→

Мембранные азотные установки на основе модулей серии MNU

Основными типами генераторов азота являются азотные генераторы адсорбционного типа и мембранные установки для производства азота, к которым относятся и кратко описываемые на этой странице азотные установки серии MNU. Установки адсорбционного типа известны, серийно изготавливаются и широко применяются уже в течение нескольких десятилетий, и раньше для предприятий, потребляющих небольшие и средние количества азота, альтернативы использованию адсорбционных генераторов и не было. Однако, в последнее время в области производства азота низкой и средней чистоты все более активно конкурируют с адсорбционными станциями мембранные азотные установки, надежность и эффективность которых постоянно увеличивается по мере совершенствования технологий изготовления воздухоразделительных мембран. Мембранные азотные установки выгодны при производстве азота низкой и средней чистоты, однако они не способны производить азот высокой чистоты, выше 99,5...99,9% - во всяком случае, мембранные установки не способны производить высокоочищенный азот хоть со сколько-нибудь приемлемой энергетической эффективностью (потребление сжатого воздуха при производстве азота высокой чистоты способом трансмембранной диффузии будет неприемлемо высоким, и ни один известный нам производитель даже не указывает в данных на свои мембранные азотные установки чистоту выше 99,9%).

Мембранная азотная установка состоит из одного или нескольких мембранных модулей, соединенных параллельно. Каждый мембранный модуль представляет собой цилиндр, внутри которого, опять же параллельно, размещены тысячи волокон-трубок. Сжатый воздух поступает на внутреннюю сторону трубок. Стенки трубок изготовлены из специального полимерного материала, позволяющего постепенное проникновение (диффудирование) молекул газов, а также вапоризованной влаги - при этом, некоторые газы диффудируют через стенки мембран быстрее, чем другие. К более быстро диффудирующим молекулам относятся молекулы кислорода, углекислого газа CO2, а также воды; азота и аргона диффудируют через стенки медленнее. Таким образом, бóльшая часть кислорода выходит, в процессе движения сжатого воздуха вдоль внутренних стенко мембран, на их внешнюю сторону, а азот преимущественно остается внутри и доходит до конца волокон (к сожалению, все же, с ним вместе остается внутри волокон и часть кислорода - если бы этого не происходило, на выходе получался бы вообще не содержащий кислорода газ). Кислород с внешней стороны волокон свободно выходит в атмосферу через отверстие на боковой поверхности мембранного модуля; азот оказывается на выходе модуля с давлением на 0,3...1 бар меньше входного давления сжатого воздуха.

Кроме собственно мембранных модулей, в состав азотной установки входят также устройства, регулирующие объем и давление входящего в модули сжатого воздуха, как и выходящего из них азота - таким образом пропускная способность модуля искусственно снижается до того уровня, при котором модуль сможет обеспечить расчетную степень очистки газа (в целом, при прочих равных, чем ниже скорость движения воздуха через мембрану, тем чище будет азот на ее выходе - но, конечно, тем больше газа будет и выпущено в атмосферу).

Также, в состав установки входит оборудование для очистки и осушения сжатого воздуха. Надежная очистка сжатого воздуха является главным условием для длительного беспроблемного функционирования мембран - даже при непродолжительной подаче на них грязного, то есть содержащего жидкую влагу и, особенно, компрессорное масло, сжатого воздуха срок службы мембран снижается на порядок.

Кроме воздухоочистного оборудования, на входе сжатого воздуха установлен теплоэлектронагреватель, обеспечивающий нагрев сжатого воздуха до температуры примерно +45...+48 °C, что требуется для того, чтобы быть уверенными в том, что вся оставшаяся в сжатом воздухе влага будет находиться в вапоризованном (парообразном) состоянии - т.к. жидкая вода может повредить мембраны.

Для обеспечения автоматической работы установки, она оснащена соленоидным клапаном на входе воздуха и реле давления на выходе азота: если давление азота на выходе стойко растет (то есть его потребление отсутствует или сильно понижено), реле давления инициирует закрытие впускного соленоидного клапана - таким образом, установка переводится в режим простоя до тех пор, пока давление опять не упадет. Для автоматического же препятствования попадания к потребителям некачественного, недоочищенного азота, установка комплектуется другим соленоилным клапаном, установленным уже на выходе азота - он закрывается при определении датчиком содержания кислорода (тоже, конечно, входящим в состав установки) падения чистоты вырабатываемого газа ниже выставленного уровня.

Все компоненты азотной установки собраны на общей раме или, по желанию заказчика, в кожухе.

К преимуществам мембранных установок перед адсорбционными можно отнести, прежде всего, их лучшую экономичность при производстве азота низкой и средней степени очистки - то есть, при одних и тех же условиях мембранная азотная установка затрачивает на производство одного и того же количества низко/среднеочищенного азота меньше сжатого воздуха, чем адсорбционная. Кроме того, мембранная установка проще по конструкции, чем адсорбционная: несмотря на наличие в ее составе ТЭНа, в ней используется значительно меньше клапанов. Также, мембранная установка более компактна и значительно меньше весит.

Из недостатков мембранных установок можно назвать невозможность выработки с их помощью азота высокой (выше 99,5...99,9%) чистоты. Другим основным недостатком является крайне высокая чувствительность мембран к загрязнителям: твердым частицам, компрессорному маслу и жидкой влаге. При эксплуатации мембранной установки нужно тщательно следить за состоянием фильтров сжатого воздуха, осушителя сжатого воздуха (если он используется) и их конденсатоотводчиков.

Технические данные

Внимание! В таблице ниже указаны технические данные мембранных модулей серии MNU, а не установок в целом. В зависимости от требуемой производительности азотной установки, в ее составе может быть объединено более одного модуля - фактически, производительность одной установки ограничена только возможность размещения в определенном пространстве (габаритами установки). Производительность наших установок может составлять до 3000 м³/ч и более, при давлении азота 6...12 бар без применения дожимного азотного компрессора.

Модуль	95%		97%		99%		99,5%
	Азот, м³/ч →	→ Воздух, м³/ч	Азот, м³/ч →	→ Воздух, м³/ч	Азот, м³/ч →	→ Воздух, м³/ч	Азот, м³/ч →	→ Воздух, м³/ч
MNU-10	10	23	6,5	17	3,5	14	2,6	14
MNU-15	15	34	10	26	5	21	3	16
MNU-70	70	148	47	120	26	104	14	78
MNU-120	120	248	83	200	41	141	22	105
MNU-300	300	800	180	635	81	524	50	350

Производительность по азоту и потребление сжатого воздуха указаны приведенными к нормальным условиям (температура 0°C, абсолютное давление 1013 мбар), при избыточном давлении сжатого воздуха на входе в установку 7 бар и выходном избыточном давлении азота 6 бар.

Регулирующую арматура установок можно настроить на выдачу азота с чистотой 99,9%. Данные о производительности модулей и потреблении ими сжатого воздуха при этой чистоте - по запросу.