hur en Kvävegenerator fungerar: PSA vs. Membranseparationsteknik

användningen av kvävgas har blivit standardmetoden för att förhindra korrosion i torra rör-och preaktionssprinklersystem.

genom att eliminera närvaron av syre i systemrören minimeras korrosion och deponeringsbildning. Detta hjälper till att minska risken för läckage och förhindrar bildandet av obstruktivt material, vilket säkerställer att systemet fungerar som utformat vid brand.

medan kväveflaskor har använts som kvävekälla på vissa små system, begränsar behovet av att ofta byta ut cylindrar och risken för falska resor på grund av förlust av tryckunderhållsgas effektiviteten av detta tillvägagångssätt. Snarare har installationen av kvävegeneratorer som en permanent kvävekälla blivit den föredragna metoden, både för nya och befintliga installationer.

när det gäller kvävegenereringsteknik finns det två primära metoder för att producera kvävgas på plats: Kväveseparationsmembran och Trycksvängningsadsorption (PSA).

medan varje tillvägagångssätt har sina fördelar och nackdelar, gör flera viktiga fördelar ECS membranbaserade generatorer det perfekta valet för brandsprinklerindustrin:

– behöver inte lufttorkar på speciell inloppsmatningsluftfiltrering
– lägre vikt, mindre installerat fotavtryck
– enkelt underhåll/reparation
– ge industristandard 98% kväve

för att bättre förstå de viktigaste skillnaderna mellan de två typerna av generatorer måste du först förstå hur de producerar kväve. Medan båda typgeneratorerna producerar kvävgas med hög renhet från tryckluft, gör de det på två tydligt olika sätt, vilket har stor inverkan på hur de utformas och underhålls.

Membranseparation: hjärtat i en kvävegenerator med Membranseparationstekniken är inte överraskande separationsmembranet. Membranet består av tusentals ihåliga fibrer som tryckluft passerar genom. Väggarna i varje fiber är permeabla för gasmolekyler, men vissa gaser kan passera lättare än andra. Dessa ’snabba’ gaser, inklusive syre, CO2 och vattenånga, passerar genom fiberväggarna och är uttömda till atmosfären. Den ’långsamma’ gasen, kväve, passerar genom fiberväggen mycket långsammare, vilket ger en kväveström med hög renhet vid membranutloppet. Det finns inga rörliga delar till membranet, helt enkelt styra trycket och flödeshastigheten av tryckluft genom membranet resulterar i hög renhet kväveproduktion.
Tryck Swing Adsorption (PSA): PSA kväve generatorer använder kol molekylsikt (CMS) material för att strippa syre från källan tryckluft. CMS-material består av poröst kol med finstyrd porstorlek. När tryckluft passerar över materialet adsorberas syremolekyler i porerna, medan de större kvävemolekylerna kan passera igenom till avgaserna. Så småningom kommer CMS att bli mättat med syremolekyler och gasseparation kommer inte längre att ske.

av denna anledning är PSA-generatorer alltid utformade med två eller flera adsorptionskolumner. En kolonn separerar aktivt gas, medan den andra regenereras genom att passera kväve med hög renhet genom den för att ta bort syret och uttömma det som en avgaser. Generatorn växlar mellan de två kolumnerna ungefär var 60: e sekund. Behovet av att växla mellan de två adsorptionskolumnerna resulterar i behovet av flera automatiserade reglerventiler, vilket kraftigt ökar de potentiella felpunkterna i enheten. Dessutom krävs en kvävebufferttank för att säkerställa ett konstant tryck och flödeshastighet under växlingen mellan de två adsorptionskolumnerna.

behöver jag en lufttork eller någon annan speciell filtrering på min lufttillförsel?

Membranseparation: Varje generator innefattar in-line filtrering för att avlägsna partiklar, flytande vatten, och överföra kolväten från luftströmmen innan de kommer in i separationsmembranet. Air Products prisms användning av ECS-membran är utformad för att filtrera bort vattenånga, vilket eliminerar behovet av en kyl-eller torkmedelstork uppströms av enheten.
Trycksvängningsadsorption (PSA): PSA-enheter inkluderar vanligtvis in-line-filtrering av partiklar och överför kolväten i sin källluftledning för att skydda CMS-materialet. Men till skillnad från Luftprodukter prismax-membran kan CMS-materialet i PSA-enheter påverkas negativt av vatten/vattenånga i gaskällan. Vattenånga skulle också adsorberas av CMS-materialet, vilket minskar effektiviteten i separationsprocessen och resulterar i kväve med lägre renhet.

dessutom, om det finns någon överföring av vatten eller om kondens uppstår i adsorptionstankarna, kan CMS-materialet skadas. Flytande vatten kan leda till kanalisering av CMS-materialet, vilket resulterar i felaktigt luftflöde genom sängen och minskad produktion. I vissa fall kan CMS skadas irreparabelt och behöver fullständig ersättning. Av denna anledning kommer PSA-generatorer alltid att kräva en kyltork på inloppsgasströmmen, vilket resulterar i en annan potentiell felpunkt och ökad elförbrukning.

finns det några skillnader i storlek/vikt/fotavtryck för de två metoderna för kvävegenerering?

Membranseparation: Eftersom membranseparationstekniken kräver så få rörliga delar har ECS kunnat konstruera sina system för att ha det minsta fotavtrycket av alla kvävegeneratorer som för närvarande finns på marknaden. Dessutom använder ECS en fyllnings-och rensningsmetod för att inertera brandsprinklersystemen, vilket eliminerar behovet av en kvävelagrings – /bufferttank, vilket ytterligare minskar utrustningens fotavtryck och ger betydande besparingar och material-och arbetsinstallationskostnader.
Tryck Swing Adsorption (PSA): De tillagda kontrollerna, ventilerna, adsorptionsbäddarna, kyltorken och kvävebufferttanken som krävs av PSA-metoden resulterar i betydligt tyngre och skrymmande utrustning. Detta resulterar i högre installationskostnader och större utrymmeskrav vid installationsplatsen.

vad är den förväntade livslängden för utrustningen, och vad är den resulterande kostnaden för att reparera?

Membranseparation: som alla andra sålda produkter finns det flera tillverkare av kvävemembran, vissa producerar en högkvalitativ produkt och vissa producerar ett värdealternativ. Sedan starten har ECS använt Air Products PRISM-membran som representerar den högsta kvaliteten på tillgänglig teknik. Luftprodukter uppfann kväve membran separation teknik på 1970-talet och har fortsatt att förbättra den.

för närvarande är deras membran konstruerade för en livslängd på tjugo (20) år vid en 100% arbetscykel (i brandskyddsindustrin använder vi membranet vid högst en 10% arbetscykel). Kostnaden för att ersätta ett membran är högst 25% av kostnaden för kvävegeneratorn. Vidare är arbetet med att ersätta ett kvävemembran i fältet minimalt och kan utföras inom en timme av en brandsprinklermontör för att få enheten igång igen och brandskyddssystemet tillbaka i drift.
Trycksvängningsadsorption (PSA): de flesta PSA-tillverkare rapporterar att CMS-materialet har en typisk livslängd på 20+ år om korrekt underhåll och luftfiltrering utförs. Det som dock inte är klart är om byte av CMS kan utföras av personal på plats, eller om det krävs en tillverkarens representant för att utföra bytet. Arbetet skulle innebära demontering av de två adsorptionskolumnerna, borttagning av det gamla CMS-materialet och ompackning av kolumnerna till originalspecifikationer med nytt CMS-material.

de ompackade kolumnerna måste sedan testas för att säkerställa korrekt gasseparation. Detta är en arbetsintensiv övning som måste utföras medan enheten är ur drift, vilket resulterar i förlust av tillsynsgas till torr-och preaktionssprinklersystemen. Förutom CMS-materialet lägger den extra komplexiteten hos PSA-generatorer till ytterligare felpunkter för utrustningen, både på styrutrustningen och de automatiserade ventilerna som växlar flödet mellan de två adsorptionskolumnerna. Eventuella fel i dessa komponenter skulle leda till att systemet går ur drift.

finns det en skillnad i produktionshastighet eller gasrenhet mellan de två typerna av kvävegeneratorer?

Kväveseparationsmembran kan vanligtvis producera kväve vid renhet upp till 99,5%, medan PSA-kvävegeneratorer kan uppnå renhet upp till 99,9995%. Realistiskt har skillnaden i potentiell renhet mellan de två ingen betydelse i brandsprinklerindustrin, där 98% kväve renhet har blivit branschstandard för korrosionskontroll.

som med luftkompressorer finns kvävegeneratorer i en mängd olika modeller med olika kväveproduktionshastigheter. ECS har ett sortiment av åtta (8) kvävegeneratorer för att möta ett brett spektrum av applikationer, från ett enda litet torrt rörsystem till en anläggning skyddad av 25+ system som alla matas av en enda kvävegenerator. ECS anser både NFPA 13 och NFPA 25 tillåtna läckor när dimensionering dess generatorer för att säkerställa att de alltid kommer att hålla jämna steg med efterfrågan systemet.