金属工业中的制氮

金属加工行业的制造商一直在寻找最具成本效益和有效的解决方案。在许多工厂，激光被用来切割金属，如钢和铝。这些激光切割机经常利用氮气来消除过程中某些部分的水分和氧气。在过去，大容量存储系统被用于在制造工厂现场储存氮气，但这种存储方法可能导致重大的收入损失，当所有的说和做。那么，工厂主的解决方案是什么呢?答案从内部的氮气生成系统开始。

首先，重要的是探索在这些过程中氮的使用，以了解散装存储系统和氮生成系统之间的影响和差异。工厂激光器在金属的切割点使用氮，因为在加工过程中使用的高温经常会导致氧化。当氧化发生时，被切割的金属块可能被损坏，就像制造切割的工具一样。结构损伤或不准确的切割会使零件变得脆弱，并使它们变得无用。在激光与金属的接触点使用氮气，可以去除切割区域的氧气，并在切割时帮助冷却模具，从而防止氧化。这种预防措施提高了最终产品的质量，减少了废金属的产生，减少了对工件的返工。

散装存储系统

制造商将氮气带到激光器注入点的第一种方法在执行上相当简单。典型的散装储存系统包括一个储罐、一个蒸发器和控制器。还有其他类型的大容量存储，但这是最常见的系统之一。液氮供应装置位于设施内的大型塔或罐中，氮气直接从该供应装置中抽取。这些装置的典型流动路径始于散装罐，并流入环境空气蒸发器。根据系统设计，氮气从那里进入管道并流经调节器，然后流出进行处理。

氮生成系统

氮气生成系统是一种独特的方法，为金属制造和许多其他行业提供可持续的供应氮气的方法。有两种类型的氮气发生器:变压吸收(PSA)和膜。PSA系统使用碳分子筛在高压下吸附氧气，同时让氮气通过。膜使用中空的多孔纤维将氮气分子与氧气中的其他分子分离。

一个典型的激光切割氮气生成系统将有以下组件:氮气发生器，储罐，高压助推器和高压储罐。大多数激光切割应用都需要一个PSA发生器来实现所需的流量和纯度。激光切割应用需要高流量和高压，这就是为什么所有的氮气发生器系统都被设计为填充6、12、18或24包氮气瓶，而不是直接将气体输送到应用程序。如果设计和规模正确，这些系统可以高效地运行，并且不需要太多的监控。

产氮系统利用压缩空气——这一过程显然是从压缩机开始的。压缩机从周围的空气中抽出空气，然后通过高效凝聚过滤器和干燥器。这种过滤器和干燥器将去除可能损坏发电系统的油、水和微粒。如果所讨论的系统是PSA发生器，在通过过滤器后，干燥的空气将在进入氮气发生器之前进入另一个预过滤器。发电机完成后，氮气被输送到高压升压器中，根据系统设计，升压至2500psi或5000psi。氮气一旦达到高压，就会被输送到钢瓶包中，在那里储存，直到需要的时候。在任何需要氮气的时候，氮气都会通过一个调节装置，调节装置将氮气设定到所需的压力，然后通过管道连接到激光切割机上。

氮气生成系统利用压缩空气在现场生成氮气。

优点、缺点和维护

与大容量存储系统相比，使用氮生成系统的优点列表很长，也很有前景。就目前的情况来看，制造业大约有一半的工厂使用其中一种或另一种。这其中有几个原因，其中一个原因是氮气生成系统对制造商来说是一笔巨大的前期成本。在一件设备上投资几十万美元似乎总是在为一个投资回报率讨价还价，使花费物有所值。尽管投资回报与发电系统的应用有关，但制造商有时可以在实施后6个月就看到回报。

节省的大部分资金来自于该系统是直接购买的，而工厂所有者无需与氮气供应商签订多年合同。这降低了许多成本，包括租金、年度供应商成本和运输费用。依赖外部供应商供应氮气也意味着在交货计划上的冲突。大多数制造商至少每天运行两次激光切割机，如果他们发现自己的氮气供应在下次预定交货前就已经用完了，他们别无选择，只能等待。这些激光切割机的停机时间可能会导致大量的收入损失。然而，有了氮气生成系统，空气的供应是永远不会消失的，它的可用性不依赖于外部的第三方。

另一大块节约来自于防止在使用大容量存储系统时因氮的浪费而造成的水头损失。因为发电系统可以开启和关闭，它只在必要时使用，只能产生所需的特定数量的氮;这节省了并从根本上消除了气体的浪费。当使用大容量存储系统时，泵入应用程序的氮的纯度几乎总是接近99.998%。乍一看，这似乎是一个优势，但如果一个进程不需要这种级别的纯度，那么系统就不能尽可能高效地运行。这就是为什么批量生产系统在一开始看起来更有成本效益，但长期来看却落后的部分原因。大多数氮气生成系统允许用户设置自己的纯度率，可以定制为他们的过程所需要的。

由于向氮气发生器输送清洁、干燥的空气是绝对关键的，因此该系统配备了多个过滤器和组件，以确保这一点的实现。这些元件的设计目的是去除水、油和其他污染物，必须维护，以获得最佳的预期寿命的系统作为一个整体。一个妥善照顾的发电系统可以维持15年以上。根据应用情况的不同，氮气生成系统的预防性维护成本每年大约为几千美元。预过滤器通常需要每六个月到一年进行一次维护，氮气发生器内的过滤器每六个月需要更换一次。发电机本身每年需要维护一次，干燥剂干燥器的预过滤器每六个月到一年更换一次。增压压缩机通常按小时进行维修。与压缩机一样，系统中所有元件的维护可能会增加或减少这些基准的频率，这取决于它们正在使用的过程。

使开关

对于大多数制造商来说，从散装存储到氮气生成的平均过渡通常需要6个月到一年或更长时间。在过渡过程中，设备运营商需要做的第一步是弄清楚与氮气供应商的合同何时结束。一旦确定了这一点，他们的系统需求的完整报告是必不可少的。需要考虑的一些重要因素是工艺所需的纯度、流量(SCFH)和输送压力。一旦制造商有了这些信息，他们应该联系氮气发生器供应商，并与他们合作，以满足他们的需求的系统报价。在这个报价过程中，供应商很可能会给出几个报价，包括价格、效益和交货时间。充分了解每个供应商的设计是很重要的，因为这些系统中仍然有大量的变量，可以影响寿命、服务和整个制造过程。

关于作者

Patrick Hyland是一名技术专家瓦林公司是一家领先的技术、能源、生命科学、自然资源和交通行业的技术解决方案提供商，他专门从事过滤工作。Valin利用自动化、流体管理、精密测量、过程加热、过滤和流体动力产品，提供个性化订单管理、现场现场支持、综合培训和应用专家工程服务。

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