Ievads:Tādās nozarēs kā smagā ķīmija, metalurģija, stikls, ķīmija un elektronika ir liels pieprasījums pēc augstas -tīrības skābekļa (O₂), slāpekļa (N₂) un argona (Ar). Lai nodrošinātu gāzes piegādes nepārtrauktību, tīrību un ekonomiju, arvien vairāk lielu rūpnīcu izvēlas uzstādīt kriogēnās gaisa atdalīšanas vienības (ASU) uz vietas-, nevis paļauties uz iegādātajām gāzēm. Pareiza ASU izvēle ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu stabilu ražošanu, ietaupītu ekspluatācijas izmaksas un optimizētu ieguldījumu atdevi.
Šajā rakstā tiks detalizēti apspriests, kā izvēlēties ASU konkrētam projektam no trim galvenajām dimensijām -Kapacitāte, enerģijas patēriņš un OPEX un CAPEX un kopējās investīcijas-, un kopā ar NEWTEK EPC un pabeigti pakalpojumu modeli tiks parādīts, kā panākt efektīvu un uzticamu risinājumu, izmantojot vienu{{2}instalācijas un būvniecības komplektācijas, komplektācijas nodošana ekspluatācijā un ekspluatācijas piegāde.
1. ASU pamatprincipi un piemērojamie scenāriji
Vispirms īsi apskatīsim kriogēno ASU darbības pamatprincipu. Kriogēnais ASU darbojas, saspiežot, attīrot (noņemot mitrumu, CO₂ un piemaisījumus) gaisu, atdzesējot to līdz ārkārtīgi zemai temperatūrai (aptuveni -180 grādi līdz -200 grādi) un pēc tam atdala komponentus, pamatojoties uz to viršanas temperatūras atšķirībām frakcionēšanas kolonnā. Slāpekli (N₂), skābekli (O2) un argonu (Ar) var izvadīt attiecīgi kā produkta gāzes (vai šķidrumus). Atkarībā no iekārtas mēroga un konfigurācijas (viena-kolona, dubultā-kolonna vai trīs-kolonna ar argona atgūšanu) ASU ir plaši pielietojami tērauda ražošanā (domnas bagātināšana ar skābekli, pārveidotāja pūšana), naftas ķīmijā/gazifikācijā (nepieciešams liels daudzums oksidācijas kausēšanas reakcijas stikla daļējai daļai). (skābeklis-degviela), ķīmiskā sintēze, elektronika/pusvadītāji (īpaši-augstas tīrības slāpeklis/argons), liela mēroga termiskā apstrāde un inertas atmosfēras krāsnis. Tāpēc ASU bieži vien ir galvenā infrastruktūra lielos un vidējos industriālajos projektos, un to konstrukcijai jābūt ļoti pielāgotai, pamatojoties uz pakārtotajām vajadzībām (gāzes ražošanas apjoms, tīrība, spiediens) un vietējiem apstākļiem.
2. Jauda: ASU lieluma noteikšana, pamatojoties uz pieprasījumu.
Galvenais apsvērums, izvēloties ASU, ir tā jauda (ti, cik tonnu/standarta kubikmetru O₂/N2/Ar tas var saražot dienā). Šai jaudai ir jāatbilst maksimālajam gāzes patēriņam un paredzamajam pakārtoto procesu pieaugumam.
Kriogēno ASU jaudas diapazons ir ļoti plašs. Saskaņā ar nozares datiem nelielas vienas kolonnas vienības var saražot no desmitiem līdz simtiem tonnu skābekļa dienā; dubultās-kolonnas/vidēja-izmēra sistēmas var sasniegt simtiem līdz diviem tūkstošiem tonnu dienā; savukārt lielas vairāku kolonnu vienības (tostarp argona atgūšana) var nodrošināt tūkstošiem līdz vairākiem tūkstošiem tonnu O₂ ražošanas dienā. Konkrēti, dati liecina, ka tipiska liela rūpnieciskā ASU jaudas diapazons var aptvert aptuveni 100 līdz vairāk nekā 5000 tonnu O₂ dienā. Izvēloties jaudu, jāņem vērā maksimālā slodze (domnas krāsnīm, pārveidotājiem, gazifikatoriem un krāsnīm augstas slodzes periodos var būt nepieciešams liels skābekļa daudzums), nepārtrauktas darbības prasības (24/7) un turpmākās paplašināšanās iespējas (piemēram, ražošanas līniju pievienošana, jaudas palielināšana un drošības rezerves/redundancija).
Tāpēc liela mēroga -metalurģijas, naftas ķīmijas vai stikla projektiem parasti ir ieteicams konfigurēt vidējus un lielus ASU (no simtiem līdz tūkstošiem tonnu dienā O₂), lai nodrošinātu stabilu piegādi un samazinātu vājās vietas. Mazākiem -mēroga vai papildu gāzes lietojumiem (piemēram, termiskās apstrādes ligzdām, lokalizētām inertā atmosfērā, rezerves jaudai) var apsvērt arī mazas/modulāras vienības.
3. Enerģijas patēriņš un OPEX: galvenie faktori
Kad jauda ir noteikta, ekspluatācijas izmaksu (īpaši elektroenerģijas patēriņa) aprēķināšana ir nākamais kritiskais solis atlases procesā, jo OPEX bieži vien nosaka ilgtermiņa ekonomiku.
- Enerģijas patēriņa diapazons
Kriogēno ASU tipiskais īpatnējais enerģijas patēriņš parasti ir aptuveni 250–500 kWh/tonna O₂ (jeb aptuveni 0,3–0,6 kWh/Nm³ O₂).
Dažiem vecākiem vai mazākiem modeļiem var būt nedaudz lielāks (un sliktāks) enerģijas patēriņš, savukārt modernas,{0}}enerģiju taupošas konstrukcijas, kurās tiek izmantota uzlabota siltuma atgūšana, turbo-paplašinātājs un izcilas siltuma apmaiņas sistēmas, var ievērojami samazināt enerģijas patēriņu.
Faktisko enerģijas patēriņu ietekmē arī tādi faktori kā izejas spiediens, produkta tīrība un gāzes ražošanas struktūra (vai tiek reģenerēts argons/N₂). Piemēram, palielinot piegādes spiediena/saspiešanas attiecību vai pieprasot augstāku tīrību, var palielināties enerģijas patēriņš.
- Darbības izmaksu sastāvs
Atkarībā no avota elektroenerģijas izmaksas parasti veido ≈70–80% no ekspluatācijas izmaksām (OPEX). Citas izmaksas ietver personālu (operatorus, vadību), apkopi (kompresora kapitālais remonts, aukstumkastes apkope, paplātes/iepakojuma nomaiņa), katalizatora/adsorbenta/aukstumaģenta (ja piemērojams) nomaiņu, kā arī eļļošanu, palīgmateriālus, apdrošināšanu/nodokļus utt. Kopumā šīs dažādas preces veido aptuveni 10–20% no OPEX. Tāpēc teritorijās ar augstām elektroenerģijas izmaksām (vai augstām vietējām rūpnieciskās elektroenerģijas cenām) ASU darbības izmaksas var būt ekonomisks slogs. Savukārt, ja projekts atrodas apgabalā ar zemām elektroenerģijas cenām un lētu/speciālu elektroenerģiju (piem., tuvums spēkstacijām, siltumenerģijas/pašelektroenerģijas izmantošana), ASU darbības ekonomika tiks būtiski uzlabota.
Blakusproduktu gāzu ekonomiskā vērtība (N₂/Ar/argons)
Daudzi ASU ražo ne tikai skābekli (O₂), bet arī slāpekli (N₂) un (pēc izvēles) argonu (Ar). Atgūstot un pārdodot (vai izmantojot rūpnīcā) līdzprodukta gāzes, ASU darbības izmaksas/elektrības izmaksas var daļēji kompensēt. Ņemot par piemēru argonu, tā kā argona saturs gaisā ir aptuveni 0,93%, reģenerētā argona (vai šķidrā argona) ekonomiskā vērtība var ievērojami samazināt neto O₂ izmaksas, ja tam ir tirgus (piemēram, metāla liešanā, elektronikā, inertās aizsarggāzēs utt.). Tāpēc, izvēloties un pieņemot lēmumus par investīcijām, ir visaptveroši jāapsver skābekļa ražošana, vienlaicīga slāpekļa/argona ražošana un izmantošana (pārdošana iekšējā vai tirgū), lai maksimāli palielinātu kopējo ekonomisko efektivitāti.
4. Investīciju izmaksas (CAPEX un kopējās projekta izmaksas): mērogam un piegādes metodei ir būtiska ietekme
Papildus darbības izmaksām kapitālizdevumi (CAPEX) ir izšķirošs faktors ASU atlases lēmumos. Dažāda izmēra/dizaina/konfigurācijas ASU uzstādīšanas un būvniecības izmaksas (vai ir iekļauta argona atgūšana, vairāki vilcieni, vairākas kolonnas) ievērojami atšķiras.
Dažos nozares pārskatos norādīts, ka maza/slīdoša{0}}uzmontēta ASU iegādes izmaksas (PEC) var būt miljonos dolāru; kopējās uzstādīšanas izmaksas (TPC) pēc uzstādīšanas un nodošanas ekspluatācijā būs vēl lielākas. Saskaņā ar datiem par 200 tonnu/dienā (TPD) ASU aptuveni 75% no tā dzīves cikla izmaksām nāk no enerģijas; tāpēc, pat ar zemu CAPEX, OPEX darbība var noteikt galīgo ekonomisko dzīvotspēju. Pamatojoties uz publiski pieejamiem nozares aprēķiniem, vidēja izmēra (simtiem–tūkstošiem tonnu dienā) ASU sākotnējie ieguldījumi (iekārta, uzstādīšana, nodošana ekspluatācijā, infrastruktūra, cauruļvadu savienojumi, gāzes tīkli, elektroiekārtas, izolācijas kastes utt.) parasti svārstās no desmitiem miljonu līdz simtiem miljonu ASV dolāru.
Īpaši liela mēroga -sarežģītām sistēmām ar argona atgūšanu, vairākiem vilcieniem un vairākām gāzes izvadēm (O₂/N₂/Ar) CAPEX ir augstāka, taču vienības gāzes ražošanas izmaksas (pēc CAPEX + OPEX amortizācijas) bieži vien ir zemākas, tādējādi nodrošinot apjomradītus ietaupījumus.
Tāpēc projekta sākumposmā (FEED/Investīciju novērtējuma fāzē) ir skaidri jādefinē:
Projektēšanas jauda (pašreizējā + iespējamā nākotnes paplašināšana)
Nepieciešamā tīrība (O2, N2, Ar) un izejas spiediens/plūsmas ātrums
Gāzes patēriņa atšķirības (nepārtraukta 24 stundas diennaktī vai pīķa sezona + ne{3}}sezona)
Vai argons/slāpeklis ir vajadzīgs kā blakusprodukts un vai ir izmantošanas/pārdošanas kanāli
Vietējās elektroenerģijas cenas, elektroapgādes stabilitāte/izmaksu struktūra/elektroenerģijas līgumi (piem., zemu -izmaksu rūpnieciskās elektroenerģijas pieejamība)
Inženierbūves sarežģītība (civilbūvniecība, pamati, cauruļvadi, uzstādīšana, jauda/saldēšana/izolācija/drošība/instrumenti)
Tikai visaptveroši apsverot šos faktorus, var pamatoti novērtēt kopējās projekta investīcijas (CAPEX) un turpmākās darbības ekonomiku (gāzes vienības izmaksas).
5. NEWTEK EPC un pabeigtā modeļa apvienošana - Viena{2}}risinājumu nodrošināšana klientiem
Saskaroties ar iepriekš minētajām sarežģītajām-lēmumu pieņemšanas un inženierijas problēmām, projekta panākumiem ir ļoti svarīgi izvēlēties piegādātāju ar plašām sistēmu integrācijas iespējām un spēju nodrošināt EPC (inženierijas, iepirkumu, būvniecības) un pabeigtos (no projektēšanas līdz nodošanai ekspluatācijā un ekspluatācijai) pakalpojumus. Tieši tā ir NEWTEK pozicionēšana.
Kāpēc ir svarīgi EPC un pabeigti
Vienota dizaina un inženiertehniskā vadība: ASU projekti ietver gaisa kompresorus, aukstumkastes, frakcionēšanas torņus, siltummaiņus, cauruļvadus, izolāciju, vadības sistēmas, drošības iekārtas, elektriskās sistēmas un infrastruktūru. Izmantojot EPC, ģenerāluzņēmēji (piemēram, NEWTEK) var koordinēt visas disciplīnas (procesu, konstrukciju, elektrisko, instrumentu, civilo un instalāciju), izvairoties no vairāku-piegādātāju saskarnes problēmām, sakaru/koordinācijas izmaksām un iespējamām atbildības aklajām zonām.
Iepirkumu un piegādes ķēdes integrācija: NEWTEK resursu integrācijas iespējas (gāzes inženierija + globālais iepirkums) nodrošina savlaicīgu aprīkojuma (kompresori, aukstumkastes, frakcionēšanas torņi), materiālu (speciālais tērauds, izolācijas materiāli) un instrumentu kontroles sistēmu piegādi, izvairoties no piegādes aizkavēšanās vai saderības riskiem, ko izraisa vairāki piegādes kanāli.
Būvniecība, uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā: ASU uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā (aukstuma kastes izolācija, saldēšanas sistēmas nodošana ekspluatācijā, hermētiskuma pārbaude, termiskā cirkulācija, vadības sistēmas savienošana un drošības sistēmas pārbaude) ir ļoti svarīga. EPC + Pabeigts modelis garantē instalācijas kvalitāti, saīsina būvdarbu-laikus un nodrošina ātru palaišanu-.
Saskarne un pakārtotā procesa integrācija: liela mēroga{0}}projektiem, piemēram, metalurģijai, ķīmiskajai inženierijai, stikla ražošanai un gazifikācijai, ASU ir tikai viena daļa no kopējās rūpnīcas gāzes apgādes sistēmas. NEWTEK var palīdzēt nevainojami integrēt ASU ar pakārtotajiem procesiem (sadedzināšanas krāsnīm, gazifikatoriem, cauruļvadiem, uzglabāšanas tvertnēm un gāzes kompresijas sistēmām), lai pēc -pieprasījuma nodrošinātu O₂/N₂/Ar sadali, uzglabāšanu un piegādi.
Projekta piegāde un darbības atbalsts: sākot no nodošanas ekspluatācijā, pieņemšanas un ekspluatācijas apmācības līdz turpmākai apkopei un garantijai, pabeigts modelis nodrošina lietotājiem "vienas pieturas, rūpju-bezmaksu"-īpaši piemērots jaunām iekārtām bez lielas pieredzes gaisa atdalīšanas sistēmās.
Tādēļ klientiem, kuri vēlas iegūt augstu-efektivitāti, augstu-uzticamību un augstas-tīrības gāzes piegādi, kā arī samazināt projektu vadību un tehniskos riskus (piemēram, tērauda rūpnīcas, naftas ķīmijas rūpnīcas, stikla rūpnīcas un ķīmiskās rūpnīcas), NEWTEK EPC + gatavs modelis var ievērojami samazināt projekta laika sarežģītību, saīsināt un optimizēt projekta izmaksas.
6. Kā izvēlēties piemērotu ASU reālā-pasaules projektā -, soli-pa-ieteikumi
1. Pamatojoties uz iepriekš minēto analīzi, tālāk ir sniegts ieteicamais ASU atlases/ieguldīšanas/ieviešanas process, kas piemērots inženierzinātņu vadītājiem, projektu investoriem vai rūpnīcas lēmumu pieņēmējiem.
1.1. Gāzes pieprasījuma noteikšana
1.1.1. Aprēķiniet O2/N2/Ar patēriņu katrai projekta procesa vienībai (esošā + paredzamā izplešanās) (plūsmas ātrums, spiediens, tīrība, laika sadalījums)
1.1.2. Novērtējiet maksimālo un vidējo pieprasījumu, kā arī rezerves atlaišanas/drošības robežas
1.2. Noskaidrot gāzes kvalitātes prasības
1.2.1. O₂ tīrība (piemēram, 99,5–99,9%), N₂/Ar tīrības prasības
1.2.2. Izejas spiediens, gāzveida vai šķidrs (piemēram, ja nepieciešama šķidrā skābekļa/šķidrā slāpekļa uzglabāšana)
1.3. Novērtējiet vietējās elektroenerģijas cenas/enerģijas nosacījumus
1.3.1. Iegūt rūpnieciskās elektroenerģijas cenas (diena/nakts/maksimālā cena/cena pēc vienošanās), elektroenerģijas stabilitāti, lētas/īpašumā/atkritumu siltumenerģijas pieejamību
1.3.2. Aprēķiniet darbības izmaksas uz gāzes vienību (O2/N2), pamatojoties uz enerģijas izmaksām
1.4. Atlasiet ASU mērogs un konfigurācija
1.4.1. Noteikt viena/divkāršā/trīskāršā vilciena konfigurāciju (ieskaitot argona atgūšanu), pamatojoties uz gāzes pieprasījumu; viens vilciens ir piemērots nelielam-papildgāzes lietojumam, divvietīgs/trīsvietīgs vilciens ir piemērots lielam un vidējam{2}}izmēra/vairāku{3}}produktu pieprasījumam
1.4.2. Apsveriet turpmāku paplašināšanos un dublēšanu (piemēram, vairākus vilcienus paralēli)
1.5. Atlasiet piegādes/līguma modeli
1.5.1. Prioritātes piešķiršana sistēmu piegādātājiem, kas spēj nodrošināt EPC +pabeigtos pakalpojumus (piemēram, NEWTEK)
1.5.2. Pieprasīt piegādātājiem nodrošināt vienas-pieturas pakalpojumus, sākot no inženiertehniskās projektēšanas, aprīkojuma iepirkuma, civilās inženierijas/dibināšanas, uzstādīšanas, nodošanas ekspluatācijā, izmēģinājuma ekspluatācijas, ekspluatācijas apmācības līdz piegādei un ekspluatācijai
1.6. Veikt ekonomisko novērtēšanu (CAPEX + OPEX + gāzes ieņēmumi pēc{3}}produkta)
1.6.1. Aptuvenās kopējās investīcijas (CAPEX), gada/dzīves cikla darbības izmaksas (galvenokārt elektrība + uzturēšana + (cilvēkresursi)
1.6.2. Aprēķiniet blakusproduktu gāzes izlietojumu/pārdošanas ieņēmumus (N₂/Ar) un neto izmaksas, salīdzinot ar iegādātajām gāzes/papildu piegādes iespējām.
1.7 Riska novērtēšana un projektu vadība
1.7.1. Ņemiet vērā aprīkojuma piegādes laiku, būvniecības periodu, nodošanas ekspluatācijā sarežģītību, darbības stabilitāti, apkopes ērtumu, drošību un normatīvās prasības (spiedientvertne/saldēšana/drošība).
1.7.2. Ja gāzes patēriņš svārstās vai pieprasījums palielinās, apsveriet moduļu/fāzu paplašināšanas (vairāku-vilcienu) dizainu, lai samazinātu vienreizējo ieguldījumu risku.
7. Kopsavilkums - Līdzsvarošanas jauda, enerģijas patēriņš, investīcijas un pakalpojumu iespējas
Piemērota ASU izvēle ir visaptverošs kompromiss starp jaudu (pieprasījuma apmierināšanu), enerģijas patēriņu (darbības ekonomika), investīciju izmaksām (CAPEX un finansēšanas izmaksas), projekta ieviešanu un darbības un uzturēšanas atbalstu.
Maziem vai vidējiem{0}}lietotājiem (palīggāze, lokāla lietošana, elastīgs pieprasījums) var pietikt ar vienu-rindu/modulāru mazo ASU vai PSA/membrānas sistēmām. Tomēr, ja pieprasījums ir stabils, mērogs ir liels un prasības attiecībā uz tīrību, produktu daudzveidību un uzticamību ir augstas, kriogēnie ASU ir labākā izvēle.
Kriogēnos ASU ir ļoti svarīga atbilstoša izvēle (jauda/kolonnu skaits/siltuma atgūšana).
Blakusprodukta gāzes konfigurācija un enerģijas taupīšana (izcils kompresijas/dzesēšanas/siltuma apmaiņas dizains) ir galvenais, lai samazinātu vienības gāzes izmaksas (O2/N2/Ar).
Lai gan kapitālieguldījumi nav zemi, ar pareizu konstrukciju, augstu aprīkojuma izmantošanu (24/7 nepārtraukta darbība) un pilnībā izmantojot blakusproduktu vērtību (slāpeklis, argons), ir viegli kontrolēt gāzes vienības izmaksas konkurētspējīgā diapazonā, izmantojot vairāku gadu darbības amortizāciju.
Visbeidzot, izvēloties piegādātāju ar pilnām EPC + pabeigto pakalpojumu iespējām (piemēram, NEWTEK), var ievērojami samazināt projekta sarežģītību, būvniecības un nodošanas ekspluatācijā grūtības, starpdisciplīnu koordinācijas izmaksas un riskus, nodrošinot klientiem patiesi "projektētu--darboties-integrētu, bezrūpīgu{{5}" risinājumu.
Uzņēmumiem, kas plāno būvēt vai paplašināt liela mēroga -ķimikālijas/metalurģijas/stikla/gazifikācijas/enerģētikas projektus, pareiza atlase, saprātīgs dizains un profesionāls EPC +pabeigtais līgums ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu veiksmīgu, ekonomisku un efektīvu ASU projektu darbību.
