За фабрике које свакодневно троше кисеоник, разлика у трошковима између испоручених боца и производње кисеоника на лицу места зависи од више од наведене цене гаса. Систем заснован на цилиндрима помера производњу кисеоника, компресију, складиштење и транспорт ван фабрике, док ПСА систем на лицу места премешта већину ових функција у производни погон. Резултирајућа структура трошкова се мења од модела куповине и испоруке у модел електричне енергије, компресора, одржавања и коришћења опреме.
Кисеоник у боцама: Како функционише конвенционални ланац снабдевања
Кисеоник индустријског цилиндра обично стиже до корисника низом производње, компресије, пуњења, транспорта, складиштења и смањења притиска. Кисеоник се производи у централном гасном постројењу и компримује у челичне или алуминијумске цилиндре. У зависности од дизајна цилиндра и локалних прописа, индустријски цилиндри се могу пунити до приближно 150–200 бара на станици за пуњење.
У фабрици, цилиндри се спајају појединачно или преко разводног разводника групишу више цилиндара у банке тако да оператери могу да пређу са празне на напуњену банку без моменталног прекида процеса. Регулатори притиска затим смањују притисак у цилиндрима на радни притисак који захтевају горионици, опрема за сечење, системи за аерацију или друга опрема која троши кисеоник.
Количина употребљивог кисеоника није одређена само номиналним притиском у боци. Запремина воде у боци, притисак пуњења, температура гаса и преостали притисак при замени цилиндра утичу на стварно коришћење. Ако се боце мењају док унутра остаје значајна количина гаса, фабрика је платила гас који није ушао у процес производње.
Производња ПСА кисеоника на лицу места: структура система
На лицу местаПСА систем кисеоникаствара кисеоник из компримованог атмосферског ваздуха. Типична инсталација садржи ваздушни компресор, пријемник ваздуха, филтере за честице и коалесценцију, посуде за адсорпцију, преклопне вентиле, пријемник кисеоника, анализатор кисеоника, ПЛЦ контролни систем, регулатор притиска и цев за дистрибуцију кисеоника.
Посуде за адсорпцију садрже материјал молекулског сита, обично зеолит. Материјал различито реагује са азотом и кисеоником у условима под притиском. Током фазе адсорпције, компримовани ваздух улази у један суд, азот се првенствено задржава у молекуларном ситу, а струја гаса обогаћена кисеоником излази ка пријемнику кисеоника.
Систем обично користи две или више посуда за адсорпцију. Док једна посуда производи кисеоник, друга посуда пролази кроз смањење притиска и регенерацију. Преклопни вентили контролишу пут гаса према програмираном циклусу. Овај распоред омогућава једном суду да адсорбује азот док други ослобађа претходно задржани азот.
Пријемник кисеоника одваја производњу од тренутних захтева процеса. Може да апсорбује краткорочне флуктуације протока и стабилизује низводни притисак уместо да захтева од адсорпционих слојева да прате сваку промену у потрошњи кисеоника.
ТхеПСАциклус се углавном састоји од корака притиска, адсорпције, смањења притиска и регенерације. Компримовани ваздух прво пролази кроз одељак за третман ваздуха, где се вода, уљни аеросоли и честице уклањају пре него што ваздух стигне до молекуларног сита.
Током адсорпције, радни суд остаје под притиском док се азот првенствено адсорбује. Кисеоник и аргон пролазе кроз слој и формирају гас производа. Како се капацитет адсорпције приближава својој радној граници, контролни систем мења пут гаса и шаље посуду у регенерацију.
Током регенерације, притисак у суду се смањује и адсорбовани азот напушта молекулско сито. Неке ПСА конфигурације користе део кисеоника производа за прочишћавање или изједначавање, док друге конфигурације користе изједначавање притиска између посуда да би се смањили губици гаса. Тачан циклус зависи од величине посуде, карактеристика молекуларног сита, чистоће циља, опоравка и потребног протока кисеоника.
За потребе набавке, чистоћа кисеоника треба да се процени заједно са повратом кисеоника и специфичном потрошњом енергије. Повећање потребне чистоће кисеоника може повећати количину компримованог ваздуха која је потребна по јединици кисеоника производа, што може повећати потрошњу енергије компресора.
Структура трошкова: пуњење цилиндара у односу на производњу ПСА
Кисеоник у боци ствара неколико компоненти трошкова који се понављају. Фабрика може да плати сам кисеоник, најам боце или трошкове услуга, транспорт, утовар и истовар, складиштење и рад оператера за замену цилиндра. Ови трошкови расту са учесталошћу испоруке и потрошњом кисеоника.
Производња ПСА преусмерава периодичне трошкове ка одржавању електричне енергије и опреме. Компресор обично представља велики део потрошње електричне енергије јер атмосферски ваздух мора бити компримован пре уласка у адсорпционе посуде. Филтери, вентили, анализатори кисеоника, заптивке и материјали од молекулских сита такође доприносе трошковима животног циклуса.
| Цост Цомпонент | Цилиндер Суппли | ПСА на лицу места |
|---|---|---|
| Куповина кисеоника | Понављајуће пуњење гаса | Није потребно за нормалну производњу |
| Транспорт | Обавезно | Обично уклоњено |
| Руковање цилиндром | Обавезно | Уклоњено |
| Електрична енергија компресора | На страни добављача | Фацтори-сиде |
| Улагање у опрему | Ниско у фабрици | Обавезно |
| Третман ваздуха | На страни добављача | Обавезно на лицу места |
| Складиштење | Инвентар цилиндара | Пријемник кисеоника |
| Одржавање | Регулатори, вентили, разводник | Компресор, вентили, филтери, анализатор |
| Резервно снабдевање | Додатни цилиндри | Цилиндар или други резервни извор |
За поређење треба користити исту количину кисеоника, чистоћу, притисак и радни период. Поређење понуде цилиндра у $/цилиндру са ПСА електричном енергијом у $/кВх без претварања оба система у цену по Нм³ употребљивог кисеоника може произвести нетачан закључак.
Зашто стопа потрошње кисеоника мења једначину трошкова
Потрошња кисеоника је једна од најјачих варијабли у економском поређењу. Фабрика која користи 10 Нм³/х за кратку смену производње има веома другачији профил рада од постројења која троши 100 Нм³/х непрекидно током 24 сата.
За снабдевање цилиндара, већа потрошња директно повећава број цилиндара који се морају испоручити, ускладиштити, повезати и заменити. Ако дневна потрошња порасте изнад капацитета постојећег колектора, могу бити потребне додатне групе цилиндара или чешће испоруке.
За производњу ПСА, веће континуирано оптерећење може повећати искоришћеност опреме и распоредити трошкове фиксног капитала на већу количину кисеоника. Међутим, компресор и посуде за адсорпцију морају бити димензионисане за потребан проток, а рад близу максималног капацитета може да промени специфичну потрошњу енергије и опоравак кисеоника.
Практично поређење би стога требало израчунати потрошњу кисеоника као:
Годишња потражња за кисеоником=Проток кисеоника × Радни сати × Радни дани
Добијени годишњи број Нм³ пружа заједничку основу за поређење испорученог кисеоника са производњом на лицу места.
Потрошња електричне енергије и компримованог ваздуха
У систему на лицу места, на потрошњу електричне енергије снажно утичу притисак компресора, температура улазног ваздуха, ефикасност компресора, пад притиска за третман ваздуха, конфигурација циклуса адсорпције и рекуперација кисеоника.
На пример, ако систем троши 0,8 кВх/Нм³ кисеоника и индустријска електрична енергија кошта 0,10 УСД/кВх, електрична компонента је приближно 0,08 УСД/Нм³. Ова бројка не укључује одржавање компресора, филтере, замену вентила, анализу кисеоника или повраћај капитала.
Квалитет компримованог ваздуха такође утиче на трошкове рада. Вода која улази у слојеве адсорпције може да промени перформансе молекуларног сита, док контаминација уљем може оштетити површину адсорбента. Филтери за ваздух стога чине више од заштите компоненти које се налазе испод; такође контролишу стање адсорпционог материјала.
Инжењери набавке треба да затраже специфичну потрошњу енергије добављача при специфицираном протоку кисеоника и чистоћи уместо да користе номинални кВ мотора компресора као цену производње кисеоника.
Захтеви за притисак, чистоћу и проток
Чистоћа кисеоника и притисак испоруке морају бити специфицирани заједно јер утичу на дизајн система. Процес који захтева приближно 90–93% кисеоника може користити другачију ПСА конфигурацију од процеса који захтева кисеоник изнад 95%.
Кисеоник у боцама обезбеђује велику количину ускладиштеног гаса под високим притиском, док ПСА системи генерално генеришу кисеоник на нижем притиску погодном за директну употребу у процесу или за повећање притиска низводно. Ако процес захтева знатно већи притисак, можда ће бити потребан додатни компресор кисеоника.
Стабилност протока је још један разлог за разматрање. Горионик или машина за сечење могу доживети брзе промене у потражњи кисеоника, док аерација отпадних вода може одржати релативно стабилан проток током дужег периода. Пријемник кисеоника може да тампонује краткорочне промене потражње, али његова запремина мора бити усклађена са разликом између ПСА излаза и потрошње процеса.
Потреба за кисеоником и флуктуација оптерећења
Не троши свака фабрика кисеоник константном брзином. Производна линија може да ради са високом потражњом кисеоника током сечења или сагоревања и пада на нижу потражњу током утовара, одржавања или промене смена.
Код цилиндара, капацитет напајања је одређен бројем прикључених цилиндара и њиховим преосталим притиском. Када се потрошња неочекивано повећа, оператер ће можда морати да повеже другу групу цилиндара.
Са производњом ПСА, јединица за адсорпцију углавном ради према програмираном циклусу док пријемник кисеоника апсорбује краткорочне разлике између производње и потрошње. Ако потражња остане изнад номиналног производног капацитета током дужег периода, притисак пријемника ће на крају пасти. Систему је стога потребан дефинисан капацитет вршног протока, а не само прорачун просечног протока.
За набавку, важне бројке нису само просечан Нм³/х, већ и минимални проток, нормални проток, вршни проток, трајање вршног оптерећења и дневни профил оптерећења.
Континуитет складиштења и снабдевања
Системи цилиндара складиште кисеоник директно унутар посуда под притиском. Фабрика може да одржи залихе неколико дана ако се на лицу места држи довољно цилиндара, али то повећава потребну површину за складиштење и обим посла. Залихе цилиндара се такође морају ротирати у складу са процедурама добављача и важећим захтевима за посуде под притиском.
АнПСА на лицу местасистем обично складишти кисеоник у пријемнику уместо да одржава велики инвентар напуњених цилиндара. Пријемник обезбеђује гасни пуфер између циклуса адсорпције и процесне линије.
За континуирану производњу, резервни извор кисеоника остаје важан. Ако се ПСА компресор заустави због електричног квара, прегревања, одржавања или квара у контроли, ускладиштени кисеоник може да подржи процес само у ограниченом периоду. Разводник резервног цилиндра се стога може повезати низводно тако да се производња може наставити док се ПСА опрема прегледа.
Инсталација и системска интеграција
Замена боца са производњом ПСА захтева промене у гасној инфраструктури фабрике. Инсталација мора да обезбеди простор за компресор, пријемник ваздуха, филтерски склоп, посуде за адсорпцију, пријемник кисеоника, контролни орман и припадајуће цеви.
Компримовани ваздух треба да прође кроз наведене фазе филтрације пре него што уђе у посуде за адсорпцију. Кондензат се мора испразнити из пријемника ваздуха и филтера како би се спречило да течна вода доспе до молекуларног сита. Цевоводи за кисеоник затим повезују пријемник са системом за регулацију притиска и дистрибуцију процеса.
Електрични систем мора да напаја компресор и контролну опрему према називном напону и струји произвођача. Такође треба узети у обзир вентилацију јер компресори стварају топлоту током непрекидног рада, док ПСА издувни гасови током регенерације ослобађају гас богат азотом.
Пре пуштања у рад, инжењери обично проверавају чистоћу цеви, интегритет притиска, рад вентила, чистоћу кисеоника, излазни притисак, капацитет протока и функције аларма. Анализатор кисеоника треба да потврди да генерисани гас испуњава специфицирану чистоћу пре него што процесна опрема прими гас.
Режими одржавања и кварова
Системи цилиндара углавном захтевају инспекцију вентила цилиндара, регулатора, флексибилних црева, разводних прикључака и заптивки. Цурење на вентилу или споју може континуирано ослобађати кисеоник и повећати потрошњу без повећања производње.
ПСА системи имају шири опсег механичких и процесних режима отказа. Прегревање компресора може да смањи довод ваздуха, зачепљени филтери могу да повећају пад притиска, хабање преклопног вентила може да поремети секвенцу адсорпције, а контаминација молекуларним ситом може смањити капацитет адсорпције азота.
Смањење чистоће кисеоника може указивати на проблеме са циклусом адсорпције, стањем доводног ваздуха, временским размаком вентила, стањем молекуларног сита или прекомерном потражњом за производом. Пад притиска на филтерима може указивати на контаминацију, док абнормална температура на пражњењу компресора може указивати на хлађење или механичке проблеме.
Одржавање би стога требало да укључи инспекцију компресора, замену филтера, уклањање кондензата, праћење циклуса вентила, калибрацију анализатора кисеоника, мерење пада притиска и инспекцију система за адсорпцију у складу са радним сатима и захтевима произвођача.
