Kostenreduzierung bei Industriegasen: Steigerung der Produktion durch verpackte Gase

Die Industrie für verpacktes Gas ist mit Marktschwankungen, wechselndem Angebot und Nachfrage und in vielen Fällen mit explodierenden Kosten konfrontiert. In letzter Zeit haben sowohl Helium als auch Sauerstoff Höhen und Tiefen bei den Kosten und der Verfügbarkeit erlebt, was die Notwendigkeit von Durchsatzverbesserungen und Kostensenkungen bei Gasbooster-Technologienweiter unterstreicht.

Angebot und Nachfrage von Industriegasen

Bei den Inertgasen ist Helium der größte Sektor, gefolgt von Argon. Helium, das aufgrund seiner Verfügbarkeit und seiner Kosten in Wissenschaft und Industrie weit verbreitet ist, ist ein kritischer Engpass, und selbst heute sind die Kosten so hoch wie nie zuvor. Die Nachfrage nach Helium wird durch die ständig steigende Zahl von MRT-Scans und die zunehmende Verwendung von Helium in der Halbleiter- und Elektronikindustrie angetrieben. Im Jahr 2019 waren viele Wissenschaftler gezwungen, supraleitende Magnete abzuschalten, weil Helium, das als Schutzgas verwendet wird, knapp wurde. Die COVID-19-Pandemie hat das Angebot sogar verbessert, da durch den starken Rückgang der Fest- und Partyballons etwa 10 % des Heliumangebots frei wurden. Die durch die Verknappung verursachten Preissteigerungen sind jedoch unverändert geblieben.

Sauerstoff war natürlich eine kritische Ressource im Kampf gegen COVID-19, während die Hersteller weiterhin den Bedarf der Industrie für die Produktion von Stahl, Kunststoffen und Textilien, das Löten, Schweißen und Schneiden decken mussten. Die Industriegasversorger meldeten das 5-10fache der üblichen Nachfrage.

135% Preissprung bei
Helium im Jahr 2018
5-10x Nachfrageanstieg
für Sauerstoff im Jahr 2020
Die Zahl der weltweiten Raketenstarts hat sich in den letzten zehn Jahren verdoppelt und damit die Nachfrage nach Helium erhöht

Industriegaslieferanten müssen nicht nur Industriegase für eine Vielzahl von Anforderungen liefern, sondern auch den Durchsatz und die Effizienz erhöhen, um eine kostengünstige Verpackung von Helium, Sauerstoff und anderen Gasen zu gewährleisten.

Produktschonung und Abfallvermeidung

Die meisten Industriegase werden in der Regel unter einem Druck von 2.000 bis 2.600 psi in Stahlflaschen geliefert. Wenn das Gas bei niedrigem Druck verwendet werden soll, z. B. beim Schweißen, lässt sich die Druckzufuhr leicht über eine Rohrleitung zum Einsatzort leiten und dort mit einem einfachen Ventil steuern. Wenn jedoch der Endverbraucher das Gas unter Druck benötigt, kann der Druck der Versorgungsflasche nicht mehr genutzt werden, nachdem er auf das Niveau des Endverbraucherdrucks gesunken ist. Das restliche Gas wird verschwendet, wenn es nicht verstärkt wird. Wenn die Anwendung einen Druck erfordert, der über den üblichen Druck der Versorgungsflaschen hinausgeht, ist ein Booster oft gerechtfertigt, nicht nur wegen der Nutzung des Gases, sondern auch, weil dadurch der Kauf von speziellen, teureren Gasflaschen mit höherem Druck überflüssig wird.

Große industrielle Gasverbraucher können ihre Gaskosten weiter senken, indem sie ihr Gas als Flüssigkeit in isolierten Niederdruckbehältern (Dewars) kaufen und speichern. Das Gas verdampft, wenn es der Umgebungstemperatur ausgesetzt wird. In der Regel wird eine einfache Rippenanordnung verwendet, die einen Druck von 50 bis 150 psi entwickelt, wobei ein Booster den zusätzlich benötigten Druck liefert. Wenn hohe Durchflussraten bei hohem Druck erforderlich sind, kann der Booster einen Behälter auf ein noch höheres Druckniveau aufladen und so ein Gasvolumen speichern, das bei konstantem Druck über ein Druckminderventil schnell freigesetzt werden kann. Aerosolartige Gase (Propan, CO2, Distickstoffoxid, Halone, SF6 usw.) können in kontrollierten Anwendungen als Flüssigkeit oder Gas verstärkt werden.

Gasbooster sind steuerlich sinnvoll für diejenigen, die:

Gas in Hochdruckflaschen kaufen
Senden Sie Flaschen, die noch wertvolles Gas enthalten, an den Lieferanten zurück
Einen Prozess haben, der einen kontinuierlichen Fluss erfordert, der nur durch Kaskadierung mehrerer Gasflaschen erreicht werden kann

Mit einem Haskel Gas Booster oder Paketsystem können Sie nicht nur 90 bis 95 % des Gases in Ihren gekauften Flaschen nutzen, sondern das System hält Ihren Prozessdruck aufrecht, wenn der Flaschendruck auf bis zu 30 psig fällt.

Kostenreduzierung und Durchsatzsteigerung mit Gasboostern

In Zeiten, in denen Gas im Überfluss vorhanden und billig war, überließen die industriellen Abfüller der Physik die Arbeit des Gaskompressors, indem sie einfach den höheren Druck der Versorgungsflasche auf die zu füllende Flasche wirken ließen. Damit dieses Verfahren sinnvoll ist, verbleibt jedoch eine erhebliche Menge Gas in der Vorratsflasche. Bei den heutigen Kosten ist dieser Verlust untragbar - die industriellen Gasverpacker müssen jedes Molekül des verfügbaren Gases nutzen.

Industriegasunternehmen haben eine wichtige Aufgabe vor sich: Sie müssen die Verfügbarkeit von Gasen für ein breites Spektrum industrieller Anwendungen sicherstellen und gleichzeitig ihre Gewinnspannen wahren. Die richtige Auslegung eines Gaskompressionssystems kann dazu beitragen, sowohl die Effizienz als auch die Leistung zu steigern. Auf Märkten, die mit einer erheblich gestiegenen Nachfrage konfrontiert sind, kann das Hinzufügen eines zweiten Boosters zur Produktionslinie die Ausfallzeiten bei der Wartung verringern und die Gesamtproduktion erhöhen. Die kontinuierliche Innovation in der Entwicklung der Gasboosting-Technologie hat dazu beigetragen, die Möglichkeiten für die optimale Gestaltung von Gasverdichtungssystemen zu erweitern.

Ein häufiges Szenario ist die Verpackung von Industriegasen vom "Sixpack" der K-Flaschen in kleinere Flaschen. Wenn die Mengenanforderungen steigen und die Lieferung von Schlauchanhängern wirtschaftlicher wird, können sich die Systemanforderungen ändern.

Die Grundlagen der Gasverstärkung

Gasdruckerhöhungsanlagen sind je nach Anwendung, Eingangs- und Ausgangsdruck und Durchflussmenge unterschiedlich ausgelegt. Die Anschaffung des richtigen Gasverdichters stellt den größten Kostenfaktor dar, aber eine ordnungsgemäße Systemauslegung kann auch Hochdruckventile, -armaturen und -rohre erfordern, um diese Hochdruckgase für maximale Effizienz zu regeln, einzuschließen und zu speichern. Haskel und sein Schwesterunternehmen BuTech bieten eine vollständige Produktpalette an, um die richtige Anpassung an die Anwendung zu gewährleisten.

Abbildung 2: Ein Beispiel für die Konfiguration eines Gasdruckerhöhungssystems für einen typischen Transfer von Gas aus K-Flaschen in kleinere Flaschen.

Auswahl des richtigen Boosters für Ihre Anwendung

Was ist die richtige Booster-Technologie für Ihre Anwendung? Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kapitalkosten spielen alle eine Rolle bei den Gesamtbetriebskosten.

Die wichtigsten Faktoren für die Auswahl eines Gasdruckerhöhungssystems sind die Durchflussraten sowie der Ausgangs- und Eingangsdruck. Diese Drücke können bestimmen, wie viele Verdichtungsstufen Ihr System benötigt. Aufgrund der Komprimierbarkeit von Gas sollte das System so ausgelegt sein, dass es mit einem Gasverdichtungsverhältnis (gewünschter Ausgangsdruck geteilt durch den Eingangsdruck) von etwa 5:1 oder 6:1 pro Stufe auflädt, um die höchste Effizienz zu erzielen. Ein niedriges Verdichtungsverhältnis trägt auch dazu bei, die Austrittstemperatur des Gases zu senken, da die bei der Verdichtung entstehende Wärme in einem mehrstufigen Verdichtungssystem mehr Gelegenheit hat, sich zu verteilen. Bei oxidierenden Gasen wie Sauerstoff wird durch die Vermeidung eines hohen Verdichtungsverhältnisses die Temperatur niedrig gehalten, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Brandes verringert wird.

Für eine Anwendung, bei der ein Gas von 100 psi auf 2000 psi verstärkt werden muss, würde man das Gas in der ersten Stufe z. B. von 100 psi auf 500 psi und in einer zweiten Stufe von 500 psi auf 2000 psi verstärken. Ein zweistufiger Booster gleicht den Druck zwischen der ersten und der zweiten Stufe automatisch aus und erfordert kein Eingreifen des Bedieners.

Außerdem ist es wichtig, einen Booster mit dem größtmöglichen Hubraum beim Ansaugen aus der Gasversorgung zu verwenden. Je mehr Gasmoleküle der Booster pro Hub ansaugen kann, desto höher ist die Durchflussmenge, die er erzeugt.

Sicherheit

Während die meisten Haskel-Booster für eine Reihe von Industriegasen geeignet sind, erfordern einige Gase oder Anwendungen spezielle Produktlinien für mehr Sicherheit bei der Handhabung. Beim Umgang mit Sauerstoff ist es besonders wichtig, das Gasverdichtungsverhältnis niedrig zu halten.

Die sorgfältige Kontrolle von Verunreinigungen ist ein weiteres Anliegen, das sich auf die Sicherheit und Qualität Ihres Endprodukts auswirkt, insbesondere bei Boostern, die für Sauerstoff oder andere Gase in hochreinen Anwendungen eingesetzt werden. Haskel bietet die Montage und Reinigung von Boostern in Reinräumen der Klasse 100 an und liefert gereinigten, zertifizierten und einsatzbereiten Sauerstoff für die Handhabung von Sauerstoff oder anderen Gasen, die in hochreinen Anwendungen verwendet werden. Haskel empfiehlt, die Booster, die in Anwendungen eingesetzt werden, die eine besondere Reinigung erfordern, wie z. B. bei der Sauerstoffbehandlung, alle drei Jahre neu zu versiegeln, zu reinigen und zu zertifizieren. Haskel bietet diesen Service an.

Auch Lärm ist ein wichtiger Aspekt für die Sicherheit der Arbeitnehmer. OSHA- und staatliche Vorschriften, der Platzbedarf der Einrichtung und die Einrichtung der Fertigungslinie haben Auswirkungen auf die Auswahl und Einrichtung des Systems.

Zuverlässigkeit

Der Wartungs- und Servicebedarf sowie außerplanmäßige Reparaturen sind ein wichtiger Faktor für die Gesamtbetriebskosten. Viele moderne Gaskompressionssysteme enthalten Sensoren und AI für proaktive Reparaturen, um Ausfallzeiten zu reduzieren.

Gesamtkosten

In der heutigen Zeit ist der Durchsatz ein wichtigeres langfristiges Anliegen als die anfänglichen Kapitalkosten für industrielle Gasverpackungsunternehmen. Unterm Strich geht es darum, die Gasmenge zu maximieren, die Sie komprimieren können, um jedes einzelne Molekül zu erhalten und gleichzeitig ein Gleichgewicht zwischen Energiekosten, Platzbedarf und Wartung herzustellen. Eine sorgfältige Systemauslegung und -auswahl kann die Gesamtleistung verbessern und dazu beitragen, die wachsenden Anforderungen der Kunden zu erfüllen und gleichzeitig die Gewinnspannen zu erhalten.