Proizvodnja čelika je oduvijek bila balans između efikasnosti i troškova. U osnovnim procesima kao što su ubrizgavanje uglja-obogaćenog kisikom u visokim pećima, proizvodnja čelika u elektrolučnim pećima i poboljšanje sinteriranja, čistoća, pritisak i stabilnost opskrbe kisikom direktno određuju potrošnju energije po toni i plafone proizvodnje. Među svim tehnologijama proizvodnje kiseonika, kriogena separacija vazduha je postala osnovna logika za snabdevanje gasom u integrisanim čeličanama zbog velikog obima, visoke čistoće i ekonomskih prednosti.
Kroz godine služenja metalurškoj i hemijskoj industriji, Shenger Gas je uočio da se mnogi projekti čelika previše fokusiraju na početno ulaganje u opremu tokom odabira rješenja za opskrbu kisikom, dok zanemaruju odgovarajući odnos između kriogenog odvajanja zraka i ritma proizvodnje čelika. Ovaj članak uzima inženjersku perspektivu kako bi razbio kako kriogeno odvajanje zraka zaista služi kontinuitetu i fluktuaciji proizvodnje čelika.
Zašto industrija čelika ne može bez kriogenog odvajanja vazduha
Potreba za kiseonikom u čeličanama ima dvije različite karakteristike: kontinuirano osnovno-bazno opterećenje i periodične kratkoročne-vrkove. Visoke peći zahtevaju neprekidno obogaćivanje kiseonikom 24/7, dok je konverterima potreban trenutni visok protok tokom perioda duvanja.
Iako membranska separacija i adsorpcija promjene pritiska (PSA/VPSA) nude fleksibilnost u malim-scenarijama srednje-čistoće, kriogeno odvajanje zraka ostaje jedina inženjerski-zrela opcija s najnižim jediničnim troškovima kisika kada se suočavaju sa zahtjevima kisika od desetina hiljada Nm³/h i čistoćom od 90%. Koristeći niskotemperaturnu destilaciju, kriogeno odvajanje vazduha razdvaja vazduh na kiseonik, azot i argon, sa pojedinačnim-kapacitetima koji dostižu preko 100.000 Nm³/h i čistoćom kiseonika stabilnom iznad 99,6%, u potpunosti ispunjavajući zahteve procesa proizvodnje čelika.
Inženjersko usklađivanje između kriogenog odvajanja zraka i ritma proizvodnje čelika
Ono što zaista muči-inženjere na lokaciji rijetko je da li oprema može proizvoditi kisik, već njena sposobnost isključivanja. Proizvodnja čelika nije konstantno opterećenje-održavanje visoke peći, gašenja konvertera i podešavanja trake za valjanje mogu uzrokovati fluktuaciju potražnje za kisikom za 20%-40% u roku od nekoliko sati.
Moderni kriogeni sistemi za odvajanje vazduha obično usvajaju zreli proces prečišćavanja molekularnim sitom + pojačani turboekspander + strukturirana kolona za pakovanje. Strukturirana kolona za pakovanje, u kombinaciji sa DCS kontrolnim sistemom, omogućava glatko podešavanje opterećenja u rasponu od 30%-105%, dok tečni rezervni sistem (rezervoar za skladištenje tečnog kiseonika + isparivač) može da odgovori na vršne potrebe za nekoliko minuta. Ovaj kombinovani model rada „proizvodnja gasa + tečna rezerva“ trenutno predstavlja najbolji balans između sigurnosti i ekonomičnosti u sistemima kiseonika u čeličanama.
Sa inženjerskog stanovišta, u dobro-dizajniranom kriogenom sistemu za odvajanje vazduha, proizvodnja gasovitog kiseonika bi trebalo da pokrije približno 80% prosečne potrebe čeličane za kiseonikom, sa preostalim vršnim jazom dopunjenim isparavanjem tečnog kiseonika. Ovaj pristup izbjegava povećanje potrošnje energije uzrokovano čestim promjenama opterećenja na jedinici za odvajanje zraka i smanjuje rizik od zamora opreme.
Skrivene inženjerske prednosti kriogenog odvajanja vazduha
Pored samog snabdevanja kiseonikom, kriogeno odvajanje vazduha nudi dve vrednosti koje se lako previde.
Prvo, vrijednost ko-koproizvodnje dušika i argona. Industrija čelika ne zahtijeva samo kisik već i dušik za zaštitu procesa, pročišćavanje i zrak za instrumente. Kriogena separacija zraka može istovremeno proizvesti dušik različite čistoće dok odvaja kisik. Za proizvodnju nerđajućeg čelika, argon je bitan zaštitni gas. Kriogena separacija zraka može isporučiti kisik, dušik i argon istovremeno-mogućnost "jedan{6}}do-tri" sa ukupnom energetskom efikasnošću koja daleko premašuje onu odvojene proizvodnje kiseonika plus kupljenih gasova.
Drugo, otpornost snabdevanja kroz rezerve likvidnosti. Mnogi čelični projekti se fokusiraju samo na gasovodni gas tokom planiranja izvora gasa, zanemarujući smanjenje rizika koje pružaju tečne rezerve. Ako jedinica za odvajanje zraka doživi neplanirano gašenje bez dovoljnog skladištenja tekućeg kisika na lokaciji, cijelo postrojenje se suočava sa obustavom proizvodnje. Zreli projekti kriogenog odvajanja vazduha obično konfigurišu 48-72 sata rezervnog kapaciteta tečnog kiseonika, minimizirajući ekonomske gubitke od neplaniranih zastoja.
Tri lako potcijenjena pitanja u odabiru i radu
Sljedeće vrste problema se često ponavljaju u stvarnim projektima i zaslužuju fokusiranu pažnju čeličana tokom faze dizajniranja rješenja:
1. Pouzdanost sistema za cirkulaciju vode: Kriogeno odvajanje vazduha se oslanja na cirkulišuću rashladnu vodu mnogo više nego što većina ljudi zamišlja. Tvrdoća vode, fluktuacije temperature i redundantnost pumpe-bilo koji problem u ovim područjima može direktno uzrokovati gašenje jedinice za odvajanje zraka. Preporučljivo je usvojiti konfiguraciju "dvostruko vodosnabdijevanje + nezavisni modul rashladnog tornja" u fazi projektovanja.
2. Harmonici elektroenergetskog sistema i uticaj prenapona: Veliko pokretanje vazdušnog kompresora utiče na električnu mrežu postrojenja, dok ekstenzivna upotreba frekventnih pretvarača dovodi do problema sa harmonicima. Same čeličane su-korisnici visoke energije sa složenim energetskim okruženjima. Električni dizajn jedinice za odvajanje vazduha mora biti integrisan sa proračunom -elektronskog sistema; u suprotnom može doći do pogrešnog rada zaštitnih uređaja.
3. Rezervni dijelovi i ciklusi održavanja: Ciklusi zamjene molekularnog sita, vijek trajanja ležajeva turbo ekspandera i stope povećanja pritiska glavnog izmjenjivača topline-ovi naizgled rutinski parametri, ako nisu usklađeni sa godišnjim periodima održavanja čeličane, mogu izazvati kaskadno neplanirano gašenje. Preporučljivo je obrnuti-program održavanja glavnog procesa čelika na osnovu ciklusa održavanja jedinice za odvajanje zraka.
Kriogena separacija vazduha nije nova tehnologija, ali njena inženjerska dubina u snabdevanju kiseonikom za industriju čelika i dalje je daleko od potpunog istraživanja. Dobro-dizajniran kriogeni sistem odvajanja vazduha ne treba nabavljati i njime upravljati kao "oprema iz crne kutije", već se treba tretirati kao procesna jedinica jednako važna kao i visoke peći i pretvarači.
Shenger Gas je oduvijek vjerovao da vrijednost tehničkih artikala nije u promociji već u pomaganju inženjerima da izbjegnu zaobilaznice. Tačka integracije između kriogenog odvajanja vazduha i proizvodnje čelika nisu brojevi na tablici sa podacima o opremi, već stabilan pritisak kiseonika tokom svake smene, pravovremeni dodatni gas tokom svakog vrhunca i pouzdan rad tokom svakog ciklusa održavanja.
Za čeličane koje planiraju ili unapređuju svoje sisteme snabdijevanja kiseonikom, umjesto da budu opsjednuti pojedinačnim-brendovima opreme, daleko je isplativije uložiti trud u usklađivanje sistema i dizajn rezervnih kapaciteta-ovo je često pravi ključ za određivanje dugoročnih-troškova rada.
