L'ingénieur

16 janvier 2023 - Afin de répondre à la demande croissante des constructeurs automobiles pour ses rivets et outils autoperforants spécialisés et d’assurer la continuité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 de la production de son usine de production de Deeside, Atlas Copco Industrial Assembly Solutions a installé un système de génération d’azote sur site qui alimente son processus de durcissement par traitement thermique et élimine la dépendance à l’égard de l’approvisionnement en gaz fourni par le fournisseur.

À mesure que les applications d’assemblage automobile deviennent plus complexes, avec de nouveaux matériaux difficiles à assembler et d’autres qui ne peuvent pas être soudés, les rivets et l’outillage auto-perforants fournissent la réponse. Avec une production annuelle de l’ordre de 1 milliard d’articles, il est essentiel pour Atlas Copco Industrial Assembly Solutions (anciennement Henrob) de maintenir l’intégrité et les performances continues de ses fours de durcissement des rivets, qui sont essentiels à la qualité du produit final. L’approvisionnement fiable en azote et son niveau de pureté jouent un rôle essentiel dans le processus.

Jusqu’à récemment, l’azote liquide était fourni en vrac au site par le fournisseur, puis vaporisé pour être livré aux fours de traitement thermique de production. Le niveau de pureté de l’azote délivré était de 99,999%, mais les calculs ont prouvé que si l’apport en azote pouvait être réglé à 99,8%, cela réduirait le coût d’exploitation d’un gaz de très haute pureté qui n’était pas nécessaire pour le processus.

Les arguments en faveur de la production d’azote sur site

C’est cette anomalie, entre autres facteurs, qui a convaincu l’équipe de direction de la production d’opter pour un système de génération d’azote sur site fourni par l’organisation sœur de l’entreprise, Atlas Copco Compressors.

Les générateurs NGP+ sur site fournissent de l’azote d’une pureté comprise entre 95 et 99,999 %. Ils offrent une solution de possession plus durable et à coût de possession beaucoup plus faible que la dépendance au gaz livré en bouteilles ou à l’approvisionnement en liquide en vrac. L’azote gazeux est disponible en permanence à partir d’un NGP+ alors que les bouteilles et les bouteilles nécessitent un transport et une manutention, ce qui a un impact sur l’environnement, ainsi que sur l’administration et la paperasse fastidieuses.

Fonctionnant avec la dernière technologie d’adsorption par variation de pression (PSA), les générateurs plug-and-play NGP+, lorsqu’ils sont connectés à une installation d’air comprimé propre et sec existante, offrent un approvisionnement indépendant, fiable et flexible d’azote de qualité supérieure aux niveaux de pureté requis de l’application de procédé.

« Le traitement thermique des rivets modifie les propriétés mécaniques du matériau. Nous devons contrôler l’atmosphère des fours pour la teneur en carbone afin de nous assurer que nous ne décarburons ni ne cémons les pièces », a déclaré Carlo Sementa, ingénieur de fabrication chez Atlas Copco IAS UK Limited.

Il a poursuivi : « Nous disposons d’un système de contrôle de pointe ainsi que d’analyseurs de gaz, qui sont utilisés pour la vérification de la composition chimique de l’atmosphère. L’azote est utilisé comme couverture pour empêcher l’oxydation des pièces en acier et comme purge de sécurité.

Le procédé de traitement thermique

Dans le processus de traitement thermique, la procédure consiste à craquer le méthanol liquide et, avec l’ajout d’azote, à fournir une composition chimique cohérente au four. Le propane et l’air sont également utilisés dans le processus pour affiner la composition chimique nécessaire au maintien de la teneur en carbone de l’acier.

L’azote est fourni au four 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, en quantités variées en fonction des besoins, par exemple la production ou la veille. À la fin d’un cycle de production, les fours sont purgés avec de l’azote pour éliminer les gaz combustibles. Après cette procédure, il peut s’écouler jusqu’à huit heures avant qu’un cycle de production puisse recommencer en raison de la recréation de l’atmosphère, un intervalle qui diffère légèrement d’un four à l’autre.

Contrôle précis

Ce besoin de contrôle précis du volume et du niveau de pureté de l’azote est l’un des principaux avantages du système générateur d’azote NGP+ d’Atlas Copco, qui a été conçu dès le départ pour protéger l’application du processus et l’investissement en équipement des utilisateurs.

Par défaut, les générateurs NGP+ disposent d’un contrôle automatique de la pureté hors spécifications afin que l’azote dont le niveau de pureté est inférieur au seuil prédéfini ne puisse jamais atteindre une application sensible. Dans le même temps, les conditions de l’air d’alimentation telles que la température, la pression et le point de rosée sous pression sont surveillées en permanence par des capteurs à sécurité intégrée. Lorsqu’il ne répond pas aux exigences du générateur, l’air d’alimentation est automatiquement évacué avant d’entrer dans la machine afin d’éliminer le risque de contamination et d’endommagement des composants.

Le système d’air comprimé.

La source d’air comprimé propre et sec alimentant le processus de génération d’azote sur site à l’usine de Deeside est un compresseur rotatif à vis (full feature) GA 15-37 VSD+ FF (full feature) d’Atlas Copco avec sécheur de réfrigérant intégré et auxiliaires d’air de qualité en aval. Il s’agit notamment de filtres coalescents, pour éliminer l’eau liquide et les aérosols d’huile, ainsi que d’une tour de filtration à charbon actif pour traiter les vapeurs d’huile et les odeurs d’hydrocarbures. La puissance du compresseur rotatif à vis est de 7,3 à 43 l/s d’air à 7 bars.

Avec sa conception verticale innovante, le GA 15-37 VSD+ change la donne dans l’industrie des compresseurs. Il offre un entraînement à vitesse variable de série, un moteur compact à entraînement direct, à technologie iPM (aimant permanent) refroidi à l’huile, et un faible encombrement grâce à sa conception interne. Toutes les fonctionnalités ont été développées pour réduire la consommation d’énergie de 50% en moyenne et pour assurer la disponibilité même dans les conditions les plus difficiles.

Protection du processus de production

L’ensemble du système de génération d’azote sur site a été conçu en veille de sorte que, du point de vue de la sécurité et de l’entretien, il peut facilement être remplacé par une seule machine en cas de besoin. Il y a deux réservoirs récepteurs pour l’air et l’azote respectivement comme secours secondaire au cas où le système cesserait de fonctionner pour une raison quelconque, et, pour plus de sécurité, il y a un système de redémarrage.

Comme l’observe Carlo Sementa : « Nous sommes heureux d’annoncer qu’actuellement, tout fonctionne très bien 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et, bien que les cycles de production varient en fréquence et en durée, nous devons, par précaution, maintenir l’atmosphère des fours pleinement allumée à tout moment en raison du cycle de stabilisation étendu. La très bonne nouvelle, c’est que je ne suis plus à la merci des fournisseurs et que je ne dépends plus des livraisons d’azote des fournisseurs. »

Retour sur investissement

Les coûts de production des solutions d’assemblage industriel Atlas Copco ont déjà été réduits grâce à l’efficacité énergétique de l’installation et à l’absence de dépendance à l’égard de livraisons coûteuses d’approvisionnements en azote sur-spécifications. De plus, le retour sur investissement en capital permettra d’obtenir un retour sur investissement dans un délai d’un an et demi à compter de l’installation du système.

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