Come funziona un generatore di azoto: PSA vs. Tecnologia di separazione a membrana

L’uso del gas azoto è diventato il metodo standard per prevenire la corrosione nei sistemi di irrigazione antincendio a tubi asciutti e preaction.

Eliminando la presenza di ossigeno all’interno delle tubazioni del sistema, la corrosione e la formazione di depositi sono ridotti al minimo. Questo aiuta a mitigare il rischio di perdite e previene la formazione di materiale ostruttivo, garantendo così che il sistema funzioni come progettato in caso di incendio.

Mentre le bombole di azoto sono state utilizzate come fonte di azoto su alcuni piccoli sistemi, la necessità di sostituire frequentemente le bombole e il rischio di falsi viaggi dovuti alla perdita di gas di mantenimento della pressione limita l’efficacia di questo approccio. Piuttosto, l’installazione di generatori di azoto come fonte di azoto permanente è diventata il metodo preferito, sia per gli impianti nuovi che per quelli esistenti.

Quando si tratta di tecnologia di generazione di azoto, ci sono due metodi primari per produrre gas azoto in loco: membrane di separazione dell’azoto e adsorbimento a pressione (PSA).

Mentre ogni approccio ha i suoi pro e contro, diversi vantaggi chiave rendono i generatori a membrana di ECS la scelta ideale per l’industria degli sprinkler antincendio:

– Non hanno bisogno di essiccatori d’aria su ingresso speciale filtrazione dell’aria di alimentazione
– Peso inferiore, più piccolo ingombro installato
– Semplice manutenzione / riparazione
– Fornire standard di settore 98% di azoto

Per comprendere meglio le differenze chiave tra i due tipi di generatori, è necessario prima capire come producono azoto. Mentre entrambi i generatori di tipo producono gas di azoto ad alta purezza dall’aria compressa, lo fanno in due modi nettamente diversi, il che ha un grande effetto sul modo in cui sono progettati e mantenuti.

Separazione a membrana: il cuore di un generatore di azoto che utilizza la tecnica di separazione a membrana è, non sorprende, la membrana di separazione. La membrana è costituita da migliaia di fibre cave che l’aria compressa viene fatta passare attraverso. Le pareti di ogni fibra sono permeabili alle molecole di gas, ma alcuni gas possono passare più facilmente di altri. Questi gas “veloci”, tra cui ossigeno, CO2 e vapore acqueo, passano attraverso le pareti delle fibre e vengono esauriti nell’atmosfera. Il gas “lento”, l’azoto, passa attraverso la parete della fibra molto più lentamente, producendo un flusso di azoto ad alta purezza all’uscita della membrana. Non ci sono parti mobili alla membrana, semplicemente controllando la pressione e la portata di aria appiattita attraverso i risultati della membrana nella produzione dell’azoto di elevata purezza.
Pressure Swing Adsorption (PSA): I generatori di azoto PSA utilizzano materiale a setaccio molecolare di carbonio (CMS) per rimuovere l’ossigeno dall’aria compressa di origine. Il materiale CMS è costituito da carbonio poroso con dimensione dei pori finemente controllata. Quando l’aria compressa passa sopra il materiale, le molecole di ossigeno vengono adsorbite nei pori, mentre le molecole di azoto più grandi possono passare attraverso il gas di scarico. Alla fine, il CMS diventerà saturo di molecole di ossigeno e la separazione dei gas non si verificherà più.

Per questo motivo, i generatori PSA sono sempre progettati con due o più colonne di adsorbimento. Una colonna sta separando attivamente il gas, mentre l’altra viene rigenerata passando azoto ad alta purezza attraverso di essa per eliminare l’ossigeno e scaricarlo come gas di scarico. Il generatore passa tra le due colonne circa ogni 60 secondi. La necessità di passare tra le due colonne di adsorbimento comporta la necessità di più valvole di controllo automatizzate, aumentando notevolmente i potenziali punti di guasto nell’unità. Inoltre, è tipicamente necessario un serbatoio tampone di azoto per garantire una pressione e una portata costanti durante la commutazione tra le due colonne di adsorbimento.

Ho bisogno di un essiccatore d’aria o di qualsiasi altra filtrazione speciale sulla mia alimentazione d’aria?

Separazione a membrana: Ogni generatore include la filtrazione in linea per rimuovere il particolato, l’acqua liquida e trasportare gli idrocarburi dal flusso d’aria prima di entrare nella membrana di separazione. I prodotti Air PRISM ® membrane ECS utilizza sono progettati per filtrare il vapore acqueo, eliminando la necessità di un essiccatore refrigerato o essiccante up-stream dell’unità.
Pressure Swing Adsorption (PSA): le unità PSA includono anche tipicamente la filtrazione in linea di particolato e gli idrocarburi di riporto nella loro linea d’aria di origine per proteggere il materiale CMS. Tuttavia, a differenza delle membrane PRISM ® Air Products, il materiale CMS nelle unità PSA può essere influenzato negativamente dall’acqua / vapore acqueo nella fonte di gas. Il vapore acqueo inoltre sarebbe adsorbito dal materiale del CMS, riducente l’efficienza del processo della separazione e con conseguente azoto di purezza più basso.

Inoltre, in caso di riporto di acqua o di condensa nei serbatoi di adsorbimento, il materiale CMS può essere danneggiato. L’acqua liquida può provocare la canalizzazione del materiale del CMS, con conseguente flusso d’aria improprio attraverso il letto e la produzione ridotta. In alcuni casi, il CMS può essere irreparabilmente danneggiato, necessitando di una sostituzione completa. Per questo motivo, i generatori PSA richiedono sempre un essiccatore ad aria refrigerata sul flusso di gas in ingresso, causando un altro potenziale punto di guasto e un aumento del consumo elettrico.

Esistono differenze nelle dimensioni/peso/impronta dei due metodi di generazione di azoto?

Separazione a membrana: Poiché la tecnica di separazione a membrana richiede così poche parti mobili, ECS è stata in grado di progettare i suoi sistemi per avere il più piccolo ingombro di qualsiasi generatore di azoto attualmente sul mercato. Inoltre, ECS utilizza un metodo di riempimento e spurgo per inerti i sistemi antincendio sprinkler, eliminando la necessità di un serbatoio di stoccaggio/buffer di azoto, riducendo ulteriormente l’ingombro delle apparecchiature e fornendo risparmi significativi e costi di installazione di materiali e manodopera.
Pressione altalena adsorbimento (PSA): I comandi aggiunti, le valvole, i letti di adsorbimento, l’essiccatore refrigerato ed il carro armato dell’amplificatore dell’azoto richiesti dall’approccio di PSA provocano l’attrezzatura significativamente più pesante e più ingombrante. Ciò si traduce in costi di installazione più elevati e maggiori requisiti di spazio al punto di installazione.

Qual è la durata prevista dell’apparecchiatura e qual è il costo risultante per la riparazione?

Separazione a membrana :come qualsiasi altro prodotto venduto, ci sono diversi produttori di membrane di azoto, alcuni producono un prodotto di alta qualità e alcuni producono un’opzione di valore. Sin dall’inizio ECS ha utilizzato i prodotti Air membrane PRISM® che rappresentano la più alta qualità della tecnologia disponibile. Air Products ha inventato la tecnologia di separazione a membrana di azoto nel 1970 e ha continuato a migliorarla.

Attualmente le loro membrane sono progettate per un’aspettativa di vita di venti (20) anni a un ciclo di lavoro del 100% (nel settore della protezione antincendio usiamo la membrana a non più di un ciclo di lavoro del 10%). Il costo per la sostituzione di una membrana è al massimo il 25% del costo del generatore di azoto. Inoltre, il lavoro coinvolto nella sostituzione di una membrana di azoto nel campo è minimo e può essere eseguito entro un’ora da un montatore antincendio per ripristinare l’unità e il funzionamento e il sistema di protezione antincendio in servizio.
Pressure Swing Adsorption (PSA): La maggior parte dei produttori di PSA segnala che il materiale CMS ha una durata tipica di 20+ anni se viene eseguita una corretta manutenzione e filtrazione dell’aria. Tuttavia, ciò che non è chiaro è se la sostituzione del CMS può essere eseguita da personale in loco o se richiede un rappresentante del produttore per eseguire la sostituzione. Il lavoro comporterebbe lo smontaggio delle due colonne di adsorbimento, la rimozione del vecchio materiale CMS e il reimballaggio delle colonne secondo le specifiche originali con nuovo materiale CMS.

Le colonne reimballate dovrebbero quindi essere testate per garantire la corretta separazione dei gas. Si tratta di un esercizio ad alta intensità di lavoro che deve essere eseguito mentre l’unità è fuori servizio, con conseguente perdita di gas di supervisione ai sistemi di irrigazione antincendio a secco e preaction. Oltre al materiale CMS, la complessità dei generatori PSA aggiunge ulteriori punti di guasto all’apparecchiatura, sia sull’apparecchiatura di controllo che sulle valvole automatizzate che commutano il flusso tra le due colonne di adsorbimento. Qualsiasi guasto in questi componenti comporterebbe il sistema fuori servizio.

Esiste una differenza nel tasso di produzione o nella purezza del gas tra i due tipi di generatori di azoto?

Le membrane di separazione dell’azoto possono produrre tipicamente azoto alle purità fino a 99,5%, mentre i generatori dell’azoto di PSA possono raggiungere le purità fino a 99,9995%. Realisticamente, la differenza di purezza potenziale tra i due non ha alcun significato nell’industria degli sprinkler antincendio, dove la purezza dell’azoto al 98% è diventata lo standard a livello industriale per il controllo della corrosione.

Come con i compressori d’aria, i generatori dell’azoto vengono in un’ampia varietà di modelli con i tassi differenti di produzione dell’azoto. ECS ha una gamma di otto (8) generatori di azoto per soddisfare una vasta gamma di applicazioni, da un singolo piccolo sistema di tubi a secco a un impianto protetto da 25+ sistemi tutti alimentati da un singolo generatore di azoto. ECS considera sia NFPA 13 e NFPA 25 tassi di perdita ammissibili quando dimensionamento suoi generatori per garantire che sarà sempre tenere il passo con la domanda di sistema.