Для крупных промышленных проектов в сталелитейной, химической, электронной промышленности и аналогичных отраслях непрерывная и стабильная поставка промышленных газов имеет важное значение для производства. Для этих проектов предпочтительным выбором стали-криогенные воздухоразделительные установки (ВРУ). По сравнению с покупкой жидкого кислорода/азота или использованием адсорбции с переменным давлением (PSA) для производства азота, технология криогенного разделения воздуха предлагает незаменимые преимущества в трех измерениях: объемная емкость, постоянство чистоты и экономичность эксплуатации.
Основные проблемы газоснабжения крупных проектов
Крупномасштабные-проекты предъявляют несколько различных требований к газу: высокий объем потребления, фиксированные характеристики давления и чистоты, а также чрезвычайно низкая устойчивость к перебоям в поставках. Для воздухоразделительной установки, производящей более 10 000 нм³/ч кислорода, если использовать покупной жидкий кислород или азот, инвестиции в резервуары для хранения, автоцистерны и испарители только на этапе транспортировки значительны,-не говоря уже о текущих расходах на транспортировку жидкости и нестабильности цепочки поставок.
Еще одна проблема, которую часто упускают из виду, — это точка росы и наличие примесей. Для некоторых химических реакций или защитных газов электронного-класса действуют чрезвычайно строгие ограничения по содержанию влаги, углекислого газа и углеводородов. Процесс криогенной дистилляции естественным образом удаляет эти примеси, что является скрытым преимуществом производства газа на-объекте.
Как технология криогенного разделения воздуха справляется с высокими скоростями потока
Основной принцип технологии криогенного разделения воздуха использует разницу температур кипения компонентов воздуха (кислорода -183 градуса, азота -196 градусов) посредством последовательных этапов: сжатия, предварительного-охлаждения, очистки, охлаждения при расширении и разделения в дистилляционной колонне. При высоких требованиях к газу (десятки тысяч кубических метров в час) диаметр колонны и конструкция тарелки многоступенчатой дистилляционной колонны определяют эффективность разделения. Крупномасштабные криогенные установки-обычно используют двухколонный процесс (давление в нижней колонне около 0,5–0,6 МПа, давление в верхней колонне близко к атмосферному), обеспечивая степень извлечения кислорода выше 95 %, что значительно выше, чем 50–70 % при PSA.
В реальных условиях установка КДОН-20000 (кислород 20 000 Нм³/ч, азот 40 000 Нм³/ч) потребляет примерно 0,45–0,55 кВтч на Нм³ кислорода. Общая стоимость испарения покупного жидкого кислорода в том же масштабе обычно на 30–40 % выше. Это экономическая логика, лежащая в основе того, почему крупные проекты в конечном итоге выбирают криогенные установки на месте.
Соответствие нескольких-сочетаний-продуктов и классов давления
Для крупных проектов часто одновременно требуются кислород, азот, аргон и даже редкие газы разной степени чистоты. Дистилляционный поток технологии криогенного разделения воздуха позволяет одновременно производить через боковые-выпускные отверстия: технологический кислород чистотой 99,6 %, азот чистотой 99,999 % и сырой или очищенный аргон. Обычная конфигурация включает кислород для сжигания или газификации, а азот разделяется на два потока:-один поток низкого-давления для продувки и создания подушки, а другой поток среднего-давления (1,0–1,5 МПа) для приборного воздуха или подпитки под давлением.
Соответствие классов давления напрямую влияет на конфигурацию компрессора пользователя. Многие криогенные установки могут напрямую производить азот под давлением 0,8–1,2 МПа, что устраняет необходимость в дополнительных дожимных компрессорах. Однако для кислорода требуется кислородный компрессор или насос жидкого кислорода, размер которого соответствует давлению процесса на выходе.
Ключевые моменты выбора из реальных проектов
Когда проект по коксованию мощностью 2-миллиона-тонн-в год выбирал установку разделения воздуха, пользователь сначала рассматривал возможность приобретения жидкого кислорода. После подсчета они установили: суточное потребление жидкого кислорода около 180 тонн требовало 3-4 автоцистерн в непрерывной работе, емкость резервуара для хранения не менее 150 кубометров, а классификация опасных зон коксохимического завода подразумевала безопасное контрольное давление для подъезда грузовиков. В итоге остановили свой выбор на криогенной установке КДОН-15000, занимающей всего 900 квадратных метров (включая холодильную камеру, молекулярно-ситовые адсорберы и компрессорное здание). После двух лет эксплуатации стоимость тонны кислорода оказалась примерно на 28% ниже закупочной.
Еще один опыт: при выборе поставщика ВРУ или инжиниринговой компании обратите пристальное внимание на несколько технических документов:-подбор структурированной насадки в ректификационной колонне (высокоэффективная насадка позволяет снизить высоту колонны на 2-3 метра), конфигурацию каналов основного теплообменника, а также наличие детандера отечественного или импортного производства. Эти детали напрямую влияют на уровень энергопотребления агрегата и непрерывный рабочий цикл (лучшая отраслевая практика обеспечивает более двух лет работы без остановки на техническое обслуживание).
Стратегия эксплуатации, технического обслуживания и запасных частей
После запуска криогенной установки разделения воздуха дистилляционная колонна и трубопроводы внутри холодильной камеры остаются при криогенных температурах. После остановки прогрев и повторный запуск занимают 24–48 часов или дольше, и каждый термический цикл сокращает срок службы оборудования. Поэтому в крупных проектах стараются поддерживать непрерывную работу агрегатов, полагаясь на резервные конструкции, такие как рабочие/резервные компрессоры и переключающие клапаны с молекулярными ситами для устранения неисправностей.
При подписании договора на долгосрочное-техническое обслуживание пользователи должны указать несколько показателей: коэффициент эксплуатации (не менее 95 %), диапазон колебаний чистоты кислорода (±0,1 %) и максимальное удельное энергопотребление. Что касается запасных частей, молекулярные сита обычно заменяются каждые 5-6 лет, расчетный срок службы насадки ректификационной колонны составляет более 15 лет, а подшипники расширителя и сопла являются элементами регулярного износа.
Технология криогенного разделения воздуха играет очевидную роль в крупных промышленных проектах: когда потребность в газе превышает 10 000 Нм³/ч, а сроки реализации проекта превышают три года, общая стоимость владения криогенной установкой, установленной на объекте-, оказывается ниже, чем у любой купленной или не-криогенной альтернативы. Он предлагает не только газы, но и контроль над автономностью цепочки поставок. Ключом к принятию решения является подсчет цифр: сложите общий объем закупок жидкого кислорода и азота за три-года, затраты на управление транспортом и инвестиции в обеспечение безопасности, а затем сравните это с инвестициями в проектирование и эксплуатационными затратами на электроэнергию криогенной установки. Данные дадут вам ответ.
