Výhody výroby dusíka na mieste pre laserové rezanie

V štruktúre nákladov na laserové rezanie je pomocný plyn často nepríjemnou premennou. Nie je fixný a predvídateľný ako odpisy zariadení, ani transparentný ako elektrina. Kolíše v závislosti od trhových cien plynu, logistických vzdialeností a harmonogramov dodávateľov. Na začiatku mesiaca môže byť dusík vo fľašiach na jednej cenovej úrovni; na konci mesiaca môže byť výrazne vyššia. A čo je ešte horšie, nikdy nemôžete presne vypočítať, koľko fliaš budete tento mesiac potrebovať. Keď sú objednávky nízke, plyn zostáva nevyužitý a uniká. Keď objednávky prudko stúpajú, fľaše sa míňajú, stroje čakajú na plyn a rezacie hlavy stoja na pokoji.

Toto je základná chyba tradičného modelu externého získavania plynu: náklady na plyn sú nekontrolovateľné a dodávateľský reťazec nie je vo vašich rukách. Systém výroby dusíka na mieste v podstate transformuje „dusík“ z obstarávanej komodity na vlastnú výrobnú jednotku, ktorá vyrába na požiadanie presne toľko, koľko je potrebné, s pevne stanovenými nákladmi a autonómnymi dodávkami.

Tento článok sa nebude hlbšie zaoberať teóriou molekulových sít. Zameria sa výlučne na to, čo je pre vašu dielňu dôležité: ekonomiku, stabilitu a ďalšie výhody.

Kompromisy medzi nákladmi a efektívnosťou medzi tromi spôsobmi dodávok

Poďme si to vypočítať. V súčasnosti existujú tri hlavné spôsoby dodávania dusíka na laserové rezanie: vysokotlakové fľaše, Dewarove nádoby s kvapalným dusíkom (LIN) a výroba dusíka na mieste.

Dusík vo fľaši je najdrahší prístup. Jedna 40-litrová fľaša s tlakom 15 MPa obsahuje približne 5,5 – 6,0 štandardných kubických metrov (Nm ³⁾použiteľného plynu. Dodaná cena priemyselného dusíka s vysokou čistotou (99,99 %) môže byť značná na valec, čo sa premieta do vysokých nákladov na meter kubický. Typický vysokovýkonný laserový rezací stroj na 10 mm uhlíkovú oceľ s asistenčným plynom dusíkom môže spotrebovať 50 – 80 Nm³ za hodinu. Pri tejto spotrebe môžu byť len hodinové náklady na plyn hlavným prevádzkovým nákladom. Pri nepretržitej prevádzke na dve zmeny môže mesačný účet za dusík ľahko dosiahnuť významnú časť celkových nákladov. A to ešte nezahŕňa prestoje počas výmeny fliaš, podlahovú plochu na skladovanie fliaš ani riziko zvýšenia cien počas letných výpadkov dodávok.

Kvapalný dusík (LIN) do istej miery to znižuje náklady na jednotku, ale stále to zahŕňa značné logistické a skladovacie náklady. Kvapalný dusík však trpí fyzickými stratami: bez ohľadu na to, aká dobrá je Dewarova izolácia, denne dochádza k strate 0,5 % – 1 % vyparením. Ak nepracujete na plný výkon a cez víkend ste odstavili prevádzku, kvapalný dusík v nádrži sa potichu odparuje. Okrem toho, LIN vyžaduje samostatnú skladovaciu nádrž a odparovače, značnú podlahovú plochu a má prísne požiadavky na požiarnu bezpečnosť a dodržiavanie predpisov.

Generovanie na mieste postupuje úplne inou logikou. Platíte počiatočné náklady na nákup a inštaláciu zariadenia. Potom už priebežné náklady na plyn pozostávajú iba z dvoch položiek: elektriny a údržby. Pre systém výroby dusíka PSA, ktorý je spárovaný s laserom s výkonom 6 kW a čistotou 99,99 %, je pomer privádzaného stlačeného vzduchu k produkovanému dusíku približne 6 – 7:1. Na výrobu 80 Nm³ dusíka potrebujete približne 480 – 560 Nm³ stlačeného vzduchu. Cena elektriny závisí od miestnych cien a účinnosti kompresora, ale výsledné komplexné náklady na dusík sú zvyčajne len malým zlomkom nákladov na fľaše alebo kvapalný dusík. Dôležité je, že tieto náklady sú fixné a predvídateľné.

Zisk pri rezaní kovov niekedy nespočíva v poplatku za spracovanie, ale v ušetrených nákladoch na plyn.

Nasledujúca tabuľka sumarizuje rozdiely medzi týmito tromi spôsobmi dodávok:

Ako PSA/membránová tvorba dusíka spĺňa požiadavky na čistotu pri rezaní laserom

Existujú dva hlavné technologické postupy pre výrobu dusíka na mieste: PSA (adsorpcia s kolísavým tlakom) a membránová separácia. Raysoar už podrobne opísal mechanizmus separácie kyslíka a dusíka pomocou uhlíkových molekulových sít v článku o fungovaní generátorov dusíka PSA. Tu nebudeme opakovať princípy a zameriame sa namiesto toho na otázky čistoty priamo súvisiace s rezaním.

Generovanie dusíka PSA ponúka extrémne široký nastaviteľný rozsah čistoty, od 92 % do 99,999 %, pričom všetko je stabilne dodávané. Pre laserové rezanie nehrdzavejúcej ocele a hliníka je požadovaná čistota dusíka vo všeobecnosti medzi 99,9 % a 99,99 %. PSA pracuje s najenergeticky najúčinnejším pomerom pri čistote 99,9 %, čím dosahuje optimálnu ekonomickú rovnováhu medzi výstupným objemom a čistotou. Generovanie dusíka membránou naopak zvyčajne dosahuje maximum pri čistote 99,5 % a v blízkosti tejto hranice výstup plynu prudko klesá, zatiaľ čo pomer spotreby vzduchu prudko stúpa. Preto je PSA absolútnym hlavným prúdom v priemyselných laserových rezacích zariadeniach.

Porovnanie vhodnosti týchto dvoch technológií pre scenáre laserového rezania je zhrnuté nižšie:

Praktický dopad čistoty je veľmi hmatateľný. Pri rezaní nehrdzavejúcej ocele, ak je čistota dusíka nedostatočná (napr. pod 99,9 %), bude zvyškový kyslík reagovať s chrómom a železom v horúcom reze, čím sa na rezanej ploche vytvoria sivomodré alebo hnedasté pruhy. Zvýšenie čistoty nad 99,99 % obnoví striebornobiely lesklý povrch. Čistota teda nie je hra čísel; priamo určuje, či je možné vaše hotové diely dodať bez dodatočného spracovania.

Systém PSA dokáže uzamknúť čistotu na akejkoľvek požadovanej cieľovej hodnote s kolísaním, ktoré je zvyčajne kontrolované v rozmedzí ±0,1 %. Túto stabilitu nedokážu dosiahnuť ani plyn vo fľašiach, ani kvapalný dusík – rôzne šarže fliaš môžu mať mierne odchýlky v čistote, zatiaľ čo pri výrobe na mieste máte kontrolu a používate presne to, čo vyrábate.

Päť hlavných výhod výroby dusíka na mieste

Ak spojíme ekonomiku a technológiu, výhody, ktoré prináša systém dusíka na mieste pre výrobný závod, možno zhrnúť do piatich kľúčových bodov.

1.Eliminujte cenovú volatilitu a riziko prerušenia dodávok. Trh s plynom je cyklický. Zimné obmedzenia dodávok, letné odstávky kvôli údržbe a regulácia dopravy zvyšujú ceny. Výroba energie na mieste úplne eliminuje vašu závislosť od oznámení dodávateľov o zvýšení cien. Váš vlastný stroj, pokiaľ beží, vyrába plyn. Slovo „nedostatok“ neexistuje.

2. Eliminujte prestoje potrebné na výmenu valcov. Plyn vo fľašiach je potrebné vymeniť, keď je prázdny. Dewarove nádoby s kvapalným dusíkom vyžadujú pravidelné dopĺňanie cisterien. Každé doplnenie plynu predstavuje prerušenie výroby. Výroba plynu na mieste prebieha nepretržite 24 hodín denne, 7 dní v týždni. V momente, keď rezací stroj potrebuje plyn, je k dispozícii tok.

3. Preveďte cenu plynu z variabilnej na fixnú. Ide o kvalitatívnu finančnú transformáciu. Náklady na plyn vo fľašiach kolíšu s objemom výroby; čím viac ho znížite, tým vyšší je účet za plyn. Pri výrobe energie na mieste investície do fixného kapitálu a nízke náklady na údržbu menia účet za plyn na stabilnú a predvídateľnú sumu. Získanie veľkej objednávky už neznamená stratu kontroly nad nákladmi na plyn a cenové ponuky sa stávajú oveľa presnejšími.

4. Prepínateľná čistota dusíka podľa materiálu. Na rezanie nehrdzavejúcej ocele môžete použiť dusík s vysokou čistotou 99,99 % a pri rezaní uhlíkovej ocele zmesným plynom znížte čistotu, aby ste zvýšili výstupný objem. Séria Raysoar BCP M (systém PSA s funkciou miešania plynov) podporuje prepínanie nastavenej hodnoty čistoty jedným dotykom – túto flexibilitu procesu externý plyn neponúka.

5. Samoregulovaný prívodný tlak. Systém na výrobu dusíka dodáva presne taký tlak, aký vaša výrobná linka potrebuje. Nie je potrebné pridávať stanice na redukciu a stabilizáciu tlaku len preto, aby sa prispôsobili pevnému menovitému tlaku plynových fliaš. Cesta plynu je jednoduchšia a tlak je stabilnejší.

Stručná analýza návratnosti investície

Použime najjednoduchšiu logiku na výpočet návratnosti investícií do výroby dusíka na mieste. Zatiaľ čo presná doba návratnosti závisí od objemu spotreby, miestnych cien plynu a nákladov na systém, dobre navrhnutý systém výroby dusíka na mieste sa často zaplatí v relatívne krátkom období nepretržitej prevádzky. Pre používateľov s veľkým objemom prevádzky sa návratnosť investícií môže dosiahnuť v priebehu mesiacov, nie rokov. Po úplnom odpísaní zariadenia sa úspory priamo prejavia v konečnom dôsledku. Následne náklady na plyn klesnú takmer na úroveň nákladov na elektrinu a po skončení odpisovania zariadenia sú úspory takmer čistým ziskom.

Presná doba návratnosti investícií závisí od objemu vašej spotreby a miestnych cien plynu vo fľašiach. Čím vyššia je spotreba a čím drahší je plyn vo fľašiach, tým rýchlejšia je návratnosť investícií. Ak v súčasnosti používate kvapalný dusík, návratnosť investícií môže byť o niečo dlhšia. Avšak pri zohľadnení strát odparovaním a nákladov na prenájom Dewarovej banky prináša použitie jednotiek Raysoar BCE na výrobu dusíka s posunom špičiek stále pozoruhodné ekonomické výhody.

Rozšírené aplikácie: Zvyšovanie hodnoty prostredníctvom viacúčelového použitia

Dusík vyrobený systémom na mieste neslúži len pre rezaciu hlavu. Ten istý zdroj môže zásobovať odbočky na pretlakové utesnenie dráhy laserového lúča, čistenie potrubí a antioxidačné skladovanie polotovarov alebo surovín. Napríklad vysokopevnostné oceľové polotovary čakajúce na rezanie sa môžu dočasne skladovať v dusíkovej atmosfére, aby sa vytvorila inertná ochranná vrstva zabraňujúca hrdzaveniu. Rozšírením tohto procesu na ďalšie miesta spotreby plynu v závode – ako je ochranný plyn pre laserové zváranie alebo ochrana proti hrdzi pre plechy po ohýbaní – jediný systém na výrobu dusíka ďalej rozdeľuje celkové náklady na plyn.

Integrované nasadenie výroby dusíka na mieste od spoločnosti Raysoar

Raysoar neposkytuje izolovaný generátor dusíka, ale integrovaný systém na výrobu dusíka priamo napojený na vašu laserovú výrobnú linku. Od výberu vzduchového kompresora, konfigurácie chladiacich sušičiek a filtrov až po nastavenie čistoty a návrh potrubia generátora dusíka, všetko je integrálne plánované podľa parametrov plynu vašej linky. Konečným výsledkom je kompletný systém, ktorý produkuje stabilný, čistý dusík jediným prepnutím spínača, čo vám pomôže transformovať vaše náklady na dusík z nekontrolovateľnej externej premennej na predvídateľnú a zvládnuteľnú fixnú položku.

Zabezpečte stabilnú, na požiadanie a kontrolovateľnú dodávku dusíka ako vodu a elektrinu -to je hodnota výroby na mieste.