プロの酸素ボンベ充填には、ガスを継続的に生成する酸素発生器以上のものが必要です。 PSA システムは、酸素流量、純度、バッファー貯蔵、圧縮圧力、充填シーケンス、制御ロジック、安全保護の点で充填ステーションと一致する必要があります。酸素が低圧で生成され、高圧でシリンダーに移送される場合、吸着床とシリンダーマニホールドの間のすべてのセクションが充填能力と動作安定性に影響を与えます。
したがって、典型的なオンサイト PSA シリンダー充填システムは、圧縮空気処理と、PSA酸素生成、酸素バッファーの貯蔵、酸素ブースターまたはコンプレッサー、高圧配管、自動充填マニホールド、圧力センサー、酸素モニタリング、および PLC 制御システム。 NEWTEK が公開している PSA 酸素データは、1 ～ 300 Nm3/h の酸素生成をカバーしており、標準酸素純度は 93% ± 3% に記載されており、下流側高圧圧縮前の出口圧力は 0.01 ～ 0.5 MPa に調整可能です。
PSA システムはシリンダーの充填能力に適合する必要があります
最初の要件は、酸素生成と運転期間ごとに充填されるシリンダーの数との間の定義された関係です。シリンダーには第 2 の需要層が導入されるため、充填ステーションのサイズを酸素発生器の公称容量だけから決めることはできません。ガスはまず必要な圧力で蓄積され、次に充填マニホールドを通って複数のシリンダーに入る必要があります。
たとえば、NEWTEK が公開している充填指向のモデル表には、20 Nm3/h での NTK-20P と 100 Nm3/h での NTK-100P がリストされており、この表には 12 時間で充填できるボトルの数も指定されています。同じ表では、150 bar、40 L の標準シリンダーの設計基準を使用しており、環境基準は 0 ～ 38 度、相対湿度は最大 80% です。
したがって、正しい選択は以下から始める必要があります。
- シリンダー水容量
- 目標充填圧力
- バッチあたりのシリンダー数
- 一日の充填量
- 必要な酸素純度
- 営業時間
- ピーク酸素要求量
- 使用可能なコンプレッサー容量
1 日あたり 100 個のシリンダーを充填するプラントでは、1 日あたり 20 個のシリンダーを充填するプラントとは異なる酸素生成と圧縮の配置が必要になります。たとえ両方の施設で同じシリンダー仕様が使用されていたとしてもです。
空気処理セクションはモレキュラーシーブを保護する必要があります
PSA酸素生成圧縮大気から始まるため、供給空気の状態が吸着床に直接影響します。専門的なシステムは通常、空気レシーバー、フィルター、凝縮水除去装置、およびその他の空気処理コンポーネントを PSA 容器の上流に配置します。
その目的は表面上のものではなく物理的なものです。フィルターは粒子や油エアロゾルを除去し、凝縮水の排水は液体の水が吸着床に入るのを防ぎます。水分や油の汚染により、モレキュラーシーブの動作状態が変化し、空気処理セクションでの圧力損失が増加する可能性があります。
NEWTEK は、吸着剤としてゼオライトモレキュラーシーブを使用している PSA 酸素システムについて説明しています。分離プロセスは、圧力下での酸素と窒素の異なる吸着挙動に依存しており、その後、再生のために減圧が行われます。
したがって、シリンダー充填用途の場合は、コンプレッサーとともに空気処理仕様を確認する必要があります。必要な流量を供給しているにもかかわらず、過剰な油、水分、または温度を導入するコンプレッサーは、下流でプロセスの問題を引き起こす可能性があります。
PSA 吸着サイクルは、定義された酸素出力を維持する必要があります
PSA容器は吸着と再生を繰り返す必要があります。吸着段階では、圧縮空気がモレキュラーシーブベッドに入り、窒素が優先的に吸着され、酸素富化ガスが酸素出口に向かって通過します。減圧中に、吸着された窒素が床から出て、モレキュラーシーブが次の吸着サイクルに入ることができます。
シリンダー充填システムは、酸素発生装置が小規模な使用時点プロセスではなく貯蔵および圧縮セクションに供給するため、このサイクルに追加の要求を課します。したがって、PSA 制御システムは、タワーの切り替え、酸素生成、圧力、および下流の需要を調整する必要があります。
NEWTEK は、PSA 酸素システムの自動始動機能、最低圧力保護、バイパス配置、酸素センサー、自動調整、およびサイクルタイム調整を指定しています。同社はまた、連続運用機能と、Modbus、Profibus、および Ethernet を介したリモート通信についても列挙しています。
調達において重要なのは、単に機器に PSA が使用されているかどうかだけではありません。購入者は、シリンダー充填の開始、停止、またはバッチサイズの変更時に制御システムがどのように反応するかを確認する必要があります。
酸素バッファー貯蔵は、生成と需要を満たすことを分離する必要がある
PSA酸素生産は周期的ですが、シリンダーの充填により下流側で高圧の需要が発生します。したがって、酸素バッファータンクは 2 つの動作条件を分離するのに役立ちます。
バッファーは PSA ユニットから酸素を受け取り、下流の需要が高まったときにブースターまたは充填マニホールドに酸素を供給します。これにより、あらゆるシリンダー接続やバルブ操作によって吸着容器の動作点が直接変化することがなくなります。
必要なバッファ容積は、酸素生成速度、充填流量、コンプレッサー容量、圧力範囲、および同時に接続されるシリンダーの数によって異なります。バッファー量が不十分なシステムでは、充填中に頻繁に圧力変動が発生する可能性があります。ただし、タンクが大きすぎると、必ずしも酸素生産量が増加するわけではなく、資本コストと設置スペースが増加します。
したがって、バッファは隔離タンク仕様として選択するのではなく、実際の充填サイクルから計算する必要があります。
高圧ブースターはシリンダーの充填圧力と一致する必要があります
PSA 発生器とシリンダー充填マニホールドは通常、異なる圧力レベルで動作します。 NEWTEK が公表している PSA 酸素出口範囲は 0.01 ～ 0.5 MPa ですが、シリンダー充填用途ではさらに高い圧力が必要になる場合があります。充填指向の製品情報では、40 L シリンダーの設計基準として 150 bar を使用しています。
この圧力差には、下流の酸素ブースターまたはコンプレッサーが必要です。
ブースターは低圧貯蔵セクションから酸素を受け取り、制御された段階で圧力を上昇させ、圧縮ガスをシリンダーマニホールドに送ります。酸素サービスの場合、潤滑油や不適切なシール材によって酸素が豊富なガス流に炭化水素が混入する可能性があるため、コンプレッサーの設計で汚染源を制御する必要があります。
購入者は以下を確認する必要があります。
- ブースタ入口圧力
- 最大出口圧力
- 必要な圧力での酸素の流れ
- 圧縮段階
- 冷却装置
- シール材
- オイルフリーまたは酸素互換構成
- 高圧停止条件
最終用途がシリンダー充填である場合、PSA ジェネレーターをブースターとは別に評価してはなりません。
充填マニホールドは複数のシリンダーを制御する必要がある
充填マニホールドは、高圧酸素をブースターからいくつかのシリンダーに分配します。その構造には通常、分岐接続、隔離バルブ、圧力センサー、フレキシブル高圧ホースまたは硬質配管、および自動または手動充填バルブが含まれます。
複数のシリンダーを同時に接続する場合、圧力の均一化と充填順序が重要になります。制御システムは各シリンダーの圧力状態を識別し、シリンダーが制御不能な圧力上昇にさらされるのを防ぐ必要があります。
NEWTEK が公開した充填システム情報では、PLC ベースの圧力監視と目標条件に達した場合の自動バルブ閉鎖を備えた自動シリンダー充填マニホールドについて説明しています。
したがって、専門的な充填ステーションの場合、充填バンクごとのシリンダーの数、接続規格、最大使用圧力、充填順序、バルブの材質、および必要な隔離ポイントによってマニホールドを指定する必要があります。
高圧充填前に酸素純度を監視する必要がある
生成された酸素がシリンダーに移送される場合、純度モニタリングはオプションではありません。 PSA システムは酸素を継続的に生成する可能性がありますが、ガスは高圧充填セクションに入る前に分析する必要があります。
NEWTEK は、PSA システムの一部として酸素センサーをリストしており、その標準技術構成に対して 93% ± 3% の酸素純度を指定しています。同社の広範な製品情報には、機器や用途に応じてさまざまな純度レベルの構成もリストされています。
ガスがシリンダーマニホールドに入る前にオペレーターが純度の偏差を特定できるように、酸素分析計を配置して統合する必要があります。測定された純度が指定範囲外の場合、制御システムは、規格外の酸素をシリンダーに充填する代わりに、生成物流を隔離するか、ガスの方向を変えることができます。
調達の場合、仕様には、目標純度、分析範囲、サンプリングポイント、校正手順、アラーム値、および純度アラーム後の応答を定義する必要があります。
圧力センサーとインターロックは充填プロセスを保護する必要がある
シリンダー充填により、PSA 出口圧力、バッファータンク圧力、ブースター入口圧力、ブースター排出圧力、マニホールド圧力、シリンダー圧力といったいくつかの圧力境界が生じます。
各圧力点は次のプロセスステップに影響を与える可能性があります。バッファー圧力がブースター入口要件を下回ると、ブースターに十分なガスが供給されない可能性があります。吐出圧力が充填限界に達した場合、ブースターは停止するかアンロードする必要があります。シリンダーが目標圧力に達すると、充填バルブを閉じる必要があります。
NEWTEK の PSA システムのマニュアルには、圧力センサー、最低圧力バルブ、バイパス ノズル、酸素センサー、および自動制御機能がリストされています。
したがって、専門的なシステムでは、オペレータの観察だけに頼るのではなく、インターロックを使用する必要があります。一般的なロジックには次のものが含まれます。
- PSA の酸素純度を確認します。
- バッファ圧力が動作範囲内であることを確認してください。
- 充填需要が存在するときにブースターを開始します。
- 高圧吐出を監視します。
- 各充填バンクを監視します。
目標圧力に達したら、対応するラインを停止または切り離します。
圧力、純度、または装置の状態が指定された範囲を外れると、アラームがトリガーされます。
電気および通信インターフェイスは自動操作をサポートする必要がある
シリンダーの充填は繰り返しのプロセスであるため、オペレーターが各段階を手動で調整するのではなく、制御システムが機器を調整する必要があります。
PLC は、圧力センサー、酸素分析計、コンプレッサー制御、ブースター制御、およびマニホールド バルブから信号を受信できます。その後、圧力と充填状態に応じて装置を起動または停止できます。
NEWTEK は、PSA システム用の Modbus、Profibus Fieldbus、および Ethernet 通信をリストしています。遠隔スタート/ストップや自動調整機能についても説明します。
システム統合の場合、購入者はインストール前に I/O リストと通信プロトコルを要求する必要があります。これにより、PSA コントローラーが動作ステータス、アラーム、圧力値、酸素純度、および機器コマンドをガソリン スタンドの中央制御システムと交換できるかどうかが決まります。
システムは温度、湿度、設置条件を考慮する必要があります
環境条件は、圧縮空気の密度、コンプレッサーの冷却、湿気負荷、および機器の性能に影響を与えます。 NEWTEK の充填指向モデル データでは、記載されているシリンダー充填構成の設計基準として、0 ～ 38 度および最大 80% の相対湿度が使用されます。
したがって、設置エリアには、コンプレッサー、吸着容器、バッファータンク、ブースター、および制御キャビネットの周囲に適切な換気、排水、電源、および隙間を設ける必要があります。
周囲温度が高く、湿度が高く、高度条件が異なる現場では、サプライヤーは標準モデルを直接適用するのではなく、コンプレッサーの容量と空気処理要件を再計算する必要があります。吸気環境が変化すると、同じ酸素生成目標でも異なる空気量と冷却条件が必要になる場合があります。
メンテナンスは PSA セクションと高圧セクションの両方をカバーする必要があります
シリンダー充填システムは、低圧ガスの生成と高圧ガスの圧縮を組み合わせているため、メンテナンスは両方のセクションをカバーする必要があります。
PSA 側では、フィルター、凝縮水ドレン、切り替えバルブ、圧力センサー、酸素分析計、配管、モレキュラーシーブの動作条件の検査が必要です。圧縮側では、シール、バルブ、冷却部品、圧力計、高圧接続、充填ホースの検査が必要です。
一般的な障害の症状は、動作データを通じて追跡できます。
| 観察された状況 | 考えられる技術的原因 | 検査ポイント |
|---|---|---|
| 酸素純度の低下 | 吸着サイクルの問題、供給空気の汚染、過剰な需要 | モレキュラーシーブ、バルブ、エアフィルター |
| PSA出口圧力降下 | 圧縮空気の不足または過剰な需要 | コンプレッサー、エアレシーバー、入口圧力 |
| ブースターが充填圧力に達しない | 入口圧力が低いかコンプレッサーの故障 | バッファタンク、ブースター入口、バルブ |
| 充填速度が低下する | 流量の制限またはブースターの容量不足 | マニホールド、ホース、ブースター |
| 圧力が変動する | バッファ量不足またはスイッチングが不安定 | オキシジェンレシーバー、PSAサイクル |
| 頻繁なアラーム | センサーまたは制御システムの問題 | PLC、圧力センサー、酸素濃度計 |
この診断アプローチは、PSA システムが「自動」かどうかを単に尋ねるよりも調達に役立ちます。
NEWTEKについて
ニューテックは、PSA 酸素発生装置、統合空気圧縮および精製システム、ターンキー ガス システムなど、オンサイト PSA 酸素および窒素発生システムの設計と供給に重点を置いています。公開されているエンジニアリング プロセスには、技術研究、エンジニアリング設計、デバイスの製造、設置テスト、アフターサービスが含まれています。酸素システムについては、NEWTEK はゼオライト モレキュラー シーブ吸着、自動酸素モニタリング、圧力制御、および Modbus、Profibus、Ethernet などの通信インターフェイスをリストしています。公表されている酸素発生器の範囲には、標準酸素純度 93% ± 3%、酸素出口圧力 0.01 ～ 0.5 MPa で、生成量 1 ～ 300 Nm3/h が含まれます。
シリンダー充填プロジェクトの場合、関連するエンジニアリング範囲は PSA 吸着容器を超えて広がります。酸素発生器は、空気処理セクション、酸素バッファー貯蔵庫、高圧ブースター、充填マニホールド、センサー、バルブ、および PLC 制御に接続する必要があります。 NEWTEK の充填指向の構成では、シリンダーの量、充填圧力、酸素生成能力、消費電力、および環境設計条件も指定し、発電機単体ではなく充填プロセス全体を評価するために必要なパラメーターを提供します。
