Fabrika e baterive (Gigafactory) – Përditësim nga tharësat me purgim të ngrohur në tharësa me purgim me blower prej çeliku inox

Përshkrim Meta:  Siç zëvendësoi CATL katër purgues me ngrohje energo-intensivë me katër purgues me blower prej çeliku inox me kapacitet 85 m³/min, duke arritur pikën e vlagësimit -40°C, humbje zero ajri të shtypur gjatë purgimit dhe reduktim 40% të konsumit energjetik.

Figura: 85 Nm³/min Purgues i ajrit me desikant prej çeliku inox pa purgim s

Përfonimi i Klientit

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , prodhuesi më i madh botëror i baterive për automjete elektrike (EV), operon një fabrikë të madhe me prodhim të lartë qelizash litium-ion. Sistemi i ajrit të shtypur i fabrikës ka një kapacitet total prej 340 m³/min (20.400 m³/h)  , duke mbështetur:

• Dhoma e thatësimit të elektrodave (pika e vlagësimit ≤ -40°C e detyrueshme)
• Pneumatika e linjës së montimit me shpejtësi të lartë
• Pastrojmë dhomën me atmosferë të kontrolluar dhe ajrin për instrumente

Prodhimi i baterive shmang me rigorozitet tharësit e ftohtë për shkak të rrezikut të kalimit të ujit të lëngshëm nga drenerat e dështuara të kondensatit. Në fillim, fabrika kishte instaluar katër tharës me purgim të ngrohur (me ngrohje mikro) me adsorbsion , secili me kapacitet 85 m³/min – një zgjedhje e zakonshme para se teknologjia e tharësve me purgim me blower të lartë efikasiteti të bëhej ekonomikisht e përshtatshme.

Pikat e dhimbjes

Tharësit e ekzistueshëm me purgim të ngrohur tharës me purgim të ngrohur  (të njohur gjithashtu si tharës me adsorbsion me ngrohje mikro ose me ngrohje të jashtme) shkaktuan disa probleme operative dhe financiare:

• Humbje e konsiderueshme ajri purgimi:  Tharësit me purgim të ngrohur konsumojnë akoma 5–8% të rrjedhës së deklaruar  për ririfillim – edhe me ngrohës elektrikë. Për katër njësi me kapacitet 85 m³/min që funksiononin në paralel (rrjedha totale ~300–340 m³/min), kjo do të thotë ~20 m³/min ajër i thatë i shtypur që nxirrej përgjithmonë jashtë  në atmosferë.
• Konsum i lartë elektrik:  Çdo tharës kërkonte ngrohës elektrikë (zakonisht 15–25 kW) gjatë fazës së ririfillimit, duke shtuar koston e energjisë.
• Papërshtatshmëri e pikës së dew-në në ngarkesën maksimale:  Gjatë verës, temperaturat e larta hyrëse dhe lagështia sfidonin efikasitetin e ririfillimit. Pika e dew-në nganjëherë ngrihej mbi -35°C , çka shkaktonte shqetësim në monitorimin e dhomave të thata.
• Shfrytëzimi i volevave dhe mirëmbajtja:  Frekuenca e ciklit (zakonisht 60–120 minuta) shkaktonte konsumimin e valveve pneumatike çdo 12–18 muaj. Shfrytëzimi i agjentit tharës nga ndryshimet e shpeshta të shtypjes gjeneronte pluhur, i cili bllokonte filtrat në pjesën pasuese.
• Rreziku i ndërtimit me çelik karboni:  Tharësit origjinale kishin kolona dhe tuba prej çeliku karboni. Me kalimin e kohës, pjesët e brendshme të rënduara me rust formuan, duke krijuar rrezik kontaminimi të mjedisit të dhomës së thatë – gjë e papranueshme për prodhimin e baterive.

Figura: 85 Nm³/min Purgues i ajrit me desikant prej çeliku inox pa purgim

CATL kishte nevojë për një zgjidhje tharëse zero-purge, ultra-e besueshme  me pjesë të lagura prej çeliku inox  për të eliminuar rreziqet e korrozionit dhe aftësinë për të shkallëzuar për vijat e ardhshme të prodhimit.

Pse jo nuk u përdor Heat-of-Compression (HOC)?

Ndërsa tharësit HOC ofrojnë purgim zero dhe ngrohje elektrike zero, ata kërkojnë që temperatura e daljes së kompresorit të montuar më parë të jetë vazhdimisht mbi 120°C. Kompresorët modernë me shkrua pa vaj të CATL, megjithëse janë të avancuar, funksionojnë në ngarkesa të ndryshueshme dhe ndonjëherë dalin me temperaturë më pak se 100°C gjatë kërkesës së ulët. HOC do të kërkonte hyrje shtesë nxehtësie ose kontroll të shmangies, duke shtuar kompleksitet. Klienti preferoi një dizajn të provuar të tharësit me purgim me blower  që funksionon pavarasisht nga ndryshimet e ngarkesës së kompresorit.

Larg zgjidhje jonë

Ne propozuam zëvendësimin e katër tharësve ekzistues me purgim të ngrohur me katër tharës të rinj adsorpcioni me purgim me blower prej çeliku inox  – secili me kapacitet 85 m³/min (5100 m³/h)  , të konfiguruara në paralel (tre në punë, një në pritje). Sistemi përdor ajër ambient të ngrohur për rirregullim  pa humbje të ajrit të shtypur për purgim.

Pajisje Kryesore

• Tharësit:  Katër BlowerDry-HRB-850GRD  tharës me adsorpcion, secili me kapacitet 85 m³/min. Të gjitha komponentët që veprojnë me ajër (kulla, tubacionet, valvulat) janë çelik korrozionrezistent 304  – duke eliminuar rëndësinë dhe siguruar pastërti të nivelit farmaceutik/baterish.
• Metoda e Regjenerimit:  Një bluver me efikasitet të lartë tërheq ajër ambient, e kalon atë nëpër një ngrohës elektrik (duke ngritur temperaturën deri në 150–200°C ), dhe e pastrojnë kullën jashtë linje. Ajri i lagur me ujë nxirret jashtë. Nuk përdoret ajër i shtypur nga rrjeti i fabrikës  – humbje zero e ajrit të shtypur. Ftohja bëhet me ajër ambient të papërdorur ngrohje, përmes të njëjtës bluver.
• Sistemi i kontrollit:  Një PLC kryesore (Siemens S7-1500) koordinon katër tharësit, e balanon kohën e punës dhe ndërron automatikisht njësinë në pritje kur një tharës në punë arrin intervalin e mirëmbajtjes. Monitorimi online i pikës së dew (≤ -40°C) dhe alarmat nga largësia janë integruar në DCS të CATL.
• Filtrimi:  Filtrat paraprake (1 µm) heqin skalan e tubave; filtrat pasardhës (0,01 µm) kapin grimcat e tharësit. Nuk janë të nevojshme filtra për vaj (kompresorët pa vaj janë në pjesën e sipërme të rrugës).

Specifikimet e performancës

Figura: Diagrami i lidhjes së sistemit të kompresimit të ajrit

Dorëzimi dhe Montimi

Projekti u realizua gjatë një ndaljeje të planifikuar prej 3 javësh:

• Dizajni dhe testimi në fabrikë (5 javë):  Miratimi i projektit, certifikatat e materialeve të çelikut me përbërës kromi dhe testimi i pranimit në fabrikë i të katër tharësve të thatë.
• Dorëzimi (2 javë pas testimit në fabrikë):  Dorëzuar në gigafabrikë.
• Instalimi (3 javë):  

• • U hoqën katër tharësit e vjetër me ngrohje dhe purgim.
  • U instaluan tharës të rinj me ventilator prej çeliku me përbërës kromi mbi skide kompakte.
  • U rikonfiguruan kokat e tubave për konfigurimin 3-në-funksionim + 1-në-gati.
  • U përmirësua furnizimi elektrik për ventilatorët dhe ngrohësit.
  • I lidhur me DCS.

• Hyrja në shfrytëzim (1 javë):  Testet e ftohjes, kalibrimi i pikës së dendjes së lagështirës dhe trajnimi i operatorëve.

Nuk ndodhi ndonjë ndërprerje e paplanifikuar e punës.

Rezultatet dhe përfitimet (12 muaj pas futjes në eksploatim)

*Humbja nga purgimi kërkon prodhim shtesë ajri të shtypur prej 20 m³/min. Fuqia specifike e zakonshme për kompresorët me skruj pa vaj është 6 kW për m³/min → 120 kW fuqi kompresori të vazhdueshme e kursyer.

Benefitet e sasinësuar

• Larg te gjuet e energjisë:  Eliminimi i humbjes nga purgimi kursyej ~120 kW fuqi kompresori. Kursimet e shtuara nga reduktimi i fuqisë së ngrohësit dhe të ventilatorit kontribuan gjithashtu. Totali i kursimeve vjetore të energjisë elektrike: ≈¥520,000 (bazuar në ¥0,70/kWh, 24/7/365).
• Besueshmëria e prodhimit:  Pika e dendjes nuk ka kaluar kurrë -40°C. Kontrolli i lagështisë në dhomën e thatë u bë më i qëndrueshëm, dhe nuk u raportuan defekte të mbulimit të lidhura me lagështi.
• Eliminimi i kontaminimit:  Kullat dhe tubat prej çeliku inox eliminuan rrezikun e grimcave të rrushit. Filtrat në pjesën e poshtme tani nuk tregojnë asnjë kontaminim me oksid hekuri – gjë e rëndësishme për pastërtinë e baterive.
• Reduktimi i mirëmbajtjes:  Nuk ka më valvula purifikimi me cikël të lartë (në tharësit e vjetër valvulat ciklonin çdo 1–2 orë). Tharësit me blower purifikimi përdorin vetëm dy valvula kryesore për kullë, me cikle 6–8 orë. Shfrytëzimi i desikantit ndaloi gati plotësisht.
• Redundanca dhe shkala e zgjerueshmërisë:  Me katër njësi (3+1), CATL mund të kryejë mirëmbajtje në çdo tharës pa ndërprerë prodhimin. Kapaciteti rezervë gjithashtu lejon zgjerime të ardhshme të linjës.
• ROI:  Kostoja totale e instaluar ≈ ¥2,400,000. Kur simet e vitit (energji + mirëmbajtje) ≈ ¥520.000 + ¥170.000 = ¥690.000. Koha e kthimit të investimit ≈ 3,5 vite cATL ka standardizuar këtë dizajn për fabrikat e tjera.

Testimoniale Larg

„Shushat tona të vjetra me ngrohje dhe purgim humbnin 8% të ajrit të shtypur dhe nuk mund të mbanin temperaturën e pikës së rosës në -40°C në mënyrë të besueshme. Shushat e reja me purgim me ventilator prej çeliku inox na sigurojnë një pikë të rosës të qëndrueshme, humbje zero purgimi dhe asnjë kontaminim me rëshirë. Vetëm kursimet e energjisë justifikuan përmirësimin.”
— Menaxher i Lartë i Utiliteteve, Gigafabrika e CATL