Гігафабрика акумуляторів — модернізація системи осушування: заміна осушувачів із нагрівом та витратою повітря на осушувачі із регенерацією вентилятором з нержавіючої сталі

Meta Description:  Як компанія CATL замінила чотири енергоємні сушильники з нагрітим продуванням на чотири сушильники з продуванням за допомогою нержавіючих сталевих вентиляторів потужністю 85 м³/хв, досягнувши точки роси −40 °C, повного відсутності втрат стисненого повітря під час продування та зниження енергоспоживання на 40 %.

Фігура: 85 Нм³/хв Нержавіючий сталевий адсорбційний осушувач повітря з нульовим продуванням і вентилятором s

Приклад Клієнта

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)  , найбільший у світі виробник акумуляторів для електромобілів (EV), керує високопродуктивною гігафабрикою з виробництва літій-іонних елементів. Загальна потужність системи стисненого повітря на підприємстві становить 340 м³/хв (20 400 м³/год)  , що підтримує:

• Сухі приміщення для нанесення електродних покриттів (точка роси ≤ −40 °C є обов’язковою)
• Пневматичні системи високошвидкісної збірної лінії
• Продування чистих приміщень та інструментальне повітря

Виробництво акумуляторів суворо забороняє використання холодильних осушувачів через ризик перенесення рідкої води через несправні дренажні клапани конденсату. На підприємстві спочатку було встановлено чотири адсорбційні осушувачі з підігрівом регенераційного повітря (мікро-теплові) , кожен потужністю 85 м³/хв — поширений вибір до того, як технологія осушувачів із продувкою за допомогою вентилятора стала економічно вигідною.

Проблемні моменти

Їх існуючі осушувачі з підігрівом регенераційного повітря  (також відомі як мікро-теплові або зовнішньо підігрівальні адсорбційні осушувачі) призвели до кількох експлуатаційних та фінансових проблем:

• Значні втрати продувного повітря:  Осушувачі з підігрівом регенераційного повітря все ще споживають 5–8 % номінального об’ємного витрати  на регенерацію — навіть при використанні електричних нагрівників. Для чотирьох одиниць потужністю 85 м³/хв, що працюють паралельно (загальна витрата ~300–340 м³/хв), це означало ~20 м³/хв сухого стисненого повітря, яке постійно скидається в атмосферу  у атмосферу.
• Високе електроспоживання:  Кожен осушувач потребував електронагрівників (зазвичай 15–25 кВт) під час фази регенерації, що збільшувало рахунки за електроенергію.
• Нестабільність точки роси під піковим навантаженням:  Влітку високі температури та вологість на вході ускладнювали ефективність регенерації. Точка роси іноді піднімалася вище -35 °C , що викликало занепокоєння під час моніторингу сухих приміщень.
• Знос клапанів та обслуговування:  Частота циклу (зазвичай 60–120 хвилин) призводила до зносу пневматичних клапанів кожні 12–18 місяців. Зношування адсорбенту через часті перепади тиску призводило до утворення пилу, який забивав фільтри на подальших ділянках.
• Ризик, пов’язаний із використанням конструкції з вуглецевої сталі:  Оригінальні сушильники мали башти та трубопроводи з вуглецевої сталі. З часом усередині утворювалися частинки ржавчини, що створювало ризик забруднення середовища сухого приміщення — що є неприйнятним для виробництва акумуляторів.

Фігура: 85 Нм³/хв Нержавіючий сталевий адсорбційний осушувач повітря з нульовим продуванням і вентилятором

CATL потрібен був сушильний розв’язок без продувки, надзвичайно надійний  з з мокрими деталями з нержавіючої сталі  для усунення ризиків корозії та можливості масштабування під майбутні виробничі лінії.

Чому не використати сушку за теплом стиснення (HOC)?

Хоча сушильники HOC забезпечують нульову продувку й не потребують електричного нагріву, вони вимагають, щоб температура нагнітання компресора на вході постійно перевищувала 120 °C. Існуючі безмасляні гвинтові компресори CATL, хоча й сучасні, працюють при змінному навантаженні й іноді мають температуру нагнітання нижче 100 °C під час низького попиту. У разі використання HOC знадобилося б додаткове підведення тепла або регулювання обхідного потоку, що ускладнило б систему. Замовник віддав перевагу перевіреному, автономному проекту сушильника з продувкою за допомогою вентилятора  який працює незалежно від змін навантаження компресора.

Наше рішення

Ми запропонували замінити чотири існуючих сушильники з нагрітою продувкою на чотири нові адсорбційні осушувачі з продувним вентилятором із нержавіючої сталі  – кожен розрахований на 85 м³/хв (5100 м³/год)  , змонтовані паралельно (три в роботі, один у резерві). Система використовує підігріте навколишнє повітря для регенерації  без втрат стисненого повітря під час продувки.

Ключове обладнання

• Сушильники:  Чотири BlowerDry-HRB-850GRD  адсорбційні осушувачі, кожен потужністю 85 м³/хв. Усі компоненти, що контактують з повітрям (адсорбційні колони, трубопроводи, клапани), виготовлені з нержавіюча сталь марки 304  – що запобігає утворенню іржі та забезпечує чистоту, придатну для фармацевтичної та акумуляторної галузей.
• Метод регенерації:  Високоефективний вентилятор забирає навколишнє повітря, пропускає його через електричний нагрівач (підвищуючи температуру до 150–200°C ), і продуває неактивну башту. Вологе повітря виводиться назовні. Не використовується стиснене повітря з заводської мережі  — втрати при продувці відсутні. Охолодження здійснюється за рахунок непідігрітого навколишнього повітря за допомогою того самого вентилятора.
• Система управління:  Центральний ПЛК (Siemens S7-1500) координує роботу чотирьох осушувачів, вирівнюючи наробіток та автоматично перемикаючи резервну одиницю, коли активний осушувач досягає терміну обслуговування. Онлайн-моніторинг точки роси (≤ −40 °C) та віддалені сповіщення про аварійні ситуації інтегровані в DCS компанії CATL.
• Фільтрація:  Попередні фільтри (1 мкм) видаляють окисли з труб; фільтри після осушувача (0,01 мкм) затримують дрібні частинки сухого агента. Фільтри для масла не потрібні (на вході встановлено безмасляні компресори).

Технічні характеристики

Фігура: Схема підключення системи повітряного стиснення

Доставка та встановлення

Проект було реалізовано під час планового тритижневого простою:

• Проектування та ФПВ (5 тижнів):  Інженерне затвердження, сертифікати на матеріали з нержавіючої сталі та заводські випробування приймання всіх чотирьох осушувачів.
• Доставка (через 2 тижні після ФПВ):  Доставлено на гігафабрику.
• Монтаж (3 тижні):  

• • Вилучено чотири старих осушувачі з підігрівом і продувкою.
  • Встановлено нові осушувачі з дуттям із нержавіючої сталі на компактних рамах.
  • Переобладнані колектори трубопроводів для конфігурації з трьома робочими та одним резервним агрегатом.
  • Модернізація електроживлення для вентиляторів і нагрівачів.
  • Підключено до системи диспетчерського керування (DCS).

• Пусконалагоджувальні роботи (1 тиждень):  Випробування на герметичність, калібрування точки роси та навчання операторів.

Непланових простоїв не було.

Результати та переваги (через 12 місяців після введення в експлуатацію)

*Втрати при продувці вимагають додаткового виробництва стисненого повітря об’ємом 20 м³/хв. Типова питома потужність безмасляних гвинтових компресорів — 6 кВт на 1 м³/хв → економія 120 кВт неперервної потужності компресора.

Кількісні переваги

• Енергозбереження:  Усунення втрат при продувці дозволило зекономити ~120 кВт потужності компресора. Додатковий внесок у економію електроенергії забезпечили зниження потужності нагрівника та вентилятора. Загальна щорічна економія електроенергії: ≈¥520,000 (за ціною ¥0,70 за кВт·год, режим 24/7/365).
• Надійність виробництва:  Точка роси ніколи не перевищувала −40 °C. Контроль вологості в сухому приміщенні став стабільнішим, і жодних дефектів покриття, пов’язаних із вологістю, не було зафіксовано.
• Усунення забруднень:  Нержавіючі сталеві башти та трубопроводи усунули ризик потрапляння частинок іржі. На фільтрах на виході більше не виявлено забруднення оксидом заліза — це критично важливо для чистоти акумуляторів.
• Зниження витрат на обслуговування:  Більше немає клапанів продувки з високою частотою циклювання (у старих осушувачів клапани циклювалися щоразу через 1–2 години). Осушувачі з продувкою вентилятором мають лише два основних клапани на башту з циклом 6–8 годин. Зношування сорбенту практично припинилося.
• Резервування та масштабованість:  З чотирма одиницями (3+1) CATL може проводити технічне обслуговування будь-якого осушувача без перерви виробництва. Додаткова потужність також дозволяє врахувати майбутнє розширення лінії.
• ROI:  Загальна встановлена вартість ≈ ¥2,400,000. Річна економія (енергія + обслуговування) ≈ ¥520 000 + ¥170 000 = ¥690 000. Термін окупності ≈ 3,5 року компанія CATL стандартизувала цей дизайн для інших заводів.

Відгук клієнта

«Наші старі нагрівальні осушувачі з продувкою витрачали 8 % стисненого повітря й не могли надійно підтримувати температуру точки роси на рівні –40 °C. Нові осушувачі з продувкою на основі сталевого вентилятора забезпечують стабільну й надійну точку роси, повне відсутність втрат при продувці та немає ризику забруднення ржавчиною. Самі енергозбереження виправдали модернізацію».
— Старший менеджер з енергетичних систем, гігафабрика CATL