Επιλογή μεταξύ συστημάτων οξυγόνου PSA και VPSA για συνεχή βιομηχανική λειτουργία

Στη συνεχή βιομηχανική λειτουργία, το πρωταρχικό ερώτημα δεν είναι εάν ένα σύστημα οξυγόνου μπορεί να φτάσει μια ορισμένη καθαρότητα ή χωρητικότητα σε εργαστηριακές συνθήκες. Το πραγματικό ερώτημα είναι εάν το σύστημα μπορεί να διατηρήσει σταθερή απόδοση, προβλέψιμη απόδοση και ελεγχόμενο λειτουργικό κόστος για μεγάλους, αδιάλειπτους κύκλους παραγωγής.

Βιομηχανίες όπως η εξόρυξη, η μεταλλουργία, η επεξεργασία λυμάτων, η παραγωγή γυαλιού, η χημική επεξεργασία, ο χαρτοπολτός και το χαρτί και οι εγκαταστάσεις που σχετίζονται με την ενέργεια-δεν λειτουργούν σε μικρές παρτίδες. Απαιτούν παροχή οξυγόνου που είναι:

Συνεχές και όχι διακοπτόμενο

Προβλέψιμο και όχι κυμαινόμενο

Εύκολο στη συντήρηση υπό πραγματικές βιομηχανικές συνθήκες

Οικονομικά βιώσιμο για πολλές ώρες λειτουργίας

Σε αυτό το πλαίσιο, η προσρόφηση ταλάντωσης πίεσης (PSA) και η προσρόφηση ταλαντεύσεως κενού (VPSA) έχουν γίνει οι δύο κυρίαρχες τεχνολογίες για την-παραγωγή οξυγόνου στην τοποθεσία. Και οι δύο είναι ώριμες τεχνολογίες, αλλά συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά όταν τίθενται υπό συνεχές βιομηχανικό φορτίο.

Η επιλογή μεταξύ PSA και VPSA δεν είναι απόφαση επωνυμίας ή απόφαση{0}}μόνο για τον προϋπολογισμό. Είναι μια επιλογή μηχανικής συστήματος που επηρεάζει το ενεργειακό κόστος, τη στρατηγική συντήρησης, το αποτύπωμα, το σχεδιασμό πλεονασμάτων και τον μακροπρόθεσμο-λειτουργικό κίνδυνο.

Αυτό το άρθρο εστιάζει στον τρόπο απόδοσης του PSA και του VPSA όταν χρησιμοποιούνται για συνεχή βιομηχανική λειτουργία και πώς θα πρέπει να τα αξιολογούν οι μηχανικοί, οι διαχειριστές έργων και οι ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων.

Πριν συγκρίνετε την απόδοση υπό συνεχή λειτουργία, είναι σημαντικό να διευκρινιστεί πώς λειτουργούν οι δύο τεχνολογίες σε επίπεδο διαδικασίας.

Τα συστήματα PSA παράγουν οξυγόνο διαχωρίζοντας το άζωτο από τον πεπιεσμένο αέρα χρησιμοποιώντας μοριακό κόσκινο ζεόλιθου. Η διαδικασία λειτουργεί σε υψηλή πίεση, συνήθως μεταξύ 0,6 και 1,0 MPa.

Βασικά χαρακτηριστικά διαδικασίας:

Ο αέρας συμπιέζεται και ξηραίνεται

Ο πεπιεσμένος αέρας διέρχεται από τις κλίνες προσρόφησης

Το άζωτο προσροφάται, το οξυγόνο διέρχεται

Τα κρεβάτια αλλάζουν μεταξύ προσρόφησης και αναγέννησης χρησιμοποιώντας απελευθέρωση πίεσης

Βασικά χαρακτηριστικά:

Βασίζεται κυρίως στη διακύμανση της πίεσης

Δεν απαιτείται αντλία κενού

Χρησιμοποιεί αεροσυμπιεστές ως κύριο καταναλωτή ενέργειας

Γενικά απλούστερη μηχανική διάταξη

Το VPSA χρησιμοποιεί την ίδια αρχή προσρόφησης αλλά συνδυάζει μέτρια θετική πίεση κατά την προσρόφηση με το κενό κατά την αναγέννηση.

Βασικά χαρακτηριστικά διαδικασίας:

Ο αέρας παρέχεται σε χαμηλή πίεση, συχνά μέσω ανεμιστήρα αντί για συμπιεστή υψηλής-πίεσης

Η προσρόφηση λαμβάνει χώρα σε σχεδόν-ατμοσφαιρική ή ελαφρώς αυξημένη πίεση

Η αναγέννηση γίνεται με αντλία κενού

Μεγαλύτερες κλίνες προσρόφησης, πιο αργός χρόνος κύκλου

Βασικά χαρακτηριστικά:

Χαμηλότερη πίεση προσρόφησης, βαθύτερη αναγέννηση

Απαιτεί αντλίες κενού

Μεγαλύτερο μέγεθος εξοπλισμού

Χαμηλότερη ειδική κατανάλωση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα

Η διαφορά διαδικασίας γίνεται κρίσιμη κατά την αξιολόγηση της συνεχούς λειτουργίας.

Σε πραγματικές βιομηχανικές εγκαταστάσεις, συνεχής λειτουργία σημαίνει:

24 ώρες την ημέρα, 7 ημέρες την εβδομάδα

Χιλιάδες ώρες λειτουργίας το χρόνο

Έκθεση σε σκόνη, ζέστη, υγρασία, κραδασμούς και διακυμάνσεις ρεύματος

Η συντήρηση εκτελείται υπό πίεση παραγωγής

Υπό αυτές τις συνθήκες, η επιλογή συστήματος πρέπει να λαμβάνει υπόψη:

Κατανάλωση ενέργειας για πολλές ώρες

Κύκλοι φθοράς και αντικατάστασης εξαρτημάτων

Σταθερότητα καθαρότητας και ροής οξυγόνου

Ανοχή στις διαταραχές της διαδικασίας

Ευκολία σχεδιασμού πλεονασμού

Τα βραχυπρόθεσμα-δεδομένα απόδοσης είναι σχεδόν άνευ σημασίας εάν δεν γίνει κατανοητή-η μακροπρόθεσμη συμπεριφορά λειτουργίας.

Τα συστήματα PSA εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον πεπιεσμένο αέρα. Η συμπίεση του αέρα σε 0,6–1,0 MPa είναι ενεργοβόρα.

Σε συνεχή λειτουργία:

Οι αεροσυμπιεστές λειτουργούν σχεδόν συνεχώς

Το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται το κυρίαρχο λειτουργικό κόστος

Η απόδοση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του συμπιεστή, τον συντελεστή φορτίου και τις συνθήκες εισόδου

Τυπικά ενεργειακά χαρακτηριστικά:

Καλή απόδοση σε μικρές έως μεσαίες χωρητικότητες

Η απόδοση πέφτει όταν η κλίμακα είναι πολύ μεγάλη

Ευαίσθητο στην ποιότητα του αέρα και στη θερμοκρασία περιβάλλοντος

Για συνεχή λειτουργία με μέτρια ζήτηση οξυγόνου, το PSA μπορεί να είναι οικονομικά λογικό. Ωστόσο, όταν η ζήτηση αυξάνεται, η ενέργεια του συμπιεστή γίνεται μεγάλο βάρος.

Το VPSA χρησιμοποιεί παροχή αέρα χαμηλότερης πίεσης, συχνά με φυσητήρες αντί για συμπιεστές υψηλής-πίεσης.

Σε συνεχή λειτουργία:

Η ισχύς του φυσητήρα είναι πολύ χαμηλότερη από την ισχύ του συμπιεστή

Η αντλία κενού προσθέτει κατανάλωση ενέργειας, αλλά η συνολική είναι ακόμα χαμηλότερη σε μεγάλη κλίμακα

Η ενέργεια ανά κυβικό μέτρο οξυγόνου μειώνεται όσο αυξάνεται η χωρητικότητα

Τυπικά ενεργειακά χαρακτηριστικά:

Υψηλότερη αρχική επένδυση

Χαμηλότερο μακροπρόθεσμο-κόστος ενέργειας για μεγάλη και συνεχή ζήτηση

Πιο σταθερή ενεργειακή απόδοση υπό μεταβαλλόμενο φορτίο

Για μεγάλη-κλίμακα, συνεχή ζήτηση οξυγόνου, το VPSA γενικά προσφέρει χαμηλότερη ειδική κατανάλωση ενέργειας.

Τα συστήματα PSA χρησιμοποιούν γρήγορους κύκλους μεταγωγής. Με την πάροδο του χρόνου:

Η φθορά της βαλβίδας γίνεται κρίσιμος παράγοντας

Η μετατόπιση του χρονισμού του κύκλου μπορεί να επηρεάσει την καθαρότητα

Η απόδοση του προσροφητικού υποβαθμίζεται σταδιακά

Σε συνεχή λειτουργία:

Η σταθερότητα εξόδου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αξιοπιστία της βαλβίδας και την ακρίβεια ελέγχου

Η συχνή εναλλαγή αυξάνει τη μηχανική καταπόνηση

Οι ξαφνικές αλλαγές φορτίου ενδέχεται να προκαλέσουν βραχυπρόθεσμη-διακύμανση καθαρότητας

Το PSA μπορεί να διατηρήσει σταθερή απόδοση, αλλά απαιτεί:

Βαλβίδες-υψηλής ποιότητας

Καλά-σχεδιασμένη λογική ελέγχου

Τακτική παρακολούθηση της απόδοσης

Το VPSA λειτουργεί με πιο αργούς κύκλους και μεγαλύτερες κλίνες προσρόφησης.

Σε συνεχή λειτουργία:

Λιγότεροι κύκλοι μεταγωγής ανά ώρα

Λιγότερη μηχανική καταπόνηση στις βαλβίδες

Η βαθύτερη αναγέννηση δίνει πιο σταθερή ικανότητα προσρόφησης

Ως αποτέλεσμα:

Η σταθερότητα καθαρότητας είναι γενικά υψηλότερη

Η διακύμανση της ροής είναι μικρότερη

Το σύστημα είναι πιο ανεκτικό στις διακυμάνσεις φορτίου

Για διαδικασίες όπου η σταθερότητα του οξυγόνου επηρεάζει άμεσα την ποιότητα ή την ασφάλεια του προϊόντος, το VPSA παρέχει ισχυρότερο περιθώριο.

Στοιχεία βασικής φθοράς:

Ηλεκτρομαγνητικές ή πνευματικές βαλβίδες

Αεροσυμπιεστής

Σύστημα επεξεργασίας αέρα (φίλτρα, στεγνωτήρια)

Σε συνεχή λειτουργία:

Η αντικατάσταση της βαλβίδας είναι σχετικά συχνή

Η συντήρηση του συμπιεστή είναι κρίσιμη

Η ποιότητα του αέρα επηρεάζει έντονα τη διάρκεια ζωής του προσροφητή

Προφίλ συντήρησης:

Συχνότερες μικρές παρεμβάσεις

Χαμηλότερο κόστος ανά παρέμβαση

Ευκολότερη πρόσβαση σε ανταλλακτικά

Το PSA είναι κατάλληλο όπου οι ομάδες συντήρησης είναι έμπειρες και η επιμελητεία ανταλλακτικών είναι αξιόπιστη.

Στοιχεία βασικής φθοράς:

Αντλία κενού

Φυσητήρας

Μεγάλες βαλβίδες μεταγωγής

Σε συνεχή λειτουργία:

Λιγότερες ενέργειες μεταγωγής μειώνουν τη φθορά της βαλβίδας

Η αντλία κενού απαιτεί τακτική επιθεώρηση

Τα μεγαλύτερα εξαρτήματα σημαίνουν υψηλότερο κόστος αντικατάστασης

Προφίλ συντήρησης:

Λιγότερο συχνές παρεμβάσεις

Πιο εξειδικευμένο σέρβις

Υψηλότερο κόστος ανά κύριο εξάρτημα

Το VPSA είναι κατάλληλο όπου η μακροπρόθεσμη σταθερότητα-έχει προτεραιότητα σε σχέση με τις συχνές μικρές ενέργειες συντήρησης.

Το PSA είναι συμπαγές και αρθρωτό.

Κατάλληλο για μικρές έως μεσαίες χωρητικότητες

Εύκολη τοποθέτηση σε κοντέινερ ή ολίσθηση-

Ευέλικτο για κατανεμημένες εγκαταστάσεις

Ωστόσο:

Η κλιμάκωση σημαίνει την προσθήκη περισσότερων μονάδων

Η πολυπλοκότητα αυξάνεται με πολλαπλές μονάδες

Το VPSA είναι φυσικά μεγάλης- κλίμακας.

Απαιτεί μεγαλύτερα δοχεία προσρόφησης

Χρειάζεται χώρο για σύστημα κενού

Καταλληλότερο για κεντρική παροχή οξυγόνου

Για συνεχείς βιομηχανικές εγκαταστάσεις με σταθερή μεγάλη ζήτηση, το VPSA ενσωματώνεται πιο φυσικά στη διάταξη της εγκατάστασης.

Σε συνεχή λειτουργία, η αστοχία δεν αποτελεί επιλογή. Η στρατηγική απολύσεων έχει σημασία.

Φόντα:

Εύκολη σχεδίαση N+1 με πολλές ενότητες

Η αποτυχία μιας μονάδας δεν σταματά ολόκληρο το σύστημα

Η αρθρωτή επέκταση είναι απλή

Μειονεκτήματα:

Περισσότερες μονάδες σημαίνει περισσότερες βαλβίδες, περισσότερα σημεία ελέγχου

Η πολυπλοκότητα του συστήματος αυξάνεται

Φόντα:

Λιγότερες κύριες μονάδες

Υψηλότερη εγγενής σταθερότητα

Μειονεκτήματα:

Η αστοχία μιας μεγάλης μονάδας έχει μεγάλο αντίκτυπο

Ο πλεονασμός απαιτεί μεγάλες επενδύσεις κεφαλαίου

Το PSA ταιριάζει με τον κατανεμημένο πλεονασμό. Το VPSA ταιριάζει σε κεντρικά συστήματα υψηλής{1} σταθερότητας με εφεδρικό σχεδιασμό.

PSA: Χαμηλότερο αρχικό κόστος

VPSA: Υψηλότερο αρχικό κόστος λόγω μεγέθους και συστήματος κενού

PSA: Υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας, μέτρια συντήρηση

VPSA: Χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, βαρύτερη αλλά λιγότερο συχνή συντήρηση

Για συνεχή λειτουργία:

Μικρή έως μεσαία κλίμακα: PSA συχνά φθηνότερο κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής

Μεγάλη και σταθερή ζήτηση: VPSA συνήθως φθηνότερο μακροπρόθεσμα

Η σωστή επιλογή εξαρτάται από το προφίλ ζήτησης, την τιμή της ενέργειας και την ικανότητα συντήρησης.

Μικρή έως μεσαία ζήτηση οξυγόνου

Περιορισμένος χώρος

Ανάγκη για αρθρωτή και ευέλικτη διάταξη

Έργα με χαμηλότερο προϋπολογισμό κεφαλαίου

Τοποθεσίες με ισχυρές ομάδες συντήρησης

Τυπικές βιομηχανίες:

Μικρές εγκαταστάσεις λυμάτων

Μεσαίες γραμμές επεξεργασίας μετάλλων

Επεξεργασία τροφίμων και ποτών

Τοπική ιατρική ή βιομηχανική προμήθεια

Μεγάλη και σταθερή ζήτηση οξυγόνου

Κεντρικές βιομηχανικές εγκαταστάσεις

Περιβάλλον υψηλού κόστους ηλεκτρικής ενέργειας

Διεργασίες ευαίσθητες στις διακυμάνσεις της καθαρότητας

Τυπικές βιομηχανίες:

Μεγάλα ορυχεία και μεταλλουργεία

Χαλυβουργεία

Μεγάλα χημικά σύμπλοκα

Σημαντικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων

Τα σύγχρονα φυτά απαιτούν περισσότερα από την απλή παραγωγή οξυγόνου.

Τα συστήματα συνεχούς λειτουργίας πρέπει να ενσωματώνονται με:

Συστήματα DCS ή PLC

Πλατφόρμες απομακρυσμένης παρακολούθησης

Συστήματα διαχείρισης ενέργειας

Εργαλεία πρόβλεψης συντήρησης

Ενσωμάτωση PSA:

Ευκολότερος ψηφιακός έλεγχος

Αρθρωτή δομή δεδομένων

Καλό για κατανεμημένη παρακολούθηση

Ενσωμάτωση VPSA:

Ισχυρή συγκεντρωτική λογική ελέγχου

Καταλληλότερο για βελτιστοποίηση- σε ολόκληρη την εγκατάσταση

Ιδανικό για συστήματα ενεργειακής βελτιστοποίησης

Για να επιλέξουν μεταξύ PSA και VPSA για συνεχή λειτουργία, οι μηχανικοί θα πρέπει να απαντήσουν:

Ποια είναι η σταθερή μέση ζήτηση οξυγόνου;

Πόσες ώρες ετησίως θα λειτουργεί το σύστημα;

Ποιο είναι το τοπικό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας;

Πόσο ευαίσθητη είναι η διαδικασία στις διακυμάνσεις καθαρότητας;

Ποιοι πόροι συντήρησης είναι διαθέσιμοι;

Απαιτείται αρθρωτή επέκταση;

Πόσο κρίσιμο είναι το αποτύπωμα και η ταχύτητα εγκατάστασης;

Εάν το σύστημα πρέπει να λειτουργεί συνεχώς σε μεγάλη κλίμακα με αυστηρή σταθερότητα και χαμηλό ενεργειακό κόστος, το VPSA είναι συνήθως η στρατηγική επιλογή. Εάν η ευελιξία, η σπονδυλωτότητα και το χαμηλότερο αρχικό κόστος είναι πιο σημαντικά, το PSA γίνεται η πρακτική λύση.

Το μεγαλύτερο λάθος στην επιλογή του συστήματος οξυγόνου είναι η αντιμετώπισή του ως ενιαίου εξοπλισμού και όχι ως-μακροπρόθεσμου λειτουργικού συστήματος.

Για συνεχή βιομηχανική λειτουργία:

Η παραγωγή οξυγόνου είναι μέρος της υποδομής παραγωγής

Ο χρόνος διακοπής λειτουργίας έχει πραγματικό οικονομικό κόστος και κόστος ασφάλειας

Η ενεργειακή απόδοση επηρεάζει την ανταγωνιστικότητα

Η στρατηγική συντήρησης επηρεάζει την αξιοπιστία

Το PSA και το VPSA δεν είναι ανταγωνιστές θεωρητικά. Είναι εργαλεία για διαφορετικές στρατηγικές συστήματος.

Η σωστή επιλογή σημαίνει:

Αντιστοίχιση τεχνολογίας με μοτίβο λειτουργίας

Σχεδιασμός πλεονασμού και συντήρησης στο σύστημα

Σχεδιασμός για επέκταση και μελλοντική ζήτηση

Λαμβάνοντας υπόψη το κόστος κύκλου πλήρους διάρκειας-και όχι την τιμή αγοράς

Σταθερότητα υπό συνεχές φορτίο

PSA εναντίον VPSA

Συστήματα Οξυγόνου PSA

Συστήματα Οξυγόνου VPSA

Τι έχει πραγματικά σημασία

Ενεργειακή απόδοση σε μακροπρόθεσμη-Λειτουργία

Ενεργειακό Προφίλ PSA

Ενεργειακό Προφίλ VPSA

Σταθερότητα εξόδου υπό συνεχές φορτίο

Σταθερότητα PSA

Σταθερότητα VPSA

Συντήρηση σε περιβάλλον 24/7

Χαρακτηριστικά συντήρησης PSA

Χαρακτηριστικά συντήρησης VPSA

Κλίμακα συστήματος και αποτύπωμα

PSA σε διαφορετικές κλίμακες

VPSA σε διαφορετικές κλίμακες

Πλεονάσματα και Διαχείριση Κινδύνων

Πλεονασμός PSA

Πλεονασμός VPSA

Κόστος για τον πλήρη κύκλο ζωής

Αρχική Επένδυση

Λειτουργικό κόστος

Μακροπρόθεσμο-Κόστος

Λογική επιλογής βάσει εφαρμογής{{0}

Όταν το PSA είναι πιο κατάλληλο

Όταν το VPSA είναι πιο κατάλληλο

Ενοποίηση με Σύγχρονα Βιομηχανικά Συστήματα

Πλαίσιο Αποφάσεων για Μηχανικούς

Σκέψη συστήματος, όχι σκέψη εξοπλισμού