ประโยชน์ของการผลิตไนโตรเจนในสถานที่สำหรับการตัดด้วยเลเซอร์

ในโครงสร้างต้นทุนของการตัดด้วยเลเซอร์ ก๊าซช่วยตัดมักเป็นตัวแปรที่สร้างความยุ่งยาก มันไม่คงที่และคาดการณ์ได้เหมือนการเสื่อมราคาของอุปกรณ์ หรือโปร่งใสเหมือนไฟฟ้า มันผันผวนตามราคาก๊าซในตลาด ระยะทางการขนส่ง และตารางเวลาของซัพพลายเออร์ ต้นเดือน ราคาก๊าซไนโตรเจนบรรจุถังอาจอยู่ที่ระดับหนึ่ง แต่พอสิ้นเดือน ราคาอาจสูงขึ้นอย่างมาก ที่แย่กว่านั้นคือ คุณไม่สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำว่าคุณจะต้องใช้ถังก๊าซกี่ถังในเดือนนี้ เมื่อคำสั่งซื้อต่ำ ก๊าซก็จะเหลือทิ้งไว้โดยไม่ได้ใช้งานและระเหยไป เมื่อคำสั่งซื้อพุ่งสูงขึ้น ถังก๊าซก็จะหมด เครื่องจักรก็จะรอก๊าซ และหัวตัดก็จะไม่ได้ใช้งาน

นี่คือข้อบกพร่องพื้นฐานของรูปแบบการจัดหาแก๊สจากภายนอกแบบดั้งเดิม: ต้นทุนแก๊สควบคุมไม่ได้ และห่วงโซ่อุปทานก็ไม่ได้อยู่ในมือคุณ โดยพื้นฐานแล้ว ระบบผลิตไนโตรเจนในสถานที่ จะเปลี่ยน "ไนโตรเจน" จากสินค้าที่จัดหามาให้กลายเป็นสาธารณูปโภคในการผลิตที่เป็นเจ้าของเอง ผลิตตามความต้องการ ผลิตได้มากเท่าที่ต้องการ ด้วยต้นทุนที่คงที่และการจัดหาที่เป็นอิสระ

บทความนี้จะไม่เจาะลึกไปถึงทฤษฎีตะแกรงโมเลกุล แต่จะเน้นเฉพาะสิ่งที่สำคัญสำหรับเวิร์คช็อปของคุณ ได้แก่ ด้านเศรษฐศาสตร์ ความเสถียร และประโยชน์เพิ่มเติม

การแลกเปลี่ยนระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพระหว่างวิธีการจัดหาทั้งสามวิธี

มาลองคำนวณตัวเลขกันดู ปัจจุบันมีวิธีการจัดหาไนโตรเจนสำหรับงานตัดด้วยเลเซอร์หลักๆ อยู่ 3 วิธี ได้แก่ ถังแรงดันสูง ถังบรรจุไนโตรเจนเหลว (LIN) และการผลิตไนโตรเจนในสถานที่

ไนโตรเจนในถัง เป็นวิธีการที่แพงที่สุด กระบอกสูบขนาด 40 ลิตร ความดัน 15 MPa หนึ่งกระบอกบรรจุปริมาตรประมาณ 5.5-6.0 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐาน (Nm³) ³⁾ของก๊าซที่ใช้งานได้ ราคาส่งมอบของไนโตรเจนบริสุทธิ์สูงระดับอุตสาหกรรม (99.99%) อาจสูงมากเมื่อพิจารณาต่อถัง ทำให้ต้นทุนต่อลูกบาศก์เมตรสูงตามไปด้วย เครื่องตัดเลเซอร์กำลังสูงที่ใช้เหล็กกล้าคาร์บอน 10 มม. โดยใช้ไนโตรเจนช่วยในการตัด สามารถใช้ก๊าซได้ 50-80 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ด้วยอัตราการใช้ก๊าซดังกล่าว ต้นทุนก๊าซต่อชั่วโมงเพียงอย่างเดียวก็อาจเป็นค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่สำคัญแล้ว หากทำงานต่อเนื่องสองกะ ค่าใช้จ่ายไนโตรเจนรายเดือนอาจคิดเป็นสัดส่วนที่สำคัญของต้นทุนทั้งหมดได้ง่ายๆ และนี่ไม่รวมถึงเวลาหยุดทำงานระหว่างการเปลี่ยนถัง พื้นที่จัดเก็บถัง หรือความเสี่ยงจากราคาที่สูงขึ้นในช่วงฤดูร้อนที่อุปทานขาดแคลน

ไนโตรเจนเหลว (LIN) การใช้ไนโตรเจนเหลวช่วยลดต้นทุนต่อหน่วยได้บ้าง แต่ยังคงมีค่าใช้จ่ายด้านโลจิสติกส์และการจัดเก็บที่สูงอยู่ดี อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนเหลวก็มีการสูญเสียทางกายภาพ ไม่ว่าฉนวนของถังเก็บจะดีแค่ไหน ก็ยังมีการสูญเสียจากการระเหย 0.5%-1% ทุกวัน หากคุณไม่ได้ใช้งานเต็มกำลังและปิดเครื่องในช่วงสุดสัปดาห์ ไนโตรเจนเหลวในถังก็จะระเหยไปอย่างเงียบๆ นอกจากนี้ ไนโตรเจนเหลวยังต้องการถังเก็บและเครื่องระเหยเฉพาะ พื้นที่ขนาดใหญ่ และมีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยและการปฏิบัติตามกฎระเบียบที่เข้มงวด

การผลิตภายในสถานที่ ระบบนี้ใช้ตรรกะที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง คุณจ่ายค่าซื้ออุปกรณ์และค่าติดตั้งล่วงหน้า หลังจากนั้น ค่าใช้จ่ายก๊าซที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจะประกอบด้วยเพียงสองรายการ คือ ค่าไฟฟ้าและค่าบำรุงรักษา สำหรับระบบผลิตไนโตรเจนแบบ PSA ที่ใช้กับเลเซอร์ 6 กิโลวัตต์ ที่มีความบริสุทธิ์ 99.99% อัตราส่วนของอากาศอัดที่ป้อนเข้าต่อไนโตรเจนที่ผลิตได้จะอยู่ที่ประมาณ 6-7:1 ในการผลิตไนโตรเจน 80 ลูกบาศก์เมตร คุณต้องใช้อากาศอัดประมาณ 480-560 ลูกบาศก์เมตร ค่าไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอัตราค่าไฟฟ้าในท้องถิ่นและประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ แต่โดยทั่วไปแล้ว ต้นทุนไนโตรเจนโดยรวมจะน้อยกว่าต้นทุนของไนโตรเจนในถังหรือไนโตรเจนเหลวมาก ที่สำคัญคือ ต้นทุนนี้คงที่และคาดการณ์ได้

กำไรจากการตัดโลหะบางครั้งไม่ได้อยู่ที่ค่าธรรมเนียมการแปรรูป แต่มาจากการประหยัดค่าใช้จ่ายด้านก๊าซ

ตารางด้านล่างนี้สรุปความแตกต่างระหว่างวิธีการจัดหาทั้งสามวิธี:

กระบวนการสร้างไนโตรเจนด้วย PSA/เมมเบรน ช่วยให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของการตัดด้วยเลเซอร์ได้อย่างไร

มีเทคโนโลยีหลักสองวิธีสำหรับการผลิตไนโตรเจนในสถานที่ ได้แก่ PSA (Pressure Swing Adsorption) และการแยกด้วยเยื่อเมมเบรน Raysoar ในบทความเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบ PSA นั้นได้อธิบายกลไกการแยกออกซิเจนและไนโตรเจนโดยใช้ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนไว้อย่างละเอียดแล้ว ในที่นี้เราจะไม่กล่าวซ้ำหลักการเหล่านั้น แต่จะเน้นไปที่ประเด็นเรื่องความบริสุทธิ์ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการตัดแทน

ระบบการผลิตไนโตรเจนแบบ PSA ให้ความบริสุทธิ์ที่ปรับได้กว้างมาก ตั้งแต่ 92% ถึง 99.999% ซึ่งสามารถส่งมอบได้อย่างเสถียร สำหรับการตัดสแตนเลสและอลูมิเนียมด้วยเลเซอร์ ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนที่ต้องการโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 99.9% ถึง 99.99% ระบบ PSA ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงสุดที่จุดความบริสุทธิ์ 99.9% ทำให้เกิดความสมดุลทางเศรษฐกิจที่เหมาะสมระหว่างปริมาณผลผลิตและความบริสุทธิ์ ในทางตรงกันข้าม การผลิตไนโตรเจนแบบเมมเบรนโดยทั่วไปมีความบริสุทธิ์สูงสุดที่ 99.5% และใกล้ถึงขีดจำกัดนี้ ปริมาณก๊าซที่ผลิตได้จะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่อัตราการใช้อากาศจะพุ่งสูงขึ้น นี่คือเหตุผลที่ PSA เป็นระบบหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดด้วยเลเซอร์ในระดับอุตสาหกรรม

การเปรียบเทียบความเหมาะสมระหว่างเทคโนโลยีทั้งสองสำหรับการใช้งานตัดด้วยเลเซอร์ สรุปได้ดังนี้:

ผลกระทบในทางปฏิบัติของความบริสุทธิ์นั้นเห็นได้ชัดเจนมาก เมื่อตัดสแตนเลส หากความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนไม่เพียงพอ (เช่น ต่ำกว่า 99.9%) ออกซิเจนที่เหลืออยู่จะทำปฏิกิริยากับโครเมียมและเหล็กในรอยตัดที่ร้อน ทำให้เกิดรอยด่างสีเทาอมฟ้าหรือสีน้ำตาลบนพื้นผิวที่ตัด การเพิ่มความบริสุทธิ์ให้สูงกว่า 99.99% จะทำให้ได้พื้นผิวสีเงินขาวที่เงางาม ดังนั้น ความบริสุทธิ์จึงไม่ใช่แค่เรื่องของตัวเลข แต่เป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าชิ้นส่วนสำเร็จรูปของคุณสามารถส่งมอบได้โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมหรือไม่

ระบบ PSA สามารถล็อกความบริสุทธิ์ไว้ที่ค่าเป้าหมายที่ต้องการได้ โดยปกติแล้วความผันผวนจะถูกควบคุมให้อยู่ภายใน ±0.1% ความเสถียรนี้เป็นสิ่งที่ก๊าซบรรจุขวดหรือไนโตรเจนเหลวไม่สามารถเทียบได้ เพราะก๊าซในถังแต่ละล็อตอาจมีความบริสุทธิ์แตกต่างกันเล็กน้อย ในขณะที่การผลิตก๊าซในสถานที่นั้น คุณสามารถควบคุมและใช้งานได้ตรงตามปริมาณที่ผลิตได้

ประโยชน์หลัก 5 ประการของการผลิตไนโตรเจนในสถานที่

เมื่อนำเอาทั้งด้านเศรษฐศาสตร์และเทคโนโลยีมาพิจารณาร่วมกัน ประโยชน์ที่ระบบไนโตรเจนในโรงงานนำมาสู่โรงงานผลิตสามารถสรุปได้เป็น 5 ประเด็นสำคัญ

1.ขจัดความเสี่ยงจากความผันผวนของราคาและการหยุดชะงักของอุปทาน ตลาดก๊าซมีวัฏจักร ข้อจำกัดด้านอุปทานในฤดูหนาว การหยุดซ่อมบำรุงในฤดูร้อน และการควบคุมการขนส่ง ล้วนผลักดันให้ราคาสูงขึ้น การผลิตก๊าซเองในสถานที่ช่วยขจัดความพึ่งพาต่อการแจ้งเตือนการขึ้นราคาจากผู้จำหน่ายได้อย่างสิ้นเชิง เครื่องจักรของคุณเอง ตราบใดที่มันยังทำงานอยู่ ก็จะผลิตก๊าซได้ คำว่า "ขาดแคลน" จึงไม่มีอยู่จริง

2. ลดเวลาหยุดทำงานเนื่องจากการเปลี่ยนกระบอกสูบ ก๊าซบรรจุขวดต้องเปลี่ยนเมื่อหมด ถังบรรจุไนโตรเจนเหลวต้องเติมจากรถบรรทุกขนส่งเป็นระยะ การเติมก๊าซแต่ละครั้งจะทำให้การผลิตหยุดชะงัก แต่การผลิตก๊าซในสถานที่ทำงานตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์โดยไม่หยุดชะงัก ทันทีที่เครื่องตัดต้องการก๊าซ ก็จะมีก๊าซไหลมาทันที

3. แปลงต้นทุนค่าแก๊สจากต้นทุนผันแปรเป็นต้นทุนคงที่ นี่คือการเปลี่ยนแปลงทางการเงินเชิงคุณภาพ ต้นทุนก๊าซในถังผันผวนตามปริมาณการผลิต ยิ่งลดปริมาณการผลิตมากเท่าไหร่ ค่าใช้จ่ายด้านก๊าซก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น แต่ด้วยการผลิตก๊าซเองในสถานที่ การลงทุนในสินทรัพย์ถาวรและค่าบำรุงรักษาต่ำจะทำให้ค่าใช้จ่ายด้านก๊าซมีความเสถียรและคาดการณ์ได้ การได้รับคำสั่งซื้อขนาดใหญ่ไม่ได้หมายความว่าจะสูญเสียการควบคุมต้นทุนก๊าซอีกต่อไป และการเสนอราคาจะแม่นยำมากขึ้นกว่าเดิม

4. สามารถปรับความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนได้ตามวัสดุ คุณสามารถใช้ไนโตรเจนบริสุทธิ์สูงถึง 99.99% สำหรับการตัดสแตนเลส และเมื่อตัดเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยแก๊สผสม ให้ลดระดับความบริสุทธิ์ลงเพื่อเพิ่มปริมาณผลผลิต ระบบ BCP M Series ของ Raysoar (ระบบ PSA ที่มีฟังก์ชันผสมแก๊ส) รองรับการสลับจุดตั้งค่าความบริสุทธิ์ด้วยการกดเพียงครั้งเดียว ซึ่งความยืดหยุ่นในกระบวนการนี้เป็นสิ่งที่แก๊สจากภายนอกไม่สามารถให้ได้

5. การควบคุมแรงดันอุปทานด้วยตนเอง ระบบผลิตไนโตรเจนนี้สร้างแรงดันที่ตรงกับความต้องการของสายการผลิตของคุณได้อย่างแม่นยำ ไม่จำเป็นต้องเพิ่มสถานีลดแรงดันและปรับแรงดันให้คงที่เพื่อปรับให้เข้ากับแรงดันคงที่ของถังแก๊ส เส้นทางเดินแก๊สจึงง่ายกว่า และแรงดันก็เสถียรกว่า

การวิเคราะห์ผลตอบแทนจากการลงทุนโดยสังเขป

มาใช้ตรรกะที่ง่ายที่สุดในการคำนวณผลตอบแทนจากการลงทุนสำหรับการผลิตไนโตรเจนในสถานที่กันเถอะ แม้ว่าระยะเวลาคืนทุนที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้งาน ราคาแก๊สในท้องถิ่น และต้นทุนของระบบ แต่ระบบผลิตไนโตรเจนในสถานที่ที่ออกแบบมาอย่างดีมักจะคืนทุนได้ภายในระยะเวลาอันสั้นของการใช้งานอย่างต่อเนื่อง สำหรับผู้ใช้งานปริมาณมาก ผลตอบแทนจากการลงทุนสามารถเกิดขึ้นได้ภายในไม่กี่เดือน แทนที่จะเป็นหลายปี เมื่ออุปกรณ์ได้รับการคิดค่าเสื่อมราคาจนหมดแล้ว เงินออมก็จะเข้าสู่กำไรสุทธิโดยตรง หลังจากนั้น ต้นทุนแก๊สจะลดลงจนใกล้เคียงกับต้นทุนไฟฟ้า และเมื่อการคิดค่าเสื่อมราคาของอุปกรณ์สิ้นสุดลง เงินออมก็จะแทบจะเป็นกำไรล้วนๆ

ระยะเวลาคืนทุนที่แน่นอนขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้งานและราคาก๊าซบรรจุถังในพื้นที่ของคุณ ยิ่งปริมาณการใช้งานสูงและก๊าซบรรจุถังยิ่งแพง ระยะเวลาคืนทุนก็จะยิ่งเร็วขึ้น หากคุณกำลังใช้ไนโตรเจนเหลวอยู่ ระยะเวลาคืนทุนอาจนานขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงการสูญเสียจากการระเหยและค่าเช่าภาชนะเก็บก๊าซแล้ว การนำเครื่องผลิตไนโตรเจนแบบปรับช่วงเวลาการใช้งานสูงสุดของ Raysoar รุ่น BCE มาใช้ก็ยังคงให้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่น่าประทับใจ

การประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย: เพิ่มมูลค่าผ่านการใช้งานอเนกประสงค์

ไนโตรเจนที่ผลิตจากระบบในสถานที่ไม่ได้ใช้เฉพาะกับหัวตัดเท่านั้น แหล่งผลิตเดียวกันนี้ยังสามารถจ่ายไปยังท่อส่งย่อยสำหรับการปิดผนึกแรงดันบวกของเส้นทางลำแสงเลเซอร์ การไล่ก๊าซออกจากท่อส่ง และการจัดเก็บผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปหรือวัตถุดิบเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน ตัวอย่างเช่น ชิ้นงานเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงที่รอการตัดสามารถจัดเก็บชั่วคราวภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนเพื่อสร้างชั้นป้องกันเฉื่อย ป้องกันการเกิดสนิม การขยายการใช้งานนี้ไปยังจุดใช้ก๊าซอื่นๆ ในโรงงาน เช่น ก๊าซปกคลุมสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ หรือการป้องกันสนิมสำหรับแผ่นโลหะหลังการดัด ระบบผลิตไนโตรเจนเพียงระบบเดียวจะช่วยกระจายต้นทุนก๊าซโดยรวมได้ดียิ่งขึ้น

ระบบการผลิตไนโตรเจนแบบบูรณาการ ณ สถานที่ปฏิบัติงานของ Raysoar

Raysoar ระบบนี้ไม่ได้เป็นเพียงเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแยกส่วน แต่เป็นระบบกำเนิดไนโตรเจนแบบบูรณาการที่เชื่อมต่อโดยตรงกับสายการผลิตเลเซอร์ของคุณ ตั้งแต่การเลือกคอมเพรสเซอร์อากาศ การกำหนดค่าเครื่องอบแห้งและตัวกรองแบบทำความเย็น ไปจนถึงการตั้งค่าความบริสุทธิ์และการออกแบบท่อส่งของเครื่องกำเนิดไนโตรเจน ทุกอย่างได้รับการวางแผนอย่างครบวงจรโดยคำนึงถึงพารามิเตอร์ก๊าซของสายการผลิตของคุณ ผลลัพธ์ที่ได้คือระบบที่สมบูรณ์แบบซึ่งให้ผลผลิตไนโตรเจนที่เสถียรและบริสุทธิ์เพียงแค่กดสวิตช์ ช่วยให้คุณเปลี่ยนต้นทุนไนโตรเจนจากตัวแปรภายนอกที่ควบคุมไม่ได้ให้กลายเป็นรายการคงที่ที่คาดการณ์ได้และจัดการได้

ทำให้การจ่ายไนโตรเจนมีความเสถียร สามารถใช้งานได้ตามต้องการ และควบคุมได้เหมือนกับการจ่ายน้ำและไฟฟ้า -นั่นคือคุณค่าของการผลิตไฟฟ้าในสถานที่