Газовые смесители предназначены для смешивания нескольких газов и получения смеси в желаемом процентном соотношении. Необходимость в данном оборудовании присутствует во многих отраслях — от сварочных производств, упаковки продуктов до применения в медицине.
Актуальность использования газового смесителя
- Качество готовых смесей не соответствует требованиям производственного процесса
В России существует только несколько производителей готовых газовых смесей, которые могут гарантировать стабильное высокое их качество.
В производстве реализовано два метода дозирования компонентов – гравиметрический (весовой) и метод парциальных давлений (манометрический). Способ парциальных давлений основан на законе Дальтона, в соответствии с которым сумма парциальных давлений равна давлению смеси. С учетом результатов расчетов каждый из компонентов поочередно дозируют в баллон, контролируя по манометру парциальные давления. Такой способ приготовления смесей осложнен отклонением законов, описывающих состояние идеальных газов, от реальных газов, получаемых на практике. Величина отклонения для каждого газа определяется коэффициентом сжимаемости, который зависит от температуры газа в баллонах. Учесть в процессе производства смесей это обстоятельство (особенно в случае приготовления многокомпонентных смесей) довольно трудно, в следствии чего возникают погрешности в готовых смесях. Поэтому после приготовления смесь должна пройти аттестацию, т.е. проанализирована в соответствии со стандартным образцом. Гравиметрический (или весовой) способ заключается в последовательном дозировании компонентов смеси в баллон и проведении взвешивания с целью нахождения массы вводимых компонентов. Массу компонента определяют как разность результатов взвешиваний до и после введения компонента. По результатам взвешивания, с учетом чистоты исходных газов, определяют содержание каждого компонента в смеси. Способ парциальных давлений является более трудоемким и затратным, требующим наличия высокоточного аналитического оборудования, поэтому его используют в основном крупные газовые компании.
Качество готовых смесей зачастую не соответствует установленным требованиям, что оказывает негативное влияние при выполнении производственных процессов. Именно поэтому многие предприятия предпочитают готовить смеси самостоятельно и контролировать весь процесс.
- Географическое расположение предприятия, при котором логистические издержки на доставку газа неоправданны.
- Высокие объемы потребления — от 300-400 баллонов газа ежемесячно.
- Разнообразный ассортиментный ряд продукции. Использование газового смесителя целесообразно, если часто меняются типы и размеры выпускаемой продукции. Например, поступил заказ на бочку из нержавейки, для которой требуется смесь – 2% углекислоты в аргоне, и бочку из углеродистой стали – 18% углекислоты в аргоне. На газовом смесителе эти параметры вы можете легко установить самостоятельно, имея при этом только два баллона исходного газа.
При помощи современных смесителей делать смеси несложно: баллоны с исходными газами подключаются к смесителю, газ из баллонов поступает внутрь смесителя, где происходит выравнивание давления, температуры и смешивание компонентов в заданных пропорциях. Далее готовая смесь поступает в буферную емкость или сразу к потребителю и может использоваться в производственных процессах.
Фундаментально по принципу смешивания газовые смесители можно разделить на два вида – динамические и механические.
Механические основаны на принципе диффузионного смешивания или регулируемые по массе системы смешивания. Например, у распространенного в России немецкого производителя WITT есть газосмесители, работающие по этому принципу. В ассортименте продукции есть модели с электрическим или механическим смесительным клапаном, на котором имеется несколько входов для
газов и выход для готовой смеси. При повороте клапана сопряжённые друг с другом заслонки и поршни, которые регулируют подаваемое количество отдельных газов. Таким образом создаётся требуемая газовая смесь. Электрические смесительные клапаны, в отличие от механических, приводятся в действие не вручную (вращающейся ручкой), а с помощью маленьких электродвигателей. Управление электродвигателями осуществляется с помощью электронной системы.
Сейчас на российский рынок выходит еще один известный европейский бренд – компания IBEDA. Так компактный газосмеситель iMixOne их производства основан на инновационном принципе диффузионного смешивания. Фактически газовая смесь производится в мелкопористых цилиндрах из агломерата. Поршень регулирует необходимые пропорции газа. Поскольку газ должен проходить через мелкопористый цилиндр, смесь остаётся в пределах допуска даже в случае изменения расходов. Тем самым достигается высокая точность смешивания, даже если изменяется объем расхода газа, например, при точечной сварке. Таким образом оператор достигает регулярных повторяемых результатов. Производство смеси автоматически прекращается, когда давление одного из двух газовых баллонов падает до уровня ниже необходимого для получения правильной газовой смеси.
Стоит отметить, что на протяжении нескольких десятилетий механические газосмесители зарекомендовали себя как более долговечные и высоко эффективные в самых разных сферах.
Динамические смесители основаны на регулировании объёмного потока каждого отдельного газа. Для каждого газа предусмотрен расходомер, в котором калибруется температура и давление. Затем потоки отдельных газов объединяются, гомогенизируются, формируя смесь. Такие смесители представлены брендами LT GASETECHNIK, WITT, IBEDA. В основном имеют высокую производительность и используются для больших производств.
По сути для клиента принцип работы газосмесителя не является решающим. Основные параметры выбора — количество смешиваемых газов (в основном это двух или трёхкомпонентные смеси) и производительность, которая варьируется от 1,2 до 600 куб. м/час и более.
Особенности использования в различных отраслях
Важно понимать, что у всех газосмесителей есть погрешность в среднем 1-2% от установленного значения. В зависимости от области применения стоит учитывать некоторые факторы. Так в электронной промышленности даже минимальные колебания процентного состава газа критичны, поэтому скорее всего это оборудование будет собрано индивидуально под заказ с минимально возможной погрешностью.
Газовые смеси активно применяются в медицине: для дыхательной терапии (оксид азота [NO] + азот [N2]) в кардиологии, интенсивной терапии, неонатологии, хирургии; для медицинских стерилизаторов (этиленоксид [С2H4O] + диоксид углерода [CO2]) как дезинфицирующее средство в медицинских клиниках и научно-исследовательских институтах; для процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) (диоксид углерода [CO2]+ кислород [O2]+ азот [N2]). Газовые смесители из этой области — это всегда отдельный модельный ряд у всех производителей, т.к. к ним предъявляются более высокие требования, они изготавливаются из специальных материалов и проходят обязательную сертификацию.
Самое широкое распространение в России газовые смесители нашли в индустриальной (металлообработка, сварка, лазерные технологии) и пищевой отрасли (упаковка продуктов, дозревание фруктов, розлив напитков). Стоит учесть, что в индустриальном секторе в производственном процессе допустимо отклонение до 10% от установленного значения. Т.е. даже при стандартной погрешности газосмесители обеспечивают стабильное качество. Основные пищевые газовые смеси для упаковки продуктов в модифицированной газовой среде (МГС) — диоксид углерода [CO2] + азот [N2] и диоксид углерода [CO2] + кислород [O2] + азот [N2]. Последняя применяется в основном для упаковки «красного» мяса: N2 создает нейтральную среду, CO2 позволяет не развиваться микрофлоре, O2 улучшает цвет мяса. Первая применяется для белого мяса, птицы, творога и т.д. При розливе пива, чтобы оно дольше оставалось свежим, добавляют смесь азота и углекислоты. Наряду с WITT, известным производителем газосмесителей специально для пивной отрасли является английская компания BSL. В промышленной сфере точность протекания процессов сварки, резки и плавления металла напрямую зависит от качества поступаемой газовой смеси. Только газовые смеси с точным и стабильным содержанием компонентов могут обеспечить получение качественной готовой продукции. Одной из самых популярных газовых сварочных смесей является создание защитной газовой среды – смесь углекислоты и аргона. Принципиального отличия в моделях для индустриальной и пищевой отрасли нет.
Трехкомпонентные модели газосмесителей в России не сильно распространены по сравнению с Европой, в основном в пищевой для упаковки «красного» мяса. В сварке использование этих моделей целесообразно, например, при изготовлении металлоконструкций для мостов. Т.к. сварка в защитных газах (аргон + углекислота + кислород) повышает жидкотекучесть сварочной ванны, что позволяет сэкономить проволоку и поднять скорость сварки.
Также газосмесители используются: для современного профессионального дайвинга, где для глубоководного погружения требуются газовые смеси, состоящие чаще всего из кислорода и гелия; в стекольной промышленности, при восстановительной термообработке, в канальных печах (газосмеситель обычно идет в комплекте с печью). Отдельным сегментом являются газосмесители для смешивания горючих газов (маркировка EX), выполненные во взрывозащищённом исполнении, т.к. образовывают смесь, которая может взорваться или привезти к возгоранию (например, водород + азот).
На сегодняшний день российский рынок производства и потребления газовых смесей находится на этапе становления и развития. Немногочисленные производители готовых качественных газовых смесей сосредоточены в основном в Центральной России. Поэтому если к вашему производству применим один из параметров (подробно описанных выше) – географический, экономический, объем потребления газа и специфика выпускаемой продукции, то целесообразно рассмотреть возможность производить готовую смесь самостоятельно.
Основные производители газосмесителей, зарекомендовавшие себя по качеству продукции на мировом уровне: WITT (широкий ассортиментный ряд для всех отраслей промышленности), IBEDA и LT GASETECHNIK (индустриальный сектор), BSL (специализируются на смесителях для розлива пива)
Ключевыми параметрами выбора газосмесителя являются количество исходных газов (компонентный состав готовой газовой смеси) и производительность, т.е. какой объем газовой смеси необходим, сколько потребителей надо обеспечить.
Важно понимать, что для получения качественной готовой продукции необходимо подходить комплексно. Вся система газоснабжения, частью которой является газосмеситель, должна быть спроектирована и сконструирована правильно в соответствии с желаемым результатом. Рекомендуем в эту систему включать установку стационарного или использование портативного газоанализатора минимум на запуск и эпизодический контроль. Это позволит контролировать качество смеси, вносить своевременные корректировки и избежать брака продукции. И, конечно, приобретать газовые смесители лучше у проверенных производителей.
Кирилл Сазонов
эксперт промышленной индустрии,
партнер Газового интегратора Gas-solutions.ru
Печатная версия статьи в журнале GASWORLD, CO2. Газовые смеси, март-апрель
Выбрать газовый смеситель https://gas-solutions.ru/product-category/smesiteli-gazov/