Sản xuất nitơ tại chỗ cho phép các cơ sở công nghiệp tạo khí nitơ trực tiếp từ khí nén thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn khí được vận chuyển từ bên ngoài.
Máy tạo khí nitơ PSA của Lingyu sử dụng hai bình hấp phụ chứa rây phân tử carbon (Carbon Molecular Sieve – CMS). Oxy được CMS hấp phụ ưu tiên, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ và được thu lại dưới dạng khí sản phẩm. Việc chuyển đổi tháp tự động cho phép quá trình sản xuất nitơ tiếp tục trong khi tháp còn lại thực hiện tái sinh.
Đối với các ứng dụng yêu cầu độ tinh khiết nitơ 99%, dòng LYZD-B cung cấp công suất sản xuất từ 15 đến 530 m³/h. Người dùng muốn so sánh các mức độ tinh khiết và cấu hình tạo nitơ khác cũng có thể tham khảo dòng máy tạo khí nitơ của Lingyu.
Quá trình tạo nitơ PSA hoạt động như thế nào?
Công nghệ hấp phụ biến thiên áp suất (Pressure Swing Adsorption – PSA) sử dụng hai tháp hấp phụ luân phiên giữa quá trình hấp phụ và tái sinh.
Hấp phụ
Khí nén đi vào một tháp hấp phụ chứa rây phân tử carbon.
CMS ưu tiên hấp phụ các phân tử oxy, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ và thoát ra dưới dạng khí sản phẩm.
Tái sinh
Trong khi một tháp đang sản xuất nitơ, tháp còn lại được giảm áp.
Oxy đã được CMS giữ lại sẽ được giải phóng trong quá trình giảm áp và xả ra môi trường với sự hỗ trợ của một lượng nhỏ khí nitơ dùng cho tái sinh.
Chuyển đổi tháp tự động
Khi tháp hấp phụ đang hoạt động đạt đến khả năng hấp phụ đã định trước, hệ thống điều khiển sẽ chuyển đổi chức năng của hai tháp.
Tháp đã tái sinh bắt đầu hấp phụ, trong khi tháp vừa hoạt động chuyển sang quá trình tái sinh.
Quá trình luân phiên này cho phép hệ thống PSA cung cấp nitơ liên tục ở độ tinh khiết quy định.
Vận hành tự động bằng PLC
Máy tạo khí nitơ PSA sử dụng van khí nén điều khiển bằng PLC để tự động quản lý quá trình hấp phụ, tái sinh, thay đổi áp suất và chuyển đổi tháp.
Hệ thống hỗ trợ khởi động và dừng tự động, chuyển đổi chu kỳ vận hành tự động và trình tự vận hành van khí nén do PLC điều khiển.
Do đó, trong quá trình sản xuất bình thường, người vận hành không cần chuyển đổi tháp hấp phụ bằng tay.
Chu kỳ chuyển đổi
Chu kỳ chuyển đổi tiêu chuẩn là:
45–60 giây
Trình tự chuyển đổi chính xác rất quan trọng vì các giai đoạn hấp phụ và tái sinh phải được phối hợp để duy trì quá trình sản xuất nitơ ổn định.
Điều kiện vận hành tiêu chuẩn của hệ thống PSA
Máy tạo khí nitơ PSA vận hành trong các điều kiện cấp dòng sản phẩm sau:
| Thông số | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Nhiệt độ khí đầu vào | ≤40°C |
| Áp suất khí đầu vào | 0,5–0,8 MPa |
| Độ tinh khiết nitơ khả dụng | 95%–99,999% |
| Điểm sương nitơ | ≤−40°C |
| Nhiệt độ môi trường | ≤40°C |
| Chu kỳ chuyển đổi | 45–60 s |
| Nguồn điện | 220 V / 50 Hz |
| Độ ồn | ≤75 dB |
Dòng PSA rộng hơn hỗ trợ độ tinh khiết nitơ từ 95% đến 99,999%, trong khi cấu hình LYZD-B được đề cập trong bài viết này tập trung cụ thể vào độ tinh khiết nitơ 99%.
Thông số kỹ thuật máy tạo khí nitơ LYZD-B 99%
Một số thông số đại diện của LYZD-B được thể hiện dưới đây.
| Model | Sản lượng nitơ | Đầu vào | Đầu ra | Kích thước tổng thể H × L × W | Mức tiêu thụ khí hiệu dụng |
| LYZD-B15 | 15 m³/h | DN15 | DN15 | 1500 × 850 × 500 mm | 0,55 m³/min |
| LYZD-B25 | 25 m³/h | DN20 | DN15 | 1800 × 900 × 600 mm | 0,91 m³/min |
| LYZD-B50 | 50 m³/h | DN25 | DN25 | 2400 × 1150 × 700 mm | 2,00 m³/min |
| LYZD-B90 | 90 m³/h | DN32 | DN32 | 2600 × 1150 × 800 mm | 3,30 m³/min |
| LYZD-B140 | 140 m³/h | DN40 | DN40 | 2600 × 1500 × 900 mm | 5,13 m³/min |
| LYZD-B220 | 220 m³/h | DN50 | DN40 | 2750 × 1900 × 1000 mm | 8,06 m³/min |
| LYZD-B310 | 310 m³/h | DN65 | DN50 | 3031 × 2350 × 1200 mm | 11,36 m³/min |
| LYZD-B530 | 530 m³/h | DN80 | DN80 | 3350 × 2900 × 1650 mm | 19,43 m³/min |
Kích thước của LYZD-B530 là 3350 × 2900 × 1650 mm.
Dải sản phẩm còn bao gồm các model trung gian như LYZD-B35, B45, B60, B70, B110, B120, B160, B180, B260, B350, B400, B440 và B480. Vì vậy, các model trong bảng chỉ là những lựa chọn đại diện, không phải toàn bộ dải kích thước.
Tại sao mức tiêu thụ khí nén lại quan trọng?
Công suất sản xuất nitơ không thể được đánh giá tách biệt khỏi nhu cầu khí nén.
Mỗi model LYZD-B yêu cầu một lượng khí nén tương ứng.
Ví dụ:
| Model | Sản lượng nitơ | Mức tiêu thụ khí hiệu dụng |
| LYZD-B15 | 15 m³/h | 0,55 m³/min |
| LYZD-B140 | 140 m³/h | 5,13 m³/min |
| LYZD-B310 | 310 m³/h | 11,36 m³/min |
| LYZD-B530 | 530 m³/h | 19,43 m³/min |
Do đó, cơ sở sản xuất phải xác nhận rằng hệ thống máy nén khí có thể cung cấp đủ lưu lượng khí nén ở áp suất và chất lượng yêu cầu, đồng thời vẫn đáp ứng các nhu cầu khí khác trong nhà máy.
Nếu chỉ lựa chọn máy tạo khí nitơ theo lưu lượng nitơ yêu cầu, hệ thống cung cấp khí nén có thể bị thiếu công suất.
Điều kiện thiết kế để đạt hiệu suất định mức
Dữ liệu hiệu suất của LYZD-B được xác định dựa trên các điều kiện vận hành sau:
Áp suất hấp phụ: 0,8 MPa(g)
Nhiệt độ môi trường: 20°C
Độ ẩm tương đối của khí cấp: 80%
Công suất tạo nitơ và mức tiêu thụ khí nén thực tế có thể thay đổi khi áp suất tại hiện trường, nhiệt độ môi trường, tải ẩm đầu vào hoặc các điều kiện vận hành khác khác với các điều kiện thiết kế này.
Vì vậy, việc lựa chọn model cần xem xét điều kiện thực tế của trạm máy nén khí thay vì chỉ dựa vào nhu cầu nitơ.
Độ tinh khiết nitơ và công suất
Xác định công suất máy tạo khí nitơ PSA liên quan đến mối quan hệ giữa độ tinh khiết nitơ, lưu lượng khí sản phẩm và mức tiêu thụ khí nén.
Dòng PSA hỗ trợ độ tinh khiết từ 95% đến 99,999%, nhưng cấu hình LYZD-B này được thiết kế cụ thể cho sản xuất nitơ 99%.
Nếu quy trình yêu cầu độ tinh khiết nitơ cao hơn, cần xem đó là một cấu hình kỹ thuật khác thay vì giả định rằng cùng một model 99% sẽ duy trì lưu lượng nitơ định mức giống hệt sau khi thay đổi độ tinh khiết.
Người dùng yêu cầu các mức độ tinh khiết khác có thể so sánh những cấu hình sẵn có trong dòng máy tạo khí nitơ của Lingyu.
Điểm sương nitơ
Điểm sương nitơ tiêu chuẩn là:
≤−40°C
Chỉ riêng độ tinh khiết nitơ không xác định đầy đủ yêu cầu chất lượng khí. Độ ẩm còn lại cũng có thể ảnh hưởng đến quy trình sản xuất.
Do đó, các ứng dụng nhạy cảm với cả nồng độ oxy và độ ẩm cần xác định ít nhất hai thông số riêng biệt:
- Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
- Điểm sương nitơ yêu cầu
Cả hai đều cần được xem xét khi lựa chọn hệ thống tạo nitơ.
Giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ theo thời gian thực
Hệ thống PSA cung cấp chức năng giám sát độ tinh khiết nitơ và lưu lượng nitơ theo thời gian thực.
Người vận hành có thể theo dõi xem quá trình sản xuất nitơ có duy trì trong các điều kiện yêu cầu của quy trình trong khi hệ thống vận hành hay không.
Màn hình cảm ứng kỹ thuật số hiển thị các thông số chính bao gồm áp suất, độ tinh khiết nitơ, lưu lượng và trạng thái vận hành của hệ thống.
Điều này cung cấp khả năng quan sát trực tiếp cả chất lượng khí lẫn điều kiện vận hành của hệ thống PSA.
Bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn
Máy tạo khí nitơ PSA tích hợp chức năng cảnh báo và bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn.
Nếu độ tinh khiết nitơ giảm xuống dưới giá trị quy định, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo.
Nếu tình trạng không đạt tiêu chuẩn tiếp tục trong khoảng thời gian cài đặt trước, hệ thống sẽ tự động dừng để bảo vệ.
Chức năng này đặc biệt quan trọng đối với các quy trình không thể chấp nhận nitơ có độ tinh khiết thấp hơn yêu cầu.
Tự động nén chặt CMS
Máy tạo khí nitơ được tích hợp hệ thống tự động nén chặt rây phân tử carbon.
Cơ cấu này giúp duy trì mật độ nạp CMS thích hợp và giảm chuyển động bên trong lớp hấp phụ, vốn có thể góp phần làm CMS bị nghiền thành bột.
Độ ổn định của lớp CMS rất quan trọng vì tình trạng lớp hấp phụ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất lâu dài của máy tạo khí nitơ.
Do đó, hoạt động bảo trì cần tập trung vào tình trạng CMS thực tế và hiệu suất hệ thống thay vì dựa vào một khoảng thời gian thay thế cố định áp dụng cho mọi hệ thống.
Cân bằng áp suất và hiệu quả năng lượng
Hệ thống PSA sử dụng quy trình cân bằng áp suất không đều được tối ưu hóa.
Quy trình này cải thiện hiệu suất thu hồi nitơ và có thể gián tiếp giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng khoảng 5%.
Lợi ích năng lượng thực tế phụ thuộc vào điều kiện vận hành, tải sản xuất, hiệu suất máy nén khí, nhu cầu nitơ và cấu hình hệ thống. Vì vậy, giá trị khoảng 5% không nên được xem là mức tiết kiệm được đảm bảo cho mọi hệ thống lắp đặt.
Tiền xử lý khí nén
Rây phân tử carbon cần nhận khí nén đáp ứng các yêu cầu chất lượng đầu vào.
Một hệ thống tạo khí nitơ PSA hoàn chỉnh có thể bao gồm bình chứa khí phía trước, máy sấy khí làm lạnh và nhiều cấp lọc trước khi khí nén đi vào các tháp hấp phụ.
Tại sao tiền xử lý lại quan trọng?
Nước lỏng, nhiễm dầu và các hạt rắn có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất CMS và độ ổn định hấp phụ lâu dài.
Tiền xử lý phù hợp giúp bảo vệ lớp hấp phụ và góp phần duy trì độ tinh khiết cũng như lưu lượng nitơ ổn định.
Khi cần lọc bổ sung, bộ lọc khí nén chính xác của Lingyu có thể được tích hợp vào hệ thống tiền xử lý.
Cấp lọc và cấu hình bộ lọc cần được lựa chọn theo loại máy nén khí, chất lượng khí đầu vào và yêu cầu của máy tạo khí nitơ.
Đệm và cung cấp nitơ
Hệ thống hoàn chỉnh cũng có thể tích hợp bình đệm nitơ, bộ phân tích nitơ/oxy, đầu xả nitơ không đạt tiêu chuẩn, van điều khiển và kết nối cấp nitơ cuối cùng.
Vai trò của bình đệm nitơ
Bình đệm nitơ không chỉ đơn thuần là một bình chứa.
Nó có thể giúp tách quá trình sản xuất PSA theo chu kỳ khỏi các biến động trong nhu cầu tiêu thụ nitơ phía sau và hỗ trợ duy trì điều kiện cấp khí ổn định hơn.
Thiết kế hệ thống cần xem xét:
- Tốc độ sản xuất nitơ
- Mức tiêu thụ nitơ tức thời
- Độ ổn định áp suất cấp
- Dung tích bình đệm
- Nhu cầu của đường ống
- Đặc tính vận hành của quy trình
Do đó, dung tích đệm yêu cầu cần được lựa chọn phù hợp với đặc tính sản xuất và tiêu thụ thực tế.
Nitơ 99% có phù hợp với mọi ứng dụng không?
Không nên áp dụng thông số độ tinh khiết 99% một cách phổ quát cho mọi ngành công nghiệp.
Đóng gói thực phẩm, điện tử, dược phẩm, phòng thí nghiệm, gia công laser, đồ uống, dầu khí và các quy trình công nghiệp khác đều có thể sử dụng nitơ, nhưng mức độ tinh khiết yêu cầu có thể khác nhau đáng kể tùy theo quy trình.
Máy tạo khí nitơ PSA 99% phù hợp khi thông số quy trình cho phép khoảng 1% thành phần không phải nitơ còn lại.
Các ứng dụng yêu cầu lượng oxy dư thấp hơn hoặc độ tinh khiết nitơ cao hơn cần sử dụng cấu hình tạo hoặc tinh chế nitơ khác.
Đối với bối cảnh ngành cụ thể, người dùng có thể tham khảo giải pháp cho ngành thực phẩm và đồ uống của Lingyu.
So sánh nitơ PSA 99% và nitơ tinh chế ≥99,999%
Máy tạo khí nitơ PSA LYZD-B 99% tiêu chuẩn không nên bị nhầm với một hệ thống tinh chế nitơ độ tinh khiết cao riêng biệt.
Hệ thống tinh chế khử oxy bằng carbon có thể sử dụng nitơ khoảng 99,9% do PSA sản xuất làm khí cấp và tiếp tục nâng độ tinh khiết nitơ lên ≥99,999%.
Quá trình đó sử dụng chất xúc tác khử oxy, sau đó loại bỏ CO₂ và độ ẩm, và khác về mặt kỹ thuật so với quy trình PSA LYZD-B 99% tiêu chuẩn.
Do đó, mức độ tinh khiết ≥99,999% không nên được trình bày như một chế độ vận hành khác của cùng cấu hình LYZD-B 99%.
Các ưu tiên trong bảo trì
Bảo trì máy tạo khí nitơ PSA cần tập trung vào tình trạng thiết bị và hiệu suất vận hành thực tế thay vì một khoảng thời gian thay CMS cố định áp dụng cho mọi hệ thống.
Các khu vực bảo trì quan trọng bao gồm tiền xử lý khí nén, tình trạng bộ lọc, chuyển đổi van khí nén, tình trạng nạp CMS, xu hướng độ tinh khiết nitơ, độ ổn định lưu lượng nitơ, hiệu suất áp suất và kiểm soát nước ngưng.
Hệ thống tiền xử lý
Kiểm tra bộ lọc, máy sấy, thiết bị quản lý nước ngưng và bình chứa khí nén để đảm bảo CMS nhận được khí đã được xử lý phù hợp.
Van khí nén
Kiểm tra hoạt động và độ tin cậy khi chuyển đổi của van vì quá trình PSA phụ thuộc vào việc luân phiên chính xác giữa hấp phụ và tái sinh.
Tình trạng CMS
Theo dõi tình trạng nạp và hiệu suất hấp phụ. Những thay đổi về độ tinh khiết, lưu lượng khí, đặc tính áp suất hoặc độ ổn định hấp phụ có thể giúp xác định thời điểm cần kiểm tra thêm.
Xu hướng độ tinh khiết và lưu lượng
Dữ liệu độ tinh khiết và lưu lượng trực tuyến cần được theo dõi theo thời gian thay vì chỉ kiểm tra xem máy tạo khí có đang hoạt động hay không.
Những thay đổi trong các thông số này có thể cung cấp thông tin hữu ích về tình trạng tổng thể của hệ thống.
Cách lựa chọn máy tạo khí nitơ PSA 99%
Model LYZD-B phù hợp cần được lựa chọn theo toàn bộ yêu cầu vận hành của hệ thống nitơ và khí nén.
Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
Xác nhận rằng độ tinh khiết nitơ 99% phù hợp với thông số của quy trình phía sau.
Nếu yêu cầu độ tinh khiết cao hơn, hãy lựa chọn cấu hình độ tinh khiết cao phù hợp thay vì chỉ xác định công suất dựa trên bảng 99%.
Lưu lượng nitơ yêu cầu
Xác định mức tiêu thụ nitơ thông thường, tối thiểu và tối đa.
Dải LYZD-B đại diện được trình bày ở đây có sản lượng từ 15 đến 530 m³/h.
Công suất khí nén sẵn có
Xác nhận hệ thống máy nén khí có thể cung cấp lưu lượng khí hiệu dụng cần thiết.
Ở hai đầu của dải model đại diện, mức tiêu thụ khí nén hiệu dụng dao động từ 0,55 m³/min đối với LYZD-B15 đến 19,43 m³/min đối với LYZD-B530.
Áp suất vận hành
Phạm vi áp suất khí đầu vào tiêu chuẩn là 0,5–0,8 MPa.
Dữ liệu hiệu suất định mức được xác định dựa trên áp suất hấp phụ 0,8 MPa(g).
Nhiệt độ đầu vào và điều kiện môi trường
Theo yêu cầu vận hành tiêu chuẩn, nhiệt độ khí đầu vào và nhiệt độ môi trường đều phải ≤40°C.
Nhiệt độ thực tế tại hiện trường cần được xem xét khi lựa chọn hệ thống.
Điểm sương nitơ
Điểm sương nitơ tiêu chuẩn là ≤−40°C.
Cần xác nhận thông số độ ẩm này đáp ứng yêu cầu của quy trình phía sau.
Chất lượng tiền xử lý
Xác định hệ thống sấy và lọc khí cần thiết để bảo vệ rây phân tử carbon.
Bình đệm và đặc tính nhu cầu
Đánh giá nhu cầu tức thời, biến động sản xuất, dung tích bình đệm, áp suất cấp và yêu cầu đường ống.
Giám sát và điều khiển
Xác nhận các yêu cầu đối với tự động hóa PLC, giám sát độ tinh khiết nitơ theo thời gian thực, giám sát lưu lượng, màn hình cảm ứng, cảnh báo và chức năng bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn.
Người dùng tập trung cụ thể vào mức độ tinh khiết này có thể tham khảo máy tạo khí nitơ PSA độ tinh khiết 99% của Lingyu.
Đối với công suất đặc biệt, yêu cầu độ tinh khiết, điều kiện vận hành hoặc yêu cầu tích hợp hệ thống khác, cấu hình cuối cùng cần được lựa chọn phù hợp với dự án thực tế.
Kết luận
Máy tạo khí nitơ PSA LYZD-B 99% sản xuất nitơ từ khí nén bằng hai tháp hấp phụ chứa CMS, tự động luân phiên giữa quá trình hấp phụ và tái sinh.
Oxy được rây phân tử carbon hấp phụ ưu tiên, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ dưới dạng khí sản phẩm. Trong quá trình tái sinh, oxy đã được hấp phụ trước đó được giải phóng và các van khí nén điều khiển bằng PLC tự động quản lý việc chuyển đổi tháp.
Các điều kiện vận hành PSA tiêu chuẩn bao gồm áp suất khí đầu vào 0,5–0,8 MPa, nhiệt độ khí đầu vào ≤40°C, điểm sương nitơ ≤−40°C, chu kỳ chuyển đổi 45–60 giây, nguồn điện 220 V / 50 Hz và độ ồn ≤75 dB.
Đối với cấu hình LYZD-B 99%, các mức sản lượng nitơ đại diện từ 15 đến 530 m³/h, trong khi mức tiêu thụ khí nén hiệu dụng ở hai đầu dải này dao động từ 0,55 đến 19,43 m³/min.
Hệ thống cũng tích hợp giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ theo thời gian thực, bảo vệ khi nitơ không đạt tiêu chuẩn, tự động nén chặt CMS, cân bằng áp suất không đều được tối ưu hóa và giám sát qua màn hình cảm ứng kỹ thuật số.
Để lựa chọn hệ thống đáng tin cậy, độ tinh khiết nitơ cần được đánh giá cùng với lưu lượng nitơ, công suất khí nén, điều kiện đầu vào, điểm sương nitơ, chất lượng tiền xử lý, nhu cầu bình đệm và đặc tính tiêu thụ của quy trình.
