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新型压缩空气方案制备高纯氮气助力激光应用

  自1998年以来,Hohmann设备制造公司为医疗器械、制药业、餐饮业以及家具制造业的客户提供优质钢专用设备。

新型压缩空气方案制备高纯氮气助力激光应用
 

新型压缩空气方案制备高纯氮气助力激光应用

  Ulrich Hohmann习惯于任何事情都亲力亲为。例如,他亲手制作支座,以便他在公司附近的厂房屋顶安装太阳能设备,由此该厂房的耗电量几乎下降了一半。这样至少使该企业的老板在一定程度上不受电价因素的影响。自2015年秋季以来,Ulrich Hohmann在其公司的激光切割加工生产作业中使用自己制造的能源。

  自1998年以来,Hohmann设备制造公司为医疗器械、制药业、餐饮业以及家具制造业的客户提供优质钢专用设备。在此期间,该公司的16名工作人员一直致力于实现工业制造高度现代化。这种高度现代化的工业制造的核心设备是一台全自动化激光切割机。Hohmann设备制造公司使用这台全自动化激光切割机完成了2/3的客户订单作业。Hohmann设备制造公司的老板Ulrich Hohmann 解释说:“在对优质钢工件进行激光切割时,使用氮气使得工件切割边缘上不产生氧化层。为此,需要氮浓度达到5.0,也就是达到99.999%。”

  “每当我使用较低浓度的氮气或压缩空气进行激光切割时,便会出现回火色,正是因为这样可能会使切割工件出现腐蚀点。因为我的公司从事于为医疗器械、制药业、餐饮业以及家具制造业的客户提供优质钢专用设备,所以必须避免切割工件上出现腐蚀点。此外,我们的激光切割机的光束路径需要用氮来送风。”

  以前,Hohmann设备制造公司使用的是供气公司提供的捆绑在一个托盘上的瓶装氮。但是Hohmann设备制造公司会因为瓶装氮的订货情况以及高效激光切割机的用氮量,导致近年来的生产成本不断增加。Ulrich Hohmann说:“一个简便的法则告诉我们,一周里到固定的液化气站充两个托盘的瓶装氮气是合适的。”他说,“充液化氮需要开车进入一个大斜坡的充气车间,这需要人员使用一部拖车艰难的倒行将气瓶送入充气车间,对我们来说,这样做相当麻烦。此外,我本人又是一个热衷于自主技术解决方案的人,因此我便寻求自己制造氮气的可能性。”通常,在进行切割作业时,激光切割机使用的是压力不低于3MPa的氮气。

  制造压力不低于3MPa高压的氮气

  采用市场上常见的氮气发生器不可能制造出此类高压氮气。最终,位于Essen的Atlas Copco压缩机和压力空气技术有限公司的一个零售商——位于Rastatt的Merz压力空气技术有限公司提供了一个技术解决方案。Merz压力空气技术有限公司的总经理Christoph Merz介绍说:“通常市场上的氮气发生器只能制造压力为1MPa的氮气。为了满足Hohmann设备制造公司的需要,我们与Atlas Copco压缩机和压力空气技术有限公司共同研发了一个完整的系统。该系统由两台GA 11 VSD + FF型转数调节的螺杆压缩机、一台NGP 50+型氮发生器和一台助推器组成。”Christoph Merz总经理在介绍该技术解决方案时说:“这样,我们便能够生成20MPa,甚至最大为30MPa的压力,并且能够将氮气缓存到一个托盘上的储氮瓶内。”

  目前,Hohmann设备制造公司需要夜以继日的制造氮气,并将制造的氮气加压至20MPa储入瓶内,在生产中所使用的氮的剩余压力为4~8MPa。Hohmann设备制造公司制造浓度为5.0(氮输入端的压力为0.75MPa)的氮气,氮气的最大输送量为12.6m3/h。如果该公司每天3班轮流作业,那么理论上该公司自行制造的氮输送量大于其生产所需抽取氮气的量。Ulrich Hohmann说:“考虑到噪声污染问题,所以我们在夜间生产氮气。”他对此解释说,“因为生产氮气时,氧气从发生器中排出的声音相当高,我们不希望由此加大我们生产中的噪音水平。此外,因为一整夜在生产氮气,所以早晨整个车间也会由于压缩机的排气而得到很好的预热。”

  决定采用租约模式

  在作出购置制造氮气设备的决定之前,Ulrich Hohmann和Christoph Merz两人进行了一系列的对比核算。在此,他们从最坏的情况出发进行核算,Christoph Merz认为,“与采用Merz压力空气技术有限公司提供的制造氮气方案相比,采用托盘上的储氮瓶方法使用的氮气贵2~3倍。所以,采用新的制氮设备则意味着节省,与罐装充气方法相比,新的制氮设备在经济上并没有明显的优势。但是对于我来说,能够自主制造氮气和预热车间则具有决定性意义。”

  之后,Merz压力空气技术有限公司为Hohmann设备制造公司提供了一个长达5年的租赁氮气发生器和助推器合同服务。Ulrich Hohmann说:“在该租赁合同期满时,我有可能得到租赁的氮气发生器和助推器或得到新的氮气发生器和助推器。”在长达60个月的设备租赁合同期限内,Hohmann设备制造公司每个月付出的租赁费相当于该公司采取储氮瓶充气方法购买氮气所付的花费。

  良好的利用性是决定性因素

  在规划该供氮技术方案的同时,Merz压力空气技术有限公司还对压力氮气发生器进行了新的改进。Hohmann设备制造公司投资购置了Atlas Copco压缩机和压力空气技术有限公司的两台GA 11 VSD + FF型转数调节的螺杆压缩机。目前,这两台螺杆压缩机除了用于氮气发生器外,还用于获取Hohmann设备制造公司其他用途的压力空气。Ulrich Hohmann说:“我们旧的空气压缩机所提供的压缩空气的质量导致出现了越来越多的问题。因为以前我们激光的光路不是用氮气而是用压缩空气通风的,所以必须做到绝对无油,否则会伤及激光。”他强调说,“此外,我们老的空气压缩机虽然购置费用很合算,但是保养维修的工作量很大。我们从中学到了经验,所以从长远的低成本运行的角度出发,投资了一个新的压缩空气工作站。”

  在规划新的压缩空气工作站的过程中,重要的因素是工作站的可利用性和与之相关的生产安全性。因为如果一台空气压缩机出了故障,那么制氮也就停止。出于这样的原因,必须购置第二台空气压缩机作为备用。目前,在Hohmann设备制造公司两台空气压缩机轮流使用,一周轮换一次。Christoph Merz说:“为了规划空气压缩机,我们对Hohmann设备制造公司这方面的需求进行了测试。得出的结论是,如果不考虑制氮的需求,该公司平均压缩空气需求量为25L/s,最大需求量为30L/s。这些压缩空气用于Hohmann设备制造公司的冲模机、折边冲压机、激光机和工件去飞刺等作业的需要,同时也用于工位吹刷作业的需要。在此,一台GA 11 VSD型转数调节的螺杆压缩机便可产生设备运行所需的0.75MPa~0.71MPa和3.2MPa/s的压缩空气。”Christoph Merz表示,在此,其实一台压缩机便能够满足该公司设备运行的需要。当该公司需要时,第二台GA 11 VSD型空气压缩机也可用于全天制造氮气的作业。

  为了从技术的角度确保为激光切割机提供不含油的氮气,Merz压力空气技术有限公司为两台空气压缩机装上了一个压缩空气处理装置,该压缩空气处理装置的主要部件是一台主动活性炭过滤器和一台细滤器。现在,Hohmann设备制造公司也将该压缩空气处理装置用于氮气设备。Christoph Merz解释说:“为了不使氮气发生器受损,需要强制性使用这两个过滤器。”

  经济的制造氮气

  Hohmann设备制造公司首先制造压力为0.75MPa的压缩空气,并且对压缩空气进行净化,然后缓存在一个1000L的储气罐内。由该1000L储气罐为氮气发生器供气。在氮气达到所要求的纯度前,需要多次为氮气发生器供0.75MPa的压缩空气。接着将氮气储入一个储存器内,之后在助推器里进行再加压。“如果我们的客户能够经济的制造压缩空气,这也有利于降低氮气生产成本。”Christoph Merz解释说:“在氮气生产中,由于压缩空气的因素可使空气压缩机的经济效益呈5倍的增长。如果设纯压缩空气制造的因素为1;那么,对于浓度为5.0的氮气来说,压缩空气的因素便为5.5。这就是说,为了制造1m3的氮气,我就需要5.5m3的新的NGP+型氮气发生器。”与以前提供的氮发生器相比,Atlas Copco压缩机和压力空气技术有限公司提供的新的NGP+型氮发生器空气比更佳。”这些新的NGP+型氮发生器生产效益更好,在压缩空气用量相同的情况下,新的NGP+型氮发生器生产的氮气更多。联邦德国经济和出口监管局(Bafa)为效益好的GA-VS-D+设备最多提供30%的资助。由此,便减少了企业对该设备的投资,此外还缩短了设备的摊提期。

  Ulrich Hohmann与Merz压力空气技术有限公司不仅签订了空气压缩机的租约合同,还签订了氮气制造设备的租约合同,Merz压力空气技术有限公司为Ulrich Hohmann提供了一个5年期的全额保险。 Ulrich Hohmann作为Hohmann设备制造公司的老板和总经理对该“全方位无忧打包合同”感到高兴。他说:“现在,我们不用考虑空气压缩机的保养维护。由于签订了打包合同,我们能够顺利得到备用空气压缩机。”Atlas Copco压缩机和压力空气技术有限公司采用Smartlink远程监控模块对该制氮设备进行全自动化监控,并报告设备保养维护日期以及设备故障。Smartlink远程监控模块安装在空气压缩机内和氮气发生器内。需要时可远程读入设备的所有参数。这样不仅能够及时规划设备的保养维护,而且在进行设备保养维护时,Merz压力空气技术有限公司的维修保养团队还能够主动作出反应。

  Christoph Merz说:“对于我们来说,这是第一个此种类型的项目。我们对涉及到设备成本和摊提期的所有问题进行了最为细致的核算和认真研究。总之,这是一个很棒的设备,对于Merz压力空气技术有限公司和Atlas Copco压缩机和压力空气技术有限公司来说,该设备是一个能够证明实力的设备。现在,我们实现了自主封闭式氮气制造。我本人完全赞同该项目,并且会随时再实施这样的项目。”

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