Samanburður á fyllingarkostnaði á strokka við PSA súrefnisframleiðslu á staðnum

Comparing Cylinder Filling Costs with On-Site PSA Oxygen Production

Fyrir verksmiðjur sem neyta súrefnis á hverjum degi veltur kostnaðarmunur á afhentum kútum og súrefnisframleiðslu á staðnum af meira en uppgefnu gasverði. Kerfi sem byggir á strokkum flytur súrefnisframleiðslu, þjöppun, geymslu og flutning út fyrir verksmiðjuna, en PSA-kerfi á staðnum flytur flestar þessar aðgerðir inn í framleiðsluaðstöðuna. Kostnaðarskipulagið sem af þessu leiðir breytist úr innkaupa- og afhendingarlíkani í raforku-, þjöppu-, viðhalds- og búnaðarnýtingarlíkan.

Súrefni í iðnaðarhólknum berst venjulega til notandans í gegnum röð framleiðslu, þjöppunar, fyllingar, flutnings, geymslu og þrýstingslækkunar. Súrefni er framleitt í miðlægri gasverksmiðju og þjappað saman í stál- eða álkúta. Það fer eftir hönnun strokks og staðbundnum reglum, að iðnaðarhylki sé hægt að fylla í um það bil 150–200 bör á áfyllingarstöðinni.

Í verksmiðjunni eru hólkar tengdir hver fyrir sig eða í gegnum margvíslega fjölbreytileika sem flokkar marga hólka í banka þannig að rekstraraðilar geta skipt úr tómum banka yfir í fylltan banka án þess að trufla ferlið strax. Þrýstijafnarar lækka síðan þrýstinginn í strokknum niður í þann rekstrarþrýsting sem brennarar, skurðarbúnaður, loftræstikerfi eða önnur súrefnisneyslutæki þurfa.

Magn nothæfs súrefnis ræðst ekki eingöngu af nafnþrýstingi í hylkinu. Vatnsrúmmál strokka, áfyllingarþrýstingur, gashitastig og afgangsþrýstingur við skiptingu strokka hafa allir áhrif á raunverulega nýtingu. Ef skipt er um hylki á meðan umtalsvert magn af gasi er eftir inni hefur verksmiðjan greitt fyrir gas sem ekki er komið í framleiðsluferlið.

Á staðnumPSA súrefniskerfimyndar súrefni úr þjappað andrúmslofti. Dæmigert uppsetning inniheldur loftþjöppu, loftmóttakara, agna- og samrunasíur, aðsogsílát, skiptiloka, súrefnismóttakara, súrefnisgreiningartæki, PLC stjórnkerfi, þrýstijafnara og súrefnisdreifingarrör.

Aðsogsílátin innihalda sameinda sigti efni, venjulega zeólít. Efnið hefur mismunandi samskipti við köfnunarefni og súrefni við þrýstingsskilyrði. Á aðsogsstigi fer þjappað loft inn í eitt ílát, köfnunarefni er helst haldið eftir af sameindasigtinu og súrefnisauðgað gasstraumur fer í átt að súrefnismóttökunni.

Kerfið notar venjulega tvö eða fleiri aðsogsílát. Á meðan eitt ílát framleiðir súrefni fer annað ílát undir þrýstingslækkun og endurnýjun. Skiptilokar stjórna gasleiðinni í samræmi við forritaða lotu. Þetta fyrirkomulag gerir einu íláti kleift að gleypa köfnunarefni á meðan annað losar áður varðveitt köfnunarefni.

Súrefnismóttakarinn aðskilur framleiðslu frá tafarlausri vinnsluþörf. Það getur tekið á sig skammtímaflæðissveiflur og komið á stöðugleika niðurstreymisþrýstings í stað þess að krefjast þess að aðsogsbeðin fylgi hverri breytingu á súrefnisnotkun.

Hvernig PSA aðskilnaðarferlið virkar

ThePSAhringrás samanstendur aðallega af þrepum fyrir þrýsting, aðsog, þrýstingslækkun og endurnýjun. Þjappað loft fer fyrst í gegnum loftmeðferðarhlutann, þar sem vatn, olíuúðar og svifryk eru fjarlægð áður en loftið nær sameindasigtinu.

Meðan á frásog stendur er rekstrarílátið áfram undir þrýstingi á meðan köfnunarefni er helst aðsogað. Súrefni og argon fara í gegnum rúmið og mynda afurðargasið. Þegar frásogsgetan nálgast rekstrarmörkin breytir stjórnkerfið gasleiðinni og sendir skipið í endurnýjun.

Við endurnýjun minnkar þrýstingur ílátsins og aðsogað köfnunarefni fer úr sameindasigtinu. Sumar PSA stillingar nota hluta af súrefnisafurðum til hreinsunar eða jöfnunar, á meðan aðrar stillingar nota þrýstingsjöfnun milli skipa til að draga úr gastapi. Nákvæm hringrás fer eftir skipastærð, eiginleikum sameindasigti, hreinleika markmiðsins, endurheimt og nauðsynlegu súrefnisflæði.

Í öflunarskyni ætti því að meta hreinleika súrefnis ásamt súrefnisendurheimt og sértækri orkunotkun. Með því að hækka nauðsynlegan súrefnishreinleika getur það aukið magn þjappaðs lofts sem þarf á hverja einingu af súrefnisafurð, sem getur aukið orkunotkun þjöppunnar.

Súrefni úr strokka skapar nokkra endurtekna kostnaðarþætti. Verksmiðjan kann að borga fyrir súrefni sjálf, leiga eða þjónustugjöld, flutning, hleðslu og affermingu, geymslu og vinnuafl fyrir rekstraraðila til að skipta um kút. Þessi kostnaður eykst með sendingartíðni og súrefnisnotkun.

PSA framleiðsla færir endurtekinn kostnað í átt að rafmagni og viðhaldi búnaðar. Þjöppan stendur venjulega fyrir stórum hluta rafmagnsnotkunar vegna þess að loftið í andrúmsloftinu verður að þjappa saman áður en það fer í aðsogshylkin. Síur, lokar, súrefnisgreiningartæki, innsigli og sameindasíuefni stuðla einnig að líftímakostnaði.

Kostnaðarþáttur	Cylinder framboð	PSA á staðnum
Súrefniskaup	Endurtekin gashleðsla	Ekki nauðsynlegt fyrir venjulega framleiðslu
Samgöngur	Áskilið	Venjulega fjarlægður
Meðhöndlun strokka	Áskilið	Fjarlægt
Þjöppu rafmagn	Birgir megin	Verksmiðjuhlið
Fjárfesting í búnaði	Lágt í verksmiðjunni	Áskilið
Loftmeðferð	Birgir megin	Nauðsynlegt á staðnum
Geymsla	Slökkviliðsbirgðir	Súrefnismóttakari
Viðhald	Þrýstijafnarar, lokar, margvísleg	Þjöppu, lokar, síur, greiningartæki
Afritunarframboð	Auka strokka	Cylinder eða annar varabúnaður

Samanburðurinn ætti að nota sama súrefnismagn, hreinleika, þrýsting og rekstrartímabil. Að bera saman strokkatilboð í $/strokka við PSA rafmagn í $/kWh án þess að breyta báðum kerfum í kostnað á Nm³ af nothæfu súrefni getur leitt til rangrar niðurstöðu.

Súrefnisneysla er ein sterkasta stærðin í hagfræðilegum samanburði. Verksmiðja sem notar 10 Nm³/klst fyrir stutta framleiðsluvakt hefur allt annað rekstrarsnið en verksmiðja sem eyðir 100 Nm³/klst samfellt í 24 klst.

Fyrir framboð strokka eykur meiri neysla beint fjölda hólka sem þarf að afhenda, geyma, tengja og skipta um. Ef dagleg neysla eykst umfram afkastagetu núverandi dreifikerfis, gæti þurft viðbótar strokkabakka eða tíðari afhendingu.

Fyrir PSA framleiðslu getur hærra samfellt álag aukið nýtingu búnaðar og dreift fastafjárkostnaði yfir stærra magn af súrefni. Hins vegar verða þjöppu- og aðsogshylkin að vera í stærð fyrir nauðsynlega flæði og rekstur nálægt hámarksgetu getur breytt tiltekinni orkunotkun og súrefnisendurheimt.

Hagnýtur samanburður ætti því að reikna súrefnisnotkun sem:

Árleg súrefnisþörf=súrefnisflæði × vinnutímar × vinnudagar

Árleg Nm³ tala gefur sameiginlegan grunn til að bera saman afgreitt súrefni og framleiðslu á staðnum.

Í kerfi á staðnum er rafmagnsnotkun undir sterkum áhrifum af þjöppuþrýstingi, hitastigi inntakslofts, skilvirkni þjöppu, þrýstingsfalli loftmeðferðar, uppsetningu aðsogshringrásar og endurheimt súrefnis.

Til dæmis, ef kerfi eyðir 0,8 kWh/Nm³ af súrefni og iðnaðarrafmagn kostar $0,10/kWh, þá er raforkuhluturinn um það bil $0,08/Nm³. Þessi tala inniheldur ekki viðhald þjöppu, síur, ventlaskipti, súrefnisgreiningu eða endurheimt fjármagns.

Þjappað loftgæði hafa einnig áhrif á rekstrarkostnað. Vatn sem fer inn í aðsogsbeðin getur breytt afköstum sameindasigtsins, en olíumengun getur skemmt yfirborð aðsogsefnisins. Loftsíur gera því meira en að vernda íhluti sem falla niður; þeir stjórna líka ástandi aðsogsefnisins.

Innkaupaverkfræðingar ættu að óska eftir sérstakri orkunotkun birgis við tilgreint súrefnisflæði og hreinleika frekar en að nota kW þjöppumótorsins sem súrefnisframleiðslukostnað.

Súrefnishreinleiki og afhendingarþrýstingur verður að tilgreina saman vegna þess að þau hafa áhrif á hönnun kerfisins. Ferli sem krefst um það bil 90–93% súrefnis getur notað aðra PSA uppsetningu en ferli sem krefst súrefnis yfir 95%.

Súrefni í strokknum gefur mikið magn af geymdu gasi við háan þrýsting, á meðan PSA kerfi mynda almennt súrefni við lægri þrýsting sem hentar til beinnar notkunar í ferlinu eða þrýstingsaukningu aftan við. Ef ferli krefst verulega hærri þrýstings gæti verið þörf á viðbótar súrefnisþjöppu.

Stöðugleiki flæðis er annað atriði. Brennari eða skurðarvél getur orðið fyrir hröðum breytingum á súrefnisþörf, en frárennslisloftun getur haldið tiltölulega stöðugu flæði í langan tíma. Súrefnismóttakarinn getur stuðlað skammtímaeftirspurnarbreytingar, en rúmmál hans verður að passa við mismuninn á PSA framleiðsla og vinnslunotkun.

Ekki hver verksmiðja notar súrefni á jöfnum hraða. Framleiðslulína getur starfað við mikla súrefnisþörf við klippingu eða bruna og fallið niður í minni eftirspurn við hleðslu, viðhald eða vaktaskipti.

Með strokkum er framboðsgetan ákvörðuð af fjölda tengdra strokka og eftirþrýstingi þeirra. Þegar eyðslan eykst óvænt gæti rekstraraðilinn þurft að tengja annan strokkabanka.

Með PSA framleiðslu starfar aðsogseiningin almennt samkvæmt forritaðri hringrás á meðan súrefnismóttakarinn gleypir skammtímamun á framleiðslu og neyslu. Ef eftirspurn helst yfir metinni framleiðslugetu í langan tíma mun móttakaþrýstingur að lokum lækka. Kerfið þarf því skilgreinda hámarksflæðisgetu frekar en aðeins meðalrennslisútreikning.

Fyrir innkaup eru mikilvægar tölur ekki aðeins meðal Nm³/klst. heldur einnig lágmarksrennsli, eðlilegt rennsli, hámarksrennsli, hámarkstími og daglegt álagssnið.

Cylinderkerfi geyma súrefni beint inni í þrýstihylkjum. Verksmiðja getur haldið uppi nokkurra daga framboði ef nógu margir strokkar eru geymdir á staðnum, en það eykur nauðsynlegt geymslusvæði og vinnuálag. Einnig verður að snúa strokkabirgðum í samræmi við verklagsreglur birgja og viðeigandi kröfur um þrýstihylki.

AnPSA á staðnumkerfið geymir venjulega súrefni í móttakara frekar en að halda uppi stórum birgðum af fylltum strokkum. Móttakarinn veitir gaspúða milli aðsogslotunnar og vinnslulínunnar.

Fyrir stöðuga framleiðslu er varasúrefnisgjafi áfram mikilvægur. Ef PSA þjöppan stöðvast vegna rafmagnsbilunar, ofhitnunar, viðhalds eða stjórnbilunar gæti geymt súrefni aðeins stutt ferlið í takmarkaðan tíma. Því er hægt að tengja varahylkisgrein niðurstreymis þannig að hægt sé að halda áfram framleiðslu á meðan PSA búnaðurinn er skoðaður.

Til að skipta út hylkjum fyrir PSA framleiðslu þarf breytingar á gasinnviðum verksmiðjunnar. Uppsetningin verður að veita pláss fyrir þjöppu, loftmóttakara, síunarsamstæðu, aðsogsílát, súrefnismóttakara, stjórnskáp og tengda leiðslur.

Þjappað loft ætti að fara í gegnum tilgreind síunarþrep áður en það fer í aðsogsílátin. Þéttivatn verður að tæma úr loftmóttökunni og síunum til að koma í veg fyrir að fljótandi vatn berist í sameindasigtið. Súrefnislögn tengir síðan móttakara við þrýstingsstjórnunar- og vinnsludreifingarkerfið.

Rafkerfið verður að sjá fyrir þjöppu og stýribúnaði í samræmi við nafnspennu og straum framleiðanda. Einnig ætti að huga að loftræstingu vegna þess að þjöppur mynda hita við stöðuga notkun, en PSA útblástur losar köfnunarefnisríkt gas við endurnýjun.

Fyrir gangsetningu, sannreyna verkfræðingar venjulega hreinleika lagna, þrýstingsheilleika, ventilaðgerð, súrefnishreinleika, úttaksþrýsting, flæðisgetu og viðvörunaraðgerðir. Súrefnisgreiningartækið ætti að staðfesta að gasið sem myndast uppfylli tilgreindan hreinleika áður en vinnslubúnaður tekur við gasinu.

Strokkakerfi krefjast aðallega skoðunar á strokkalokum, þrýstijafnara, sveigjanlegum slöngum, dreifitengingum og þéttingum. Leki við loka eða tengingu getur stöðugt losað súrefni og aukið neyslu án þess að auka framleiðslugetu.

PSA kerfi eru með fjölbreyttari vélrænni og ferlitengdum bilunarhamum. Ofhitnun þjöppu getur dregið úr loftstreymi, stíflaðar síur geta aukið þrýstingsfall, slit á rofalokum getur truflað aðsogsröðina og sameindasigtmengun getur dregið úr frásogsgetu köfnunarefnis.

Minnkun á hreinleika súrefnis getur bent til vandamála með aðsogshringrásina, ástand fóður-lofts, tímasetningu ventla, ástand sameindasigta eða of mikla eftirspurn eftir vörum. Þrýstifall yfir síur getur bent til mengunar, en óeðlilegt losunarhitastig þjöppu getur bent til kælingar eða vélrænna vandamála.

Viðhald ætti því að fela í sér skoðun á þjöppu, skipti um síu, fjarlægingu þéttivatns, eftirlit með lokahringrás, kvörðun súrefnisgreiningartækis, þrýstingsfallsmælingu og skoðun á aðsogskerfinu í samræmi við notkunartíma og kröfur framleiðanda.