Sissejuhatus:Sellistes tööstusharudes nagu raske keemia-, metallurgia-, klaas-, keemia- ja elektroonikatööstus on suur nõudlus kõrge -puhtusastmega hapniku (O₂), lämmastiku (N₂) ja argooni (Ar) järele. Gaasivarustuse järjepidevuse, puhtuse ja ökonoomsuse tagamiseks otsustab üha suurem hulk suuri tehaseid paigaldada krüogeensed õhueraldusseadmed (ASU) kohapeal, selle asemel, et toetuda ostetud gaasidele. Õige ASU valik on stabiilse tootmise tagamiseks, tegevuskulude kokkuhoiuks ja investeeringutasuvuse optimeerimiseks ülioluline.
Selles artiklis käsitletakse üksikasjalikult, kuidas valida konkreetse projekti jaoks ASU kolmest võtmemõõtmest -Tootmisvõimsus, energiatarbimine ja OPEX ning CAPEX ja koguinvesteering-, ning koos NEWTEKi EPC ja käivitusvalmis teenusemudeliga illustreeritakse, kuidas saavutada tõhus ja usaldusväärne lahendus ühe{{2}insener-tehnilise varustuse, konstruktsiooni, komplekti, komplekti, komplekti abil. kasutuselevõtt ja tarnimine.
1. ASU põhiprintsiibid ja kohaldatavad stsenaariumid
Kõigepealt vaatame lühidalt läbi krüogeense ASU tööpõhimõtte. Krüogeenne ASU töötab kokku surudes, puhastades (eemaldades niiskuse, CO₂ ja lisandid) õhku, jahutades selle äärmiselt madalale temperatuurile (umbes -180 kuni -200 kraadi) ja seejärel eraldades komponendid nende keemistemperatuuri erinevuste alusel fraktsioneerimiskolonnis. Lämmastikku (N₂), hapnikku (O2) ja argooni (Ar) saab väljastada vastavalt saadusgaasidena (või vedelikena). Sõltuvalt seadme mastaabist ja konfiguratsioonist (üks-kolonn, kahe-kolonn või kolmik-kolonn argooni regenereerimisega) on ASU-d laialdaselt kasutatavad terasetootmises (kõrgahju hapnikuga rikastamine, konverteri puhumine), naftakeemias/gaasistamisel (vajavad suures koguses oksüdatsioonihapnikku osalise klaasi jaoks), (oksü-kütus), keemiline süntees, elektroonika/pooljuhid (üli-kõrge puhtusastmega lämmastik/argoon), suuremahuline kuumtöötlus ja inertse atmosfääriga ahjud. Seetõttu on ASU-d sageli suurte ja keskmise suurusega tööstusprojektide põhitaristuks ning nende disain peab olema väga kohandatud, lähtudes järgnevatest vajadustest (gaasi tootmismaht, puhtus, rõhk) ja kohalikest tingimustest.
2. Maht: ASU suuruse määramine nõudluse põhjal.
ASU valimisel tuleb esmalt arvestada selle võimsust (st mitu tonni/standardkuupmeetrit O₂/N2/Ar päevas suudab see toota). See võimsus peab vastama gaasitarbimise tipptasemele ja järgnevate protsesside eeldatavale kasvule.
Krüogeensete ASUde võimsusvahemik on väga lai. Tööstusharu andmetel võivad väikesed ühe-kolonni ühikud toota kümneid kuni sadu tonne hapnikku päevas; topelt-kolonni/keskmise-suurusega süsteemid võivad ulatuda sadade kuni kahe tuhande tonnini päevas; samas kui suured mitme-kolonni seadmed (sealhulgas argooni regenereerimine) võivad päevas toota tuhandeid kuni mitu tuhat tonni O₂. Täpsemalt näitavad andmed, et tüüpilise suure tööstusliku ASU võimsusvahemik võib katta ligikaudu 100 kuni üle 5000 tonni O₂ päevas. Võimsuse valimisel tuleks arvestada tippkoormusega (kõrgahjud, konverterid, gaasistajad ja ahjud võivad suure koormusega perioodidel nõuda suures koguses hapnikku), pideva töötamise nõudeid (24/7) ja tulevast laienemispotentsiaali (nt tootmisliinide lisamine, võimsuse suurendamine ja ohutuse tagamine/koondamine).
Seetõttu on suuremahuliste metallurgia-, naftakeemia- või klaasiprojektide puhul üldiselt soovitatav konfigureerida keskmised kuni suured ASU-d (sadu kuni tuhandeid tonne päevas O₂), et tagada stabiilne tarne ja vähendada kitsaskohti. Väiksemate -mastaapsete või abigaasirakenduste (nt kuumtöötluspesad, lokaalne inertne atmosfäär, vaba võimsus) puhul võib kaaluda ka väikeseid/modulaarseid seadmeid.
3. Energiatarbimine ja OPEX: peamised tegurid
Kui võimsus on kindlaks määratud, on tegevuskulude (eriti elektritarbimise) arvutamine valikuprotsessi järgmine kriitiline samm, kuna OPEX määrab sageli pikaajalise{0}}majanduse.
- Energiatarbimise vahemik
Krüogeense ASU tüüpiline energia eritarbimine jääb tavaliselt vahemikku ligikaudu 250–500 kWh/tonni O₂ (ehk ligikaudu 0,3–0,6 kWh/Nm³ O₂).
Mõnel vanemal või väiksemal konstruktsioonil võib energiatarve olla veidi suurem (ja halvem), samas kui kaasaegsed energiasäästlikud-konstruktsioonid, mis kasutavad täiustatud soojustagastust, turbo-laiendit ja paremaid soojusvahetussüsteeme, võivad energiatarbimist märkimisväärselt vähendada.
Tegelikku energiatarbimist mõjutavad ka sellised tegurid nagu väljundrõhk, toote puhtus ja gaasitootmise struktuur (kas argooni/N2 regenereeritakse). Näiteks võib väljastusrõhu/surve suhte suurendamine või kõrgema puhtuse nõudmine suurendada energiatarbimist.
- Tegevuskulude koosseis
Sõltuvalt allikast moodustavad elektrikulud tavaliselt ≈70–80% tegevuskuludest (OPEX). Muud kulud hõlmavad personali (operaatorid, juhtkond), hooldust (kompressori kapitaalremont, külmkasti hooldus, aluse/pakendi vahetus), katalüsaatori/adsorbendi/külmaaine (kui on) vahetust, aga ka määrimist, kulumaterjale, kindlustust/makse jne. Üldiselt moodustavad need mitmesugused kulud ligikaudu 10–20% OPEXist. Seetõttu võivad ASU tegevuskulud piirkondades, kus on kõrged elektrikulud (või kõrged kohalikud tööstuslikud elektrihinnad), olla majanduslikuks koormaks. Ja vastupidi, kui projekt asub madala elektrihinna ja odava/spetsiaalse elektriga piirkonnas (nt elektrijaamade lähedus, heitsoojuse/omaenergia kasutamine), paraneb oluliselt ASU tööökonoomika.
Kõrvalsaaduse{0}}gaaside majanduslik väärtus (N₂/Ar/argoon)
Paljud ASU-d ei tooda mitte ainult hapnikku (O₂), vaid ka lämmastikku (N2) ja (valikuliselt) argooni (Ar). Tootegaaside taaskasutamise ja müümise (või tehases kasutamise) abil saab ASU tegevuskulusid/elektrikulusid osaliselt kompenseerida. Võttes näiteks argooni, kuna argooni sisaldus õhus on ligikaudu 0,93%, võib taaskasutatud argooni (või vedela argooni) majanduslik väärtus oluliselt vähendada O₂ netokulusid, kui sellele on turgu (nt metallivalu, elektroonika, inertsed kaitsegaasid jne). Seetõttu tuleks valikul ja investeerimisotsuste tegemisel igakülgselt kaaluda hapniku tootmist, samaaegset lämmastiku/argooni tootmist ja kasutamist (sise- või turumüük), et maksimeerida üldist majanduslikku efektiivsust.
4. Investeerimiskulud (CAPEX ja projekti kogumaksumus): ulatusel ja tarnemeetodil on märkimisväärne mõju
Lisaks tegevuskuludele on ASU valikuotsuste tegemisel oluliseks teguriks kapitalikulud (CAPEX). Erineva suuruse/disaini/konfiguratsiooniga ASU-de paigaldus- ja ehituskulud (kas on kaasatud argooni taaskasutamine, mitu rongi, mitu kolonni) on väga erinevad.
Mõned tööstusharu aruanded näitavad, et väikese/libiseva{0}}paigaldatud ASU ostukulu (PEC) võib ulatuda miljonites dollarites; paigalduse kogumaksumus (TPC) pärast paigaldamist ja kasutuselevõttu on veelgi suurem. Vastavalt andmetele 200 tonni/päevas (TPD) ASU kohta umbes 75% selle elutsükli kuludest tuleb energiast; Seetõttu võib OPEXi käitamine isegi madala kapitalikulu korral määrata lõpliku majandusliku elujõulisuse. Avalikult kättesaadavate tööstusharu hinnangute põhjal on keskmise suurusega (sadu–tuhandeid tonne päevas) ASUde puhul alginvesteering (jaam, paigaldus, kasutuselevõtt, infrastruktuur, torustikuühendused, gaasivõrgud, elektrirajatised, isolatsioonikarbid jne) tavaliselt kümnetest miljonitest sadade miljonite USA dollariteni.
Eelkõige suuremahuliste,{0}}argooni regenereerimise, mitme rongi ja mitme gaasiväljundiga (O₂/N₂/Ar) keerukate süsteemide puhul on CAPEX suurem, kuid gaasi tootmisühiku maksumus (pärast CAPEX + OPEX amortiseerimist) on sageli madalam, mis näitab mastaabisäästu.
Seetõttu tuleb projekti varases staadiumis (FEED/Investment Assessment faas) selgelt määratleda järgmine:
Projekteerimisvõimsus (praegune + võimalik tulevane laienemine)
Nõutav puhtus (O2, N2, Ar) ja väljundrõhk/voolukiirus
Gaasitarbimise erinevus (pidev 24/7 või kõrghooaeg + -välishooaeg)
Kas kõrvalsaadusena on vaja argooni/lämmastikku ja kas on kasutus-/müügikanaleid
Kohalikud elektrihinnad, toiteallika stabiilsus/kulude struktuur/energialepingud (nt odava-tööstusliku elektri kättesaadavus)
Inseneriehituse keerukus (tsivilisatsioon, vundamendid, torustik, paigaldus, võimsus/jahutus/isolatsioon/ohutus/instrumendid)
Ainult neid tegureid igakülgselt arvesse võttes saab mõistlikult hinnata projekti koguinvesteeringut (CAPEX) ja tulevast tegevusökonoomiat (gaasiühiku maksumus).
5. NEWTEKi EPC ja võtmed-kätte mudeli kombineerimine - Ühe-lahenduste pakkumine klientidele
Ülalmainitud keerukate-otsuste tegemise ja projekteerimise väljakutsetega silmitsi seistes on projekti õnnestumise seisukohalt ülioluline valida tarnija, kellel on ulatuslikud süsteemiintegreerimisvõimalused ja võime pakkuda EPC (inseneritöö, hanked, ehitus) + võtmed kätte (projekteerimisest kasutuselevõtu ja käitamise) teenuseid. See on täpselt NEWTEKi positsioneerimine.
Miks EPC ja võtmed kätte on olulised?
Ühtne projekteerimine ja insenerijuhtimine: ASU projektid hõlmavad õhukompressoreid, külmkappe, fraktsioneerimistorne, soojusvahetiid, torustikke, isolatsiooni, juhtimissüsteeme, ohutusseadmeid, elektrisüsteeme ja infrastruktuuri. EPC kaudu saavad peatöövõtjad (nt NEWTEK) koordineerida kõiki valdkondi (protsess, konstruktsioon, elektri-, mõõteriistad, tsiviil- ja paigaldus), vältides mitme tarnija liidese probleeme, side-/koordineerimiskulusid ja võimalikke vastutuse pimealasid.
Hanke- ja tarneahela integreerimine: NEWTEKi ressursside integreerimise võimalused (gaasitehnika + globaalsed hanked) tagavad seadmete (kompressorid, külmkastid, fraktsioneerimistornid), materjalide (spetsiaalne teras, isolatsioonimaterjalid) ja mõõteriistade juhtimissüsteemide õigeaegse tarnimise, vältides tarneviivitusi või mitmest hankimiskanalist põhjustatud ühilduvusriske.
Ehitus, paigaldamine ja kasutuselevõtt: ASU paigaldamine ja kasutuselevõtt (külmkasti isolatsioon, jahutussüsteemi kasutuselevõtt, õhutiheduse testimine, termiline tsirkulatsioon, juhtimissüsteemi ühendamine ja ohutussüsteemi kontroll) on üliolulised. EPC + Võtmed kätte mudel tagab paigalduskvaliteedi, lühendab ehitusplatsil{2}}ehitamise aega ja võimaldab kiiret käivitamist.
Liidese ja järgnevate protsesside integreerimine: suuremahuliste{0}}projektide jaoks, nagu metallurgia, keemiatehnoloogia, klaasitootmine ja gaasistamine, on ASU vaid üks osa üldisest tehase gaasivarustussüsteemist. NEWTEK saab aidata ASU sujuvalt integreerida järgnevate protsessidega (põletusahjud, gaasistajad, torustikud, mahutid ja gaasikompressioonisüsteemid), et saavutada O₂/N₂/Ar nõudmisel -jaotamine, ladustamine ja tarnimine.
Projekti tarnimine ja töötugi: alates kasutuselevõtust, vastuvõtmisest ja kasutuskoolitusest kuni hilisema hoolduse ja garantiini – Võtmed kätte mudel pakub kasutajatele „üks-peatus, muret-vaba” kogemust-, mis sobib eriti hästi uutele tehastele, kellel pole õhueraldussüsteemide vallas laialdasi kogemusi.
Seetõttu võib NEWTEKi EPC + Võtmed kätte mudeli kasutuselevõtt klientidele, kes otsivad kõrget-tõhusust, suure-usaldusväärset ja kõrge-puhtusastmega gaasivarustust ning maandada projektijuhtimise ja tehnilisi riske (nt terasetehased, naftakeemiatehased, klaasitehased ja keemiatehased), märkimisväärselt vähendada projekti keerukust, lühendada ja optimeerida projekti ajakava.
6. Kuidas valida sobivat ASU-d reaalses-maailmaprojektis - Samm---sammulised-soovitused
1. Eelneva analüüsi põhjal on järgmine soovitatav ASU valiku-/investeeringu-/rakendusprotsess, mis sobib insenerijuhtidele, projektiinvestoritele või tehase otsuste tegijatele.
1.1 Gaasivajaduse määramine
1.1.1 Arvutage iga projekti protsessiüksuse O2/N2/Ar tarbimine (olemasolev + eeldatav paisumine) (voolukiirus, rõhk, puhtus, ajajaotus)
1.1.2 Hinnake tipp- ja keskmist nõudlust ning reservi koondamis-/ohutusmarginaali
1.2 Täpsustage gaasi kvaliteedinõudeid
1.2.1 O₂ puhtus (nt 99,5–99,9%), N2/Ar puhtusnõuded
1.2.2 Väljundrõhk, gaasiline või vedel (nt kui on vaja vedela hapniku/vedela lämmastiku säilitamist)
1.3 Hinnake kohalikke elektrihindu/energiatingimusi
1.3.1 Hankige tööstuslikud elektrihinnad (päev/öö/tipp/kokkulepitud hind), võimsuse stabiilsus, odava/omanduses/jääksoojusenergia kättesaadavus
1.3.2 Arvutage tegevuskulu gaasiühiku kohta (O2/N₂) energiakulude põhjal
1.4 Valige ASU Scale and Configuration
1.4.1 Määrata ühe-/kahe-/kolmekordse rongi konfiguratsioon (sealhulgas argooni regenereerimine) gaasivajaduse põhjal; üksikrong sobib väikesemahuliseks-abigaasi kasutamiseks, kahe-/kolmekordne rong sobib suure ja keskmise -suurusega/mitme{3}}toote nõudlusele
1.4.2 Kaaluge tulevast laienemist ja koondamist (nt mitu rongi paralleelselt)
1.5 Valige Tarne-/lepingumudel
1.5.1 Eelistage süsteemi tarnijaid, kes suudavad pakkuda EPC + võtmed kätte teenuseid (nt NEWTEK)
1.5.2 Nõua, et tarnijad pakuksid ühe-peatuse teenuseid alates projekteerimisest, seadmete hankimisest, tsiviilehitusest/vundamendist, paigaldamisest, kasutuselevõtust, proovitööst, käitamiskoolitusest kuni tarnimise ja käitamiseni
1.6 Viige läbi majanduslik hindamine (CAPEX + OPEX + gaasitulu-toote kaupa)
1.6.1 Hinnanguline koguinvesteering (CAPEX), aastased/elutsükli tegevuskulud (peamiselt elekter + hooldus + (inimressursid)
1.6.2 Hinnake kõrvalproduktigaasi (N₂/Ar) kasutus-/müügitulu ja netokulu võrreldes ostetud gaasi/abitarnevõimalustega.
1.7 Riski hindamine ja projektijuhtimine
1.7.1 Võtke arvesse seadmete tarneaega, ehitusperioodi, kasutuselevõtu keerukust, tööstabiilsust, hoolduse mugavust, ohutust ja regulatiivseid nõudeid (surveanum/külmutus/ohutus).
1.7.2 Kui gaasi tarbimine kõigub või nõudlus suureneb, kaaluge ühekordsete investeerimisriskide vähendamiseks modulaarset/faasilist laiendamist (mitme{1}}rongi).
7. Kokkuvõte - Tasakaalustusvõimsus, energiatarbimine, investeerimis- ja teenindusvõime
Sobiva ASU valimine on põhjalik kompromiss -võimsuse (nõudluse rahuldamine), energiatarbimise (tööökonoomika), investeerimiskulude (CAPEX ja finantseerimiskulud), projekti rakendamise ning kasutus- ja hooldustoe vahel.
Väikeste või keskmise suurusega -kasutajate jaoks (abigaas, lokaalne kasutus, paindlik nõudlus) võib piisata ühest-reast/moodulitest väikestest ASU-dest või PSA/membraanisüsteemidest. Kui nõudlus on aga stabiilne, mastaap on suur ning nõuded puhtusele, toodete mitmekesisusele ja töökindlusele on kõrged, on krüogeensed ASU-d parim valik.
Krüogeensete ASU-de puhul on asjakohane valik (võimsus/kolonnide arv/soojustagastus) ülioluline.
Kõrvalproduktigaasi konfiguratsioon ja energiasääst (suurepärane kokkusurumine/jahutus/soojusvahetus) on gaasiühiku kulude (O2/N2/Ar) vähendamise võtmeks.
Kuigi kapitalikulutused ei ole väikesed, on õige disaini, kõrge seadmete kasutamise (24/7 pidev töö) ja kõrvalsaaduste (lämmastik, argoon) väärtuse täieliku ärakasutamise korral lihtne kontrollida gaasiühiku kulusid konkurentsivõimelises vahemikus tänu mitmeaastasele amortisatsioonile.
Lõpuks võib täielike EPC + käivitusvalmis teenuse võimalustega tarnija valimine (nt NEWTEK) oluliselt vähendada projekti keerukust, ehitus- ja kasutuselevõturaskusi, valdkondadevahelisi koordineerimiskulusid ja riske, pakkudes klientidele tõeliselt „disain--töötamiseks-integreeritud, muretu{{5}“ lahenduse.
Ettevõtete jaoks, kes plaanivad ehitada või laiendada suuremahulisi keemia-/metallurgia-/klaasi-/gaasistamis-/energiaprojekte, on õige valik, mõistlik disain ja professionaalne EPC+võtmed kätte lepingute sõlmimine ülioluline, et tagada ASU projektide edukas, ökonoomne ja tõhus toimimine.
