Proizvodnja jekla je vedno predstavljala ravnotežje med učinkovitostjo in stroški. V osnovnih procesih, kot so vbrizgavanje premoga,-obogatenega s kisikom v plavžih, proizvodnja jekla v elektroobločnih pečeh in izboljšanje sintranja, čistost, tlak in stabilnost dobave kisika neposredno določajo porabo energije na tono in zgornje meje proizvodnje. Med vsemi tehnologijami za proizvodnjo kisika je kriogeno ločevanje zraka postalo temeljna logika za oskrbo s plinom v integriranih jeklarnah zaradi velikega obsega, visoke čistosti in ekonomskih prednosti.
V letih delovanja v metalurški in kemični industriji je Shenger Gas opazil, da se številni jeklarski projekti preveč osredotočajo na začetno naložbo v opremo med izbiro rešitve za oskrbo s kisikom, medtem ko spregledajo ujemanje razmerja med kriogenim ločevanjem zraka in ritmom proizvodnje jekla. Ta članek upošteva inženirsko perspektivo, da bi razčlenil, kako kriogeno ločevanje zraka resnično služi kontinuiteti in nihanju proizvodnje jekla.
Zakaj jeklarska industrija ne more brez kriogenega ločevanja zraka
Potreba po kisiku v jeklarnah ima dve različni značilnosti: neprekinjeno visoko-volumensko osnovno obremenitev in periodične kratkoročne-konice. Plavži zahtevajo neprekinjeno obogatitev s kisikom 24 ur na dan, vse dni v tednu, medtem ko konverterji potrebujejo takojšen visok pretok v obdobjih pihanja.
Čeprav membransko ločevanje in adsorpcija s nihanjem tlaka (PSA/VPSA) ponujata prilagodljivost v scenarijih majhne-s srednje{1}}čistostjo, kriogeno ločevanje zraka ostaja edina inženirsko-razvita možnost z najnižjimi stroški kisika na enoto, ko se soočamo s potrebami po kisiku na desettisoče Nm³/h in zahtevami glede čistosti nad 90 %. Z uporabo destilacije pri nizki-temperaturi kriogeno ločevanje zraka loči zrak na kisik, dušik in argon, pri čemer zmogljivosti enega-niva dosežejo več kot 100.000 Nm³/h in čistost kisika, ki je stabilna nad 99,6 %, kar v celoti izpolnjuje zahteve postopka izdelave jekla.
Inženirsko ujemanje med kriogenim ločevanjem zraka in ritmom proizvodnje jekla
Kar-inženirje na kraju samem resnično moti, je redko to, ali lahko oprema proizvede kisik, temveč njena zmožnost zmanjšanja. Proizvodnja jekla ni stalna obremenitev-Vzdrževanje plavžev, zaustavitve pretvornikov in prilagoditve valjarne linije lahko povzročijo nihanje povpraševanja po kisiku za 20 %-40 % v nekaj urah.
Sodobni kriogeni sistemi za ločevanje zraka običajno uporabljajo zrel postopek čiščenja z molekularnimi siti + pospeševalni turboekspander + strukturirana polnilna kolona. Strukturirani polnilni stolpec v kombinaciji z nadzornim sistemom DCS omogoča nemoteno prilagajanje obremenitve v razponu od 30 % do 105 %, medtem ko se tekoči rezervni sistem (rezervoar za shranjevanje tekočega kisika + uparjalnik) lahko odzove na največje zahteve v nekaj minutah. Ta kombinirani operativni model "proizvodnja plina + rezerva tekočine" trenutno predstavlja najboljše ravnotežje med varnostjo in ekonomičnostjo v kisikovih sistemih jeklarne.
Z inženirskega vidika bi morala v dobro-zasnovanem kriogenem sistemu za ločevanje zraka proizvodnja plinastega kisika pokriti približno 80 % povprečne potrebe jeklarne po kisiku, pri čemer bi preostalo vrhnjo vrzel dopolnila uparitev tekočega kisika. Ta pristop se izogne povečanju porabe energije zaradi pogostih sprememb obremenitve enote za ločevanje zraka in zmanjša tveganje utrujenosti opreme.
Skrite inženirske prednosti kriogenskega ločevanja zraka
Poleg same oskrbe s kisikom ponuja kriogeno ločevanje zraka dve zlahka spregledani vrednosti.
Najprej vrednost so-proizvodnje dušika in argona. Jeklarska industrija ne potrebuje samo kisika, ampak tudi dušik za procesno zaščito, čiščenje in zrak za instrumente. Kriogeno ločevanje zraka lahko istočasno proizvaja dušik različnih čistosti, medtem ko ločuje kisik. Za proizvodnjo nerjavnega jekla je argon bistven zaščitni plin. Kriogeno ločevanje zraka lahko hkrati dovaja kisik, dušik in argon-z zmogljivostjo »ena-do-tri« s skupno energetsko učinkovitostjo, ki močno presega učinkovitost ločene proizvodnje kisika in kupljenih plinov.
Drugič, odpornost na ponudbo prek likvidnih rezerv. Številni jeklarski projekti se med načrtovanjem virov plina osredotočajo samo na plin po cevovodu, ne upoštevajo zmanjšanja tveganja, ki ga zagotavljajo tekoče rezerve. Če pride do nenačrtovane zaustavitve enote za ločevanje zraka brez zadostnega skladišča tekočega kisika na mestu, se celotna tovarna sooči s zaustavitvijo proizvodnje. Zreli projekti kriogenega ločevanja zraka običajno konfigurirajo 48-72 ur rezervne zmogljivosti tekočega kisika, kar zmanjšuje gospodarske izgube zaradi nenačrtovanih izpadov.
Tri zlahka podcenjene težave pri izbiri in delovanju
Naslednje vrste težav se pogosto ponavljajo v dejanskih projektih in si zaslužijo osredotočeno pozornost jeklarskih podjetij v fazi načrtovanja rešitve:
1. Zanesljivost krožečega vodnega sistema: Kriogeno ločevanje zraka je veliko bolj odvisno od kroženja hladilne vode, kot si večina ljudi predstavlja. Trdota vode, temperaturna nihanja in redundanca črpalke-katera koli težava na teh področjih lahko neposredno povzroči zaustavitev enote za ločevanje zraka. Priporočljivo je, da se v fazi načrtovanja sprejme konfiguracija "dvojna oskrba z vodo + neodvisni modul hladilnega stolpa".
2. Harmoniki elektroenergetskega sistema in vpliv prenapetosti: velik zagon zračnega kompresorja vpliva na električno omrežje elektrarne, medtem ko obsežna uporaba pogonov s spremenljivo frekvenco povzroča težave s harmoniki. Same jeklarne so velike{2}}porabnice energije s kompleksnim energetskim okoljem. Električni načrt za enoto za ločevanje zraka mora biti vključen v-izračun elektroenergetskega sistema za celotno tovarno; sicer lahko pride do napačnega delovanja zaščitne naprave.
3. Rezervni deli in vzdrževalni cikli: cikli zamenjave molekularnih sit, življenjska doba ležajev turboekspanderja in stopnje povečanja padca tlaka v glavnem toplotnem izmenjevalniku-ti navidezno rutinski parametri, če se ne ujemajo z letnimi vzdrževalnimi okni jeklarne, lahko sprožijo kaskadne nenačrtovane zaustavitve. Priporočljivo je obrniti-razpored vzdrževanja glavnega procesa jekla na podlagi vzdrževalnih ciklov enote za ločevanje zraka.
Kriogeno ločevanje zraka ni nova tehnologija, vendar njena inženirska globina pri oskrbi s kisikom za jeklarsko industrijo še zdaleč ni v celoti raziskana. Dobro-zasnovanega sistema za kriogeno ločevanje zraka ne bi smeli nabavljati in upravljati kot "kos črne skrinjice", temveč ga je treba obravnavati kot procesno enoto, ki je enako pomembna kot plavži in pretvorniki.
Shenger Gas je vedno verjel, da vrednost tehničnih člankov ni v promociji, temveč v pomoči inženirjem, da se izognejo obvozom. Integracijska točka med kriogenim ločevanjem zraka in proizvodnjo jekla niso številke na podatkovnem listu opreme, temveč stabilen tlak kisika med vsako izmeno, pravočasno dovajanje plina med vsako konico in zanesljivo delovanje v vsakem ciklu vzdrževanja.
Jeklarskim podjetjem, ki načrtujejo ali nadgrajujejo svoje sisteme za oskrbo s kisikom, se namesto obsedenosti z eno-znamko opreme- veliko bolj splača vložiti trud v ujemanje sistema in zasnovo rezervne zmogljivosti-to je pogosto pravi ključ za določanje dolgoročnih-stroškov delovanja.
