Úvod:Priemyselné odvetvia, ako je ťažká chémia, metalurgia, sklársky, chemický a elektronický priemysel, majú vysoký dopyt po vysoko{0}}čistom kyslíku (O₂), dusíku (N₂) a argóne (Ar). Aby sa zabezpečila kontinuita, čistota a hospodárnosť dodávok plynu, čoraz väčší počet veľkých závodov sa rozhodne inštalovať jednotky na oddeľovanie kryogénneho vzduchu (ASU) na mieste- namiesto toho, aby sa spoliehali na kupované plyny. Výber správneho ASU je rozhodujúci pre zabezpečenie stabilnej výroby, šetrenie prevádzkových nákladov a optimalizáciu návratnosti investícií.
Tento článok bude podrobne diskutovať o tom, ako vybrať ASU pre konkrétny projekt z troch kľúčových dimenzií-Kapacita, Spotreba energie & OPEX a CAPEX & Celkové investície{1}}a v spojení s modelom služieb EPC & Turnkey spoločnosti NEWTEK ilustruje, ako dosiahnuť efektívne a spoľahlivé riešenie prostredníctvom-dodávky na jednom mieste, vrátane obstarávania stavebných a prevádzkových zariadení, inštalácie a prevádzkového vybavenia.
1. Základné princípy ASU a použiteľné scenáre
Najprv si stručne zopakujme základný pracovný princíp kryogénneho ASU. Kryogénna jednotka ASU funguje tak, že stlačí, vyčistí (odstráni vlhkosť, CO₂ a nečistoty) vzduch, ochladí ho na extrémne nízke teploty (približne -180 stupňov až -200 stupňov) a potom oddelí zložky na základe rozdielov v bodoch varu vo frakcionačnej kolóne. Dusík (N2), kyslík (02) a argón (Ar) môžu vychádzať ako produktové plyny (alebo kvapaliny). V závislosti od rozsahu a konfigurácie jednotky (jednostĺpcový, dvojstĺpový alebo trojstĺpec s regeneráciou argónu) sú ASU široko použiteľné pri výrobe ocele (obohacovanie kyslíkom vo vysokej peci, dúchanie konvertora), petrochemickom priemysle/splyňovaní (vyžaduje veľké množstvo kyslíka na čiastočné oxidačné reakcie), elektrónovej syntéze/elektrickom tavení pecí, chemických syntézach skla{10} (ultra-vysoko čistý dusík/argón), veľkokapacitné tepelné spracovanie a pece s inertnou atmosférou. Preto sú ASU často základnou infraštruktúrou vo veľkých a stredne veľkých priemyselných projektoch a ich dizajn musí byť vysoko prispôsobený na základe potrieb (objem produkcie plynu, čistota, tlak) a miestnych podmienok.
2. Kapacita: Určenie veľkosti ASU na základe dopytu.
Primárnym hľadiskom pri výbere ASU je jej kapacita (tj koľko ton/štandardných metrov kubických O₂/N₂/Ar dokáže vyprodukovať za deň). Táto kapacita musí zodpovedať špičkovej spotrebe plynu a očakávanému rastu nadväzujúcich procesov.
Rozsah kapacity kryogénnych jednotiek ASU je veľmi široký. Podľa priemyselných údajov môžu malé jednotky s jedným stĺpcom produkovať desiatky až stovky ton kyslíka za deň; dvojité-stĺpcové/stredne veľké-systémy môžu dosahovať stovky až dvetisíc ton za deň; zatiaľ čo veľké-kolónové jednotky (vrátane regenerácie argónu) dokážu vyprodukovať tisíce až niekoľko tisíc ton O₂ denne. Údaje konkrétne ukazujú, že rozsah kapacity typického veľkého priemyselného ASU môže pokryť približne 100 až viac ako 5 000 ton O₂ za deň. Pri výbere kapacity je potrebné zvážiť špičkové zaťaženie (vysoké pece, konvertory, splyňovače a pece môžu vyžadovať veľké množstvo kyslíka počas-období vysokého zaťaženia), požiadavky na nepretržitú prevádzku (24/7) a budúci potenciál rozšírenia (napr. pridanie výrobných liniek, zvýšenie kapacity a bezpečnostná záloha/redundancia).
Preto sa v prípade veľkých-metalurgických, petrochemických alebo sklárskych projektov vo všeobecnosti odporúča nakonfigurovať stredné až veľké jednotky ASU (stovky až tisíce ton O₂ za deň), aby sa zabezpečila stabilná dodávka a znížili sa prekážky. Pre menšie-aplikácie alebo pomocné plynové aplikácie (napr. hniezda tepelného spracovania, lokalizovaná inertná atmosféra, voľná kapacita) možno zvážiť aj malé/modulárne jednotky.
3. Spotreba energie & OPEX: Kľúčové faktory
Po určení kapacity je ďalším kritickým krokom vo výberovom procese výpočet prevádzkových nákladov (najmä spotreby elektriny), pretože OPEX často určuje dlhodobú-ekonomickú stránku.
- Rozsah spotreby energie
Typická merná spotreba energie kryogénneho ASU vo všeobecnosti spadá do rozsahu približne 250 – 500 kWh/tonu O₂ (alebo približne 0,3 – 0,6 kWh/Nm3 O₂).
Niektoré staršie alebo menšie konštrukcie môžu mať o niečo vyššiu (a horšiu) spotrebu energie, zatiaľ čo moderné energeticky -úsporné konštrukcie využívajúce pokročilú rekuperáciu tepla, turbo{1}}expandér a špičkové systémy výmeny tepla môžu výrazne znížiť spotrebu energie.
Skutočnú spotrebu energie ovplyvňujú aj faktory, ako je výstupný tlak, čistota produktu a štruktúra výroby plynu (či sa získava argón/N₂). Napríklad zvýšenie pomeru dodávacieho tlaku/kompresie alebo vyžadovanie vyššej čistoty môže zvýšiť spotrebu energie.
- Zloženie prevádzkových nákladov
V závislosti od zdroja tvoria náklady na elektrinu zvyčajne ≈70–80 % prevádzkových nákladov (OPEX). Ďalšie náklady zahŕňajú personál (operátori, manažment), údržbu (repas kompresora, údržba chladiaceho boxu, výmena podnosu/balenia), výmenu katalyzátora/adsorbentu/chladiva (ak je to potrebné), ako aj mazanie, spotrebný materiál, poistenie/dane atď. Celkovo tieto rôzne položky predstavujú približne 10–20 % OPEX. Preto v oblastiach s vysokými nákladmi na elektrickú energiu (alebo vysokými lokálnymi cenami elektriny v priemysle) môžu byť prevádzkové náklady ASU ekonomickou záťažou. Naopak, ak sa projekt nachádza v oblasti s nízkymi cenami elektriny a lacnou/vyhradenou energiou (napr. blízkosť elektrární, využitie odpadového tepla/vlastnej energie), ekonomika prevádzky ASU sa výrazne zlepší.
Ekonomická hodnota vedľajších{0}}produktových plynov (N₂/Ar/Argón)
Mnohé ASU neprodukujú len kyslík (O₂), ale aj dusík (N2) a (voliteľne) argón (Ar). Zhodnocovaním a predajom (alebo používaním v závode)-produktových plynov je možné čiastočne kompenzovať prevádzkové náklady/výdavky na elektrickú energiu ASU. Ako príklad uvedieme argón, keďže obsah argónu vo vzduchu je približne 0,93 %, ekonomická hodnota získaného argónu (alebo tekutého argónu) môže výrazne znížiť čisté náklady na O₂, ak preň existuje trh (napr. pri odlievaní kovov, elektronike, inertných ochranných plynoch atď.). Preto by sa pri výbere a rozhodovaní o investíciách mala komplexne zvážiť produkcia kyslíka, súčasná produkcia dusíka/argónu a využitie (interný alebo trhový predaj), aby sa maximalizovala celková ekonomická efektívnosť.
4. Investičné náklady (CAPEX a celkové náklady na projekt): Rozsah a spôsob dodania majú významný vplyv
Okrem prevádzkových nákladov sú rozhodujúcim faktorom pri rozhodovaní o výbere ASU aj kapitálové výdavky (CAPEX). Náklady na inštaláciu a konštrukciu jednotiek ASU rôznych veľkostí/konštrukcií/konfigurácií (či už je zahrnutá regenerácia argónu, viac vlakov, viac kolón) sa značne líšia.
Niektoré správy z odvetvia uvádzajú, že nákupné náklady (PEC) malých/sklzových{0}}aplikačných jednotiek ASU môžu byť v miliónoch dolárov; celkové náklady na inštaláciu (TPC) po inštalácii a uvedení do prevádzky budú ešte vyššie. Podľa údajov o 200 ton/deň (TPD) ASU približne 75 % nákladov na jeho životný cyklus pochádza z energie; preto aj pri nízkych CAPEX môže prevádzkový OPEX určiť konečnú ekonomickú životaschopnosť. Na základe verejne dostupných odhadov odvetvia sa pre stredne veľké (stovky–tisíc ton/deň) ASU počiatočné investície (závod, inštalácia, uvedenie do prevádzky, infraštruktúra, potrubné pripojenia, plynové siete, energetické zariadenia, izolačné boxy atď.) zvyčajne pohybujú v rozmedzí desiatok miliónov až stoviek miliónov amerických dolárov.
Najmä v prípade rozsiahlych- komplexných systémov s regeneráciou argónu, viacerými vlakmi a viacerými výstupmi plynu (O₂/N₂/Ar) sú CAPEX vyššie, ale jednotkové náklady na výrobu plynu (po amortizácii CAPEX + OPEX) sú často nižšie, čo prináša úspory z rozsahu.
Preto musí byť v počiatočných fázach projektu (FEED/Fáza hodnotenia investícií) jasne definované:
Navrhovaná kapacita (súčasná + potenciálne budúce rozšírenie)
Požadovaná čistota (O₂, N2, Ar) a výstupný tlak/prietok
Rozdiely v spotrebe plynu (nepretržite 24 hodín denne, 7 dní v týždni alebo špička + mimo-sezóna)
Či je argón/dusík potrebný ako vedľajší produkt a či existujú kanály na využitie/predaj
Miestne ceny elektriny, stabilita dodávky elektriny/nákladová štruktúra/zmluvy o energii (napr. dostupnosť nízko{2}}nákladovej priemyselnej elektriny)
Zložitosť inžinierskych stavieb (inžinierstvo, základy, potrubia, inštalácia, napájanie/chladenie/izolácia/bezpečnosť/prístroje)
Len komplexným zvážením týchto faktorov možno primerane odhadnúť celkovú investíciu do projektu (CAPEX) a budúcu prevádzkovú ekonomiku (jednotkové náklady na plyn).
5. Kombinácia NEWTEK EPC a modelu na kľúč - Poskytovanie jedného-riešenia pre klientov
Keď čelíte komplexnému rozhodovaniu-a inžinierskym výzvam uvedeným vyššie, výber dodávateľa s rozsiahlymi možnosťami systémovej integrácie a schopnosťou poskytovať služby EPC (inžinierstvo, obstarávanie, výstavba) + služby na kľúč (od návrhu až po uvedenie do prevádzky a prevádzku) je kľúčový pre úspech projektu. Toto je presne umiestnenie NEWTEK.
Prečo záleží na EPC a na kľúč
Zjednotené riadenie dizajnu a inžinierstva: Projekty ASU zahŕňajú vzduchové kompresory, chladiace boxy, frakcionačné veže, výmenníky tepla, potrubia, izolácie, riadiace systémy, bezpečnostné zariadenia, elektrické systémy a infraštruktúru. Prostredníctvom EPC môžu generálni dodávatelia (ako NEWTEK) koordinovať všetky disciplíny (procesné, štrukturálne, elektrotechnické, prístrojové, stavebné a inštalačné), čím sa vyhnú problémom s rozhraním viacerých{1}}dodávateľov, nákladom na komunikáciu/koordináciu a potenciálnym slepým miestam v oblasti zodpovednosti.
Integrácia obstarávania a dodávateľského reťazca: Možnosti integrácie zdrojov spoločnosti NEWTEK (plynové inžinierstvo + globálne obstarávanie) zaisťujú včasnú dodávku zariadení (kompresory, chladiace boxy, frakcionačné veže), materiálov (špeciálna oceľ, izolačné materiály) a riadiacich systémov prístrojov, čím sa predchádza oneskoreniam dodávky alebo rizikám kompatibility spôsobeným viacerými kanálmi zdrojov.
Konštrukcia, inštalácia a uvedenie do prevádzky: Inštalácia a uvedenie do prevádzky ASU (izolácia chladiaceho boxu, uvedenie chladiaceho systému do prevádzky, testovanie vzduchotesnosti, tepelná cirkulácia, prepojenie riadiaceho systému a kontrola bezpečnostného systému) sú kľúčové. Model EPC + na kľúč zaručuje kvalitu inštalácie, skracuje -časové harmonogramy výstavby na stavenisku a umožňuje rýchle spustenie-.
Rozhranie a integrácia následného procesu: Pre veľké-projekty, ako je metalurgia, chemické inžinierstvo, výroba skla a splyňovanie, je ASU iba jednou súčasťou celkového systému zásobovania plynom v závode. NEWTEK môže pomôcť pri bezproblémovej integrácii ASU s nadväzujúcimi procesmi (spaľovacie pece, splyňovače, potrubia, skladovacie nádrže a systémy na kompresiu plynu) na dosiahnutie-prideľovania, skladovania a dodávky O₂/N₂/Ar.
Dodanie projektu a prevádzková podpora: Od uvedenia do prevádzky, prijatia a prevádzkového školenia až po následnú údržbu a záruku, model na kľúč poskytuje používateľom „jedno{0}}bezstarostné{1}}bezstarostné“ skúsenosti-zvlášť vhodné pre nové závody bez rozsiahlych skúseností so systémami separácie vzduchu.
Preto pre klientov, ktorí hľadajú vysokú-efektívnosť, vysokú{1}}spoľahlivosť a vysokú{2}}čistotu dodávok plynu a chcú zmierniť riadenie projektov a technické riziká (ako sú oceliarne, petrochemické závody, sklárne a chemické závody), môže prijatie modelu EPC + na kľúč od NEWTEK výrazne znížiť zložitosť projektu a skrátiť časové harmonogramy projektov.
6. Ako vybrať vhodné ASU v reálnom-svetovom projekte - Kroky-odporúčania-
1. Na základe predchádzajúcej analýzy je nasledujúci odporúčaný proces výberu/investície/implementácie ASU, ktorý je vhodný pre inžinierskych manažérov, investorov projektov alebo rozhodujúcich-riaditeľov závodu:
1.1 Stanovenie dopytu po plyne
1.1.1 Vypočítajte spotrebu O₂/N₂/Ar každou procesnou jednotkou v projekte (existujúca + predpokladaná expanzia) (prietok, tlak, čistota, časové rozloženie)
1.1.2 Odhadnúť špičkový a priemerný dopyt a rezervu pre nadbytočnosť/bezpečnostnú rezervu
1.2 Ujasnite si požiadavky na kvalitu plynu
Čistota 1.2.1 O₂ (napr. 99,5 % – 99,9 %), požiadavky na čistotu N2/Ar
1.2.2 Výstupný tlak, plynný alebo kvapalný (napr. ak sa vyžaduje skladovanie kvapalného kyslíka/kvapalného dusíka)
1.3 Posúdenie miestnych cien elektriny/energetických podmienok
1.3.1 Získanie cien priemyselnej elektriny (deň/noc/špička/dohodnutá cena), stabilita energie, dostupnosť lacnej/vlastnenej/odpadovej tepelnej energie
1.3.2 Vypočítať prevádzkové náklady na jednotku plynu (O₂/N₂) na základe nákladov na energiu
1.4 Zvoľte ASU Scale and Configuration
1.4.1 Určiť konfiguráciu jednoduchého/dvojitého/trojitého vlaku (vrátane spätného získavania argónu) na základe dopytu po plyne; jednoduchý vlak je vhodný pre malé-použitie/pomocný plyn, dvojitý/trojitý vlak je vhodný pre veľký a stredný{2}}veľký/multi{3}}dopyt po produktoch
1.4.2 Zvážte budúce rozšírenie a redundanciu (napr. viacero vlakov súbežne)
1.5 Vyberte model dodávky/zmluvy
1.5.1 Uprednostnite dodávateľov systémov schopných poskytovať služby EPC + na kľúč (napr. NEWTEK)
1.5.2 Požadovať od dodávateľov, aby poskytovali-jednorazové služby od inžinierskeho návrhu, obstarávania zariadení, stavebného inžinierstva/založenia, inštalácie, uvedenia do prevádzky, skúšobnej prevádzky, prevádzkového školenia až po dodávku a prevádzku
1.6 Vykonávanie ekonomického hodnotenia (CAPEX + OPEX + plyn podľa-výnosov z produktov)
1.6.1 Odhadované celkové investície (CAPEX), ročné/životné prevádzkové náklady (hlavne elektrina + údržba + (ľudské zdroje)
1.6.2 Odhadnúť využitie/výnosy z predaja podľa-produktového plynu (N₂/Ar) a čisté náklady v porovnaní so zakúpeným plynom/možnosťami doplnkových dodávok.
1.7 Hodnotenie rizík a projektový manažment
1.7.1 Zvážte čas dodania zariadenia, lehotu výstavby, zložitosť uvedenia do prevádzky, prevádzkovú stabilitu, pohodlnú údržbu, bezpečnosť a regulačné požiadavky (tlaková nádoba/chladenie/bezpečnosť).
1.7.2 Ak spotreba plynu kolíše alebo sa zvyšuje dopyt, zvážte návrh modulárneho/fázového rozšírenia (viac-vlakov), aby ste znížili jedno-riziko investície.
7. Súhrn - Vyrovnávacia kapacita, spotreba energie, investície a kapacita služieb
Výber vhodného ASU predstavuje komplexný kompromis- medzi kapacitou (uspokojenie dopytu), spotrebou energie (ekonomika prevádzky), investičnými nákladmi (CAPEX a náklady na financovanie), implementáciou projektu a podporou prevádzky a údržby.
Pre malých alebo stredných{0}}používateľov (pomocný plyn, lokálne použitie, flexibilný dopyt) môžu postačovať jednoradové/modulárne malé ASU alebo PSA/membránové systémy. Ak je však dopyt stabilný, rozsah je veľký a požiadavky na čistotu, rozmanitosť produktov a spoľahlivosť sú vysoké, najlepšou voľbou sú kryogénne jednotky ASU.
V rámci kryogénnych ASU je rozhodujúci vhodný výber (kapacita/počet kolón/rekuperácia tepla).
Konfigurácia vedľajších plynov a úspora energie (vynikajúci dizajn kompresie/chladenia/výmeny tepla) sú kľúčom k zníženiu jednotkových nákladov na plyn (O₂/N₂/Ar).
Hoci kapitálové výdavky nie sú nízke, pri správnom návrhu, vysokom využití zariadenia (nepretržitá prevádzka 24 hodín denne, 7 dní v týždni) a plnom využití hodnoty vedľajších produktov (dusík, argón) je jednoduché kontrolovať jednotkové náklady na plyn v konkurenčnom rozsahu prostredníctvom viacročnej prevádzkovej amortizácie.
Napokon, výber dodávateľa s kompletnými možnosťami služieb EPC + na kľúč (ako je NEWTEK) môže výrazne znížiť zložitosť projektu, ťažkosti s výstavbou a uvádzaním do prevádzky, medzi-disciplinárne náklady na koordináciu a riziká a poskytnúť klientom skutočne „návrhové-na-prevádzkovanie-integrované, bezstarostné-riešenie.
Pre spoločnosti, ktoré plánujú vybudovať alebo rozšíriť rozsiahle-chemické/metalurgické/sklárske/splyňovacie/energetické projekty, je správny výber, rozumný dizajn a profesionálne EPC + zmluvy na kľúč kľúčové pre zabezpečenie úspešnej, ekonomickej a efektívnej prevádzky projektov ASU.
