Переваги виробництва азоту на місці для лазерного різання

У структурі витрат на лазерне різання допоміжний газ часто є складною змінною. Він не є фіксованим і передбачуваним, як амортизація обладнання, і не прозорим, як електроенергія. Він коливається залежно від ринкових цін на газ, логістичних відстаней і графіків постачальників. На початку місяця балонний азот може бути на одному ціновому рівні; до кінця місяця він може бути значно вищим. Ще гірше те, що ви ніколи не можете точно розрахувати, скільки балонів вам знадобиться цього місяця. Коли замовлень мало, газ залишається невикористаним і випаровується. Коли замовлення зростають, балони закінчуються, машини чекають на газ, а ріжучі головки простоюють.

Це фундаментальний недолік традиційної моделі зовнішнього постачання газу: витрати на газ неконтрольовані, а ланцюг поставок не у ваших руках. По суті, система виробництва азоту на місці перетворює «азот» із закупівеного товару на власну виробничу потужність, яка виробляє на вимогу, виробляючи рівно стільки, скільки потрібно, з фіксованими витратами та автономним постачанням.

У цій статті не буде заглиблюватися в теорію молекулярних сит. Вона зосередиться виключно на тому, що важливо для вашої майстерні: економіці, стабільності та додаткових перевагах.

Компроміси між витратами та ефективністю між трьома методами постачання

Давайте підрахуємо. Наразі існує три основні способи подачі азоту для лазерного різання: балони високого тиску, ємності Дьюара з рідким азотом (LIN) та виробництво на місці.

Балонний азот є найдорожчим підходом. Один 40-літровий балон з тиском 15 МПа містить приблизно 5,5-6,0 стандартних кубічних метрів (Нм ³⁾придатного для використання газу. Ціна промислового високочистого азоту (99,99%) може бути значною в розрахунку на один балон, що призводить до високої вартості кубічного метру. Типовий потужний лазерний різак вуглецевої сталі товщиною 10 мм з допоміжним азотом може споживати 50-80 Нм³ на годину. За такої швидкості споживання лише погодинна вартість газу може бути значними експлуатаційними витратами. При безперервній роботі в дві зміни щомісячний рахунок за азот може легко досягти значної частини загальних витрат. І це навіть не враховує час простою під час заміни балонів, площу для зберігання балонів або ризик підвищення цін під час літніх криз поставок.

Рідкий азот (РАЗ) дещо знижує вартість одиниці, але все ще передбачає значні логістичні та складські витрати. Однак рідкий азот страждає від фізичних втрат: незалежно від того, наскільки хороша ізоляція сосуда Дьюара, щоденні втрати внаслідок випаровування становлять 0,5–1%. Якщо ви не працюєте на повну потужність і зупиняєтесь на вихідні, рідкий азот у резервуарі непомітно випаровується. Крім того, для рідкого азоту потрібен спеціальний резервуар для зберігання та випарники, значна площа підлоги, а також суворі вимоги пожежної безпеки та відповідності.

Виробництво на місці дотримується зовсім іншої логіки. Ви сплачуєте початкову вартість обладнання та його встановлення. Після цього поточні витрати на газ складаються лише з двох пунктів: електроенергії та обслуговування. Для системи виробництва азоту PSA, що поєднується з лазером потужністю 6 кВт, з чистотою 99,99%, співвідношення подачі стисненого повітря до продукту азоту становить приблизно 6~7:1. Щоб виробити 80 Нм³ азоту, потрібно приблизно 480-560 Нм³ стисненого повітря. Вартість електроенергії залежить від місцевих тарифів та ефективності компресора, але результуюча загальна вартість азоту зазвичай становить невелику частку вартості балонів або рідкого азоту. Найголовніше, що ця вартість є фіксованою та передбачуваною.

Прибуток від різання металу іноді полягає не в платі за обробку, а в зекономлених витратах на газ.

У таблиці нижче підсумовано відмінності між трьома способами постачання:

Як PSA/мембранне виробництво азоту відповідає вимогам чистоти лазерного різання

Існує два основних технологічних шляхи для отримання азоту на місці: PSA (адсорбція під дією коливань тиску) та мембранне розділення. Raysoar вже детально описав механізм розділення кисню та азоту за допомогою вуглецевих молекулярних сит у статті про те, як працюють генератори азоту PSA. Тут ми не будемо повторювати принципи, зосередившись на питаннях чистоти, безпосередньо пов'язаних з різанням.

Генерація азоту за допомогою PSA пропонує надзвичайно широкий діапазон регульованої чистоти, від 92% до 99,999%, причому всі показники стабільно забезпечуються. Для лазерного різання нержавіючої сталі та алюмінію необхідна чистота азоту зазвичай становить від 99,9% до 99,99%. PSA працює з найбільш енергоефективним співвідношенням при чистоті 99,9%, досягаючи оптимального економічного балансу між об'ємом виробленого азоту та його чистотою. Мембранна генерація азоту, навпаки, зазвичай досягає максимуму при чистоті 99,5%, і поблизу цієї межі вихід газу різко падає, а коефіцієнт споживання повітря стрімко зростає. Саме тому PSA є абсолютним мейнстрімом у промислових установках лазерного різання.

Порівняння придатності двох технологій для сценаріїв лазерного різання наведено нижче:

Практичний вплив чистоти дуже відчутний. Під час різання нержавіючої сталі, якщо чистота азоту недостатня (наприклад, нижче 99,9%), залишковий кисень реагуватиме з хромом і залізом у гарячому пропилі, утворюючи сіро-блакитні або коричневі смуги на поверхні різу. Підвищення чистоти вище 99,99% відновлює сріблясто-білу блискучу поверхню. Тому чистота — це не гра цифр; вона безпосередньо визначає, чи можна постачати готові деталі без постобробки.

Система PSA може фіксувати чистоту на будь-якому бажаному цільовому значенні, з коливаннями, які зазвичай контролюються в межах ±0,1%. Такої стабільності не можуть досягти ні балонний газ, ні рідкий азот – різні партії балонів можуть мати незначні коливання чистоти, тоді як при виробництві на місці ви контролюєте та використовуєте саме те, що виробляєте.

П'ять основних переваг виробництва азоту на місці

Поєднуючи економіку та технології, переваги, які система азотного постачання на місці приносить виробничому об'єкту, можна звести до п'яти ключових моментів.

1.Усунення волатильності цін та ризику перебоїв у постачанні. Ринок газу циклічний. Зимові обмеження поставок, літні зупинки на технічне обслуговування та контроль транспортування – все це призводить до зростання цін. Виробництво електроенергії на місці повністю позбавляє вас залежності від повідомлень постачальників про підвищення цін. Ваша власна машина, поки вона працює, виробляє газ. Слова «дефіцит» не існує.

2. Усунення простоїв для заміни циліндрів. Газ у балонах потрібно замінювати, коли він порожній. Балони Дьюара з рідким азотом потребують періодичного заправлення автоцистерн. Кожне поповнення газу є перериванням виробництва. Виробництво на місці працює цілодобово без перерви. Щойно різальній машині потрібен газ, потік газу є.

3. Перетворіть вартість газу зі змінної на фіксовану. Це якісна фінансова трансформація. Вартість газу з балонів коливається залежно від обсягу виробництва; чим більше ви скорочуєте, тим вищий рахунок за газ. Завдяки виробництву енергії на місці, інвестиції в основний капітал та низькі витрати на обслуговування перетворюють рахунок за газ на стабільну, передбачувану цифру. Отримання великого замовлення більше не означає втрату контролю над витратами на газ, а котирування стає набагато точнішим.

4. Перемикання чистоти азоту залежно від матеріалу. Ви можете використовувати азот високої чистоти 99,99% для нержавіючої сталі, а під час різання вуглецевої сталі сумішшю газів зменште чистоту, щоб збільшити обсяг виробництва. Серія BCP M від Raysoar (система PSA з функцією змішування газів) підтримує перемикання заданого значення чистоти одним дотиком – такої гнучкості процесу не може запропонувати газ із зовнішніх джерел.

5. Саморегульований тиск подачі. Система генерації азоту забезпечує саме той тиск, який потрібен вашій виробничій лінії. Немає потреби додавати станції зниження та стабілізації тиску лише для адаптації до фіксованого номінального тиску газових балонів. Газовий шлях простіший, а тиск стабільніший.

Короткий аналіз окупності інвестицій

Давайте скористаємося найпростішою логікою для розрахунку рентабельності інвестицій у виробництво азоту на місці. Хоча точний термін окупності залежить від обсягу споживання, місцевих цін на газ та вартості системи, добре спроектована система виробництва азоту на місці часто окуповується протягом відносно короткого періоду безперервної роботи. Для користувачів з великим обсягом використання рентабельність інвестицій може бути реалізована за місяці, а не за роки. Після повної амортизації обладнання економія безпосередньо відображається на кінцевому результаті. Після цього вартість газу падає майже до вартості електроенергії, а після закінчення амортизації обладнання економія перетворюється на майже чистий прибуток.

Точний термін окупності залежить від обсягу вашого споживання та місцевих цін на газ у балонах. Чим вище споживання та чим дорожчий газ у балонах, тим швидше окупиться інвестиція. Якщо ви зараз використовуєте рідкий азот, окупність може бути трохи довшою. Однак, враховуючи втрати на випаровування та вартість оренди посудини Дьюара, використання установок для виробництва азоту серії BCE від Raysoar зі зсувним піком навантаження все одно забезпечує значні економічні переваги.

Розширене застосування: посилення цінності завдяки багатоцільовому використанню

Азот, що виробляється системою на місці, призначений не лише для ріжучої головки. Те саме джерело може постачати відгалуження для герметизації шляху лазерного променя під позитивним тиском, продувки трубопроводів та антиокислювального зберігання напівфабрикатів або сировини. Наприклад, високоміцні сталеві заготовки, що очікують на різання, можуть тимчасово зберігатися в азотній атмосфері для утворення інертного захисного шару, що запобігає іржі. Поширюючи це на інші точки споживання газу на заводі, такі як захисний газ для лазерного зварювання або захист від іржі листового металу після гнуття, єдина система виробництва азоту ще більше зменшує загальні витрати на газ.

Розгортання комплексної системи виробництва азоту на місці від Raysoar

Raysoar пропонує не ізольований генератор азоту, а інтегровану систему генерації азоту на місці, безпосередньо підключену до вашої лазерної виробничої лінії. Від вибору повітряного компресора, конфігурації рефрижераторних сушарок та фільтрів до налаштування чистоти та проектування трубопроводів генератора азоту – все комплексно планується навколо параметрів газу вашої лінії. Кінцевим результатом є повна система, яка виробляє стабільний, чистий азот одним натисканням перемикача, допомагаючи вам перетворити ваші витрати на азот з неконтрольованої зовнішньої змінної на передбачувану, керовану фіксовану статтю.

Зробіть постачання азоту таким же стабільним, керованим на вимогу, як і воду та електроенергію -у цьому цінність виробництва на місці.