hải cụ thể, ký hiệu phân cấp tàu, tiêu chuẩn khu vực nguy hiểm hoặc yêu cầu chứng nhận riêng của dự án.
Các yêu cầu này cần được xác nhận trong quá trình thiết kế dự án và lựa chọn thiết bị.
Cách lựa chọn máy tạo nitơ phù hợp cho ứng dụng hàng hải
Việc lựa chọn cần bắt đầu từ nhu cầu nitơ tại điểm sử dụng.
Các yếu tố quan trọng bao gồm:
- Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
- Lưu lượng nitơ liên tục
- Nhu cầu lưu lượng cực đại
- Áp suất cấp yêu cầu
- Chu kỳ vận hành
- Công suất khí nén sẵn có
- Nhiệt độ và chất lượng khí cấp
- Không gian lắp đặt
- Yêu cầu về bình đệm nitơ
- Tự động hóa và giám sát
- Xử lý khí không đạt thông số
- Nguồn điện sẵn có
- Khả năng tiếp cận để bảo dưỡng
- Điều kiện môi trường hàng hải
- Các yêu cầu phân cấp hoặc quy định áp dụng
Hệ thống PSA của Lingyu có thể đáp ứng nhiều yêu cầu độ tinh khiết khác nhau, vì vậy máy tạo khí cần được lựa chọn theo quy trình thực tế thay vì mặc định chọn độ tinh khiết nitơ cao nhất có thể.
Độ tinh khiết cao hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn đối với mọi ứng dụng. Tăng độ tinh khiết nitơ có thể ảnh hưởng đến mức tiêu thụ khí nén, tỷ lệ thu hồi nitơ, kích thước thiết bị và hiệu suất vận hành tổng thể.
Hệ thống tạo nitơ hoàn chỉnh trên tàu
Bản thân máy tạo nitơ chỉ là một phần của hệ thống cung cấp nitơ tại chỗ.
Tùy theo thiết kế dự án, một cấu hình hoàn chỉnh có thể bao gồm:
Máy nén khí → Bình chứa khí → Máy sấy khí nén → Lọc chính xác → Máy tạo nitơ PSA → Bình đệm nitơ → Thiết bị phân tích nitơ hoặc oxy → Thiết bị điều khiển áp suất → Hệ thống xử lý khí không đạt thông số → Đường ống phân phối
Việc xử lý khí cấp đặc biệt quan trọng vì hiệu suất PSA phụ thuộc vào tình trạng của khí nén đi vào các tháp hấp phụ.
Do đó, độ ẩm, dầu, hạt bụi và các chất ô nhiễm khác cần được kiểm soát theo yêu cầu của máy tạo nitơ và thiết kế tổng thể của hệ thống.
Bộ lọc khí nén chính xác phù hợp có thể được sử dụng như một phần của hệ thống xử lý khí phía trước máy tạo nitơ PSA.
Giám sát chất lượng nitơ
Đối với các quy trình hàng hải và ngoài khơi, chất lượng nitơ cần được giám sát theo yêu cầu của ứng dụng thực tế.
Thay vì chỉ dựa vào thông số độ tinh khiết danh định của máy tạo khí, hệ thống cần có phương pháp phù hợp để xác minh chất lượng khí sản phẩm và phản ứng khi nitơ nằm ngoài phạm vi thông số yêu cầu.
Tùy theo cấu hình hệ thống, việc giám sát và điều khiển có thể bao gồm:
- Đo độ tinh khiết nitơ
- Giám sát lưu lượng
- Cảnh báo
- Điều khiển tự động
- Xử lý khí không đạt thông số
Các chức năng này đặc biệt quan trọng khi nguồn nitơ là một phần của quy trình tự động lớn hơn hoặc khi thiết bị phía sau phụ thuộc vào việc duy trì chất lượng nitơ xác định.
Yêu cầu nitơ đối với các loại tàu khác nhau
Yêu cầu nitơ hàng hải thay đổi theo loại tàu, quy trình trên tàu, điều kiện vận hành và mục đích sử dụng nitơ.
Ví dụ, tàu chở hóa chất có thể cần nitơ để kiểm soát môi trường trong bồn liên quan đến hàng hóa và các hoạt động đi kèm. Các tàu dầu khí có thể có những yêu cầu quy trình khác liên quan đến cung cấp khí trơ, thổi rửa hoặc hỗ trợ hoạt động ngoài khơi.
Yêu cầu nitơ cũng có thể khác nhau theo máy móc và cấu hình hệ thống của tàu.
Các ứng dụng cụ thể theo từng loại tàu cần được đánh giá riêng thay vì giả định cùng một độ tinh khiết, lưu lượng, áp suất hoặc cấu hình hệ thống nitơ phù hợp với mọi hệ thống hàng hải.
Kết luận
Máy tạo nitơ cho ứng dụng hàng hải cung cấp một phương án cấp khí tại chỗ cho tàu biển và cơ sở ngoài khơi có nhu cầu nitơ thường xuyên.
Máy tạo nitơ Lingyu sử dụng công nghệ PSA với sàng phân tử carbon để tách nitơ khỏi khí nén. Các cấu hình hệ thống khác nhau có thể cung cấp độ tinh khiết nitơ từ 95% đến 99,999%, cho phép nguồn nitơ được lựa chọn phù hợp với các yêu cầu quy trình khác nhau.
Nitơ hàng hải có thể được sử dụng cho các ứng dụng như làm trơ bồn chứa, thổi rửa đường ống, phủ khí nitơ, các hoạt động liên quan đến hàng hóa và hỗ trợ quy trình ngoài khơi. Tuy nhiên, hệ thống tạo nitơ phù hợp phụ thuộc vào độ tinh khiết, lưu lượng, áp suất, chu kỳ vận hành, môi trường lắp đặt, nguồn khí nén và các yêu cầu quy định hoặc phân cấp thực tế của tàu.
Vì vậy, việc lựa chọn máy tạo nitơ hàng hải không nên chỉ dựa trên công suất của máy tạo khí. Toàn bộ hệ thống, bao gồm tạo khí nén, xử lý khí, tạo nitơ PSA, lưu trữ, giám sát, điều khiển và phân phối, cần được thiết kế phù hợp với yêu cầu vận hành của tàu.
Người dùng có thể tham khảo dòng máy tạo nitơ của Lingyu hoặc liên hệ với Lingyu để trao đổi về độ tinh khiết, lưu lượng, áp suất và yêu cầu lắp đặt nitơ cho dự án hàng hải hoặc ngoài khơi.
