Výhody výroby dusíku na místě pro laserové řezání

V nákladové struktuře laserového řezání je pomocný plyn často problematickou proměnnou. Není fixní a předvídatelný jako odpisy zařízení, ani transparentní jako elektřina. Kolísá v závislosti na tržních cenách plynu, logistických vzdálenostech a harmonogramech dodavatelů. Na začátku měsíce může být cena dusíku v lahvích na jedné cenové úrovni; na konci měsíce může být výrazně vyšší. Ještě horší je, že nikdy nemůžete přesně spočítat, kolik lahví budete tento měsíc potřebovat. Když je málo objednávek, plyn zůstává nevyužitý a uniká. Když objednávky prudce stoupají, lahve docházejí, stroje čekají na plyn a řezací hlavy stojí na volnoběh.

Toto je základní chyba tradičního modelu externě dodávaného plynu: náklady na plyn jsou nekontrolovatelné a dodavatelský řetězec není ve vašich rukou. Systém výroby dusíku na místě v podstatě transformuje „dusík“ z pořizované komodity na vlastní výrobní zařízení, které vyrábí na požádání a přesně tolik, kolik je potřeba, s pevně danými náklady a autonomními dodávkami.

Tento článek se nebude podrobně zabývat teorií molekulárních sít. Zaměří se výhradně na to, co je pro vaši dílnu důležité: ekonomiku, stabilitu a další výhody.

Kompromisy mezi náklady a efektivitou mezi třemi způsoby dodávek

Pojďme si to spočítat. V současné době existují tři hlavní způsoby dodávky dusíku pro laserové řezání: vysokotlaké lahve, Dewarovy nádoby s kapalným dusíkem (LIN) a výroba dusíku na místě.

Dusíková lahev je nejdražší přístup. Jedna 40litrová láhev s tlakem 15 MPa obsahuje přibližně 5,5–6,0 standardních metrů krychlových (Nm ³⁾použitelného plynu. Dodaná cena průmyslového dusíku s vysokou čistotou (99,99 %) může být na lahev značná, což se promítá do vysokých nákladů na metr krychlový. Typický vysoce výkonný laserový řezací stroj na 10mm uhlíkovou ocel s asistenčním dusíkem může spotřebovat 50–80 Nm³ za hodinu. Při této spotřebě mohou být samotné hodinové náklady na plyn významným provozním nákladem. Při nepřetržitém provozu na dvě směny může měsíční účet za dusík snadno dosáhnout významné části celkových nákladů. A to ani nezahrnuje prostoje během výměny lahví, podlahovou plochu pro skladování lahví ani riziko zvýšení cen během letních výpadků dodávek.

Tekutý dusík (LIN) snižuje to poněkud náklady na jednotku, ale stále to zahrnuje značné logistické a skladovací režijní náklady. Tekutý dusík však trpí fyzickými ztrátami: bez ohledu na to, jak dobrá je Dewarova izolace, dochází k denní ztrátě 0,5–1 % v důsledku varu. Pokud nepracujete na plný výkon a přes víkend jste zařízení odstaveni, tekutý dusík v nádrži se tiše odpařuje. LIN navíc vyžaduje vyhrazenou skladovací nádrž a odpařovače, značnou podlahovou plochu a má přísné požadavky na požární bezpečnost a shodu s předpisy.

Generování na místě řídí se zcela jinou logikou. Platíte počáteční náklady na pořízení a instalaci zařízení. Poté se průběžné náklady na plyn skládají pouze ze dvou položek: elektřiny a údržby. Pro systém výroby dusíku PSA, který je spárován s laserem o výkonu 6 kW a má čistotu 99,99 %, je poměr přiváděného stlačeného vzduchu k produkovanému dusíku přibližně 6–7:1. K výrobě 80 Nm³ dusíku potřebujete přibližně 480–560 Nm³ stlačeného vzduchu. Cena elektřiny závisí na místních sazbách a účinnosti kompresoru, ale výsledné celkové náklady na dusík jsou obvykle jen malým zlomkem nákladů na lahve s dusíkem nebo kapalný dusík. Důležité je, že tyto náklady jsou pevně dané a předvídatelné.

Zisk při obrábění kovů někdy nespočívá v poplatku za zpracování, ale v ušetřených nákladech na plyn.

Níže uvedená tabulka shrnuje rozdíly mezi těmito třemi způsoby dodávek:

Jak generování dusíku pomocí PSA/membrán splňuje požadavky na čistotu při řezání laserem

Existují dva hlavní technologické postupy pro výrobu dusíku na místě: PSA (adsorpce s kolísáním tlaku) a membránová separace. Raysoar již podrobně popsal mechanismus separace kyslíku a dusíku pomocí uhlíkových molekulárních sít v článku o fungování generátorů dusíku PSA. Zde nebudeme principy opakovat a zaměříme se místo toho na otázky čistoty přímo související s řezáním.

Generování dusíku PSA nabízí extrémně široký nastavitelný rozsah čistoty, od 92 % do 99,999 %, vše stabilně dodávané. Pro laserové řezání nerezové oceli a hliníku je požadovaná čistota dusíku obecně mezi 99,9 % a 99,99 %. PSA pracuje s nejvyšší energetickou účinností při čistotě 99,9 % a dosahuje optimální ekonomické rovnováhy mezi výstupním objemem a čistotou. Generování dusíku membránovou metodou naopak obvykle dosahuje maxima při čistotě 99,5 % a v blízkosti této hranice výstup plynu prudce klesá, zatímco spotřeba vzduchu prudce stoupá. Proto je PSA absolutním mainstreamem v průmyslovém laserovém řezání.

Srovnání vhodnosti obou technologií pro scénáře laserového řezání je shrnuto níže:

Praktický dopad čistoty je velmi hmatatelný. Při řezání nerezové oceli, pokud je čistota dusíku nedostatečná (např. pod 99,9 %), bude zbytkový kyslík reagovat s chromem a železem v horkém řezu a na řezné ploše vznikají šedomodré nebo hnědé pruhy. Zvýšení čistoty nad 99,99 % obnoví stříbrobílý lesklý povrch. Čistota tedy není hra čísel; přímo určuje, zda lze hotové díly dodat bez následného zpracování.

Systém PSA dokáže uzamknout čistotu na jakékoli požadované cílové hodnotě s kolísáním obvykle kontrolovaným v rozmezí ±0,1 %. Tuto stabilitu nedokáže dosáhnout ani plyn v lahvích, ani kapalný dusík – různé šarže lahví mohou mít mírné rozdíly v čistotě, zatímco u výroby na místě máte kontrolu a používáte přesně to, co vyrábíte.

Pět hlavních výhod výroby dusíku na místě

Pokud spojíme ekonomické a technologické aspekty, výhody, které systém s dusíkem na místě přináší výrobnímu závodu, lze shrnout do pěti klíčových bodů.

1.Eliminujte cenovou volatilitu a riziko narušení dodávek. Trh s plynem je cyklický. Zimní omezení dodávek, letní odstávky kvůli údržbě a regulace dopravy, to vše zvyšuje ceny. Výroba plynu na místě zcela odděluje vaši závislost na oznámeních o zvýšení cen od dodavatelů. Váš vlastní stroj, dokud běží, vyrábí plyn. Slovo „nedostatek“ neexistuje.

2. Eliminujte prostoje z důvodu výměny válců. Plyn v lahvích je třeba vyměnit, když je prázdný. Dewarovy nádoby s kapalným dusíkem vyžadují pravidelné doplňování cisteren. Každé doplnění plynu představuje přerušení výroby. Výroba plynu na místě probíhá nepřetržitě 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. V okamžiku, kdy řezací stroj potřebuje plyn, je k dispozici tok.

3. Převeďte cenu plynu z variabilní na fixní. Jedná se o kvalitativní finanční transformaci. Náklady na plyn v lahvích kolísají s objemem produkce; čím více spotřebujete, tím vyšší je účet za plyn. Díky výrobě plynu na místě se díky investicím do fixního kapitálu a nízkým nákladům na údržbu účet za plyn stává stabilní a předvídatelnou částkou. Získání velké zakázky již neznamená ztrátu kontroly nad náklady na plyn a cenové nabídky se stávají mnohem přesnějšími.

4. Přepínatelná čistota dusíku podle materiálu. Pro řezání nerezové oceli můžete použít dusík s vysokou čistotou 99,99 % a při řezání uhlíkové oceli směsným plynem snižte čistotu pro zvýšení výstupního objemu. Řada Raysoar BCP M (systém PSA s funkcí směšování plynů) podporuje přepínání nastavené hodnoty čistoty jedním dotykem – tuto flexibilitu procesu externě dodávaný plyn nemůže nabídnout.

5. Samoregulační přívodní tlak. Systém generování dusíku produkuje přesně takový tlak, jaký vaše výrobní linka potřebuje. Není třeba přidávat redukční a stabilizační stanice jen proto, aby se přizpůsobilo pevnému jmenovitému tlaku plynových lahví. Cesta plynu je jednodušší a tlak stabilnější.

Stručná analýza návratnosti investice

Použijme nejjednodušší logiku k výpočtu návratnosti investice do výroby dusíku na místě. Přestože přesná doba návratnosti závisí na objemu spotřeby, místních cenách plynu a nákladech na systém, dobře navržený systém výroby dusíku na místě se často zaplatí během relativně krátké doby nepřetržitého provozu. Pro uživatele s velkým objemem provozu lze návratnost investice dosáhnout spíše v měsících než v letech. Jakmile je zařízení plně odepsáno, úspory se přímo projeví v konečném důsledku. Poté náklady na plyn klesnou téměř na cenu elektřiny a jakmile odepisování zařízení skončí, úspory se téměř promítnou do čistého zisku.

Přesná doba návratnosti závisí na objemu vaší spotřeby a místních cenách plynu v lahvích. Čím vyšší je spotřeba a čím dražší je plyn v lahvích, tím rychlejší je návratnost. Pokud v současné době používáte kapalný dusík, může být návratnost o něco delší. Nicméně i s přihlédnutím ke ztrátám odpařováním a nákladům na pronájem Dewarovy baňky přináší použití jednotek Raysoar pro výrobu dusíku s posunem špičky stále pozoruhodné ekonomické výhody.

Rozšířené aplikace: Zvyšování hodnoty díky víceúčelovému použití

Dusík vyrobený systémem na místě není určen pouze pro řezací hlavu. Stejný zdroj může dodávat odbočky pro přetlakové utěsnění dráhy laserového paprsku, proplachování potrubí a antioxidační skladování polotovarů nebo surovin. Například vysokopevnostní ocelové polotovary čekající na řezání lze dočasně skladovat v dusíkové atmosféře, kde se vytvoří inertní ochranná vrstva zabraňující korozi. Rozšířením této technologie na další místa spotřeby plynu v závodě – například ochranný plyn pro laserové svařování nebo ochrana proti korozi plechů po ohýbání – jediný systém výroby dusíku dále rozkládá celkové náklady na plyn.

Integrované nasazení výroby dusíku na místě od společnosti Raysoar

Raysoar neposkytuje izolovaný generátor dusíku, ale integrovaný systém pro výrobu dusíku na místě, který je přímo připojen k vaší laserové výrobní lince. Od výběru vzduchového kompresoru, konfigurace chladicích sušiček a filtrů až po nastavení čistoty a návrh potrubí generátoru dusíku je vše integrálně plánováno podle parametrů plynu vaší linky. Konečným výsledkem je kompletní systém, který produkuje stabilní, čistý dusík jediným stisknutím spínače, což vám pomůže transformovat vaše náklady na dusík z nekontrolovatelné externí proměnné na předvídatelnou a zvládnutelnou fixní položku.

Zajistěte stabilní, dle potřeby a kontrolovatelné dodávky dusíku, stejně jako vodu a elektřinu -to je hodnota výroby na místě.