Руководство по планированию электростанции по производству промышленных газов: решения по мощности, чистоте и стоимости

Независимо от того, используете ли вы линии лазерной резки с чистотой азота 99,99% или промываете упаковку пищевых продуктов с чистотой 99,5%, разница между правильным размером промышленный газогенераторный завод а недостроенный каждый день появляется в счетах за электроэнергию и отклоненных партиях. Завод, который покупает поставляемый сжиженный газ вместо того, чтобы производить его на месте, обычно тратит на 40-70% больше за кубический метр, но эта прибыль исчезает, если система рассчитана на пиковый спрос, а не на средний спрос, или если чистота установлена ​​выше, чем фактически необходимо для процесса.

В этом руководстве рассматриваются решения, которые имеют значение при планировании системы производства газа на объекте: определение мощности, выбор технологии, стоимость энергии и последовательность установки, а также инженерные данные, полученные из реальных действующих установок.

Что делает завод по производству промышленных газов и почему выигрывает генерация на месте

Промышленная газогенераторная установка отделяет азот, кислород или гелий из окружающего воздуха в месте использования, заменяя поставки бутылей, нерасфасованных жидкостей или криогенных поставок контролируемой и непрерывной подачей.

Комплект системы обычно состоит из компрессора питающего воздуха, блока разделения газов (СРП, мембрана или VPSA), линии подготовки воздуха с осушителями и фильтрами, буферного резервуара и панели управления с онлайн-измерением чистоты.

Когда вы владеете генерирующим активом, стоимость газа становится функцией электроэнергии, технического обслуживания и амортизации капитала, а не платы за поставку за литр. Это изменение имеет наибольшее значение в таких отраслях, как нефтехимическая переработка и автомобилестроение, где потребность в азоте или кислороде сохраняется постоянно в течение всей смены.

Определение мощности: подберите установку в соответствии с вашим реальным потреблением

Выбирайте установку по производству промышленных газов исходя из среднего непрерывного спроса плюс управляемый пиковый коэффициент в 10-20%, а не вокруг самого высокого пика или самой продолжительной одной смены.

Увеличение размера – самая дорогая ошибка. Генератор азота PSA, мощность которого на 30 % больше, чем необходимо, тратит электроэнергию на избыточное сжатие воздуха и заставляет систему переключаться между режимами ожидания и нагрузки, что сокращает срок службы клапана.

Уровень чистоты и типичные применения

Для производственной площадки, которой требуется чистота 98–99,5 % при постоянном потоке, система PSA подает газ требуемой спецификации с удельной энергией в диапазоне 0,42–0,55 кВтч/Нм3.

Генератор азота PSA для надежного газоснабжения на объекте Эта система, предназначенная для непрерывного производства азота с регулируемой чистотой от 0,1 до 0,8 МПа, использует углеродные молекулярные сита для удовлетворения потребностей в стабильном потоке и чистоте, а также поддерживает интеграцию буферного резервуара для стабильной работы. Посмотреть продукт →

Для переменных нагрузок установите буферный резервуар размером 20–30 % от часового расхода, чтобы генератор работал в стабильном режиме, а не гонялся за скачками нагрузки. Это единственное конструктивное решение обеспечивает стабильную чистоту и значительно снижает цикличность клапанов.

PSA, мембрана или VPSA: критерии выбора технологии

Тремя основными технологиями для промышленных газогенераторных установок являются адсорбция при переменном давлении (PSA), мембранное разделение и адсорбция при переменном вакууме (VPSA), и каждая из них выигрывает в своей части карты чистоты и производительности.

В системах PSA используется адсорбирующий материал, который захватывает кислород при высоком давлении и выделяет его при низком давлении. Они производят азот от 95% до 99,99% с надежным контролем чистоты. PSA является выбором по умолчанию для большинства производственных предприятий, поскольку его модульная конструкция хорошо вписывается в существующие подсобные помещения.

В мембранных сепараторах используются половолоконные мембраны для фракционирования воздуха при низких затратах энергии. Они проще, не имеют движущихся частей на стадии разделения и лучше всего подходят для требований чистоты ниже 98%, где допустимо более высокое содержание кислорода.

Генератор азота с мембранным разделением для применений низкой чистоты Предлагая быстрый запуск и простую, полностью автоматическую работу, этот генератор поставляет азот с чистотой 95–99,9%, что идеально подходит для процессов, где более низкая чистота приемлема, а энергоэффективность является ключевым фактором. Посмотреть продукт →

Установки VPSA работают при давлении, близком к атмосферному, и используют вакуум для регенерации адсорбента. Они лучше всего подходят, когда потребность в кислороде превышает примерно 500 Нм3/ч, поскольку стоимость энергии на кубический метр значительно ниже выработки кислорода на основе PSA.

Генератор кислорода VPSA для промышленного спроса в больших объемах Эта система вакуумной адсорбции, рассчитанная на расход кислорода выше 500 Нм3/ч, минимизирует затраты энергии на кубический метр и обеспечивает высокие годовые эксплуатационные показатели, что делает ее экономически эффективным выбором для крупномасштабного использования. Посмотреть продукт →

Для завода по производству электроники, которому необходим азот сверхвысокой чистоты, сочетание PSA и стадии очистки с использованием углерода обходится значительно дешевле в пересчете на Нм3, чем поставка жидкого азота. В таком случае правильный ответ – промышленная газогенераторная установка КПА с очисткой, а не мембранная система.

Стоимость энергии и общая стоимость владения

Энергия — это крупнейшая переменная стоимость промышленной газогенераторной установки, обычно составляющая 60-70% эксплуатационных расходов в течение срока службы.

На диаграмме ниже показано, как увеличивается удельное потребление энергии по мере увеличения чистоты азота в стандартной системе PSA. Это значение, на которое следует обратить внимание во время проектирования.

Разбивка стоимости жизненного цикла

• Энергия: 60-70% от стоимости всего срока службы.
• Обслуживание и замена фильтров: 10-15%
• Амортизация капитала: 15-20%
• Расходные материалы и адсорбент: 5-10%

При сравнении предлагаемой установки с поставляемым газом попросите поставщика предоставить конкретную энергетическую гарантию при проектной чистоте. Разница в 0,05 кВтч/Нм3 может показаться небольшой, но при более чем 5000 часах в год и 100 Нм3/ч она составляет 25 000 кВтч в год. При промышленном тарифе 0,10 долларов США/кВтч это составляет 2500 долларов США ненужных годовых затрат в одной статье.

Планирование установки: пять шагов к созданию надежной промышленной газогенераторной установки

Надежная газовая установка на объекте спроектирована с использованием пяти этапов: составление профиля потребности, подготовка воздуха, выбор ступени разделения, определение размеров буферного хранилища и ввод в эксплуатацию с помощью отслеживаемых измерителей чистоты.

Часто задаваемые вопросы

Какая чистота является наилучшей для промышленной газогенераторной установки?

Установите чистоту на 0,2 % выше предела процесса, но не выше. Использование азота с концентрацией 99,9%, когда для процесса требуется только 99,0%, увеличивает потребление энергии примерно на 20%. Стоимость чистоты экспоненциальна, поэтому хороший поставщик запросит у вас фактическую спецификацию процесса и отклонит расплывчатые запросы.

Сколько места нужно промышленному газогенераторному заводу?

Компактная азотная установка PSA производительностью 50 Нм3/ч при 99% помещается в подсобном помещении площадью 20 м2 с отдельным местом для подающего компрессора, осушителя, фильтров и буферного резервуара. Для кислорода VPSA при расходе 1000 Нм3/ч запланируйте около 80–120 м2 на открытом воздухе. Всегда оставляйте свободное пространство 1,2 м вокруг оборудования для обслуживания клапана.

Почему после осушителя и фильтров чистота падает?

Падение чистоты после стадии подготовки воздуха обычно вызвано переносом влаги. Холодильная сушилка меньшего размера позволяет воде проникать в слой адсорбента, повреждая цеолитовые сита и снижая чистоту. Размер осушителя должен рассчитываться исходя из фактической точки росы окружающей среды, а не номинального расхода компрессора.

Может ли промышленная газогенераторная установка работать без оператора?

Да. Современные системы управления автоматически запускают, запускают и разгружают генератор с помощью удаленной телеметрии. Однако обученный оператор должен ежемесячно проверять журналы чистоты и своевременно заменять фильтры. Контракты на профилактическое обслуживание от производителя покрывают эту проблему и устраняют необходимость в специальном газовом специалисте.