مولد نيتروجين معياري

يُجهز مولد النيتروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) باستخدام منخل جزيئي كربوني (CMS) ببرجين أو أكثر من أبراج الامتزاز المملوءة بمناخل جزيئية كربونية. يُضخ هواء مضغوط نظيف وجاف إلى مولد النيتروجين بتقنية PSA، ويتدفق عبر أبراج الامتزاز المحملة بالمناخل الجزيئية الكربونية. يمر الهواء المضغوط عبر أبراج الامتزاز من الأسفل إلى الأعلى. وبفضل اختلاف قدرة الامتزاز التفاضلية للمناخل الجزيئية للنيتروجين والأكسجين والغازات الأخرى تحت ضغوط مختلفة، تُمتز مكونات مثل الأكسجين والماء وثاني أكسيد الكربون على سطح المنخل الجزيئي الكربوني، بينما يُجمع النيتروجين غير الممتز عند المخرج كغاز منتج. يتدفق هذا الغاز من أعلى برج الامتزاز ويدخل خزان النيتروجين. بعد فترة معينة، يصل الأكسجين الممتز بواسطة المنخل الجزيئي الكربوني في برج الامتزاز إلى التشبع، مما يستدعي إعادة التجديد.

تتم عملية التجديد بإيقاف عملية الامتزاز وخفض ضغط برج الامتزاز. بعد اكتمال الامتزاز، يُفرغ ضغط برج الامتزاز إلى الغلاف الجوي بعد معادلة الضغط، مما يؤدي إلى إزالة الأكسجين والماء وثاني أكسيد الكربون والمكونات الأخرى الممتزة، وبذلك تكتمل عملية التجديد.

تتناوب أبراج امتزاز، اثنان أو أكثر، بين الامتزاز والتجديد، مما ينتج عنه نيتروجين ذو معدل تدفق ونقاء ثابتين. ويتم تبديل الممتزات تلقائيًا بواسطة صمامات يتم التحكم بها برمجيًا بواسطة نظام تحكم آلي. ويعتمد أداء مولد النيتروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) على أداء مكوناته، بما في ذلك الممتزات، والمناخل الجزيئية الكربونية، وتدفق العملية، وبنية المعدات، والصمامات الكهرومغناطيسية الهوائية.

يُعد فصل الهواء بالامتزاز المتأرجح للضغط لإنتاج النيتروجين (إنتاج النيتروجين بتقنية PSA اختصارًا) تقنية متطورة لفصل الغازات. تستخدم هذه التقنية مناخل جزيئية كربونية عالية الجودة كمواد ماصة، وتعتمد مبدأ الامتزاز المتأرجح للضغط (PSA) عند درجة حرارة الغرفة لفصل الهواء وإنتاج نيتروجين عالي النقاء.

تختلف معدلات انتشار جزيئات غازي الأكسجين والنيتروجين على سطح المناخل الجزيئية. تنتشر جزيئات الغاز ذات القطر الأصغر (O₂) بسرعة أكبر وتدخل عددًا أكبر من المسام الدقيقة في المنخل الجزيئي الكربوني، بينما تنتشر جزيئات الغاز ذات القطر الأكبر (N₂) ببطء أكبر وتدخل عددًا أقل من المسام الدقيقة. وباستغلال هذا الاختلاف في الامتزاز الانتقائي للمناخل الجزيئية الكربونية للأكسجين والنيتروجين، يتم إثراء الأكسجين في طور الامتزاز والنيتروجين في الطور الغازي في وقت قصير، مما يحقق فصل الأكسجين عن النيتروجين والحصول على النيتروجين كغاز مُثرى في ظروف امتزاز الضغط المتأرجح (PSA). ويمكن تلخيص قانون امتزاز الأكسجين على المناخل الجزيئية الكربونية كما يلي: امتزاز عند ضغط عالٍ، وإزالة امتزاز عند ضغط منخفض.

بعد فترة معينة، يصل امتزاز الأكسجين بواسطة المنخل الجزيئي إلى حالة التوازن. ونظرًا لتغير قدرة امتزاز الغازات على المناخل الجزيئية الكربونية بتغير الضغط، يُخفَّض الضغط لإزالة الأكسجين من المنخل، وهي عملية التجديد. ويمكن تقسيم التجديد إلى تجديد فراغي وتجديد جوي، وذلك حسب ضغط التجديد. يُسهِّل التجديد الفراغي التجديد الكامل للمناخل الجزيئية، ويُتيح الحصول على غاز عالي النقاء بسهولة، بينما يتميز التجديد الجوي بنظام مُبسَّط ذي متانة وموثوقية عاليتين.

مولد النيتروجين بتقنية امتزاز تأرجح الضغط (مولد النيتروجين بتقنية امتزاز تأرجح الضغط اختصارًا) هو جهاز لتوليد النيتروجين مصمم ومصنّع وفقًا لتقنية امتزاز تأرجح الضغط. يتكون عادةً من برجي امتزاز متوازيين، ويتحكم نظام التحكم الآلي بدقة في تسلسل التوقيت وفقًا لبرنامج قابل للبرمجة، وذلك لإجراء امتزاز تحت الضغط وتجديد تحت الضغط بالتناوب، مما يُكمل فصل الأكسجين عن النيتروجين ويحصل على النيتروجين عالي النقاء المطلوب.

ضاغط هواء ← خزان هواء احتياطي ← فلتر من الدرجة 9 (ج) ← مجفف مبرد ← فلتر من الدرجة 7 (ت) ← فلتر من الدرجة 5 (أ) ← فلتر من الدرجة 3 (فلتر كربون نشط) ← الوحدة الرئيسية لمولد النيتروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح المعياري ← خزان نيتروجين احتياطي ← مقياس تدفق ← نقطة الاستخدام

يتكون مولد النيتروجين المعياري من وحدات مصنوعة من سبائك الألومنيوم، وعادةً ما تكون ثلاثة أو أربعة صفوف. تُمثل الصفوف الثلاثة برج الامتزاز A، وبرج الامتزاز B، وخزان المعالجة (المدمج) على التوالي. ويكون معدل تدفق النيتروجين الناتج كما يلي: نقاء 99.5%: 7.5-77 متر مكعب قياسي/ساعة؛ نقاء 99.9%: 5.5-55 متر مكعب قياسي/ساعة؛ نقاء 99.99%: 3.9-39 متر مكعب قياسي/ساعة؛ نقاء 99.999%: 2.5-39 متر مكعب قياسي/ساعة.
لزيادة معدلات التدفق، تم استخدام أربعة صفوف من وحدات سبائك الألومنيوم، تُقابل برجي امتصاص A وبرجي امتصاص B على التوالي، مع خزان معالجة منفصل. ويكون ناتج النيتروجين كما يلي: نقاء 99.5%: معدل التدفق 77-154 متر مكعب قياسي/ساعة؛ نقاء 99.9%: معدل التدفق 55-110 متر مكعب قياسي/ساعة؛ نقاء 99.99%: معدل التدفق 39-80 متر مكعب قياسي/ساعة؛ نقاء 99.999%: معدل التدفق 25-50 متر مكعب قياسي/ساعة.

1. هيكل صغير الحجم، وكفاءة عالية، وتوفير للطاقة

يعتمد مولد النيتروجين المعياري تصميمًا متطورًا لتدفق العمليات مع بنية مبسطة، مما يقلل بشكل كبير من مساحة أرضية المعدات. ويكمن جوهره في استبدال أبراج امتصاص الصلب الكربوني التقليدية بوحدات من سبائك الألومنيوم خفيفة الوزن وعالية المتانة، الأمر الذي لا يحقق فقط خفة وزن المعدات، بل يقلل أيضًا من حجمها الإجمالي بشكل ملحوظ. هذا التصميم المدمج مناسب بشكل خاص للأماكن ذات المساحة المحدودة، مثل المنصات المتنقلة، وورش العمل الصغيرة، أو خطوط الإنتاج المتكاملة. أما فيما يتعلق باستهلاك الطاقة، فإن البنية المعيارية، بالإضافة إلى استراتيجيات توزيع الهواء والتحكم فيه المُحسّنة، تُقلل بشكل كبير من إجمالي استهلاك الطاقة لضغط الهواء وتنقيته وإنتاج النيتروجين، مما يُخفض بشكل فعال تكاليف التشغيل على المدى الطويل.

2. مراقبة عالية الدقة عبر الإنترنت، وصيانة سهلة

تم تجهيز الجهاز بأجهزة تحليل عالية الدقة مستوردة، قادرة على مراقبة نقاء النيتروجين ومعدل تدفقه بشكل فوري، مما يضمن جودة غاز الخرج بشكل مستقر وموثوق. تتميز أجهزة التحليل بوظائف المعايرة التلقائية وتشخيص الأعطال، مما يتيح تشغيلًا شبه خالٍ من الصيانة ويقلل من الحاجة إلى التدخل اليدوي وتكاليف الصيانة اللاحقة. يمكن للمستخدمين الاطلاع على جميع المعايير الرئيسية في الوقت الفعلي عبر واجهة المستخدم، وتحديد عتبات إنذار النقاء حسب الحاجة، مما يعزز مستوى ذكاء تشغيل النظام.

3. عملية تعبئة متطورة باستخدام المناخل الجزيئية، مما يطيل عمر الخدمة

يعتمد مولد النيتروجين المعياري على طريقة التعبئة التدريجية ("blizzard) لملء المنخل الجزيئي. تضمن هذه العملية ملء المنخل الجزيئي بشكل متجانس وبطيء، متجنبةً تصادم جزيئات المنخل الجزيئي وتفتتها الناتج عن تأثير تدفق الهواء عالي الضغط في طرق التعبئة التقليدية. يتوزع المنخل الجزيئي بالتساوي في برج الامتزاز بكثافة عالية، مما يحسن كفاءة الامتزاز، ويطيل عمره الافتراضي بشكل ملحوظ، ويقلل من عدد مرات استبداله وتكاليف المواد.

4. سهولة الحركة، والتشغيل البديهي والمريح

يُصمَّم هذا النوع من المعدات عادةً بهيكل متحرك لسهولة نقله بين المواقع المختلفة. تتميز لوحة التشغيل بتصميم واضح، حيث تحتوي على أربعة مقاييس ضغط رئيسية تُشير إلى ضغط المدخل، وضغط أبراج الامتزاز A/B، وضغط النيتروجين النهائي، مما يُتيح معرفة حالة التشغيل بوضوح. يحتوي الجهاز على مُرسِل نيتروجين ومستشعر تدفق مُدمجين، ويمكن عرض البيانات مركزياً عبر شاشة اللمس، كما يدعم الجهاز الإرسال عن بُعد إلى نظام التحكم المركزي للمراقبة عن بُعد. يوجد في الجزء السفلي من الجهاز زر إيقاف طارئ، ومؤشرات ضوئية لحالة التشغيل، ونظام إنذار شامل، مما يُعزز سلامة التشغيل وقدرة الاستجابة للطوارئ.

5. قابلية عالية للتخصيص، وقابلة للتكيف مع مختلف المتطلبات

يدعم مولد النيتروجين المعياري التصميم والتكوين المخصصين وفقًا لسيناريوهات التطبيق الفعلية للعملاء، ومتطلبات حجم الغاز، وظروف الموقع، والمتطلبات الوظيفية. تشمل الأشكال الهيكلية الشائعة التركيب على قاعدة انزلاقية، والتركيب الصندوقي، والتركيب المدمج في الوحدات، كما يمكن لنظام التحكم الكهربائي أن يتبنى بمرونة مخططات متنوعة مثل خزائن التحكم الكهربائية المستقلة أو خزائن التحكم المركزية. تضمن هذه الدرجة العالية من التخصيص إمكانية ربط المعدات بسلاسة مع عمليات الإنتاج الحالية للمستخدمين، مما يتيح الاستفادة القصوى من كفاءتها.

6. نطاق واسع من مجالات التطبيق

بفضل أدائه المستقر والموثوق وتصميمه الهيكلي المرن، يلعب مولد النيتروجين المعياري دورًا هامًا في العديد من الصناعات. صناعة الإلكترونيات: الحماية الخاملة في إنتاج أشباه الموصلات، ولحام لوحات الدوائر، وغيرها من العمليات؛ صناعة الأغذية والمشروبات: يُستخدم في تغليف المواد الغذائية وتخزينها وحفظها طازجة، وتعبئة المشروبات؛ المجالات الكيميائية والصيدلانية: يُستخدم كغاز حماية من التفاعلات، أو غاز لنقل المواد، أو غاز لتغليف الأدوية؛ صناعة معالجة المعادن: الحماية من الأكسدة في المعالجة الحرارية، واللحام، والتلبيد، وغيرها من العمليات؛ سيناريوهات التشغيل المتنقلة: حالات التزويد المؤقت بالنيتروجين مثل حقن النيتروجين في حقول النفط، وتزويد السفن بالغاز، والصيانة في الموقع.