오른쪽 선택 케이블 생산용 질소 발생기 질소 공급은 XLPE 절연 품질과 케이블의 장기 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 질소는 가황 공정에서 불활성 블랭킷 및 가교제로 작용하며, 공급이나 순도에 불일치가 있을 경우 완제품 케이블에 기포가 발생하거나 조기 노화가 나타날 수 있습니다. 이 가이드에서는 XLPE 제조 요구 사항에 맞는 질소 발생 시스템을 선정하기 위한 핵심 매개변수를 자세히 설명합니다.
I. XLPE 케이블 제조에서 질소가 중요한 이유
가교 폴리에틸렌 절연 공정은 일반 폴리에틸렌을 내열성과 기계적 강도가 뛰어난 열경화성 소재로 변환합니다. 가교 반응에는 정밀한 온도 제어와 산소가 없는 환경이 필요합니다. 경화 과정에서 산소가 존재하면 산화적 분해가 일어나 미세한 공극이 생성되고, 이는 부분 방전 및 최종적으로 케이블 고장으로 이어집니다.
질소는 XLPE 생산 라인에서 세 가지 필수적인 기능을 수행합니다.
- 불활성 분위기 블랭킷: 질소는 경화 튜브에서 산소를 제거하여 용융된 폴리에틸렌 표면의 산화를 방지합니다.
- 압력 매체 : 고압 질소는 가교 결합 과정 동안 절연재에 균일한 압력을 유지하여 기포 없는 고화를 보장합니다.
- 냉각 및 탈착: 질소 흐름은 제어된 냉각을 돕고 케이블이 가공선에서 나오기 전에 습기가 침투하는 것을 방지합니다.
안정적인 질소 공급이 없으면 XLPE 절연 품질에 대한 IEC 60502 또는 ICEA 표준을 유지하는 것이 거의 불가능해집니다.
II. XLPE 케이블 질소의 순도 요구사항 결정
선택 시 가장 흔히 저지르는 실수는... 케이블 생산용 질소 발생기 순도를 과도하게 명시하거나 부족하게 명시하고 있습니다.
1. 표준 XLPE 경화: 순도 99.5%~99.9%
중전압 XLPE 케이블(최대 35kV)의 경우 질소 순도가 중요합니다. 99.5의 % 99.9 %로 일반적으로 충분합니다. 이 순도 수준에서 잔류 산소 함량은 0.1%~0.5%로, 경화 튜브 내 짧은 체류 시간 동안 의미 있는 산화적 분해를 방지하기에 충분히 낮은 수준입니다.
2. 고전압 및 초고전압 XLPE: 99.99% 이상의 순도
고전압(69kV 이상) 및 초고전압(220kV 이상) 케이블의 경우 절연 두께가 두껍고 체류 시간이 길기 때문에 미세한 공극조차 치명적인 결함이 됩니다. 이러한 용도에는 다음과 같은 요구 사항이 있습니다. 99.99 % 이상 질소 순도가 높고, 수분을 변수로 제거하기 위해 압력 이슬점이 -40°F 미만인 경우가 많습니다.
3. 수분 고려 사항
순도 사양에서 수분 함량을 간과하는 경우가 많습니다. 질소 기류에 포함된 수증기는 경화 온도에서 증기 주머니를 생성하여 산소 결함과 동일한 기포를 형성합니다. 항상 수분 함량을 명시하십시오. 압력 이슬점은 -40°F 이하 산소 순도와 관계없이 XLPE 응용 분야에 사용됩니다.
| 어플리케이션 | 요구되는 순도 | 필요한 이슬점 |
| LV XLPE (<1 kV) | 99의 % - 99.5의 % | -20 ° F |
| MV XLPE (1-35kV) | 99.5의 % - 99.9의 % | -40 ° F |
| HV/EHV XLPE (>69kV) | 99.99% + | 화씨 -60도 이하 |
III. 케이블 생산을 위한 질소 유량 계산
유량 요구 사항은 경화 튜브 직경, 라인 속도 및 질소 회수 시스템 설계라는 세 가지 변수에 따라 달라집니다.
1. 연속 퍼지 유량 계산
경화 튜브는 휘발성 물질을 제거하기 위해 지속적으로 배출하면서 양압 질소를 유지해야 합니다. 보수적인 추정치는 튜브 단면적과 라인 속도를 사용합니다.
최소 N₂ 유량(SCFH) = 튜브 단면적(in²) × 라인 속도(ft/min) × 0.8
일반적인 직경 6인치 경화 튜브가 100ft/min의 속도로 작동할 경우: 단면적 ≈ 28.3 in². 최소 유량 = 28.3 × 100 × 0.8 = 2,264SCFH (약 38 SCFM).
2. 누설 및 과도 현상 고려
추가 할 20-30% 안전 마진 위에서 계산된 최소 유량은 씰 누출, 시동 시 퍼징 및 압력 변동을 고려한 것입니다. 위 예시의 경우, 다음을 명시하십시오. 3,000SCFH (50 SCFM) 질소 발생 용량.
3. 복구 시스템 영향
많은 XLPE 라인에는 가스의 70~80%를 재활용하는 질소 회수 및 정제 시스템이 통합되어 있습니다. 회수 시스템이 있는 경우, 발생기는 손실되는 질소량만큼만 보충하면 됩니다. 75% 회수율을 기준으로 50 SCFM의 수요를 충족하려면 다음과 같은 추가 공급이 필요합니다. 12.5 SCFM 새로운 질소 생성.
IV. 적합한 질소 발생기 기술 선택
케이블 생산에는 PSA와 멤브레인이라는 두 가지 기술이 주로 사용됩니다. 각 기술은 요구되는 순도에 따라 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다.
1. PSA 질소 발생기
압력 스윙 흡착(PSA) 시스템은 탄소 분자체를 사용하여 압축 공기에서 질소를 분리합니다. 99.5의 % 99.999 %로 높은 순도를 자랑하며 XLPE 케이블 제조에 표준적으로 사용되는 소재입니다.
- 장점: 높은 순도, 검증된 신뢰성, 다양한 주변 환경 조건에서도 안정적인 성능을 제공합니다.
- 고려 사항 : 깨끗하고 건조한 압축 공기 공급이 필요하며, CMS 매체는 8~10년마다 교체해야 합니다.
2. 막형 질소 발생기
막 시스템은 속이 빈 섬유 다발을 사용하여 산소와 수증기를 선택적으로 투과시킵니다. 이러한 시스템은 다음과 같은 이점을 제공합니다. 95의 % 99.5 %로 청정.
- 장점: 기계적 설계가 더 간단하고 유지보수 비용이 적게 들며 분리 공정에 움직이는 부품이 없습니다.
- 제한 사항 : MV/HV XLPE에 요구되는 99.9% 이상의 순도를 경제적으로 달성할 수 없습니다.
선정 기준:
- 복구 시스템을 갖춘 LV XLPE: 막 적절하고 더 경제적일 수 있습니다.
- 복구 기능이 없는 MV/HV/EHV XLPE: PSA 필수 기술입니다.
- 순도 99.9% 이상 요구 조건을 충족하는 모든 케이블: PSA 전용.
V. 케이블 생산 라인 통합 고려 사항
선택 케이블 생산용 질소 발생기 발전기 자체를 넘어 확장됩니다. 적절한 통합은 원활한 작동을 보장합니다.
1. 사료 공기질
PSA 발생기는 ISO 8573-1 Class 1.4.1 이상의 압축 공기(0.1 마이크론 필터링, -40°F 이슬점, 0.01 mg/m³ 오일)를 필요로 합니다. 공급 공기 처리가 부적절하면 CMS 수명이 단축되고 질소 순도가 저하됩니다.
2. 완충 탱크 크기 선정
발전기와 경화 라인 사이에 완충 탱크를 설치하면 순도 변동을 완화하고 일시적인 수요 급증에 대처할 수 있습니다. 탱크 크기는 다음과 같이 결정하십시오. 3 - 5의 분 최대 질소 소비량.
3. 순도 모니터링 및 경보 시스템
자동 배출 기능이 있는 산소 분석기를 설치하십시오. 순도가 설정값 이하로 떨어지면, 시스템은 경화 튜브에 산소를 주입하는 대신 부적합한 질소를 대기 중으로 배출해야 합니다.
4. 핵심 생산을 위한 중복성 확보
예기치 않은 가동 중단으로 인한 시간당 비용이 10,000만 달러를 초과하는 고전압/초고전압 송전선로의 경우, 다음을 고려하십시오. 이중 발전기 구성 또는 순도나 압력이 낮아지면 자동으로 작동되는 액체 질소 백업 시스템.
FAQ
Q1: XLPE 케이블 생산에 현장 질소 발생기 대신 액체 질소를 사용할 수 있습니까?
A1 : 네, 액체 질소는 흔히 사용되는 대안이며, 99.998% 이상의 순도를 제공하고 유지보수가 거의 필요 없습니다. 하지만 액체 질소는 일반적으로 자체 생산 질소보다 입방 피트당 3~5배 더 비쌉니다. 50 SCFM을 지속적으로 사용하는 생산 라인의 경우, 자체 생산 질소를 사용하면 보통 12~18개월 안에 투자 비용을 회수할 수 있습니다. 많은 제조업체들이 액체 질소를 백업으로 사용하고, PSA 발생기를 주 공급원으로 사용하고 있습니다.
Q2: XLPE 케이블 제조 과정에서 질소 순도가 떨어지면 어떻게 되나요?
A2 : 순도 저하로 인해 경화 환경에 산소가 유입됩니다. 산소는 용융된 폴리에틸렌과 반응하여 카르보닐기를 형성하고 가교 결합에 결함을 일으킵니다. 그 결과 눈에 띄는 변색, 표면 거칠기 증가, 그리고 가장 심각하게는 고전압 하에서 부분 방전 부위가 되는 미세 기공이 발생합니다. 순도 저하가 발생한 시기에 생산된 케이블은 공장 출하 검사에서 불합격하거나 현장에서 조기에 고장이 발생하는 경우가 많습니다.
Q3: PSA 질소 발생기의 CMS 매체는 얼마나 자주 교체해야 합니까?
A3 : 탄소 분자체(CMS) 필터 매체는 적절한 공급 공기 처리가 이루어지는 XLPE 케이블 생산 환경에서 일반적으로 8~10년 동안 사용할 수 있습니다. CMS 열화를 가속화하는 요인으로는 공기 압축기에서 유입되는 오일, 과도한 수분, 급격한 압력 변화 등이 있습니다. 매년 실시하는 순도 검증 테스트를 통해 케이블 품질에 영향을 미치기 전에 매체의 열화를 파악할 수 있습니다.
Q4: 케이블 공장에서 질소 발생기를 사용할 경우 특별한 설치 고려 사항이 필요합니까?
A4 : 케이블 공장은 컴파운드 취급 과정에서 발생하는 카본 블랙 분진과 압출 라인 근처의 높은 온도와 같은 특수한 문제점을 안고 있습니다. 따라서 질소 발생기는 컴파운드 작업 구역과 분리된 깨끗하고 온도 조절이 가능한 공간에 설치해야 합니다. 카본 블랙 미세 입자는 공기 흡입 필터를 빠르게 막아 CMS 성능을 저하시킬 수 있습니다. 정격 출력 유지를 위해서는 주변 온도를 100°F(약 38°C) 미만으로 유지해야 합니다.
Q5: 케이블 생산에 있어 현장 질소 발생기의 일반적인 투자 회수 기간은 얼마입니까?
A5 : 투자 회수 기간은 질소 소비량과 지역별 액체 질소 가격에 따라 달라집니다. 30~50 SCFM을 지속적으로 소비하는 중전압 XLPE 송전선의 경우, 투자 회수 기간은 일반적으로 다음과 같습니다. 12 개월 24추가적인 경제적 이점으로는 배송 일정 제약 제거, 극저온 액체 취급 관련 안전 위험 감소, 원자재 가격 변동과 무관한 안정적인 질소 비용 등이 있습니다.
Q6: 질소 발생기 하나로 여러 개의 XLPE 케이블 생산 라인에 질소를 공급할 수 있습니까?
A6 : 네, 적절한 용량으로 설치한다면 하나의 중앙 질소 발생 시스템으로 여러 라인에 질소를 공급할 수 있습니다. 발생기는 다음과 같은 용량을 충족해야 합니다. 동시 최고 수요량의 합평균 소비량이 아닌 개별 유량 제어 및 순도 모니터링 시스템을 각 라인 드롭에 설치하십시오. 서로 다른 전압 등급의 라인이 서로 다른 순도 수준을 요구하는 경우, 고순도 라인에는 멤브레인 전처리 및 PSA 정제 공정을 결합한 하이브리드 시스템을 고려하십시오.
맺음말
오른쪽 선택 XLPE 케이블 제조용 질소 발생기 질소 순도 요구 사항과 초기 투자 비용 및 운영 비용 간의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 중전압(MV) 케이블 라인은 잘 설계된 PSA 시스템에서 공급되는 99.5%~99.9% 순도의 질소로 안정적으로 작동하는 반면, 고전압(HV) 및 초고전압(EHV) 애플리케이션에는 엄격한 이슬점 제어와 함께 99.99% 이상의 순도가 요구됩니다. 튜브 크기, 라인 속도 및 회수 시스템을 고려한 정확한 유량 계산은 케이블 품질을 저하시키는 용량 부족이나 자본 및 에너지 낭비를 초래하는 용량 과대를 방지합니다.
At 민누오당사는 케이블 생산 환경에 특화된 PSA 및 멤브레인 질소 발생 시스템을 설계합니다. 순도 및 유량 계산부터 기존 경화 라인과의 통합에 이르기까지, 당사 시스템은 XLPE 절연 품질에 필수적인 안정적인 질소 공급을 제공합니다.
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