Рост затрат на энергию при разделении воздуха
Криогенные установки разделения воздуха (ASU) являются важнейшими устройствами, которые поддерживают работу таких крупных отраслей, как сталелитейная, нефтехимическая и химическая промышленность. Эти системы играют ключевую роль, но требуют большого количества энергии. Счета за электроэнергию составляют наибольшую часть эксплуатационных расходов. Во многих крупных установках ASU расходы на энергию могут составлять более 60 % от общих эксплуатационных расходов. Это в основном связано с такими потребностями, как сжатие и охлаждение воздуха. Они используют криогенную дистилляцию для разделения воздуха на чистый кислород, азот и аргон с высокой эффективностью разделения и стабильной чистотой продукта. Поскольку цены на энергию во всем мире меняются и, как правило, растут, эта зависимость оказывает реальное давление на прибыль.
Почему сейчас нужно сосредоточиться на энергоэффективности
Новые, легкодоступные инструменты управления, а также точные тепловые модели и надежные механические компоненты создают новые возможности для повышения энергоэффективности криогенных установок по производству кислорода. В DINAK мы считаем, что сокращение энергопотребления — это не только снижение счетов. Это помогает поддерживать стабильность бизнеса в долгосрочной перспективе. DINAK уделяет большое внимание разработке и совершенствованию методов транспортировки, сепарации и охлаждения газа. Наши решения направлены на то, чтобы помочь клиентам значительно снизить потребление энергии на единицу продукции. Точное знание того, как энергия используется в каждой части системы, позволяет нам вносить целенаправленные изменения. Эти изменения приносят наилучшую отдачу от инвестиций.
Основные потребители энергии в криогенной сепарации воздуха
Потребность в энергии воздушного компрессора
Воздушный компрессор является основным потребителем энергии в криогенной установке разделения воздуха. Он часто потребляет более 50 % всей электроэнергии завода. Высокоэффективные воздушные компрессоры нагнетают сырой воздух в систему очистки адсорбцией на молекулярном сите при комнатной температуре. Там он очищается от грязи и других нежелательных частиц. Чтобы сократить потребность компрессора в энергии, операторы должны внимательно следить за состоянием входящего воздуха. Они также должны минимизировать давление нагнетания и общие соотношения давлений. Эти шаги имеют большое значение.
Крупномасштабные установки ASU компании DINAK используют методы сверхнизкого давления для экономии энергии. Благодаря тщательной тепловой проработке и хорошей технологии упаковки, давление нагнетания компрессора сырого воздуха может быть снижено до примерно 0,43 МПа в оптимизированных конструкциях ASU низкого давления, что значительно снижает потребность в мощности сжатия. Это значительно сокращает потребность в основной мощности оборудования. В результате клиенты достигают значительного снижения эксплуатационных расходов. Кроме того, помогает добавление приводов с регулируемой скоростью (VSD). Межступенчатое охлаждение дает дополнительные преимущества, особенно при изменении нагрузки.
Потребление холодильной системы
Для создания очень низких температур, необходимых для превращения воздуха в жидкость, требуется большая электрическая нагрузка. Усовершенствования DINAK в области охлаждения позволяют значительно сократить потребление электроэнергии. Усилитель турбинного расширителя генерирует холод, преобразуя энергию давления в работу расширения, тем самым обеспечивая низкие температуры, необходимые для сжижения воздуха. Он действует как главный двигатель, поддерживая стабильную низкую температуру и обеспечивая равномерную дистилляцию. В нашем проекте KDONAr-3000Y-4000Y-50 мы добавили охлаждение как высоко-, так и низкотемпературным расширителем. Мы также оптимизировали условия эксплуатации и стратегию управления клапанами Джоуля-Томсона внутри холодильной камеры. Эти изменения позволяют циклам охлаждения работать более плавно.
Нагрузка на насос и циркуляцию
Насосы перекачивают жидкие продукты и поддерживают работу внутренних контуров. Их конструкция напрямую связана с потреблением энергии. В DINAK мы уделяем особое внимание низким перепадам давления. Для этого мы используем точные схемы трубопроводов и надежные двигатели. Хорошо подходит использование внутреннего сжатия с одним или двумя насосами. Совместите его с циркуляцией с воздушным усилительным насосом или циркуляцией с азотным усилительным насосом. Тогда выходной давление кислорода и азота может достигать 8,5 МПа. Это снижает потребность во внешних компрессорах. Это повышает безопасность эксплуатации и снижает общее потребление энергии.
Стратегии оптимизации конструкции
Рекуперация энергии с помощью турбодетандра
Один из лучших способов повысить энергетическую эффективность криогенных установок по производству азота заключается в использовании турбодетандера для рекуперации энергии, выделяющейся при расширении. Турбодетандер преобразует часть потери давления при расширении в полезную механическую или электрическую энергию. Основной источник холода, турбодетандер, продолжает обеспечивать охлаждение, необходимое системе, выполняя свою работу. В конечном итоге это помогает превратить воздух в жидкость. Это повышает общую эффективность системы и снижает удельную потребляемую мощность. В то же время, это снижает потребление энергии от вспомогательных источников питания.
Оптимизация температурного перепада теплообменника
Эффективная тепловая интеграция имеет решающее значение в криогенных процессах. Пластинчато-ребристые теплообменники предназначены для уменьшения разницы температур на тепловом конце. Они также контролируют падение давления. Основной конденсатор-испаритель использует новую многослойную структуру, основанную на нашей запатентованной технологии. Это увеличивает тепловой поток и делает работу оборудования более стабильной и экономичной. Такие конструктивные решения позволяют достичь более высоких коэффициентов извлечения. Они обеспечивают прочность и долговечность конструкции даже при больших перепадах температур.
Усовершенствованные системы управления для согласования нагрузки
Системы управления, которые настраиваются в режиме реального времени, становятся все более важными для экономии энергии. В DINAK мы внедряем интеллектуальную автоматизацию с использованием методов прогнозирующего управления (MPC). Они хорошо справляются с меняющимися условиями. Вся система имеет автоматическую настройку управления. Она позволяет запускать и останавливать систему одним нажатием кнопки. Вы можете удаленно контролировать работу, обнаруживать неисправности и использовать предохранительные замки. Это упрощает управление. Кроме того, система работает бесперебойно и надежно. Подключение к распределенным системам управления (DCS) связывает все части без сбоев. Это повышает как безопасность, так и надежность.
Измеримые преимущества технологических усовершенствований
Сравнение устаревших и современных систем
Разница в энергопотреблении на единицу продукции между старыми ASU и новыми DINAK показывает явные различия. Это достигается за счет более интеллектуальных планов сжатия, более точных настроек дистилляции и более совершенных подходов к управлению. Энергопотребление на единицу продукции ниже средних требований отрасли. Эти преимущества означают немедленное снижение эксплуатационных расходов. Они также помогают соблюдать экологические нормы за счет сокращения выбросов углерода.
Влияние на совокупную стоимость владения
Сокращение энергозатрат напрямую ведет к увеличению прибыли. Но системы DINAK идут еще дальше благодаря встроенной прочности. Они реже выходят из строя. Детали служат дольше, поэтому затраты на обслуживание снижаются. Наши услуги включают проектирование, надзор за проектом, настройку и обучение персонала. Дистанционный мониторинг и заблаговременная диагностика неисправностей позволяют сократить количество простоев. Это повышает эффективность использования активов в течение всего срока эксплуатации завода.
Заключение
Сокращение энергопотребления при криогенном разделении воздуха стало обязательным условием для сохранения лидерства. Сосредоточив внимание на таких крупных потребителях энергии, как компрессоры, охлаждающие установки и насосы, операторы заводов могут значительно сократить расходы на электроэнергию. Это стало возможным благодаря передовым технологиям DINAK, таким как настроенные пластинчато-ребристые теплообменники и интеллектуальные системы управления. Эти меры не только снижают затраты на производство газов в расчете на единицу продукции, но и повышают надежность и экологичность производства. В свою очередь, это позволяет менеджерам одновременно достигать финансовых и экологических целей.
Часто задаваемые вопросы
В: Что является основным источником энергопотребления в криогенной установке по производству кислорода?
О: Как правило, наибольшее количество энергии потребляет воздушный компрессор, часто превышающее 50 % от общего энергопотребления установки.
В: Как турбодетандер помогает снизить затраты на электроэнергию?
О: Турбодетандеры рекуперируют энергию при расширении газа, преобразуя ее в механическую или электрическую энергию для компенсации других нагрузок.
В: Что делает пластинчато-ребристые теплообменники более эффективными?
О: Их большая площадь поверхности и оптимизированные пути потока обеспечивают лучшую теплопередачу с минимальным падением давления, улучшая тепловую интеграцию.
В: Могут ли системы автоматизации действительно повысить энергоэффективность?
О: Да, современные системы управления динамически регулируют работу в зависимости от спроса в режиме реального времени, обеспечивая оптимальную производительность при частичной нагрузке.
В: Насколько современные технологии могут снизить энергозатраты ASU?
О: В зависимости от базовой системы, модернизация с использованием компонентов DINAK может снизить удельную потребляемую мощность на 10–25 %.
