Compresseur d'azote ZW-5/40 | Surpresseur N2 sans huile de 5 m³/min pour applications industrielles à ultra-haute pression (4,00 MPa)

Compresseur d'azote ZW-5/40 – Surpresseur N2 sans huile à ultra-haute pression pour applications de procédés critiques à 4,00 MPa

Conçu pour fournir un débit de 5 m³/min à une pression de refoulement de 4,00 MPa, le ZW-5/40 est un compresseur d'azote à pistons sans huile, à deux étages et trois rangées, destiné à l'injection d'azote à ultra-haute pression, au remplissage en cascade des bouteilles de gaz et aux applications pétrochimiques exigeantes. Il garantit l'absence de contamination par l'huile, une optimisation thermodynamique à trois étages et est conçu pour un fonctionnement continu sous pression extrême.

Présentation du produit

Le Compresseur d'azote ZW-5/40 représente le summum de notre technologie de compresseurs à pistons sans huile, conçue spécifiquement pour les applications exigeant à la fois un débit important et une pression de refoulement ultra-élevée. Avec une capacité nominale de 5 m³/min et un exceptionnel Pression de refoulement de 4,00 MPaCe compresseur occupe le segment ultra-haute pression de notre gamme de compresseurs d'azote industriels, répondant aux exigences des applications de traitement les plus pointues sur le marché mondial des gaz industriels.

Ce qui distingue le ZW-5/40 de toutes les alternatives conventionnelles, c'est son circuit de compression entièrement sans huile combiné à une optimisation thermodynamique en trois étapesLes segments de piston et les bagues de guidage sont fabriqués à partir de matériaux composites PTFE autolubrifiants de pointe, spécialement formulés pour les applications à très haute pression et fonctionnant sans lubrifiant hydrocarboné. Cette caractéristique intrinsèque d'absence d'huile garantit que le flux d'azote reste totalement pur, permettant ainsi d'atteindre Certification ISO 8573-1 Classe 0 naturellement même à 4,00 MPa, là où la contamination par le pétrole serait la plus concentrée et la plus difficile à éliminer.

Le compresseur utilise un à deux étages, à trois rangées (二列三级) La configuration est thermodynamiquement essentielle pour gérer le taux de compression extrême requis pour atteindre une pression de refoulement de 4,00 MPa. L'agencement à trois rangées répartit le travail de compression sur trois cylindres, avec des refroidisseurs intermédiaires dédiés entre chaque étage maintenant les températures des gaz dans des plages de fonctionnement sûres. Le bâti robuste en fonte avec des sections de cylindres haute pression renforcées et le vilebrequin en acier forgé usiné avec précision sont conçus pour une durée de vie minimale de 100 000 heures conformément aux protocoles de maintenance standard en service à ultra-haute pression.

Spécifications techniques – ZW-5/40

* Toutes les spécifications sont données dans des conditions de référence standard (ISO 1217, annexe C). Les performances réelles peuvent varier en fonction de l'altitude du site, de la température ambiante et des conditions d'entrée.

Principales caractéristiques et avantages techniques

1. Système d'étanchéité en PTFE sans huile et ultra-haute pression

Le ZW-5/40 utilise une technologie propriétaire ensemble segment de piston et bande de guidage autolubrifiants Fabriqués à partir de composites PTFE ultra-performants spécialement conçus pour une pression de service de 4,00 MPa, ces anneaux sont renforcés par des fibres de verre haute résistance et des particules de bronze afin d'atteindre un coefficient de frottement inférieur à 0,05 sans lubrification externe aux hydrocarbures. À une pression de refoulement de 4,00 MPa, la pression partielle des vapeurs d'huile serait environ 40 fois supérieure à celle mesurée à 0,10 MPa, rendant toute contamination par l'huile catastrophique et pratiquement impossible à éliminer en aval. La conception native sans huile du ZW-5/40 élimine totalement ce risque, garantissant ainsi une performance optimale. Conformité à la norme ISO 8573-1, classe 0 sans filtration en aval. La formulation en PTFE est conçue pour un fonctionnement continu à des températures allant jusqu'à 200 °C, garantissant une étanchéité fiable même sous les contraintes thermiques extrêmes de la compression à ultra-haute pression.

2. Optimisation thermodynamique en trois étapes

Le architecture de compression en deux étapes et trois rangées (二列三级) Le fonctionnement du compresseur ZW-5/40 est thermodynamiquement indispensable pour atteindre la pression de refoulement cible de 4,00 MPa à partir de conditions d'entrée typiques de 0,05 à 0,10 MPa. Le rapport de pression global, d'environ 40:1 à 80:1, est réparti sur trois cylindres de compression, chaque étage fonctionnant à un rapport de pression gérable de 3:1 à 4:1. Refroidisseurs intermédiaires à calandre et à tubes haute efficacité dédiés Entre chaque étage, la chaleur importante de compression est évacuée, maintenant ainsi la température de refoulement en dessous de 160 °C et empêchant la dégradation thermique des joints en PTFE. Sans cette conception à trois étages, la température de refoulement dépasserait 250 °C, bien au-delà de la limite de sécurité de tout matériau d'étanchéité sans huile. Cette conception étagée améliore également le rendement volumétrique d'environ 15 % par rapport aux solutions à deux étages, à taux de compression équivalents.

3. Construction à cadre renforcé haute pression

Le cadre principal est moulé à partir de fonte grise GG25 avec des sections de paroi considérablement renforcées dans la zone du cylindre haute pression pour résister aux contraintes mécaniques de pressions de pointe de 4,00 MPa. Les parois du cylindre du troisième étage (haute pression) sont environ 40% plus épaisses que celles des cylindres basse pression standard, avec des nervures externes supplémentaires pour éviter toute déformation sous pression. agencement à trois rangées de cylindres opposés Ce moteur offre un excellent équilibre des forces, les premier et troisième étages s'opposant au deuxième afin de minimiser les forces d'inertie nettes. Le vilebrequin en acier forgé est équilibré dynamiquement selon la norme ISO 1940 G2.5 et ses tourillons sont trempés pour résister aux charges accrues dues aux forces des gaz à haute pression. L'ensemble du carter est conçu pour une pression d'éclatement minimale de 6,00 MPa, offrant ainsi une marge de sécurité 50% au-dessus de la pression de service maximale.

4. Moteur industriel standard 380 V à couple élevé

Le ZW-5/40 est entraîné par un Moteur à induction triphasé de 75 kW, 380 V, 50 Hz Conforme à la norme IEC 60034-1, classe d'efficacité IE3, ce moteur est doté d'une conception à couple élevé spécialement adaptée aux exigences de couple maximal de la compression à ultra-haute pression. Dans ce cas, la charge de gaz sur les pistons crée une résistance importante lors de la course de compression. La configuration standard 380 V permet une intégration directe aux tableaux de distribution industriels existants, sans infrastructure moyenne tension, rendant ainsi l'unité accessible à une large gamme d'installations. Le moteur est couplé au compresseur par un accouplement à disque flexible renforcé qui compense les légers défauts d'alignement tout en transmettant le couple élevé requis pour un fonctionnement à 4,00 MPa.

Scénarios d'application

Remplissage en cascade de bouteilles d'azote à ultra-haute pression

Le ZW-5/40 est conçu spécifiquement pour stations de remplissage en cascade de bouteilles d'azote Le gaz doit être comprimé à 4,00 MPa pour son stockage dans des semi-remorques tubulaires haute pression ou des parcs de bouteilles. Cette pression de refoulement de 4,00 MPa est la pression de stockage standard pour les semi-remorques tubulaires d'azote industriel, permettant un transport efficace de grands volumes d'azote vers des chantiers isolés, des sites de construction et des lieux d'intervention d'urgence. Le débit de 5 m³/min permet un remplissage rapide des semi-remorques tubulaires ; une semi-remorque standard de 3 000 litres se remplit en une dizaine d'heures. L'absence d'huile est absolument essentielle pour le remplissage des bouteilles, car toute contamination par de l'huile serait piégée dans le système de stockage haute pression et distribuée aux utilisateurs finaux, risquant de contaminer leurs procédés et de ne pas respecter les spécifications de pureté.

Injection d'azote à ultra-haute pression dans le secteur pétrochimique

Dans les opérations pétrochimiques et de raffinage, Compresseur d'azote ZW-5/40 fournit de l'azote à ultra-haute pression pour dépressurisation d'urgence des réacteurs haute pression, préservation du lit catalytique lors de l'arrêt et essais hydrostatiques des cuves de traitement conçues pour une pression de service de 3,20 MPa.La pression de refoulement de 4,00 MPa offre une marge de sécurité de 25% par rapport à la pression d'essai des tuyauteries et cuves de classe 300, garantissant ainsi des essais de pression sûrs et efficaces. La conception sans huile est indispensable pour les applications pétrochimiques où l'azote entre en contact avec des lits catalytiques ou pénètre dans des flux de procédé qui doivent rester totalement exempts d'hydrocarbures. Même des traces de contamination par l'huile à 4,00 MPa seraient suffisamment concentrées pour désactiver des catalyseurs coûteux et contaminer des flux de produits à haute valeur ajoutée.

Stimulation et remise en état des puits de pétrole et de gaz

Dans les opérations pétrolières et gazières en amont, le ZW-5/40 fournit de l'azote à haute pression pour opérations d'injection d'azote, stimulation de puits et procédures de reconditionnementL'azote est injecté à haute pression dans les puits de pétrole afin de réduire la pression hydrostatique de la colonne de fluide, permettant ainsi aux fluides du réservoir de remonter à la surface. La pression de refoulement de 4,00 MPa est suffisante pour l'injection d'azote dans des puits d'une profondeur allant jusqu'à 2 000 mètres, et le débit de 5 m³/min permet une injection continue d'azote lors de campagnes de reconditionnement prolongées. La conception sans huile prévient la contamination des fluides de formation et garantit que l'azote n'introduit pas d'hydrocarbures dans le réservoir, ce qui pourrait altérer la mouillabilité ou endommager la formation.

Systèmes d'azote haute pression pour l'aérospatiale et la défense

Les installations de fabrication aérospatiale et de défense nécessitent de l'azote à ultra-haute pression pour essais du système hydraulique, validation du système d'inertage du réservoir de carburant et soutien au sol du système de propulsion du véhicule spatialLa pression de refoulement de 4,00 MPa du ZW-5/40 convient aux essais de systèmes hydrauliques d'aéronefs supportant une pression de service de 21 MPa (avec de l'azote comme fluide d'essai sûr) et au remplissage des équipements de soutien au sol utilisés lors de la préparation des lancements spatiaux. La certification « sans huile » garantit la conformité aux normes de propreté aérospatiales (MIL-PRF-27401 et équivalentes) qui interdisent toute contamination par des hydrocarbures dans les systèmes fonctionnant dans le vide spatial.

Matériaux et construction

Le ZW-5/40 est fabriqué à partir de matériaux haut de gamme sélectionnés pour leur compatibilité avec l'azote à ultra-haute pression, leur résistance thermique extrême et leur durée de vie opérationnelle prolongée :

Tous les composants soumis à la pression sont conçus et fabriqués en stricte conformité avec ASME BPVC Section VIII Division 1 ou aux normes chinoises GB 150. Chaque joint soudé fait l'objet d'un contrôle radiographique 100% (conformément à la section V, article 2 de l'ASME), et chaque récipient sous pression est soumis à un essai de pression hydrostatique à 1,5 fois la pression maximale admissible (MAWP) pendant une durée minimale de 30 minutes. Les systèmes de tuyauterie haute pression sont fabriqués en acier inoxydable SS316 sans soudure, avec des raccords à brides ANSI classe 900 et un contrôle radiographique 100% afin de garantir une étanchéité parfaite à une pression de service de 4,00 MPa.

Instructions d'installation et d'entretien

Exigences en matière de fondations et de structure

Le ZW-5/40 a un poids à sec de 3,97 tonnes et un centre de gravité situé à environ 850 mm au-dessus de la plaque de base. Malgré une conception à trois rangées assurant un bon équilibre des forces, le fonctionnement à haute pression génère des forces gazeuses importantes qui nécessitent une bloc d'inertie en béton armé de 8 à 10 tonnesLe bloc doit être monté sur des isolateurs de vibrations élastomères haute résistance (fréquence naturelle de 6 à 8 Hz) afin d'éviter la transmission des vibrations. Dégagement minimal requis : 1,5 m côté opposé à l'entraînement pour l'accès à la vanne, 1,2 m côté entraînement pour la maintenance du moteur et 2,0 m en hauteur pour l'accès au pont roulant. La tuyauterie de refoulement haute pression doit être supportée indépendamment par des suspensions à ressort ou des ancrages rigides afin de prévenir la fatigue induite par les vibrations à 4,00 MPa. Une soupape de décharge de pression nominale de 1101 TP3T (charge maximale admissible) et un disque de rupture nominal de 1201 TP3T (charge maximale admissible) doivent être installés sur la conduite de refoulement.

Conception du système d'eau de refroidissement

La demande en eau de refroidissement est d'environ 15 m³/h L'eau est alimentée à une température d'entrée ne dépassant pas 32 °C. Le circuit de distribution d'eau alimente les chemises de cylindre et deux refroidisseurs intermédiaires en parallèle, avec un débit prioritaire vers ces derniers. Compte tenu du rapport de pression extrême, les performances des refroidisseurs intermédiaires sont absolument critiques : si leur efficacité chute en dessous de 80%, la température de refoulement dépassera la limite de sécurité des matériaux en PTFE. Spécifications de qualité de l'eau : pH 6,5–8,5, matières solides dissoutes totales < 500 mg/L, teneur en chlorures < 30 mg/L (limite stricte pour la prévention de la corrosion des tubes en acier inoxydable 316 à haute pression), matières en suspension < 20 mg/L et dureté totale < 250 mg/L exprimée en CaCO₃. Une tour de refroidissement en circuit fermé avec filtration intégrale et traitement chimique est indispensable à un fonctionnement fiable.

Programme d'entretien préventif

La conception sans huile du ZW-5/40 élimine toute la catégorie des tâches d'entretien liées à l'huile. Cependant, son fonctionnement à ultra-haute pression exige une attention plus fréquente aux plaques de soupape et aux segments de piston que les modèles à basse pression. plaques de soupapes de l'étage haute pression (troisième étage) Ces composants, les plus sollicités, nécessitent une inspection toutes les 200 heures pendant les 1 000 premières heures de fonctionnement afin d'établir les courbes d'usure de référence. Une fois ces courbes établies, l'intervalle d'inspection peut être allongé en fonction des données de surveillance de l'état réel.

Certifications de conformité et de sécurité

Le compresseur d'azote ZW-5/40 est conçu, fabriqué et testé pour respecter ou dépasser les normes internationales et les cadres réglementaires suivants :

Analyse des performances et de l'efficacité

Le ZW-5/40 atteint un consommation électrique spécifique d'environ 15,00 kW par m³/min La puissance spécifique de l'azote délivré à une pression de refoulement de 4,00 MPa reflète le travail thermodynamique important requis pour la compression à très haute pression. Dans le segment des compresseurs sans huile à très haute pression (pression de refoulement > 3,00 MPa), ce rendement est très compétitif. À titre de comparaison, les compresseurs alternatifs lubrifiés à l'huile, utilisés dans des applications similaires à très haute pression, consomment généralement de 16 à 18 kW/m³/min, tandis que les compresseurs à membrane (souvent choisis pour les applications sans huile à très haute pression) peuvent dépasser 20 kW/m³/min avec une capacité nettement inférieure.

Sur un cycle de fonctionnement annuel de 8 000 heures, le gain d'efficacité du ZW-5/40 par rapport aux alternatives moins performantes est d'environ Économies d'énergie annuelles de 40 000 à 120 000 kWhÀ $0,08/kWh, cela représente une réduction des coûts directs d'électricité de $3 200 à $9 600 par an. Cependant, la principale justification économique du ZW-5/40 est généralement… élimination des consommables liés au pétrole et impossibilité d'éliminer le pétrole en aval à 4,00 MPaÀ cette pression, les systèmes de filtration d'huile deviennent excessivement coûteux, nécessitent un entretien important et sont peu fiables. coût total de possession pour la compression d'azote à ultra-haute pression est réduit d'environ 35 à 45% sur une durée de vie opérationnelle de 10 ans lorsque le fonctionnement sans huile est comparé aux systèmes lubrifiés avec tentative de purification en aval.

La conception à trois étages offre également un avantage significatif en termes d'efficacité par rapport aux compresseurs à deux étages à ce niveau de pression. En répartissant le taux de compression global sur trois étages avec refroidissement intermédiaire, le ZW-5/40 atteint un rendement isotherme supérieur d'environ 121 T/min à celui d'un compresseur à deux étages équivalent, ce qui se traduit par des températures de refoulement plus basses, une consommation d'eau de refroidissement réduite et une durée de vie des joints prolongée.

Capacités de personnalisation et de fabrication d'équipement d'origine (OEM)

Nous proposons des options de personnalisation spécialisées pour adapter le ZW-5/40 aux exigences rigoureuses des applications à ultra-haute pression :

• Ensembles clés en main montés sur patins : Compresseur, moteur, deux refroidisseurs intermédiaires, refroidisseur final, tuyauterie de refoulement haute pression avec brides ANSI classe 900, instrumentation et panneau de commande préassemblés sur un châssis en acier. Tous les systèmes sous pression sont testés sous pression hydraulique à 6,00 MPa en usine avant expédition.
• Configurations des zones dangereuses : Coffrets moteurs et électriques conformes aux normes ATEX Zone 2 et IECEx, avec instrumentation à sécurité intrinsèque. Systèmes intégrés de détection de gaz, de ventilation automatique et d'isolation d'urgence.
• Systèmes de sécurité et de contrôle avancés : Automate programmable Siemens S7-1200 avec automate de sécurité redondant pour les fonctions d'arrêt d'urgence, écran tactile IHM de 10 pouces, surveillance à distance via Modbus TCP/IP ou OPC-UA. Séquencement automatique de décharge de pression, commande de vanne d'isolement d'urgence et interverrouillages d'arrêt haute température sur les trois étages.
• Protection de l'environnement : Revêtements de qualité marine C5-M pour les installations côtières ; composants électriques tropicalisés pour une température ambiante de 55 °C ; enceintes acoustiques IP54 avec panneaux résistants aux explosions pour une sécurité haute pression.
• OEM et marques privées : Couleurs de peinture personnalisées, plaques signalétiques de marque et ensembles de documentation localisés pour les distributeurs d'équipements gaziers et les intégrateurs de systèmes desservant les marchés du pétrole et du gaz et de l'aérospatiale.

Des configurations personnalisées sont disponibles auprès de Quantité minimale de commande : 1 unitéL'étude technique et l'élaboration de la proposition nécessitent généralement 7 à 10 jours ouvrables en raison de la complexité de la conception des systèmes à ultra-haute pression. Le délai de livraison standard est de 14 à 16 semaines ; une livraison express en 12 semaines est possible pour les commandes éligibles.

Étude de cas : Modernisation d’une station de remplissage de bouteilles de gaz industrielles

Client: Un important distributeur de gaz industriels au Moyen-Orient exploitant une station de remplissage de bouteilles et de semi-remorques à tubes d'azote

Défi: Le client exploitait un compresseur haute pression à huile vieillissant (marque européenne, 20 ans de service) pour le remplissage de camions-citernes de tubes d'azote à 4,00 MPa. La contamination par l'huile des camions remplis atteignait 2,8 mg/m³, provoquant des plaintes répétées de clients des secteurs des semi-conducteurs et de la pharmacie exigeant de l'azote de classe 0 conforme à la norme ISO 8573-1. L'huile dégradait également le système de stockage haute pression, nécessitant un nettoyage et un revêtement internes tous les 18 mois, pour un coût de 1 TP4 045 000 par cycle de nettoyage. Le compresseur subissait de fréquentes défaillances de soupapes dues au taux de compression élevé, avec des temps d'arrêt non planifiés d'environ 120 heures par an.

Solution: Nous avons fourni un Compresseur d'azote sans huile ZW-5/40 Le compresseur de remplissage principal, monté sur un châssis sur mesure, intègre deux refroidisseurs intermédiaires, un refroidisseur final, une tuyauterie de refoulement haute pression avec brides ANSI classe 900 et un automate programmable Siemens S7-1200 avec automate de sécurité redondant. Sa conception à trois étages réduit le taux de compression par étage par rapport au compresseur à deux étages remplacé, améliorant ainsi la fiabilité. L'absence d'huile élimine tout besoin de purification en aval.

Résultats quantifiés après 24 mois :

• Teneur en azote et en hydrocarbures dans les remorques pleines : Réduit de 2,8 mg/m³ à <0,01 mg/m³, atteignant la norme ISO 8573-1 Classe 0
• cycles de nettoyage du système de stockage : Éliminé complètement, économisant $45 000 tous les 18 mois
• Réclamations des clients : Zéro Depuis sa mise en service, l'entreprise a remporté deux nouveaux contrats de semi-conducteurs d'une valeur de 1 TP4T320 000 par an.
• Temps d'arrêt non planifié : Réduction de 120 heures/an à 8 heures/an (Maintenance programmée uniquement)
• Fréquence de remplacement des soupapes : Réduit de 60% en raison d'un rapport de pression par étage plus faible
• Délai de récupération : 2,3 ans y compris les revenus des nouveaux contrats

« Le ZW-5/40 a complètement transformé notre opération de remplissage haute pression. Nous pouvons désormais garantir de l'azote de classe 0 à tous nos clients, notre équipe de maintenance consacre moins de temps aux réparations d'urgence et nous avons remporté des contrats qui étaient auparavant impossibles à décrocher en raison de nos problèmes de contamination de l'huile. La conception à trois étages est nettement plus fiable que notre ancien compresseur à deux étages. » — Directeur des opérations, distributeur de gaz industriels

FAQ et guide de sélection

Produits et solutions connexes

Pour un aperçu complet de nos compresseur d'azote industriel Pour en savoir plus sur notre gamme de produits, notamment les compresseurs d'oxygène sans huile, les compresseurs d'hydrogène, les compresseurs de dioxyde de carbone et les solutions de gaz spéciaux conçues sur mesure, veuillez contacter notre équipe d'ingénierie d'application ou consulter notre catalogue de produits en ligne.

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Nos ingénieurs d'application sont à votre disposition pour évaluer vos besoins en débit d'azote, les conditions d'entrée, les pressions de refoulement cibles et les contraintes d'intégration. Nous vous fournissons gratuitement, sous 48 heures après réception de votre demande, des propositions techniques, des plans d'implantation, des schémas de tuyauterie et d'instrumentation (P&ID), des conceptions de systèmes de sécurité et des analyses détaillées du coût total de possession (CTP).

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