Gazy specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość

Transkrypt

1 Gazy specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Ślesin Maj 2006

2 Grupa Linde - struktura Gazy Techniczne Gas & Engineering Engineering Projektowanie i Budowa Instalacji Przemysłowych Material Handling Ślesin 2

3 Zakłady Linde GDYNIA Region Północ-Gdynia GDAŃSK SLUPY SZCZECIN BYDGOSZCZ Region Zachód-Kościan POZNAŃ KONIN PLOCK WARSZAWA SIEDLCE On-Site Napełnialnie gazów Acetylenownie KOSCIAN POLKOWICE ODOLANÓW ŁÓDZ SKIERNIEWICE Region Wschód-Łódź RADOM SKARZYSKO LUBLIN JELENIA. GÓRA KIELCE Region Południe-Pszczyna KATOWICE MIELEC PSZCZYNA KRAKÓW TARNÓW Ślesin 3

4 Kompleksowe rozwiązania -dla wszystkich potrzeb gazów specjalnych w Twoim specyficznym przemyśle Mieszaniny gazowe określonej czystości i dokładności mieszania Gazy czyste Logistyka i dystrybucja Systemy przesyłu gazu i serwis Ślesin 4

5 Armatura do Gazów specjalnych Ślesin 5

6 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Gazy specjalne. Czy znamy to pojęcie? Pojęcie gaz odnosi się w pierwszym rzędzie do stanu skupienia materii (stały-ciekły-gazowy). Pochodzi ono od greckiego słowa chaos = całkowity bezład. Odpowiednie określenie dla ciała, w którym siły pomiędzy cząsteczkami prawie całkowicie zanikły, tak że cząsteczki te mogą się swobodnie poruszać. Gaz własnymi siłami (energia kinetyczna) zajmuje każde pomieszczenie, do którego zostaje wprowadzony. Ten naturalny chaos wykorzystywany jest z powodzeniem od wielu dziesięcioleci z korzyścią dla stosujących gazy. Z szerokiej palety gazów oraz mieszanek gazowych, którymi dysponujemy, chciałbym w niniejszym opracowaniu zająć się dokładniej tematem: gazy specjalne. Kryteria przynależności gazu lub mieszanki gazowej do grupy gazów specjalnych można scharakteryzować w następujący sposób: Ślesin 6

7 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Kryteria przynależności gazu lub mieszanki gazowej do grupy gazów specjalnych można scharakteryzować w następujący sposób: -wyższa specyfikacja techniczna gazu, -większy nakład sił i środków podczas ich produkcji, -rzadkość występowania gazu (również pod względem stosowanych ilości) -określone właściwości chemiczne (korozja, palność) i toksykologiczne - przygotowanie w specjalnych opakowaniach (odpowiednio przygotowanych butlach) - bardzo specjalne aplikacje. Takiej charakterystyce odpowiadają gazy o wysokiej czystości Ślesin 7

8 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Gazy o wysokiej czystości to gazy, które składają się z jednego rodzaju cząsteczki, istnieją w stanie technicznie czystym. Należy oczywiście uwzględnić fakt, że nie ma gazów w 100% czystych. Kolejne poziomy czystości różnią się od siebie większą lub mniejszą zawartością składników ubocznych pochodzących z procesów produkcyjnych i napełniania. Czystość gazu wyrażamy w procentach objętościowych lub w tzw.: notacji punktowej. Przykładowo Argon 5.6 oznacza czystość 99,9996 % objętości. Czystość gazu wyrażana jest tu przy pomocy dwóch cyfr, które oddzielone są od siebie kropką. Cyfra przed kropką oznacza ilość dziewiątek, a cyfra po kropce to ostatnia cyfra wartości podanej w procentach. Wyjątkami są tu niektóre gazy do specjalnych obszarów zastosowań, jak np.: Azot wolny od CO, Tlen wolny od węglowodorów lub Hel ECD. Istotnymi kryteriami dodatkowymi są wymienione w formie listy składniki uboczne (tzw. zanieczyszczenia) z wartościami granicznymi, które nie mogą zostać przekroczone. Często stosowana jednostka vpm odpowiada jednostce ppm w ujęciu objętościowym, tzn.: 1vpm = 0,0001% obj. lub vpm = 1% obj. Oferta gazów wysokiej czystości obejmuje różne poziomy czystości, np. Hel o czystości 4.6, 5.0, 5.3, 5.6, Ślesin 8

9 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Źródła / Wytwarzanie W produkcji gazów stosowanych jest wiele różnorodnych technologii: - uzyskiwanie gazów z powietrza, na drodze rozkładu powietrza (rektyfikacja w niskich temperaturach) - źródła naturalne i urządzenia techniczne - inne gazy o wysokiej czystości Wytwarzanie niektórych gazów przebiega w kompleksowych procesach chemicznych, w których frakcje pośrednie wydzielane są do dalszego użycia. Wiele spośród tych gazów (np.: węglowodory, SO2,CO, NO, gazy specjalne dla mikroelektroniki) uzyskiwane są jako produkty surowe, dodatkowo oczyszczane, napełniane według życzenia klienta, analizowane oraz rozprowadzane przy użyciu odpowiednich kanałów dystrybucji Ślesin 9

10 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Napełniane Gazy o wysokiej czystości w butlach, dostępne są odpowiednio do swych właściwości fizycznych, albo tylko w postaci gazowej (w wypadku gazów powietrznych najczęściej ok. 150 lub 200 bar) albo skroplone pod ciśnieniem z ilościowo niewielkim udziałem fazy gazowej nad fazą ciekłą. Podawane ilości oznaczone są do temperatury 15 deg. C. Każde odchylenie względem realnej temperatury otoczenia prowadzi do bardziej lub mniej mierzalnych różnic w ciśnieniu napełniania. Masa jest jednakże niezależna od temperatury! Napełniane ilości podawane są zazwyczaj w metrach sześciennych lub w litrach w wypadku gazów rzadziej występujących (np. Kr, Xe), dla gazów doskonałych obliczone są na podstawie pojemności butli w litrach x ciśnienie napełniania (bar). W wypadku gazów skroplonych pod ciśnieniem podawane są w kg Ślesin 10

11 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Analityka gazów o wysokiej czystości. Gazy są przed dostawą poddawane wnikliwej kontroli w dziale gazów specjalnych oraz sprawdzane pod kątem spełnienia żądanych parametrów. Każdy proces napełniania jest kontrolowany pod względem prawidłowości przebiegu. W celu sporządzania certyfikatu przeprowadzana jest kontrola wstępna i końcowa. Dla gazów o wyższej czystości po każdym napełnieniu butli sporządzany jest certyfikat kontrolny, który zawiera informacje na temat granicznych wartości ilości składników dodatkowych. W ten sposób miejsce produkcji opuszczają tylko gazy o wysokiej jakości, oraz że do produkcji gazów wzorcowych stosuje się odpowiednie gazy wysokiej czystości. Detector helium 5.0 (99,999%) O 2 2 ppm N 2 5 ppm C n H m 1 ppm H 2 O 3 ppm Ślesin 11

12 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Następna grupa gazów pasująca do charakterystyki to Gazy wzorcowe Gazy wzorcowe są gazami sprężonymi, które składają się z kilku rodzajów cząsteczek (składników). Za gaz wzorcowy uważa się mieszankę gazową, która używana ma być w technice pomiarowej. W stosunku do mieszanek gazowych, które przewidziane są do stosowania jako gazy wzorcowe, stawiane są wyższe wymagania dotyczące produkcji, analizy oraz czystości składników. PID response ppm SO2 Ulfvarson Ślesin 12

13 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Kryteria jakości Według definicji zawartej w przepisach, domieszka (w postaci gazowej lub w postaci pary) musi być znana pod względem jakościowym oraz ilościowym. Do produkcji gazów wzorcowych stosowane są gazy o wysokiej czystości, które gwarantują, że nie będą wpływać na charakter domieszki (np. podczas kalibracji). Do pełnego opisu mieszanki/gazu wzorcowego potrzebny jest nie tylko rodzaj gazu podstawowego i domieszek, ale również dane opisujące udział ilości materii względnie koncentrację. Udział ilości materii domieszki to stosunek ilości materii domieszki do sumy ilości materii wszystkich składników gazu wzorcowego. Koncentracja domieszki to stosunek ilości tej domieszki do objętości fazy wieloskładnikowej. Dane dotyczące objętości odnoszą się zawsze do warunków normalnych ciśnienia i temperatury (1,013 bar; 273,15 K). Udziały objętościowe opierają się na idealnych objętościach gazu (=udziały molowe). Często używana jednostka vpm odpowiada jednostce ppm w ujęciu objętościowym, tzn. 1vpm = 0,0001% obj., vpm = 1% obj Ślesin 13

14 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Wytwarzanie Techniczne możliwości wytwarzania mieszanin wzorcowych mają pewne ograniczenia. Ograniczenia fizyczne: Jeżeli mieszanki gazowe zawierają składniki, które mogą kondensować to ciśnienie napełniania musi zostać tak obliczone, aby składniki te nie uległy kondensacji. Zgodnie z doświadczeniami praktycznymi do obliczeń wartości ciśnień, przy których nie zachodzi proces kondensacji składników mieszanki przyjęto dla potrzeb produkcji temperaturę +10oC w lecie i 10oC w zimie. Zakresy dla przechowywania i użytkowania mieszanek podany jest na certyfikacie. Ograniczenia chemiczne: Gazów nie wolno mieszać jeśli może dochodzić między nimi do reakcji (np.: CO2+NH3, SO2+NH3). Ograniczenia z zakresu bezpieczeństwa technicznego: Mieszanki składające się z gazów palnych i tlenu względnie syntetycznego powietrza są dopuszczalne jedynie w określonym zakresie koncentracji. Zakres ten musi znajdować się odpowiednio daleko poniżej lub powyżej danej granicy wybuchowości Ślesin 14

15 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Wybór pojemnika i zaworu Zazwyczaj stosuje się butle na gaz sprężony ciągnione i wyciskane bez szwu o pojemności 10, 40 lub 50l. Pojemniki te w zależności od materiału mają ciśnienie próbne 225 lub 300 bar i ciśnienie robocze 150 lub 200 bar. Materiałami, które stosuje się najczęściej są ulepszane cieplnie stale i stopy aluminium. Do zaworów stosuje się mosiądz i stal szlachetną w zależności od rodzaju gazu. Gwint bocznego króćca zaworu, typowy dla gazów wzorcowych, oznaczony jest jako M19x1,5 LH wg DIN Nr.14. Dla gazów wzorcowych o zawartości tlenu większej niż 21% stosowane musi być przyłącze tlenowe G3/4. W wielu dziedzinach stosowanie dużych butli z gazem jest nieporęczne. Również inne powody np. małe lub sporadyczne zapotrzebowanie na gazy, względy bezpieczeństwa, założenia techniczne przemawiają często za zastosowaniem mniejszych pojemników. Dlatego też oferowane są dostawy gazów w niewielkich, wygodnych do użycia pojemnikach, które przydatne są wszędzie tam, gdzie potrzebna jest nieduża ich waga czy niewielkie ilości gazów. Przykładowo oferowane są następujące typy małych pojemników: -małe stalowe butle - pojemniki jednorazowe Ślesin 15

16 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Przygotowanie wstępne butli Tylko konsekwentne przygotowanie wstępne butli umożliwia wytworzenie stabilnych gazów wzorcowych. Ponieważ butle na gazy wzorcowe mogą być stosowane do najróżniejszych składów mieszanek, to podczas przygotowania wstępnego należy usunąć jak największą ilość pozostałości, czyli resztek starej mieszanki oraz ewentualnie resztki wilgoci, które znajdować się mogą na wewnętrznej powierzchni butli. W tym celu butle są nagrzewane i wielokrotnie ewakuowane oraz płukane tym gazem, który będzie później stosowany jako gaz podstawowy. W przypadku bardzo wysokich wymagań (np.: mieszanki vpm ze składnikami korozyjnymi) następuje również dodatkowo pomiar wilgotności. Dopiero wtedy, gdy wypływający gaz przepłukujący wykazuje tą samą zawartość wilgoci, co wpływający suchy gaz przepłukujący, można zakończyć płukanie wstępne. Metody produkcji Gazy wzorcowe wytwarzane są zasadniczo na drodze łączenia określonych ilości różnych rodzajów gazów. Korzystać można przy tym z różnorakich metod produkcji, które różnią się od siebie w istotny sposób: metoda dynamiczno - objętościowa metoda manometryczna metoda grawimetryczna Ślesin 16

17 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Homogenizacja Po napełnieniu składniki gazu muszą zostać dokładnie wymieszane. Ten proces nazywamy homogenizacją. Zasadniczo molekuły gazów dzięki dużej ruchliwości wymieszałyby się same w określonym czasie. Aby jednak przyśpieszyć proces produkcji, pojemniki z mieszanką obracane są mechanicznie wokół własnej osi. To gwarantuje, że wszystkie gazy wzorcowe są przed dostawą dokładnie wymieszane. Analityka gazu wzorcowego Podczas gdy zapewnienie jakości gazów o wysokiej czystości odnosi się niezmiennie do kontroli policzalnej ilości składników dodatkowych, które powstają w bardzo niewielkiej koncentracji przy procesach produkcyjnych i przy napełnianiu, to analizie składu gazu wzorcowego stawiane są ustawicznie nowe wymagania. Jest to zrozumiałe, kiedy uwzględni się ogromną różnorodność potencjalnych kombinacji z dostępnych domieszek, gazów podstawowych, koncentracji i ilości możliwych komponentów w mieszance Ślesin 17

18 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Gazy specjalne znajdują zastosowanie w prawie wszystkich obszarach związanych z przemysłem. W coraz szerszych kręgach naszego społeczeństwa wzrasta również świadomość potrzeby intensyfikacji działań mających na celu ochronę otaczającego nas środowiska naturalnego. Powoduje to, że częściej i dokładniej chcemy być informowani o stopniu zanieczyszczenia powietrza, naszych rzek i wód gruntowych. Producenci urządzeń analitycznych dostarczają aparaturę o coraz to większej dokładności analitycznej, co wymusza z kolei wymagania stawiane jakości gazów i systemom ich zaopatrywania. Obszary zastosowań gazów specjalnych Optymalizacja procesów produkcja stali i metali, biotechnologia, silniki samochodowe, procesy chemiczne Ochrona środowiska kontrola zanieczyszczenia powietrza, kontrola emisji spalin w urządzeniach chemicznych, analiza spalin samochodowych, rozwój katalizatorów Badania rozwój procesów chemicznych i metalurgicznych, badania z zakresu techniki jądrowej, badania klimatyczno - pogodowe, badania niskich temperatur, eksperymenty z zakresu fizjologii roślin Energetyka łączniki wysokiego napięcia, reaktory wysokiej temperatury, technika świetlna, surowce alternatywne. Zaawansowane technologie mikroelektronika, sensory, mikrosystemy, technika laserowa, obróbka szkła. Przemysł Farmaceutyczny Ślesin 18

19 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Oferta nasza obejmuje ponad 100 różnych rodzajów jednorodnych gazów specjalnych. Uwzględniając, przy zróżnicowanych czystościach, różnorodne rodzaje i wielkości pojemników otrzymujemy ponad 1000 różnych produktów, które dostarczane są klientom. Gazy wzorcowe zwane również kalibracyjnymi oraz specjalne mieszanki gazowe znajdują wielorakie zastosowanie min. w ochronie środowiska, optymalizacji procesów technologicznych, badaniach i medycynie. Gazy wzorcowe z domieszkami: CO2, CO, SO2 znajdują zastosowanie głównie przy kontroli emisji spalin w urządzeniach spalających, optymalizacji procesów spalania, rozwoju katalizatorów. Gazy wzorcowe z domieszkami: O2, CO, NO, CnHm znajdują z kolei zastosowanie w przemyśle samochodowym, kontroli emisji oraz imisji spalin, optymalizacjach pracy silników spalinowych. Gazy wzorcowe z domieszkami gazów palnych oraz gazów szkodliwych dla zdrowia znajdują zastosowanie przy kontroli wybuchowości mieszanin gazowych, kontroli powietrza w pomieszczeniach. Pewną część mieszanek gazowych i gazów wzorcowych stanowią tzw. mieszanki standardowe dostępne bezpośrednio z magazynu firm gazowych. Składowane są tzw. standardy do diagnostyki medycznej, techniki pomiarów emisji, techniki laserowej oraz procesów przemysłowych Ślesin 19

20 Gazy Specjalne. Właściwy produkt, właściwa jakość Łukasz Han Tomasz Wietrzykowski Pszczyna Ul. Grzebłowiec 34 Tel Fax Tel. Kom Poznań Ul. Dąbrowskiego 138 Tel Fax Tel. Kom Ślesin 20

21 Międzynarodowa strona Linde Gazy specjalne HiQ homepage Ślesin 21