در تولید اکسیژن صنعتی، PSA و VPSA دو فناوری اصلی در سایت هستند. هر دو از غربالهای زئولیت برای جذب نیتروژن استفاده میکنند، اما در طراحی چرخه، مصرف انرژی و کاربردهای ایدهآل به شدت متفاوت هستند. برای نیروگاههای متوسط-تا-که روزانه 50 تا 200 تن اکسیژن مصرف میکنند، انتخاب نادرست میتواند سالانه بیش از 100000 دلار انرژی اضافی هزینه داشته باشد. از کار پروژه ما در Shenger Gas، ما دیدیم که بسیاری از خریداران بر قیمت اولیه تمرکز کرده و هزینه های جاری مادام العمر را نادیده می گیرند. این مقایسه پنج حوزه کلیدی را پوشش میدهد-نوع چرخه، بهرهوری انرژی، بازده اکسیژن، ظرفیت و نگهداری{12}} تا به شما کمک کند با اطمینان انتخاب کنید.
PSA و VPSA: جریان فرآیند و تجهیزات کلیدی
PSA از دو بستر جاذب در چرخه های متناوب استفاده می کند. در حالی که یک بستر در 0.4-0.7 مگاپاسکال جذب می شود، دیگری در فشار اتمسفر بازسازی می شود. اکسیژن از بالای بستر فعال کشیده می شود. بستر صرف شده با تهویه تمیز می شود و اجازه می دهد نیتروژن آزاد شود. این سیستم ساده-عمدتاً جاذبها، دریچههای پنوماتیک و یک کمپرسور هوا است.
VPSA یک پمپ خلاء را به مرحله بازسازی اضافه می کند و بستر را تا -0.05 تا -0.07 MPa (گیج) به پایین می کشد. این باعث دفع عمیقتر نیتروژن میشود و اجازه میدهد فشار عملیاتی به ۰.۳ تا ۰.۵ مگاپاسکال کاهش یابد و نیاز به فشردهسازی هوای خوراک را کاهش دهد. معاوضه: پمپ های خلاء اضافی و کنترل های پیچیده تر شیر.
معیارهای بازیابی اکسیژن و مصرف انرژی
نرخ بازیابی اکسیژن به طور مستقیم منعکس کننده میزان کارآمد بودن بستر غربال مولکولی است. سیستمهای PSA که توسط دفع ناقص اتمسفر محدود میشوند، معمولاً به نرخ بازیابی بین 35 تا 45 درصد میرسند، زیرا نیتروژن باقیمانده مکانهای جذب فعال را اشغال میکند. VPSA از طریق بازسازی{4}}به کمک خلاء، 55% تا 70% اکسیژن خوراک را بازیابی میکند، که همچنین به این معنی است که برای همان خروجی به مواد الک کمتری نیاز است و ابعاد جاذب را میتوان بر این اساس کاهش داد.
تفاوت مصرف انرژی به وضوح در قبوض آب و برق نمایان می شود. واحدهای PSA معمولاً 0.38-0.45 کیلووات ساعت در هر Nm³ معادل اکسیژن خالص مصرف می کنند، در حالی که VPSA می تواند به 0.28-0.35 kWh / Nm³ برسد. یک نیروگاه اکسیژن 100-تن-در-در روز (تقریباً 2800 نیوتن متر در ساعت) در نظر بگیرید. یک سیستم VPSA در مقایسه با PSA تقریباً 150 تا 250 کیلووات ساعت در ساعت صرفه جویی می کند. با تعرفه برق صنعتی 0.10 دلار در هر کیلووات ساعت، این مبلغ سالانه 120،000 تا 200،000 دلار است (بر اساس 8000 ساعت کار) - حاشیه ای که به اندازه کافی برای جبران سرمایه گذاری اولیه بالای تجهیزات VPSA است.
ملاحظات مخارج سرمایه و ردپای
از نقطه نظر تدارکات، سیستمهای PSA دارای یک مزیت هزینه واضح هستند: عدم وجود پمپ خلاء، اندازههای شیر کوچکتر و منطق کنترل سادهتر منجر به قیمت کل تجهیزات معمولاً 20% تا 35% کمتر از VPSA برای مشخصات مشابه میشود. برای کاربردهای مقیاس کوچک-که کمتر از 200 نیوتن متر مکعب در ساعت مصرف میکنند، یا برای عملیات متناوب که کمتر از 3000 ساعت در سال اجرا میشوند، PSA اغلب اقتصاد کلی بهتری ارائه میدهد.
VPSA به سرمایه گذاری اولیه بالاتری فرمان می دهد که عمدتاً توسط مجموعه پمپ های خلاء و مخازن جاذب{0}}بزرگتر هدایت می شود. با این حال، بازیابی اکسیژن بهبود یافته به کاهش 20٪ تا 30٪ در وظیفه فشرده سازی هوای خوراک تبدیل می شود، که تا حدی توان مصرفی پمپ های خلاء را جبران می کند. از نظر ردپای کارخانه، جاذب های VPSA حدود 15% تا 25% کوچکتر از همتایان PSA برای همان ظرفیت هستند، اگرچه پمپ های خلاء اضافه شده و مخازن بافر معمولاً ردپای کل سیستم را کمی بزرگتر از یک نیروگاه PSA معادل می کنند.
پیچیدگی تعمیر و نگهداری و قابلیت اطمینان
ژنراتورهای PSA دارای طراحی ساده با شیرهای پنوماتیک کمتر (معمولاً 8 تا 12) و مراکز تعمیر و نگهداری معمول برای تعویض فیلتر و بازرسی آببند دریچه هستند. دفع اتمسفر تجهیزات خلاء چرخشی را حذف می کند، مشکلات مربوط به ارتعاش و مدیریت روانکاری را کاهش می دهد. این به مهارت کمتری برای کارکنان تعمیر و نگهداری و موجودی قطعات یدکی کوچکتر تبدیل می شود.
VPSA قطارهای پمپ خلاء را معرفی می کند که شامل تعمیر و نگهداری اضافی است: یاتاقان ها، آب بندی ها، سیستم های خنک کننده و نظارت بیشتر بر وضعیت. تعداد دریچه ها معمولاً به 14 تا 20 می رسد و توالی های کنترل پیچیده تر هستند. با این اوصاف، طراحیهای مدرن VPSA به طور فزایندهای از پمپهای خلاء دوار-زائد با نظارت بر ارتعاش آنلاین استفاده میکنند و نرخ واقعی شکست میدان بهطور قابلتوجهی کاهش یافته است. عامل تعیین کننده اغلب در-قابلیت پشتیبانی پس از فروش{7}} محلی تامین کننده نهفته است، معیاری که باید در طول فرآیند انتخاب وزن داشته باشد.
ماتریس تصمیم: از الزامات خلوص تا اقتصاد مقیاس
هنگام ارزیابی یک پروژه، توصیه می کنیم گزینه های فنی را به ترتیب زیر بررسی کنید:
- خلوص اکسیژن: هر دو PSA و VPSA به طور قابل اعتماد 90٪ تا 95٪ اکسیژن تولید می کنند. اگر خلوص از 95% بیشتر شود، باید پس از{4}}تصفیه یا جداسازی هوای برودتی در نظر گرفته شود.
- مقیاس ظرفیت: کمتر از 300 نیوتن متر در ساعت، PSA معمولا ترجیح داده می شود. بین 300 تا 800 نیوتن متر در ساعت، یک ارزیابی اقتصادی دقیق فاکتورگیری در هزینه برق محلی و زمان کار سالانه ضروری است. بالاتر از 800 نیوتن متر در ساعت، مزیت انرژی VPSA معمولاً شکاف سرمایه گذاری را در یک دوره بازپرداخت کوتاه بازیابی می کند.
- ساعات کار سالانه: برای کمتر از 4000 ساعت در سال، PSA هزینه کل کمتری را ارائه می دهد. بالاتر از 6000 ساعت در سال، VPSA تقریبا همیشه برنده می شود.
- ابزارهای سایت: VPSA به منبع آب خنک کننده پایدارتر (برای خنک کننده پمپ خلاء) و ایزولاسیون مناسب پایه برای مدیریت ارتعاش نیاز دارد.
روندهای صنعت و بهبود فرآیندها
مواد غربال جدید خط قدیمی PSA-VPSA را محو میکنند. زئولیتهای لیتیومی بالا اکنون تقریباً 30 درصد نیتروژن بیشتری نسبت به گریدهای استاندارد جذب میکنند و به PSA کمک میکنند حتی بدون خلاء عمیق به بازیابی 50 درصد اکسیژن برسد. در سمت VPSA، درایوهای خلاء با سرعت متغیر{6}}به واحدها اجازه میدهند که کشش را در زمان واقعی تنظیم کنند و قدرت را در بار جزئی کاهش دهند.
برای کاربران فعلی PSA، افزودن تقویتکننده خلاء ممکن است-اما تنها در صورتی که کشتی بتواند آن را مدیریت کند و دریچهها به اندازه کافی سریع پاسخ دهند. این بهترین زمانی است که طرح اصلی فضایی برای ارتقاء داشته باشد. سیستمهای قدیمیتر بدون آن حاشیه نیاز به بررسی دقیق- سایت دارند.
PSA و VPSA رقیب نیستند-آنها دارای محدوده ظرفیت و چرخه های کاری متفاوت هستند. در کار امکانسنجی اولیه، بر دادههای مصرف برق تأیید شده از آزمایشهای مستقل پافشاری کنید و هزینه انرژی را به یک عامل پیشنهادی کلیدی تبدیل کنید. Shenger Gas دو گزارش شبیهسازی سفارشی را بر اساس منحنی تقاضا، نرخ توان و محدودیتهای سایت ارائه میدهد-تا بتوانید سیبها را با سیب مقایسه کنید. در نهایت، اکسیژن در سایت یک بازی انرژی است. مطابقت مناسب برای نمایه بار واقعی شما، هر بار قیمت خرید پایین را شکست می دهد.
