вступ:У таких галузях, як важка хімія, металургія, скляна, хімічна та електронна промисловість, високий попит на -кисень високої чистоти (O₂), азот (N₂) і аргон (Ar). Щоб забезпечити безперервність, чистоту та економічність газопостачання, все більше великих заводів обирають установку кріогенних повітророзділювачів (ASU) на місці-замість того, щоб покладатися на закуплені гази. Вибір правильного ASU має вирішальне значення для забезпечення стабільного виробництва, економії операційних витрат і оптимізації рентабельності інвестицій.
У цій статті детально обговорюватиметься, як вибрати ASU для конкретного проекту з трьох ключових параметрів-Потужність, енергоспоживання та експлуатаційні витрати, а також капітальні витрати та загальні інвестиції-і, у поєднанні з моделлю послуг EPC & «під ключ» NEWTEK, показано, як досягти ефективного та надійного рішення через-поставку в єдину зупинку, що охоплює проектування, закупівлю обладнання, будівництво та монтаж, налагодження та здача в експлуатацію.
1. Основні принципи ASU та застосовні сценарії
Спочатку давайте коротко розглянемо основний принцип роботи кріогенного ASU. Кріогенний ASU працює шляхом стиснення, очищення (видалення вологи, CO₂ і домішок) повітря, охолодження його до надзвичайно низьких температур (приблизно -180 градусів до -200 градусів), а потім розділення компонентів на основі різниці в їхніх точках кипіння у фракційній колоні. Азот (N₂), кисень (O₂) і аргон (Ar) можуть виходити у вигляді газоподібних продуктів (або рідин), відповідно. Залежно від масштабу та конфігурації агрегату (одно-колонна, подвійна-колонна або потрійна-колонна з відновленням аргону), ASU широко застосовуються в сталеплавильній (збагачення киснем доменної печі, продувка конвертера), нафтохімії/газифікації (вимагає великої кількості кисню для реакцій часткового окиснення), склоплавильних печах (кисневе-паливо), хімічний синтез, електроніка/напівпровідники (азот/аргон над-високої чистоти), великомасштабна термічна обробка та печі з інертною атмосферою. Таким чином, ASU часто є основною інфраструктурою у великих і середніх промислових проектах, і їхня конструкція має бути сильно налаштована на основі потреб нижнього потоку (обсяг видобутку газу, чистота, тиск) і місцевих умов.
2. Ємність: визначення розміру ASU на основі попиту.
Основним критерієм при виборі ASU є його потужність (тобто, скільки тонн/стандартних кубічних метрів O₂/N₂/Ar він може виробляти на день). Ця потужність має відповідати піковому споживанню газу та очікуваному зростанню переробних процесів.
Діапазон потужностей кріогенних АСУ дуже широкий. Згідно з галузевими даними, малі одно-колонні установки можуть виробляти від десятків до сотень тонн кисню на день; дво{2}}колонні/середні{3}}системи можуть досягати від сотень до двох тисяч тонн на день; у той час як великі блоки з кількома -колонами (включаючи рекуперацію аргону) можуть досягати виробництва від тисяч до кількох тисяч тонн O₂ на день. Зокрема, дані показують, що діапазон потужності типового великого промислового ASU може охоплювати приблизно від 100 до понад 5000 тонн O₂ на день. Під час вибору потужності слід враховувати пікове навантаження (доменні печі, конвертери, газифікатори та печі можуть потребувати великої кількості кисню під час періодів високого -навантаження), вимоги до безперервної роботи (24/7) і потенціал майбутнього розширення (наприклад, додавання виробничих ліній, збільшення потужності та забезпечення безпеки/резервування).
Тому для великомасштабних-металургійних, нафтохімічних або скляних проектів зазвичай рекомендується налаштовувати середні та великі ASU (від сотень до тисяч тонн O₂ на день), щоб забезпечити стабільне постачання та зменшити вузькі місця. Для меншого-масштабного або допоміжного використання газу (наприклад, гнізда для термічної обробки, локалізовані інертні атмосфери, резервна ємність) також можна розглянути малі/модульні установки.
3. Енергоспоживання та експлуатаційні витрати: ключові фактори
Після визначення потужності обчислення експлуатаційних витрат (особливо споживання електроенергії) є наступним важливим кроком у процесі вибору, оскільки OPEX часто визначає довгострокову економіку.
- Діапазон енергоспоживання
Типове питоме енергоспоживання кріогенної ASU зазвичай знаходиться в діапазоні приблизно 250–500 кВт·год/т O₂ (або приблизно 0,3–0,6 кВт·год/Нм³ O₂).
Деякі старіші або менші конструкції можуть мати дещо вищі (і гірші) споживання енергії, тоді як сучасні-енергозберігаючі конструкції, які використовують вдосконалену рекуперацію тепла, турбо-розширювач і чудові системи теплообміну, можуть значно зменшити споживання енергії.
Фактичне споживання енергії також залежить від таких факторів, як вихідний тиск, чистота продукту та структура виробництва газу (чи відновлюється аргон/N₂). Наприклад, збільшення тиску подачі/коефіцієнта стиснення або вимога вищої чистоти може збільшити споживання енергії.
- Склад операційних витрат
Залежно від джерела витрати на електроенергію зазвичай становлять ≈70–80% від експлуатаційних витрат (OPEX). Інші витрати включають персонал (оператори, керівництво), технічне обслуговування (капітальний ремонт компресора, технічне обслуговування холодильної камери, заміна лотка/упаковки), заміну каталізатора/адсорбенту/холодоагенту (якщо є), а також мастило, витратні матеріали, страхування/податки тощо. Загалом ці різні статті складають приблизно 10–20% OPEX. Тому в регіонах з високими цінами на електроенергію (або високими місцевими промисловими цінами на електроенергію) експлуатаційні витрати ASU можуть бути економічним тягарем. Навпаки, якщо проект розташований у районі з низькими цінами на електроенергію та дешевою/спеціалізованою електроенергією (наприклад, близькість до електростанцій, використання відпрацьованого тепла/власної енергії), експлуатаційна економіка ASU буде значно покращена.
Економічна цінність побічних-газів (N₂/Ar/аргон)
Багато ASU виробляють не тільки кисень (O₂), але й азот (N₂) і (необов'язково) аргон (Ar). Шляхом відновлення та продажу (або використання на заводі)-побічних газів можна частково компенсувати експлуатаційні витрати/витрати на електроенергію ASU. Беручи аргон як приклад, оскільки вміст аргону в повітрі становить приблизно 0,93%, економічна цінність відновленого аргону (або рідкого аргону) може значно знизити чисті витрати на O₂, якщо для нього є ринок (наприклад, для лиття металу, електроніки, інертних захисних газів тощо). Таким чином, при виборі та прийнятті інвестиційних рішень, виробництво кисню, одночасне виробництво азоту/аргону та використання (внутрішні або ринкові продажі) повинні бути комплексно розглянуті для максимізації загальної економічної ефективності.
4. Інвестиційні витрати (CAPEX і загальна вартість проекту): масштаб і метод доставки мають значний вплив
Окрім операційних витрат, капітальні витрати (CAPEX) є вирішальним фактором у виборі ASU. Витрати на установку та будівництво ASU різних розмірів/конструкцій/конфігурацій (незалежно від того, включено відновлення аргону, кілька ліній, кілька колон) дуже відрізняються.
Деякі галузеві звіти вказують на те, що вартість придбання (PEC) малого/-монтованого ASU може сягати мільйонів доларів; загальна вартість монтажу (TPC) після монтажу та введення в експлуатацію буде ще вищою. Згідно з даними про ASU потужністю 200 тонн/день (TPD), приблизно 75% витрат протягом життєвого циклу припадає на енергію; отже, навіть за низьких CAPEX операційні OPEX можуть визначити кінцеву економічну життєздатність. Згідно з загальнодоступними галузевими оцінками, початкові інвестиції -для ASU середнього розміру (сотні–тисячі тонн/день) (завод, установка, введення в експлуатацію, інфраструктура, з’єднання трубопроводів, газові мережі, енергетичні установки, ізоляційні коробки тощо) зазвичай коливаються від десятків мільйонів до сотень мільйонів доларів США.
Особливо для-великомасштабних складних систем із рекуперацією аргону, декількома потоками та декількома виходами газу (O₂/N₂/Ar) CAPEX вищі, але собівартість виробництва одиниці газу (після амортизації CAPEX + OPEX) часто нижча, демонструючи економію на масштабі.
Таким чином, на ранніх стадіях проекту (етап FEED/Інвестиційна оцінка) слід чітко визначити наступне:
Проектна потужність (поточна + потенційне майбутнє розширення)
Необхідна чистота (O₂, N₂, Ar) і вихідний тиск/швидкість потоку
Різниця у споживанні газу (безперервно цілодобово або в пік +-несезон)
Чи потрібен аргон/азот як побічний продукт і чи є канали утилізації/збуту
Місцеві ціни на електроенергію, стабільність електропостачання/структура витрат/енергетичні контракти (наприклад, доступність недорогої-промислової електроенергії)
Складність інженерного будівництва (цивільне будівництво, фундаменти, трубопроводи, монтаж, енергетика/холодильник/ізоляція/безпека/вимірювання)
Лише шляхом комплексного розгляду цих факторів можна обґрунтовано оцінити загальні інвестиції в проект (CAPEX) і майбутню операційну економіку (вартість одиниці газу).
5. Поєднання NEWTEK EPC і моделі «під ключ» - Надання універсальних-рішень для клієнтів
Коли ви стикаєтеся зі складними-прийняттям рішень та інженерними проблемами, згаданими вище, вибір постачальника з широкими можливостями системної інтеграції та здатністю надавати послуги EPC (проектування, закупівлі, будівництво) + «під ключ» (від проектування до введення в експлуатацію та експлуатації) є вирішальним для успіху проекту. Саме таким є позиціонування NEWTEK.
Чому EPC і «під ключ» важливі
Уніфіковане проектування та управління проектуванням: проекти ASU включають повітряні компресори, холодильні камери, фракціонувальні вежі, теплообмінники, трубопроводи, ізоляцію, системи керування, засоби безпеки, електричні системи та інфраструктуру. Завдяки EPC генеральні підрядники (такі як NEWTEK) можуть координувати всі дисципліни (технологічні, структурні, електричні, контрольно-вимірювальні, цивільні та інсталяційні), уникаючи проблем з інтерфейсом кількох-постачальників, витрат на зв’язок/координацію та потенційних сліпих зон відповідальності.
Закупівлі та інтеграція ланцюга постачання: можливості NEWTEK щодо інтеграції ресурсів (газова інженерія + глобальні закупівлі) забезпечують своєчасну доставку обладнання (компресори, холодильні камери, фракціонувальні вежі), матеріалів (спеціальна сталь, ізоляційні матеріали) і систем керування приладами, уникаючи затримок доставки або ризиків сумісності, спричинених кількома каналами постачання.
Конструкція, встановлення та введення в експлуатацію: Встановлення та введення в експлуатацію ASU (ізоляція холодильної камери, введення в експлуатацію холодильної системи, випробування на герметичність, теплова циркуляція, підключення системи керування та перевірка системи безпеки) мають вирішальне значення. Модель EPC + «під ключ» гарантує якість монтажу, скорочує-терміни будівництва на місці та забезпечує швидкий-запуск.
Інтерфейс і інтеграція процесу в подальшому: для великих-проектів, таких як металургія, хімічне машинобудування, виробництво скла та газифікація, ASU є лише частиною загальної системи газопостачання підприємства. NEWTEK може допомогти в безпроблемній інтеграції ASU із процесами, що знаходяться на нижній ланці (печі спалювання, газифікатори, трубопроводи, резервуари для зберігання та системи стиснення газу), щоб досягти -розподілу, зберігання та доставки O₂/N₂/Ar на вимогу.
Постачання проекту та експлуатаційна підтримка: від введення в експлуатацію, приймання та навчання експлуатації до наступного технічного обслуговування та гарантії, модель «під ключ» надає користувачам «єдиний-і-турботний» досвід-особливо підходить для нових установок без великого досвіду роботи з системами поділу повітря.
Таким чином, для клієнтів, які шукають високу-ефективність, високу-надійність і високу{2}}чистість газу та бажають пом’якшити управління проектом і технічні ризики (наприклад, металургійні заводи, нафтохімічні заводи, скляні заводи та хімічні заводи), прийняття моделі NEWTEK EPC + «під ключ» може значно зменшити складність проекту, скоротити терміни проекту та оптимізувати витрати.
6. Як вибрати відповідний ASU у реальному-проекті - Покрокові-за-Покрокові рекомендації
1. На основі вищенаведеного аналізу нижче наведено рекомендований процес вибору/інвестування/впровадження ASU, який підходить для керівників інженерних робіт, інвесторів проектів або осіб, які-приймають рішення:
1.1 Визначення попиту на газ
1.1.1 Розрахувати споживання O₂/N₂/Ar кожною технологічною установкою в проекті (існуюча + очікуване розширення) (швидкість потоку, тиск, чистота, розподіл часу)
1.1.2 Оцініть піковий і середній попит, а також резервне резервування/запас безпеки
1.2 Уточнити вимоги до якості газу
1.2.1 Чистота O₂ (наприклад, 99,5%–99,9%), вимоги щодо чистоти N₂/Ar
1.2.2 Вихідний тиск, газоподібний або рідкий (наприклад, якщо потрібне зберігання рідкого кисню/рідкого азоту)
1.3 Оцініть місцеві ціни на електроенергію/енергетичні умови
1.3.1 Отримати промислові ціни на електроенергію (день/ніч/пікова ціна/договірна ціна), стабільність електроенергії, наявність недорогої/власної/відпрацьованої теплової енергії
1.3.2 Розрахувати експлуатаційні витрати на одиницю газу (O₂/N₂) на основі витрат на енергію
1.4 Виберіть масштаб і конфігурацію ASU
1.4.1 Визначити конфігурацію одиночної/подвійної/потрійної лінії (включаючи відновлення аргону) на основі попиту на газ; одинарний потік підходить для малого-масштабного/допоміжного використання газу, подвійний/потрійний потяг підходить для великого та середнього-розміру/багато-попиту на продукти
1.4.2 Розгляньте можливість майбутнього розширення та резервування (наприклад, кілька паралельних поїздів)
1.5 Виберіть модель постачання/контракту
1.5.1 Пріоритезація системних постачальників, здатних надавати EPC + послуги «під ключ» (наприклад, NEWTEK)
1.5.2 Вимагати від постачальників надавати-послуги з комплексного обслуговування від інженерного проектування, закупівлі обладнання, цивільного будівництва/фундаменту, монтажу, введення в експлуатацію, пробної експлуатації, навчання експлуатації до доставки та експлуатації
1.6 Проведіть економічну оцінку (CAPEX + OPEX + дохід від газу-продукту)
1.6.1 Оцініть загальні інвестиції (CAPEX), річні/життєві експлуатаційні витрати (переважно електроенергія + обслуговування + (людські ресурси)
1.6.2 Оцініть дохід від використання/продажу-побічного газу (N₂/Ar) і чисту вартість порівняно з придбаним газом/допоміжними варіантами постачання.
1.7 Оцінка ризиків та управління проектом
1.7.1 Враховуйте час поставки обладнання, період будівництва, складність введення в експлуатацію, стабільність роботи, зручність обслуговування, безпеку та нормативні вимоги (посудини під тиском/охолодження/безпека).
1.7.2 Якщо споживання газу коливається або попит зростає, розгляньте конструкцію модульного/поетапного розширення (багато-поїздів), щоб зменшити-разовий інвестиційний ризик.
7. Підсумок - Балансування потужності, енергоспоживання, інвестицій і можливості обслуговування
Вибір відповідного ASU — це комплексний компроміс-між потужністю (задоволення попиту), споживанням енергії (економічні показники), інвестиційними витратами (капітальні та фінансові витрати), реалізацією проекту, а також підтримкою експлуатації та технічного обслуговування.
Для малих або середніх-користувачів (допоміжний газ, локальне використання, гнучкий попит) може бути достатньо одно-рядних/модульних невеликих ASU або PSA/мембранних систем. Однак, коли попит стабільний, масштаб великий, а вимоги до чистоти, різноманітності продукції та надійності високі, кріогенні ASU є найкращим вибором.
У кріогенних ASU вирішальним є відповідний вибір (потужність/кількість колонок/рекуперація тепла).
Конфігурація побічного газу та енергозбереження (чудова конструкція стиснення/охолодження/теплообміну) є ключовими для зниження витрат на одиницю газу (O₂/N₂/Ar).
Незважаючи на те, що капітальні витрати не є низькими, за належної конструкції, високого рівня використання обладнання (безперервна робота 24/7) і повного використання вартості побічних продуктів (азот, аргон) легко контролювати одиничні витрати на газ у межах конкурентоспроможного діапазону через багато-річну операційну амортизацію.
Нарешті, вибір постачальника з повними можливостями надання послуг EPC + «під ключ» (наприклад, NEWTEK) може значно зменшити складність проекту, труднощі з будівництвом і введенням в експлуатацію, витрати й ризики на між-міждисциплінарну координацію, надаючи клієнтам справді «дизайн-для-експлуатації-інтегроване-безтурботне» рішення.
Для компаній, які планують будувати чи розширювати-великомасштабні хімічні/металургійні/скло/газифікаційні/енергетичні проекти, правильний вибір, розумне проектування та професійне EPC + укладання контрактів під ключ мають вирішальне значення для забезпечення успішної, економічної та ефективної роботи проектів ASU.
