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精打细算说制氮

作者:江苏嘉宇来源:外部 浏览次数: 日期:2018年11月20日

近几年来,随着对焊接产品质量的要求越来越高,同时国家对环境保护的要求也越来越高,无铅化焊接已经广泛普及应用,惰性氮气焊接在提高产品的质量上受到人们的青睐。虽然,选购氮气氛需要花费一定的资金,但比起环保要求以及因焊缺陷带来的返修成本要低得多。为此,惰性氮气氛在SMT的焊接中的作用越来越受到人们的重视,并将逐渐被人们接受和广泛应用。不过,氮气的使用成本除了在很大程度上取决于流动速率、操作小时数和回焊炉的结构以及生产工艺外,氮气源的选择更为重要。

 

氮气的来源主要有两种:

a.液态罐装氮(深冷空分)

液态罐装氮(一吨的液氮相当于常温常压下799m³的氮气,一般损失为5%): 

b.用制氮机产生氮气(直接从空气总提取氮气,非深冷空分)  

 

用大型制氮设备制造出气态氮气,然后经过超高压、超低温处理(通常是:500Mpa,1800C),使它转化成液氮。我们使用(就是往设备中输入氮气)的是气态氮。所以在用液氮前必需有一个气化的过程,这通过汽化器来实现:减压、升温。一般情况下,汽化后氮气温度能达到常温。液氮储罐要单独购置或者租赁,投资大,使用成本很高。

 

 

制氮机有两种:膜分离制氮机,PSA制氮机: 

 

a.膜分离制氮机:产出的氮气纯度可达到99.9%或氧含量<=1000ppm,优点是:启动快2~3分钟就可生产出合格氮气,可随时开停,系统稳定可靠,氮气纯度波动小,维护量小,维修简单;缺点:相对PSA制氮机投资高。 

 

b.PSA制氮机:采用碳分子筛(Carbor  Molecule Sieve)为吸附剂,利用变压吸附(Pressure Swing Adsorbtion)工艺,直接生产出氮气纯度为99.99%或氧含量<=100ppm)的氮气充入设备。 

 

 

现场制氮机在SMT行业中的实际使用案例 

 

  

选用现场PSA制氮机首先要考虑的是用气量和氮气纯度: 

  

1.单位时间的耗气量(通常以每小时多少立方米计算):不同品牌、不同型号的炉子耗气量不同,输入PCB的尺寸不同耗气量也不同,链条转动的速度不同耗气量也不一样,所以确切的耗气量要以现场实验为依据。

  

2.氮气的纯度(多少个九,或氧含量的ppm值);先确定炉子中的氮气纯度,再确定制氮机出口纯度。氧化反应的充要条件是氧分子的存在,同样条件下氧含量越高,氧化反应越激烈;反之氧含量越低,氧化反应越微弱。当然氮气纯度越高越好,但应考虑投资成本与产品的不良率和返工量的平衡。目前大多数的电子厂商都选择:99.99%或氧含量100ppm,也有选择:99.9%或氧含量1000ppm,少数选择:99.999%或氧含量10ppm。所以确切的纯度应根据产品的档次、允许的不良率、公司政策、产品对浸润性的要求等因素决定。确定了炉子中的氮气纯度后,再确定制氮机出口纯度;通常制氮机不与SMT生产线一起放在车间里,而是放在屋顶,或车间外,通过管道输入炉子,之间有很多个连接口,很有可能造成氮气纯度下降,所以制氮机的出口纯度也要有余额。

 

 

 

下面以一套纯度为99.99%,产气量为20m³/Hr 的制氮机用于一条SMT生产线,作出简要经济性分析与比较如下: 

  

1、液氮使用成本 

  市场上的液氮约为1200元/吨,一吨液氮可气化成纯度为99.99%,780的气态氮,所以购买1m³的氮气价格是1.4元。如果加上液氮储罐的租金、汽化器的购置费、每年人工的费用等,使用1m3氮气的成本接近1.6元。 

  

2、PSA制氮机的使用成本 

  现场PSA制氮机的使用成本主要是电能的消耗,电能的消耗主要来自以下几个方面: 

  空压机:空压机的额定功率为18.5kw(已考虑余量),因为在系统选型时就考虑到空压机的卸载和适当的压缩空气余量,所以空压机的实际消耗功率约为额定功率的95%左右,即为:17.6kw左右。电费按0.6元计算,一年的平均运行时间为8000小时,每年电费总计为17.6×8000×0.6=84480元。 

  冷冻干燥机:冷冻干燥机的额定功率为1kw.。冷干机的电费总计为 1×8000×0.6=4800元。

  制氮机:制氮机的原料是压缩空气,而制氮机本身基本不耗电,其主要是仪表用电,额定功率大约为0.4kw。 

  每年电费总计0.4×8000×0.6=1920元。 

  人工费:因设备无须专人职守,所以该套制气设备在计算运行成本时,可忽略不计。 

  设备折旧费:设备投资按20万元计算,每年折旧2万元。 

  单位立方氮气成本为(8.5+0.48+0.2+2)÷(20×8000)=0.7元 

  两种用氮方式每年差价为20×8000×(1.7-0.7)=16万元 

  所以PSA制氮机投资回收期仅为10个月。(即16÷20) 

       


 

 

从两种氮气来源的经济性,方便性等对比,现场制氮具有明显的优势,PSA制氮机是首选。如果在氮气纯度要求99.9%的情况下,为了提高制氮机的稳定性可选用膜分离制氮机。

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