Pil Devasa Fabrikası – Isıtmalı Purj Sisteminden Paslanmaz Çelik Üfleyici Purj Kurutuculara Geçiş

Meta Açıklama:  CATL, dört enerji yoğunu ısıtmalı temizleme kurutucusunu dört adet 85 m³/dk kapasiteli paslanmaz çelik fanlı temizleme kurutucuyla nasıl değiştirdiğini; -40°C çiğ noktası elde etmeyi, sıkıştırılmış hava temizleme kaybını sıfıra indirmeyi ve %40 enerji tasarrufu sağlamayı anlatan örnek çalışma.

Şekil: 85 Nm³/dk Paslanmaz Çelik Sıfır Temizleme Fanlı Kurutucu s

Müşteri Arka Planı

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , dünyanın en büyük EV pil üreticisi, lityum-iyon piller üreten yüksek çıktı verimli bir gigafabrika işletiyor. Tesisin sıkıştırılmış hava sisteminin toplam kapasitesi 340 m³/dk (20.400 m³/saat)  , şunları destekleyen:

• Elektrot kaplama kurutma odaları (çiğ noktası ≤ -40°C zorunludur)
• Yüksek hızlı montaj hattı pnömatiği
• Temiz oda temizleme ve enstrüman havası

Pil üretimi, arızalı kondensat tahliye sistemlerinden kaynaklanan sıvı su taşınma riski nedeniyle soğutmalı kurutucuları kesinlikle kullanmaz. Tesis başlangıçta dört adet ısıtmalı purj (mikro-ısıtmalı) adsorpsiyon kurutucu , her biri 85 m³/dk kapasiteli olmak üzere – yüksek verimli fanlı purj teknolojisi maliyet açısından uygun hale gelmeden önce yaygın olarak tercih edilen bir çözüm – kurulmuştu.

Ağrı Noktaları

Mevcut isıtmalı purj kurutucular  (aynı zamanda mikro-ısıtmalı veya dıştan ısıtılmış adsorpsiyon kurutucular olarak da bilinir) birkaç operasyonel ve mali soruna neden oldu:

• Önemli Purj Hava Kaybı:  Isıtmalı purj kurutucular, elektrikli ısıtıcılarla çalışsa bile yenileme işlemi için hâlâ derecelendirilmiş debinin %5–8'ini  tüketir. Paralel olarak çalışan dört adet 85 m³/dk’lık ünite (toplam debi ~300–340 m³/dk) için bu durum, ~20 m³/dk kuru sıkıştırılmış havanın sürekli olarak atmosfere verilmesini gerektiriyordu  atmosfere.
• Yüksek Elektrik Tüketimi:  Her kurutucu, yenilenme aşamasında elektrikli ısıtıcılar gerektiriyordu (genellikle 15–25 kW), bu da enerji faturasını artırıyordu.
• Zirve Yük Altında Çiğ Noktası Kararsızlığı:  Yaz aylarında yüksek giriş sıcaklıkları ve nem, yenilenme verimliliğini zorluyordu. Çiğ noktası ara sıra -35°C , seviyesinin üzerine çıkarak kuru oda izleme sistemine dair endişelere neden oluyordu.
• Vana Aşınması ve Bakım:  Döngü frekansı (genellikle 60–120 dakika), pnömatik vanaların her 12–18 ayda bir aşınmasına neden oluyordu. Sık basınç dalgalanmalarından kaynaklanan kurutucu maddesi aşınması toz oluşturuyor ve aşağı akış filtrelerini tıkıyordu.
• Karbon Çelik Yapı Riski:  Orijinal kurutucuların kuleleri ve boruları karbon çelikten yapılmıştı. Zamanla iç yüzeyde pas parçacıkları oluşuyor ve kuru oda ortamının kirlenmesine yol açıyordu; bu durum pil üretimi için kabul edilemezdi.

Şekil: 85 Nm³/dk Paslanmaz Çelik Sıfır Temizleme Fanlı Kurutucu

CATL'ın ihtiyaç duyduğu sıfır purjeli, son derece güvenilir kurutma çözümü  ile paslanmaz çelik ıslak parçalar  korozyon risklerini ortadan kaldırmak ve gelecekteki üretim hatları için ölçeklenebilirlik sağlamak amacıyla.

Neden Isı-Kompresyon (HOC) Yöntemi Değil?

HOC kurutucular sıfır purje ve sıfır elektriksel ısıtma avantajı sunsa da, yukarı akıştaki kompresörün çıkış sıcaklığını sürekli olarak 120 °C'nin üzerinde tutmayı gerektirir. CATL'ın mevcut yağsız vida kompresörleri modern olsa da değişken yüklerde çalışır ve düşük talep durumlarında bazen çıkış sıcaklığını 100 °C'nin altına düşürür. HOC yöntemi, ek ısı girdisi veya by-pass kontrolü gerektirecek ve bu da karmaşıklık yaratacaktır. Müşteri, kompresör yük değişimlerinden bağımsız olarak çalışan, kanıtlanmış bir bağımsız vantilatörlü purje tasarımı  tercih etmiştir.

Çözümümüz

Mevcut dört adet ısıtmalı purjeli kurutucunun yerine dört yeni paslanmaz çelik vantilatörlü purjeli adsorpsiyon kurutucusu  – her biri nominal değerindedir 85 m³/dak (5100 m³/saat)  , paralel olarak konfigüre edilmiştir (üç tanesi çalışır durumda, bir tanesi yedek). Sistem, yenilenme için ısıtılmış ortam havası kullanır  ve basınçlı hava atma kaybı sıfırdır.

Anahtar ekipman

• Kurutucular:  Dört BlowerDry-HRB-850GRD  adsorpsiyon kurutucuları, her biri 85 m³/dak kapasitelidir. Tüm hava ile temas eden bileşenler (kuleler, borulama, valfler) 304 Paslanmaz Çelik  – paslanmayı önler ve farmasötik/batarya sınıfı temizliği sağlar.
• Regenerasyon Yöntemi:  Yüksek verimli bir üfleyici, ortam havasını çeker, ardından bu havayı bir elektrikli ısıtıcıdan geçirir (sıcaklığı 150–200°C ) ve çevrimdışı kuleyi temizler. Neme doymuş hava dışarıya atılır. Tesis ağından sıkıştırılmış hava kullanılmaz  – sıfır purj kaybı. Soğutma, aynı vantilatör üzerinden ısıtılmamış ortam havasıyla yapılır.
• Kontrol sistemi:  Bir ana PLC (Siemens S7-1500), dört kurutucuyu koordine eder; çalışma sürelerini dengeleyerek, çalışan bir kurutucu servis aralığına ulaştığında otomatik olarak yedek üniteye geçiş yapar. Çevrimiçi çiy noktası izleme (≤ -40 °C) ve CATL’in DCS sistemine entegre uzaktan alarm fonksiyonları.
• Filtreleme:  Ön filtreler (1 µm), boru pasını giderir; son filtreler (0,01 µm), kurutucu tozlarını yakalar. Yağ filtresi gerekmez (öncesi yağsız kompresörler).

Performans spesifikasyonları

Şekil: Hava Sıkıştırma Sistemi Bağlantı Şeması

Teslimat ve Kurulum

Proje, planlanan 3 haftalık üretim duruşu süresince yürütüldü:

• Tasarım ve Fabrikada Kabul Testi (FAT) (5 hafta):  Mühendislik onayı, paslanmaz çelik malzeme sertifikaları ve dört kurutucunun tamamının fabrikada kabul testi.
• Teslimat (FAT sonrası 2 hafta):  Gigafabrikaya teslim edildi.
• Kurulum (3 hafta):  

• • Dört adet eski ısıtmalı temizleme kurutucusu kaldırıldı.
  • Yeni paslanmaz çelik üflemeli kurutucular kompakt tezgâhlara monte edildi.
  • 3 adet çalışan + 1 adet yedek konfigürasyonu için boru bağlantı başlıkları yeniden yapılandırıldı.
  • Üfleyiciler ve ısıtıcılar için elektrik beslemesi yükseltildi.
  • DCS ile bağlantı kuruldu.

• Devreye alma (1 hafta):  Kaçak testleri, çiy noktası kalibrasyonu ve operatör eğitimi.

Plansız duruş yaşanmadı.

Sonuçlar ve Faydalar (Devreye alınmadan 12 ay sonra)

*Purge kaybı, ek olarak 20 m³/dk basınçlı hava üretimi gerektirir. Yağsız vida kompresörlerinin tipik özgül gücü, 6 kW/m³/dk’tır → Sürekli çalışan kompresör gücünden 120 kW tasarruf edildi.

Ölçülebilir Faydalar

• Enerji Tasarrufu:  Purge kaybının ortadan kaldırılmasıyla yaklaşık 120 kW’lık kompresör gücü tasarrufu sağlandı. Isıtıcı ve vantilatör güç tüketimindeki azalma da bu tasarrufla birlikte katkıda bulundu. Toplam yıllık elektrik tasarrufu: ≈¥520,000 (¥0,70/kWh ücreti, 24 saat/gün, 7 gün/hafta, 365 gün/yıl temel alınarak hesaplanmıştır).
• Üretim Güvenilirliği:  Çiğleşme noktası hiçbir zaman -40 °C’yi aşmadı. Kurutma odasındaki nem kontrolü daha kararlı hâle geldi ve nem kaynaklı kaplama kusuru bildirilmedi.
• Kirlilik Ortadan Kaldırıldı:  Paslanmaz çelik kuleler ve borular, pas parçacıkları riskini ortadan kaldırdı. Aşağı akım filtrelerinde artık demir oksit kirliliği gözlenmemektedir – bu durum pil temizliği açısından kritiktir.
• Bakım azalması:  Daha fazla yüksek çevrimli temizleme valfi yoktur (eski kurutucularda valfler her 1–2 saatte bir çevrim yapardı). Fanlı temizleme kurutucuları, her kule için yalnızca iki ana valf kullanır ve bu valflerin çevrim süresi 6–8 saattir. Kurutucu dolgu maddesinin aşınması neredeyse tamamen durmuştur.
• Yedeklilik ve Ölçeklenebilirlik:  Dört ünite (3+1) ile CATL, üretim kesintisi yaşanmaksızın herhangi bir kurutucu üzerinde bakım işlemi gerçekleştirebilir. Yedek kapasite aynı zamanda gelecekteki üretim hattı genişlemelerini de karşılayabilir.
• Getiri Oranı (ROI):  Toplam kurulu maliyet ≈ ¥2,400,000. Yıllık tasarruf (enerji + bakım) ≈ ¥520.000 + ¥170.000 = ¥690.000. Gerikazanım süresi ≈ 3,5 yıl . CATL, bu tasarımı diğer tesisleri için standartlaştırmıştır.

Müşteri tanıklığı

“Eski ısıtmalı temizleme kurutucularımız sıkıştırılmış havamızın %8’ini israf ediyordu ve -40°C’yi güvenilir şekilde koruyamıyordu. Yeni paslanmaz çelik fanlı temizleme kurutucularımız bize sağlam bir çiy noktası, sıfır temizleme kaybı ve pas kontaminasyonu olmamasını sağlıyor. Sadece enerji tasarrufu bile bu yükseltmenin gerekçesini oluşturuyor.”
— CATL Gigafactory, Üst Düzey Tesis Yöneticisi