Introducere:Industrii precum chimia grea, metalurgia, sticla, chimia și electronica au o cerere mare de oxigen (O₂), azot (N₂) și argon (Ar) de înaltă puritate-. Pentru a asigura continuitatea, puritatea și economia aprovizionării cu gaz, un număr tot mai mare de fabrici mari aleg să instaleze unități criogenice de separare a aerului (ASU) pe site-ul-în loc să se bazeze pe gazele achiziționate. Alegerea ASU potrivită este crucială pentru asigurarea unei producții stabile, economisirea costurilor de operare și optimizarea rentabilității investiției.
Acest articol va discuta în detaliu cum să selectați un ASU pentru un anumit proiect din trei dimensiuni cheie:-Capacitate, consum de energie și OPEX și CAPEX și investiții totale-și, împreună cu modelul de servicii EPC și la cheie de la NEWTEK, va ilustra cum să obțineți o soluție eficientă și fiabilă printr-un singur -stop livrare, achiziționarea și exploatarea echipamentelor de construcție, achiziționarea și operarea echipamentelor de construcție, achiziționarea și punerea în funcțiune a echipamentelor. livrarea.
1. Principii de bază ale ASU și scenarii aplicabile
În primul rând, să trecem în revistă pe scurt principiul de lucru de bază al unui ASU criogenic. Un ASU criogenic funcționează prin comprimarea, purificarea (înlăturarea umezelii, CO₂ și impurităților) aerului, răcindu-l la temperaturi extrem de scăzute (aproximativ -180 grade până la -200 grade ) și apoi separând componentele pe baza diferențelor lor de punct de fierbere într-o coloană de fracționare. Azotul (N₂), oxigenul (O₂) și argonul (Ar) pot fi emise ca gaze (sau lichide) produs. În funcție de dimensiunea și configurația unității (coloană cu o singură-coloană, -dublă-coloană sau triplă-coloană cu recuperare de argon), ASU-urile sunt aplicabile pe scară largă în fabricarea oțelului (imbogățirea oxigenului în furnal, suflarea convertorului), petrochimic/gazeificare (care necesită cantități mari de oxigen pentru reacția de oxidare a sticlăi furnelor), (oxi-combustibil), sinteză chimică, electronică/conductori (azot/argon de puritate ultra-), tratament termic pe scară largă și cuptoare cu atmosferă inertă. Prin urmare, ASU-urile sunt adesea infrastructură de bază în proiecte industriale mari și mijlocii, iar proiectarea lor trebuie să fie foarte personalizată în funcție de nevoile din aval (volum de producție de gaz, puritate, presiune) și condițiile locale.
2. Capacitate: determinarea dimensiunii ASU pe baza cererii.
Considerentul principal atunci când alegeți un ASU este capacitatea sa (adică câte tone/metri cubi standard de O₂/N₂/Ar poate produce pe zi). Această capacitate trebuie să corespundă consumului de gaz de vârf și creșterii așteptate a proceselor din aval.
Gama de capacitate a ASU-urilor criogenice este foarte larg. Conform datelor din industrie, unitățile mici cu o singură-coloană pot produce zeci până la sute de tone de oxigen pe zi; sistemele duble-coloană/medie- pot ajunge la sute până la două mii de tone pe zi; în timp ce unitățile mari cu mai multe coloane (inclusiv recuperarea argonului) pot obține o producție de mii până la câteva mii de tone de O₂ pe zi. Mai exact, datele arată că gama de capacitate a unui ASU industrial mare tipic poate acoperi aproximativ 100 până la peste 5.000 de tone/zi de O₂. La selectarea capacității, trebuie luate în considerare sarcina maximă (furnalele, convertizoarele, gazificatoarele și cuptoarele pot necesita cantități mari de oxigen în perioadele de-încărcare mare), cerințele de funcționare continuă (24/7) și potențialul de extindere viitor (de exemplu, adăugarea liniilor de producție, creșterea capacității și backup/redundanță de siguranță).
Prin urmare, pentru proiecte metalurgice, petrochimice sau de sticlă la scară mare-, se recomandă, în general, configurarea ASU-uri medii până la mari (de la sute la mii de tone/zi O₂) pentru a asigura o aprovizionare stabilă și pentru a reduce blocajele. Pentru aplicații la scară mai mică-sau gaze auxiliare (de exemplu, cuiburi de tratament termic, atmosfere inerte localizate, capacitate de rezervă), pot fi luate în considerare și unitățile mici/modulare.
3. Consumul de energie și OPEX: factori cheie
Odată ce capacitatea este determinată, calcularea costurilor de operare (în special a consumului de energie electrică) este următorul pas critic în procesul de selecție, deoarece OPEX determină adesea economia pe termen lung-.
- Interval de consum de energie
Consumul specific de energie tipic al unui ASU criogenic se încadrează în general în intervalul de aproximativ 250–500 kWh/tonă O₂ (sau aproximativ 0,3–0,6 kWh/Nm³ O₂).
Unele modele mai vechi sau mai mici pot avea un consum de energie ceva mai mare (și mai rău), în timp ce modelele moderne de economisire a energiei-care folosesc sisteme avansate de recuperare a căldurii, turbo-expansor și sisteme superioare de schimb de căldură pot reduce semnificativ consumul de energie.
Consumul real de energie este, de asemenea, afectat de factori precum presiunea de ieșire, puritatea produsului și structura producției de gaz (dacă argonul/N₂ este recuperat). De exemplu, creșterea raportului presiune/compresie de livrare sau necesitatea unei purități mai mari poate crește consumul de energie.
- Compoziția costurilor de operare
În funcție de sursă, costurile cu energia electrică reprezintă de obicei ≈70–80% din costul operațional (OPEX). Alte costuri includ personal (operatori, management), întreținere (revizuirea compresorului, întreținerea cutiei frigorifice, înlocuirea tăvii/ambalajului), înlocuirea catalizatorului/adsorbantului/refrigerantului (dacă este cazul), precum și lubrifierea, consumabilele, asigurarea/taxele etc. În general, aceste articole diverse reprezintă aproximativ 10-20% din OPEX. Prin urmare, în zonele cu costuri ridicate ale energiei electrice (sau prețuri locale ridicate ale energiei electrice industriale), costurile operaționale ale ASU pot reprezenta o povară economică. În schimb, dacă proiectul este situat într-o zonă cu prețuri mici la energie electrică și energie ieftină/dedicată (de exemplu, apropierea de centrale electrice, utilizarea căldurii reziduale/energiei proprii), economia de funcționare a ASU va fi îmbunătățită semnificativ.
Valoarea economică a gazelor secundare (N₂/Ar/Argon)
Multe ASU nu produc doar oxigen (O₂), ci și azot (N2) și (opțional) argon (Ar). Prin recuperarea și vânzarea (sau utilizarea în cadrul fabricii) a gazelor în funcție de-produs, costurile de operare/cheltuielile cu electricitatea ale ASU pot fi parțial compensate. Luând ca exemplu argonul, deoarece conținutul de argon din aer este de aproximativ 0,93%, valoarea economică a argonului recuperat (sau a argonului lichid) poate reduce semnificativ costurile nete cu O₂ dacă există o piață pentru acesta (de exemplu, în turnarea metalelor, electronice, gaze protectoare inerte etc.). Prin urmare, atunci când se selectează și se iau decizii de investiție, producția de oxigen, producția și utilizarea simultană de azot/argon (vânzări interne sau pe piață) ar trebui luate în considerare în mod cuprinzător pentru a maximiza eficiența economică generală.
4. Costurile de investiție (CAPEX și costul total al proiectului): scara și metoda de livrare au un impact semnificativ
Pe lângă costurile de operare, cheltuielile de capital (CAPEX) sunt un factor crucial în deciziile de selecție a ASU. Costurile de instalare și construcție ale ASU de diferite dimensiuni/designe/configurații (indiferent dacă este inclusă recuperarea argonului, trenuri multiple, coloane multiple) variază foarte mult.
Unele rapoarte din industrie indică faptul că costul de achiziție (PEC) al unui ASU mic/derapant-montat poate fi de milioane de dolari; costul total de instalare (TPC) după instalare și punere în funcțiune va fi și mai mare. Conform datelor privind un ASU de 200 de tone/zi (TPD), aproximativ 75% din costurile ciclului de viață provin din energie; prin urmare, chiar și cu CAPEX scăzut, operarea OPEX poate determina viabilitatea economică finală. Pe baza estimărilor din industrie disponibile public, pentru ASU de dimensiuni medii (sute-mii de tone/zi), investiția inițială (instalație, instalație, punere în funcțiune, infrastructură, conexiuni de conducte, rețele de gaze, instalații electrice, cutii de izolare etc.) variază de obicei de la zeci de milioane la sute de milioane de dolari SUA.
În special pentru sistemele complexe-pe scară largă, cu recuperare de argon, trenuri multiple și ieșiri multiple de gaz (O₂/N₂/Ar), CAPEX este mai mare, dar costul unitar de producție a gazelor (după amortizarea CAPEX + OPEX) este adesea mai mic, prezentând economii de scară.
Prin urmare, în fazele incipiente ale unui proiect (faza FEED/Evaluarea investițiilor), următoarele trebuie clar definite:
Capacitate de proiectare (extindere actuală + potențială viitoare)
Puritatea necesară (O₂, N₂, Ar) și presiunea/debitul de ieșire
Variația consumului de gaz (continuu 24 de ore din 24, 7 zile din 7 sau de vârf +-sezon)
Dacă argonul/azotul este necesar ca produs secundar și dacă există canale de utilizare/vânzare
Prețurile locale ale energiei electrice, stabilitatea furnizării de energie/structura costurilor/contractele de energie electrică (de exemplu, disponibilitatea energiei electrice industriale cu cost redus-)
Complexitatea construcțiilor inginerești (ingineria civilă, fundații, conducte, instalare, putere/refrigerare/izolare/siguranță/instrumentație)
Doar luând în considerare în mod cuprinzător acești factori, investiția totală în proiect (CAPEX) și economia de exploatare viitoare (costul unitar al gazului) pot fi estimate în mod rezonabil.
5. Combinarea modelului EPC și la cheie de la NEWTEK - Oferind soluții unice-pentru clienți
Atunci când se confruntă cu provocările complexe de luare a deciziilor-și de inginerie menționate mai sus, selectarea unui furnizor cu capacități extinse de integrare a sistemului și capacitatea de a furniza servicii EPC (Inginerie, Achiziții, Construcție) + la cheie (de la proiectare la punere în funcțiune și exploatare) este crucială pentru succesul proiectului. Aceasta este tocmai poziționarea NEWTEK.
De ce contează EPC și la cheie
Management unificat de proiectare și inginerie: proiectele ASU implică compresoare de aer, cutii frigorifice, turnuri de fracționare, schimbătoare de căldură, conducte, izolație, sisteme de control, instalații de siguranță, sisteme electrice și infrastructură. Prin intermediul EPC, antreprenorii generali (cum ar fi NEWTEK) pot coordona toate disciplinele (proces, structural, electric, instrumentație, civil și instalare), evitând problemele de interfață cu mai mulți-furnizori, costurile de comunicare/coordonare și potențialele puncte moarte ale răspunderii.
Achiziții și integrare în lanțul de aprovizionare: Capabilitățile de integrare a resurselor NEWTEK (ingineria gazelor + achiziții globale) asigură livrarea în timp util a echipamentelor (compresoare, cutii frigorifice, turnuri de fracționare), materiale (oțel special, materiale izolatoare) și sisteme de control al instrumentelor, evitând întârzierile de livrare sau riscurile de compatibilitate cauzate de mai multe canale de aprovizionare.
Construcție, instalare și punere în funcțiune: instalarea și punerea în funcțiune a ASU (izolarea cutiei frigorifice, punerea în funcțiune a sistemului de refrigerare, testarea etanșeității la aer, circulația termică, conexiunea sistemului de control și inspecția sistemului de siguranță) sunt cruciale. Modelul EPC + la cheie garantează calitatea instalării, scurtează termenele de-construcții pe șantier și permite o pornire rapidă-.
Interfață și integrarea proceselor în aval: pentru proiectele-la scară largă, cum ar fi metalurgia, inginerie chimică, producția de sticlă și gazeificare, ASU este doar o parte a sistemului general de alimentare cu gaz a fabricii. NEWTEK poate ajuta la integrarea perfectă a ASU cu procesele din aval (cuptoare de ardere, gazeificatoare, conducte, rezervoare de stocare și sisteme de comprimare a gazului) pentru a realiza la-alocarea, stocarea și livrarea O₂/N₂/Ar la cerere.
Livrarea proiectelor și asistență operațională: de la punere în funcțiune, acceptare și instruire operațională până la întreținere și garanție ulterioară, modelul la cheie oferă utilizatorilor o experiență „unică, fără griji--, potrivită în special pentru instalațiile noi, fără experiență extinsă în sistemele de separare a aerului.
Prin urmare, pentru clienții care doresc o aprovizionare cu gaz de înaltă{0}}eficiență, fiabilitate-înaltă și-puritate ridicată și care doresc să atenueze managementul proiectelor și riscurile tehnice (cum ar fi fabrici de oțel, fabrici petrochimice, fabrici de sticlă și fabrici chimice), adoptarea modelului EPC + la cheie de la NEWTEK poate reduce în mod semnificativ complexitatea proiectelor, poate reduce costurile și poate reduce semnificativ complexitatea proiectului.
6. Cum să selectați o ASU potrivită într-un proiect real-lumea - Recomandări pas-cu-pas cu pas
1. Pe baza analizei de mai sus, următorul este un proces recomandat de selecție/investiție/implementare ASU, potrivit pentru managerii de inginerie, investitorii de proiecte sau factorii de decizie-față:
1.1 Determinarea cererii de gaz
1.1.1 Calculați consumul de O₂/N₂/Ar de către fiecare unitate de proces din proiect (existent + extindere anticipată) (debit, presiune, puritate, distribuție în timp)
1.1.2 Estimați cererea de vârf și medie și rezervați redundanță/marje de siguranță
1.2 Clarificarea cerințelor privind calitatea gazului
1.2.1 Puritate O₂ (de exemplu, 99,5%–99,9%), cerințe de puritate N₂/Ar
1.2.2 Presiunea de ieșire, gazoasă sau lichidă (de exemplu, dacă este necesară stocarea oxigenului lichid/azotului lichid)
1.3 Evaluarea prețurilor locale la energie electrică/condiții de energie
1.3.1 Obține prețuri la electricitate industrială (zi/noapte/vârf/preț negociat), stabilitatea puterii, disponibilitatea energiei termice ieftine/deținute/deșeuri
1.3.2 Calculați costul de operare per unitate de gaz (O₂/N₂) pe baza costurilor energetice
1.4 Selectați ASU Scale and Configuration
1.4.1 Determinați configurația trenului simplu/dublu/triplu (inclusiv recuperarea argonului) pe baza cererii de gaz; un singur tren este potrivit pentru utilizare la scară mică-gazelor auxiliare, trenul dublu/triplu este potrivit pentru cererea de produse-de dimensiuni mari și medii/multi-
1.4.2 Luați în considerare extinderea și redundanța viitoare (de exemplu, mai multe trenuri în paralel)
1.5 Selectați modelul de aprovizionare/contractare
1.5.1 Prioritizează furnizorii de sisteme capabili să ofere servicii EPC + la cheie (de exemplu, NEWTEK)
1.5.2 Solicitați furnizorilor să furnizeze servicii unice-de la proiectare inginerească, achiziție de echipamente, inginerie civilă/fundare, instalare, punere în funcțiune, operare de probă, instruire operațională până la livrare și operare
1.6 Efectuarea unei evaluări economice (CAPEX + OPEX + Venituri pe-gaz după produs)
1.6.1 Estimarea investiției totale (CAPEX), costuri anuale/ciclului de viață (în principal electricitate + întreținere + (Resurse Umane)
1.6.2 Estimați venitul din utilizarea/vânzările de gaze în funcție de produs (N₂/Ar) și costul net în comparație cu opțiunile de gaz/furnizare auxiliară achiziționate.
1.7 Evaluarea riscurilor și managementul proiectelor
1.7.1 Luați în considerare timpul de livrare a echipamentului, perioada de construcție, complexitatea punerii în funcțiune, stabilitatea operațională, confortul întreținerii, cerințele de siguranță și de reglementare (vas sub presiune/refrigerare/siguranță).
1.7.2 În cazul în care consumul de gaz fluctuează sau cererea crește, luați în considerare proiectarea de extindere modulară/fazată (treni multiple) pentru a reduce riscul de investiție o dată-.
7. Rezumat - Capacitatea de echilibrare, consumul de energie, investițiile și capacitatea de servicii
Alegerea unei ASU adecvate reprezintă un compromis-cuprinzător între capacitate (satisfacerea cererii), consumul de energie (economia de exploatare), costurile de investiție (CAPEX și costurile de finanțare), implementarea proiectelor și suport pentru operare și întreținere.
Pentru utilizatorii mici sau mijlocii-(gaz auxiliar, utilizare localizată, cerere flexibilă), pot fi suficiente ASU mici sau PSA/membrane modulare pe un singur rând/{1}}. Cu toate acestea, atunci când cererea este stabilă, scara este mare, iar cerințele pentru puritate, diversitatea produsului și fiabilitate sunt ridicate, ASU criogenice sunt cea mai bună alegere.
În cadrul ASU criogenice, selecția adecvată (capacitate/număr de coloane/recuperare căldură) este crucială.
Configurația gazului secundar și conservarea energiei (design excelent de compresie/răcire/schimb de căldură) sunt cheia pentru reducerea costurilor unitare cu gaz (O₂/N₂/Ar).
Deși cheltuielile de capital nu sunt scăzute, cu o proiectare adecvată, utilizarea ridicată a echipamentului (funcționare continuă 24/7) și utilizarea completă a valorii produselor secundare (azot, argon), este ușor să controlați costurile unitare ale gazului într-un interval competitiv prin amortizarea operațională pe mai mulți-an.
În cele din urmă, alegerea unui furnizor cu capabilități complete de servicii EPC + la cheie (cum ar fi NEWTEK) poate reduce semnificativ complexitatea proiectului, dificultățile de construcție și punere în funcțiune, costurile și riscurile de coordonare interdisciplinară, oferind clienților o soluție cu adevărat „de proiectare-pentru a-funcționare-integrată,{5}fără griji”.
Pentru companiile care intenționează să construiască sau să extindă proiecte chimice/metalurgice/de sticlă/gazeificare/energie la scară largă-, selecția corectă, proiectarea rezonabilă și contractarea profesională EPC + la cheie sunt cruciale pentru a asigura funcționarea cu succes, economică și eficientă a proiectelor ASU.
