como funciona um gerador de nitrogênio: tecnologia de separação PSA vs. membrana

o uso de gás nitrogênio tornou-se o método padrão de prevenção de corrosão em sistemas de sprinklers de incêndio de tubulação seca e pré-ação.

ao eliminar a presença de oxigênio dentro da tubulação do sistema, a corrosão e a formação de depósitos são minimizadas. Isso ajuda a mitigar o risco de vazamentos e evita a formação de material obstrutivo, garantindo assim que o sistema funcione conforme projetado em caso de incêndio.

embora os cilindros de nitrogênio tenham sido usados como fonte de nitrogênio em alguns sistemas pequenos, a necessidade de substituir cilindros com frequência e o risco de viagens falsas devido à perda de gás de manutenção de pressão limita a eficácia dessa abordagem. Em vez disso, a instalação de geradores de nitrogênio como fonte permanente de nitrogênio tornou-se o método preferido, tanto para instalações novas quanto existentes.

quando se trata de tecnologia de geração de nitrogênio, existem dois métodos primários de produção de gás nitrogênio no local: membranas de separação de nitrogênio e adsorção por oscilação de pressão (PSA).

embora cada abordagem tenha seus prós e contras, vários benefícios importantes tornam os geradores à base de membrana da ECS a escolha ideal para a indústria de sprinklers de incêndio:

– não precisa de secadores de ar no especial de entrada de alimentação de filtragem de ar
– Menor peso, menor instalado pegada
– Simples de Manutenção/Reparação de
– Fornecer o padrão da indústria de 98% de nitrogênio

Para melhor entender as diferenças básicas entre os dois tipos de geradores, você deve primeiro entender como eles produzem o nitrogênio. Embora ambos os geradores produzam gás nitrogênio de alta pureza a partir de ar comprimido, eles o fazem de duas maneiras distintamente diferentes, o que tem um grande efeito sobre como eles são projetados e mantidos.

separação por membrana: o coração de um gerador de nitrogênio usando a técnica de separação por membrana é, sem surpresa, a membrana de separação. A membrana consiste em milhares de fibras ocas pelas quais o ar comprimido é passado. As paredes de cada fibra são permeáveis às moléculas de gás, mas alguns gases podem passar mais facilmente do que outros. Esses gases “rápidos”, incluindo oxigênio, CO2 e vapor de água, passam pelas paredes das fibras e se esgotam na atmosfera. O gás ‘lento’, nitrogênio, passa pela parede da fibra muito mais lentamente, produzindo um fluxo de nitrogênio de alta pureza na saída da membrana. Não há partes móveis para a membrana, simplesmente controlar a pressão e a taxa de fluxo de ar comprimido através da membrana resulta na produção de nitrogênio de alta pureza.Adsorção do balanço da pressão( PSA): os geradores do nitrogênio da PSA utilizam o material da peneira Molecular do carbono (CMS) para retirar o oxigênio do ar comprimido da fonte. O material CMS consiste em carbono poroso com tamanho de poro finamente controlado. À medida que o ar comprimido passa sobre o material, as moléculas de oxigênio são adsorvidas nos poros, enquanto as moléculas de nitrogênio maiores podem passar para o gás de exaustão. Eventualmente, o CMS ficará saturado com moléculas de oxigênio e a separação de gás não ocorrerá mais.

por esse motivo, os geradores de PSA são sempre projetados com duas ou mais colunas de adsorção. Uma coluna está separando ativamente o gás, enquanto a outra está sendo regenerada passando nitrogênio de alta pureza através dele para retirar o oxigênio e esgotá-lo como um gás residual. O gerador alterna entre as duas colunas aproximadamente a cada 60 segundos. A necessidade de alternar entre as duas colunas de adsorção resulta na necessidade de várias válvulas de controle automatizadas, aumentando muito os pontos potenciais de falha na unidade. Adicionalmente, um tanque do amortecedor do nitrogênio é exigido tipicamente assegurar uma pressão constante e um caudal durante o interruptor entre as duas colunas da adsorção.

preciso de um secador de ar ou qualquer outra Filtração Especial no meu suprimento de ar?

Separação Da Membrana: Cada gerador inclui filtração em linha para remover partículas, água líquida e transportar hidrocarbonetos da Corrente de ar antes de entrar na membrana de separação. Os usos de ECS das membranas de PRISM® dos produtos do ar são projetados filtrar para fora o vapor de água, eliminando a necessidade para um secador refrigerado ou dessecante acima-córrego da unidade.
adsorção por oscilação de pressão (PSA): as unidades de PSA também incluem tipicamente filtração em linha de partículas e transporte de hidrocarbonetos em sua linha de ar de origem para proteger o material CMS. No entanto, ao contrário dos produtos de ar PRISM® membranas, o material CMS em unidades de PSA pode ser adversamente afetado por água/vapor de água na fonte de gás. O vapor de água também seria adsorvido pelo material CMS, reduzindo a eficiência do processo de separação e resultando em menor pureza nitrogênio.

adicionalmente, se há algum transporte sobre a água ou se a condensação ocorre nos tanques da adsorção, o material do CMS pode ser danificado. A água líquida pode resultar na canalização do material CMS, resultando em fluxo de ar inadequado através do leito e produção reduzida. Em alguns casos, o CMS pode ser irreparavelmente danificado, precisando de substituição completa. Por esse motivo, os geradores de PSA sempre exigirão um secador de ar refrigerado na corrente de gás de entrada, resultando em outro ponto potencial de falha e aumento do consumo elétrico.

existem diferenças no tamanho/peso/pegada dos dois métodos de geração de nitrogênio?

Separação Da Membrana: Desde que a técnica da separação da membrana exige tão poucas peças moventes, ECS pôde projetar seus sistemas para ter a pegada a menor de todos os geradores do nitrogênio atualmente no mercado. Além disso, o ECS usa um método de preenchimento e purga para inerte os sistemas de sprinklers de incêndio, eliminando a necessidade de um tanque de armazenamento/buffer de nitrogênio, reduzindo ainda mais a pegada do equipamento e proporcionando economias significativas e custos de instalação de materiais e mão-de-obra.
adsorção do balanço da pressão (PSA): Os controles adicionados, válvulas, camas de adsorção, secador refrigerado e tanque tampão de nitrogênio exigidos pela abordagem PSA resultam em equipamentos significativamente mais pesados e volumosos. Isso resulta em custos de instalação mais altos e requisitos de espaço maiores no ponto de instalação.

Qual é a vida útil esperada do equipamento e qual é o custo resultante para reparar?Separação de membrana: como qualquer outro produto vendido, existem vários fabricantes de membranas de nitrogênio, alguns produzem um produto de alta qualidade e alguns produzem uma opção de valor. Desde o início, a ECS usou membranas PRISM® da Air Products, que representam a mais alta qualidade de tecnologia disponível. A Air Products inventou a tecnologia de separação de membrana de nitrogênio na década de 1970 e continuou a melhorá-la.

Atualmente, suas membranas são projetadas para uma expectativa de vida de vinte (20) anos em um ciclo de trabalho de 100% (na indústria de proteção contra incêndio, usamos a membrana em não mais do que um ciclo de trabalho de 10%). O custo para substituir uma membrana é no máximo 25% do custo do gerador de nitrogênio. Além disso, o trabalho envolvido na substituição de uma membrana de nitrogênio no campo é mínimo e pode ser realizado dentro de uma hora por um instalador de sprinklers de incêndio para colocar a unidade de volta em funcionamento e o sistema de proteção contra incêndio de volta em serviço. Adsorção por oscilação de pressão (PSA): a maioria dos fabricantes de PSA relata que o material CMS tem uma vida útil típica de mais de 20 anos se a manutenção adequada e a filtragem do ar forem realizadas. No entanto, o que não está claro é se a substituição do CMS pode ser realizada por pessoal no local ou se requer um representante do fabricante para realizar a substituição. O trabalho envolveria a desmontagem das duas colunas de adsorção, remoção do material CMS antigo e reembalagem das colunas de acordo com as especificações originais com novo material CMS.

as colunas reembaladas precisariam então de ser testadas para assegurar a separação apropriada do gás está ocorrendo. Este é um exercício intensivo em mão-de-obra que deve ser realizado enquanto a unidade está fora de serviço, resultando em perda de gás de supervisão para os sistemas de sprinklers de fogo seco e de pré-ação. Além do material CMS, a complexidade adicional dos geradores PSA adiciona pontos adicionais de falha ao equipamento, tanto no equipamento de controles quanto nas válvulas automatizadas que alternam o fluxo entre as duas colunas de adsorção. Qualquer falha nesses componentes resultaria em que o sistema ficasse fora de serviço.

existe uma diferença na taxa de produção ou na pureza do gás entre os dois tipos de geradores de nitrogênio?As membranas de separação de nitrogênio podem tipicamente produzir nitrogênio em puridades de até 99,5%, enquanto os geradores de Nitrogênio PSA podem atingir puridades de até 99,9995%. Realisticamente, a diferença na pureza potencial entre os dois não tem significado na indústria de sprinklers de incêndio, onde 98% de pureza de nitrogênio se tornou o padrão da indústria para controle de corrosão.

tal como acontece com os compressores de ar, os geradores de nitrogênio vêm em uma ampla variedade de modelos com diferentes taxas de produção de nitrogênio. ECS tem uma escala de oito (8) geradores do nitrogênio para encontrar uma vasta gama de aplicações, de um único sistema de tubulação seco pequeno a uma facilidade protegida por 25+ Sistemas todos alimentados por um único gerador do nitrogênio. A ECS considera as taxas de vazamento permitidas NFPA 13 e NFPA 25 ao dimensionar seus geradores para garantir que eles sempre acompanhem a demanda do sistema.