در بخش تجهیزات گاز صنعتی، تقاضا برای سیستم های تامین گاز به طور قابل توجهی در صنایع مختلف متفاوت است. برخی از پروژهها سرمایهگذاری اولیه را در اولویت قرار میدهند، در حالی که برخی دیگر بیشتر بر هزینههای عملیاتی-درازمدت تمرکز میکنند. اما برای تأسیسات تولید مداوم-مقیاس بزرگ، پایداری منبع گاز، توانایی کنترل خلوص و پتانسیل توسعه در آینده اغلب بیشتر از خود تجهیزات اهمیت دارد.
به عنوان شرکت Shenger Gas، شرکتی که مدتها به تولید تجهیزات گاز صنعتی اختصاص داشت، ما اغلب در طول طراحی سیستم و بحثهای پروژه با این سوال از مشتریان مواجه میشویم: چه نوع پروژههای صنعتی برای واحدهای جداسازی هوا برودتی (ASU) مناسبتر هستند؟
از اصول فنی گرفته تا تطبیق{0}عملیاتی واقعی، ASU های برودتی برای هر کاربرد گازی مناسب نیستند. با این حال، در سیستمهای صنعتی که به نرخ جریان بالا، عملیات مداوم و خلوص بالا نیاز دارند، اغلب مزایای واضح و جامعی را ارائه میدهند.
این مقاله یک تجزیه و تحلیل سیستماتیک را بر اساس ویژگیهای کاربرد صنعتی ارائه میدهد که پروژههای{0}}تامین گاز در مقیاس بزرگ برای ASUهای برودتی مناسبتر هستند و عوامل کلیدی را که شرکتها باید هنگام انتخاب راهحل تامین گاز در نظر بگیرند، برجسته میکند.
واحد جداسازی هوای برودتی (ASU) چیست؟
واحد جداسازی هوا برودتی یک سیستم کامل است که اجزای هوا را-مانند اکسیژن، نیتروژن و آرگون-از طریق فرآیندهایی از جمله فشرده سازی هوا، تصفیه، تبادل حرارت، تبرید مبتنی بر انبساط-و تقطیر برودتی، همه در دماهای بسیار پایین جدا میکند.
دمای عملیاتی هسته معمولاً به -170 درجه تا -190 درجه میرسد که جداسازی پایدار اجزای مختلف گاز را از طریق یک سیستم تقطیر دو ستونی ممکن میسازد. در مقایسه با ژنراتورهای استاندارد اکسیژن PSA یا سیستمهای جداسازی غشایی، مزیت کلیدی یک ASU برودتی صرفاً «دمای پایینتر» نیست، بلکه توانایی آن در ارائه گازهای صنعتی با خلوص بالا و چند جزئی با نوسانات کم در شرایط عملکرد مداوم و جریان بالا است.
از نقطه نظر صنعتی، ASU برودتی اساساً راه حلی است که برای "تامین گاز مداوم-درازمدت، در مقیاس بزرگ- 24/7 و 24 ساعته مناسب تر است."
پروژههای-فولادسازی و ذوب در مقیاس بزرگ
در میان تمام کاربردهای صنعتی، صنعت فولاد یکی از معمولی ترین و بالغ ترین زمینه ها برای ASU های برودتی باقی مانده است.
تولید فولاد مدرن -چه غنیسازی اکسیژن در کوره بلند، چه فولادسازی در کوره اکسیژن پایه (BOF) یا ذوب کوره قوس الکتریکی (EAF)-چندین تقاضای بسیار خاص برای تامین اکسیژن دارد:
- نیاز به حجم گاز بسیار بالا
- ساعات کار مداوم و طولانی
- نیاز به خلوص اکسیژن بالا
- تقاضاهای بسیار بالا برای ثبات سیستم
کارخانههای فولادی بزرگ معمولاً به ظرفیتهای اکسیژن دهها هزار تا صدها هزار نیوتن متر مکعب در ساعت نیاز دارند که اغلب با نیتروژن با خلوص{{0} بالا برای حفاظت، تصفیه، و سیستمهای ریختهگری مداوم نیاز دارند.
استفاده از چندین سیستم PSA کوچک-تا-متوسط نه تنها به تعداد زیادی واحد نیاز دارد، بلکه هزینه های نگهداری را نیز در طول زمان به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در مقابل، یک ASU برودتی میتواند اکسیژن، نیتروژن، و حتی آرگون خروجی همزمان را از طریق یک واحد ظرفیت بزرگ فراهم کند و ثبات فرآیند را تضمین کند و در عین حال با اهداف بلندمدت کارآیی انرژی کارخانههای فولادی همسو میشود. برای پروژه های فولادی با تولید سالانه بیش از یک میلیون تن، ASU های برودتی به استاندارد صنعتی تبدیل شده اند.
پروژه های شیمیایی و پتروشیمی زغال سنگ
صنایع شیمیایی زغال سنگ و پتروشیمی یکی دیگر از حوزههای وابسته به ASU های برودتی است.
چه در زغال سنگ-به-متانول، زغال سنگ-به-الفینها، آمونیاک مصنوعی یا فرآیندهای هیدروژناسیون تصفیه، اکسیژن و نیتروژن اغلب نقش مستقیمی در جریانهای واکنش هسته دارند. این پروژه ها به طور کلی دارای ویژگی های زیر هستند:
- گاز را نمی توان قطع کرد
- فشار گاز مورد نیاز بالا
- چرخه های عملیاتی طولانی با تولید مستمر در تمام طول سال-
- حساسیت بالا به نوسانات خلوص
مخصوصاً گازیکنندههای{0}}در مقیاس بزرگ، الزامات بسیار سختگیری برای جریان اکسیژن و پایداری خلوص دارند. حتی نوسانات کوتاه مدت-می تواند بر تعادل حرارتی کل خط تولید تأثیر بگذارد.
از آنجایی که ASU های برودتی از تقطیر{0}در دمای پایین استفاده می کنند، خلوص محصول پایدارتر است. بعلاوه، آنها می توانند اکسیژن با فشار بالا را مستقیماً از طریق فشرده سازی داخلی اکسیژن مایع تحویل دهند و انرژی فشرده سازی پایین دست را کاهش دهند. بنابراین، آنها مزایای آشکاری را در پروژه های بزرگ شیمیایی زغال سنگ ارائه می دهند.
پروژههای ذوب فلزات غیرآهنی{{0}
ذوب فلزات غیرآهنی-مثل مس، سرب، روی و نیکل{2}}همچنین یک حوزه کاربردی مهم برای ASUهای برودتی است.
در فرآیندهای ذوب غنیشده با اکسیژن، اکسیژن پایدار و با خلوص بالا به طور قابلتوجهی بازده احتراق را بهبود میبخشد، چرخههای ذوب را کوتاه میکند و مصرف انرژی ویژه را کاهش میدهد.
برای کارخانه های ذوب بزرگ، سیستم تامین اکسیژن نه تنها باید نرخ جریان بالایی را ارائه دهد، بلکه باید موارد زیر را نیز فراهم کند:
- عملکرد طولانی- پایدار
- توانایی کنترل نوسانات بار
- گازرسانی همزمان به مراحل مختلف فرآیند
ASU های کرایوژنیک تحت این شرایط بارگذاری مداوم-با اطمینان بیشتری عمل می کنند. علاوه بر این، سیستمهای نیتروژن مرتبط با آنها را میتوان برای حفاظت، پاکسازی و ایزولهسازی ایمنی در طول تعمیر و نگهداری تجهیزات استفاده کرد. برای شرکتهای ذوبی که نیاز به تولید بدون وقفه در طول سال دارند، ارزش عملیاتی کلی یک سیستم برودتی معمولاً بسیار بیشتر از تجهیزات تولید گاز با چرخه کوتاه- است.
پروژه های تولید مواد انرژی جدید و فتوولتائیک (PV).
با رشد سریع صنعت انرژی جدید، تقاضا برای گازهای صنعتی{0} با خلوص بالا در بخش هایی مانند مواد باتری لیتیومی، مواد سیلیکونی فتوولتائیک و تولید نیمه هادی به طور پیوسته در حال افزایش است.
در حالی که مصرف اکسیژن در هر سایت در این صنایع ممکن است به اندازه فولادسازی نباشد، آنها الزامات سخت تری را بر کیفیت گاز تحمیل می کنند:
- خلوص نیتروژن معمولاً در 99.999٪ مورد نیاز است.
- نوسان بسیار کم در عرضه گاز
- بدون آلودگی روغن، آب یا ذرات
- سیستم ها باید از عملکرد پایدار 24/7 پشتیبانی کنند
ASU های برودتی دارای مزایای طبیعی در عرضه{0}نیتروژن با خلوص بالا هستند، و آنها را به ویژه برای مدل های تامین گاز متمرکز در پایگاه های PV بزرگ، پارک های نیمه هادی و پارک های صنعتی مواد جدید مناسب می کند. در مقایسه با مولدهای نیتروژن پراکنده متعدد، عرضه گاز برودتی متمرکز کنترل خلوص، ثبات عملیاتی و مقیاس پذیری آینده را بهتر ارائه می دهد.
پروژه های گازرسانی متمرکز در شهرک های بزرگ صنعتی شیمیایی
در سالهای اخیر، پارکهای صنعتی بیشتری از مدلهای تامین گاز متمرکز استفاده کردهاند.
در این مدل، یک هاب گاز بزرگ باید به چندین کارخانه خدمات رسانی کند و اکسیژن، نیتروژن، آرگون و حتی محصولات مایع را تامین کند. چنین پروژه هایی معمولاً با چندین چالش روبرو هستند:
- نیازهای کاربر متنوع
- نوسانات گسترده در اوج تقاضای گاز
- چندین نوع گاز مورد نیاز است
- نیاز آشکار به گسترش آینده
قابلیت جداسازی چند جزئی ASU های برودتی آنها را برای تامین گاز متمرکز در سطح پارک بسیار مناسب می کند. با پیکربندی مناسب ذخیرهسازی مایعات، سیستمهای پشتیبان، و کنترل هوشمند، میتوانند-از عرضه گاز پایدار برای چندین کاربر پشتیبانی کنند. از منظر ROI، با افزایش تقاضای گاز، هزینه تولید گاز واحد ASU های برودتی رقابتی تر می شود.
چگونه می توان تعیین کرد که آیا یک پروژه برای یک ASU برودتی مناسب است یا خیر
از نقطه نظر تمرین مهندسی، اگر یک پروژه دارای سه ویژگی زیر باشد، یک ASU برودتی به طور کلی ارزش اولویت بندی را دارد:
- حجم تقاضای گاز زیاد – هنگامی که نیازهای اکسیژن یا نیتروژن به مقیاس متوسط-به- رسید، صرفهجویی در مقیاس سیستمهای برودتی آشکار میشود.
- عملیات مستمر مورد نیاز - کارخانههایی که 24 ساعت شبانهروز کار میکنند-برای عملکرد پایدار درازمدت-فرایندهای برودتی مناسبتر هستند.
- تقاضاهای بالا برای خلوص و پایداری - به خصوص برای پروژههایی که به اکسیژن با خلوص بالا، نیتروژن با خلوص{{1} بالا یا تولید همزمان آرگون نیاز دارند، فناوری برودتی مزیت آشکاری دارد.
واحدهای جداسازی هوا برودتی برای هر پروژه صنعتی مناسب نیستند. با این حال، برای سناریوهای تولید مستمر و با بار بالا، مانند فولادسازی، مواد شیمیایی زغال سنگ، ذوب غیرآهنی، مواد انرژی جدید، و مراکز گاز پارک صنعتی در مقیاس بزرگ، اغلب انتخاب منطقیتری برای استراتژی عملیاتی بلندمدت هستند.
از سرمایهگذاری تجهیزات گرفته تا هزینههای عملیاتی چرخه عمر، و از خلوص گاز گرفته تا قابلیتهای توسعه آینده، یک سیستم تامین گاز که واقعاً برای پروژههای صنعتی{0}مقیاس بزرگ مناسب است، هرگز صرفاً بر اساس «آیا میتواند گاز تولید کند» قضاوت نمیشود، بلکه براساس «این که آیا میتواند گاز را به طور قابل اعتماد برای ده یا حتی بیست سال تأمین کند یا خیر» قضاوت نمیشود.
