Преимущества генерации азота на месте для лазерной резки

В структуре затрат на лазерную резку вспомогательный газ часто является сложной переменной. Он не является фиксированным и предсказуемым, как амортизация оборудования, и не прозрачен, как электроэнергия. Его цена колеблется в зависимости от рыночных цен на газ, расстояний доставки и графиков поставщиков. В начале месяца цена на баллонный азот может быть на одном уровне; к концу месяца она может значительно вырасти. Хуже того, никогда нельзя точно рассчитать, сколько баллонов вам понадобится в этом месяце. Когда заказы низкие, газ простаивает и улетучивается. Когда заказы резко возрастают, баллоны заканчиваются, станки ждут газа, а режущие головки простаивают.

В этом заключается фундаментальный недостаток традиционной модели закупки газа из внешних источников: затраты на газ не контролируются, и цепочка поставок находится вне вашего контроля. По сути, система генерации азота на месте превращает «азот» из закупаемого товара в собственное производственное предприятие, выпускающее его по требованию, производя ровно столько, сколько необходимо, с фиксированными затратами и автономным снабжением.

В этой статье не будет углубляться в теорию молекулярных сит. Она сосредоточится исключительно на том, что важно для вашей мастерской: экономика, стабильность и дополнительные преимущества.

Компромисс между стоимостью и эффективностью при использовании трех методов поставок

Давайте посчитаем. В настоящее время существует три основных способа подачи азота для лазерной резки: баллоны высокого давления, сосуды Дьюара с жидким азотом (LIN) и генерация азота на месте.

Азот в цилиндре это самый дорогостоящий подход. Один 40-литровый баллон с давлением 15 МПа содержит приблизительно 5,5-6,0 стандартных кубических метров (Нм³). ³⁾полезного газа. Стоимость поставки промышленного высокочистого азота (99,99%) может быть значительной в расчете на один баллон, что приводит к высокой стоимости за кубический метр. Типичный мощный лазерный станок для резки углеродистой стали толщиной 10 мм с использованием азота может потреблять 50-80 Нм³ в час. При таком уровне потребления только почасовая стоимость газа может стать значительной статьей операционных расходов. При работе в две смены подряд ежемесячный счет за азот может легко составить значительную часть общих затрат. И это даже не учитывает простои во время замены баллонов, площадь, занимаемую хранением баллонов, или риск повышения цен во время летнего дефицита поставок.

Жидкий азот (LIN) это несколько снижает себестоимость единицы продукции, но все еще влечет за собой значительные логистические и складские издержки. Однако жидкий азот страдает от физических потерь: независимо от качества изоляции сосуда Дьюара, ежедневные потери при испарении составляют 0,5–1%. Если система работает не на полную мощность и останавливается на выходные, жидкий азот в резервуаре незаметно испаряется. Кроме того, для использования жидкого азота требуется отдельный резервуар для хранения и испарители, значительная площадь помещения, а также строгие требования пожарной безопасности и соответствия нормативным требованиям.

Производство на месте подобная логика совершенно иная. Вы оплачиваете первоначальные затраты на приобретение и установку оборудования. После этого текущие затраты на газ состоят всего из двух статей: электроэнергии и технического обслуживания. Для системы генерации азота PSA, работающей с лазером мощностью 6 кВт и имеющей чистоту 99,99%, соотношение подаваемого сжатого воздуха к производимому азоту составляет приблизительно 6–7:1. Для производства 80 Нм³ азота требуется приблизительно 480–560 Нм³ сжатого воздуха. Стоимость электроэнергии зависит от местных тарифов и эффективности компрессора, но итоговая стоимость азота, как правило, составляет лишь небольшую часть от стоимости баллонного или жидкого азота. Важно отметить, что эта стоимость фиксирована и предсказуема.

Прибыль от металлообработки иногда заключается не в стоимости обработки, а в экономии на затратах на газ.

В таблице ниже приведено краткое описание различий между тремя методами снабжения:

Как генерация азота методом PSA/мембранной обработки соответствует требованиям к чистоте при лазерной резке

Существует два основных технологических пути генерации азота на месте: адсорбция при переменном давлении (PSA) и мембранная сепарация. Raysoar механизм разделения кислорода и азота с помощью углеродных молекулярных сит уже подробно описан в статье о работе генераторов азота PSA. Здесь мы не будем повторять эти принципы, сосредоточившись вместо этого на вопросах чистоты, непосредственно связанных с резкой.

Система генерации азота PSA обеспечивает чрезвычайно широкий диапазон регулируемой чистоты, от 92% до 99,999%, при этом стабильно достигается требуемая чистота. Для лазерной резки нержавеющей стали и алюминия требуемая чистота азота обычно составляет от 99,9% до 99,99%. Система PSA работает с максимальной энергоэффективностью при чистоте 99,9%, достигая оптимального экономического баланса между объемом и чистотой газа. Система генерации азота с мембранным охлаждением, напротив, обычно достигает максимума при чистоте 99,5%, и вблизи этого предела выход газа резко падает, а потребление воздуха резко возрастает. Именно поэтому система PSA является абсолютным фаворитом в условиях промышленной лазерной резки.

Ниже приведено краткое сравнение пригодности двух технологий для сценариев лазерной резки:

Практическое значение чистоты очень ощутимо. При резке нержавеющей стали, если чистота азота недостаточна (например, ниже 99,9%), остаточный кислород будет реагировать с хромом и железом в горячем пропиле, образуя серо-голубые или коричневые полосы на поверхности среза. Повышение чистоты выше 99,99% восстанавливает серебристо-белый блестящий вид. Таким образом, чистота — это не просто числовое значение; она напрямую определяет, можно ли поставлять готовые детали без дополнительной обработки.

Система PSA позволяет поддерживать чистоту на любом желаемом целевом уровне, при этом колебания обычно контролируются в пределах ±0,1%. Такую стабильность не могут обеспечить ни баллонный газ, ни жидкий азот — разные партии баллонов могут иметь незначительные колебания чистоты, тогда как при производстве на месте вы контролируете и используете именно то, что производите.

Пять основных преимуществ генерации азота на месте.

Если сложить экономические и технологические аспекты, преимущества, которые система подачи азота на месте эксплуатации приносит производственному предприятию, можно свести к пяти ключевым моментам.

1.Устранить риски волатильности цен и перебоев в поставках. Газовый рынок цикличен. Ограничения поставок зимой, летние плановые остановки для технического обслуживания и ограничения на транспортировку — всё это приводит к росту цен. Самостоятельная генерация полностью избавляет вас от зависимости от уведомлений поставщиков о повышении цен. Ваше собственное оборудование, пока оно работает, производит газ. Слова «дефицит» не существует.

2. Исключить простои, связанные с заменой цилиндров. Баллонный газ необходимо пополнять, когда он опустеет. Дьюары с жидким азотом требуют периодической заправки автоцистернами. Каждая поправка газа приводит к остановке производства. Генерация газа на месте работает круглосуточно и без перерывов. В тот момент, когда режущему станку нужен газ, он поступает.

3. Преобразовать переменную стоимость газа в фиксированную. Это качественная финансовая трансформация. Стоимость баллонного газа колеблется в зависимости от объема производства; чем больше вы сокращаете объем, тем выше счет за газ. При использовании собственной генерации фиксированные капиталовложения и низкие затраты на техническое обслуживание превращают счет за газ в стабильную и предсказуемую сумму. Получение крупного заказа больше не означает потерю контроля над расходами на газ, а расчет стоимости становится гораздо точнее.

4. Возможность регулирования чистоты азота в зависимости от материала. Для резки нержавеющей стали можно использовать азот высокой чистоты 99,99%, а при резке углеродистой стали с использованием газовой смеси можно снизить чистоту для увеличения производительности. Система Raysoar BCP M Series (система PSA с функцией смешивания газов) поддерживает переключение заданного значения чистоты одним нажатием кнопки — такая гибкость процесса недоступна при использовании газа извне.

5. Саморегулирующееся давление подачи. Система генерации азота выдает именно то давление, которое необходимо вашей производственной линии. Нет необходимости добавлять станции понижения и стабилизации давления только для адаптации к фиксированному номинальному давлению газовых баллонов. Газовый тракт проще, а давление более стабильно.

Краткий анализ окупаемости инвестиций

Давайте воспользуемся простейшей логикой, чтобы рассчитать окупаемость инвестиций в систему генерации азота на месте. Хотя точный срок окупаемости зависит от объема потребления, местных цен на газ и стоимости системы, хорошо спроектированная система генерации азота на месте часто окупается в течение относительно короткого периода непрерывной работы. Для потребителей с большими объемами окупаемость инвестиций может быть достигнута за месяцы, а не за годы. После полной амортизации оборудования экономия напрямую отражается на итоговой прибыли. После этого стоимость газа снижается почти до стоимости электроэнергии, и после окончания амортизации оборудования экономия становится практически чистой прибылью.

Точный срок окупаемости зависит от объема потребления и местных цен на баллонный газ. Чем выше потребление и дороже баллонный газ, тем быстрее окупается срок. Если вы в настоящее время используете жидкий азот, окупаемость может быть немного дольше. Однако, с учетом потерь на испарение и затрат на аренду сосуда Дьюара, внедрение установок генерации азота серии BCE от Raysoar по-прежнему обеспечивает значительные экономические выгоды.

Расширенные возможности применения: повышение ценности за счет многоцелевого использования.

Азот, производимый системой на месте, используется не только для режущей головки. Тот же источник может обеспечивать подачу азота в ответвления трубопроводов для герметизации лазерного луча под избыточным давлением, продувки трубопроводов и антиокислительного хранения полуфабрикатов или сырья. Например, заготовки из высокопрочной стали, ожидающие резки, могут временно храниться в атмосфере азота для образования инертного защитного слоя, предотвращающего коррозию. Расширив это на другие точки потребления газа на предприятии, такие как защитный газ для лазерной сварки или защита от коррозии листового металла после гибки, единая система генерации азота еще больше снижает общие затраты на газ.

Комплексная система генерации азота на месте от компании Raysoar

Raysoar предлагается не изолированный генератор азота, а интегрированная система генерации азота на месте, напрямую подключенная к вашей лазерной производственной линии. От выбора воздушного компрессора и конфигурации холодильных осушителей и фильтров до настройки чистоты и проектирования трубопровода генератора азота — все планируется с учетом параметров газа вашей линии. В результате вы получаете комплексную систему, которая выдает стабильный, чистый азот одним нажатием кнопки, помогая вам превратить затраты на азот из неконтролируемой внешней переменной в предсказуемую, управляемую фиксированную статью расходов.

Сделайте поставку азота такой же стабильной, доступной и контролируемой, как поставку воды и электроэнергии. -в этом и заключается ценность генерации электроэнергии на месте.