Membandingkan Kos Pengisian Silinder dengan Pengeluaran Oksigen PSA Di Tapak

Comparing Cylinder Filling Costs with On-Site PSA Oxygen Production

Bagi kilang yang menggunakan oksigen setiap hari, perbezaan kos antara silinder yang dihantar dan penjanaan oksigen di tapak bergantung pada lebih daripada harga gas yang disebut. Sistem berasaskan silinder menggerakkan pengeluaran oksigen, pemampatan, penyimpanan dan pengangkutan ke luar kilang, manakala sistem PSA di tapak memindahkan kebanyakan fungsi ini ke dalam kemudahan pengeluaran. Struktur kos yang terhasil berubah daripada model pembelian dan penghantaran kepada model elektrik, pemampat, penyelenggaraan dan penggunaan peralatan.

Oksigen silinder industri biasanya sampai kepada pengguna melalui urutan pengeluaran, pemampatan, pengisian, pengangkutan, penyimpanan dan pengurangan tekanan. Oksigen dihasilkan di loji gas pusat dan dimampatkan ke dalam silinder keluli atau aluminium. Bergantung pada reka bentuk silinder dan peraturan tempatan, silinder industri boleh diisi hingga lebih kurang 150–200 bar di stesen pengisian.

Di kilang, silinder disambung secara individu atau melalui manifo manifold mengumpulkan berbilang silinder ke dalam tebing supaya pengendali boleh bertukar dari tebing kosong kepada tebing yang penuh tanpa mengganggu proses dengan serta-merta. Pengawal selia tekanan kemudian mengurangkan tekanan silinder kepada tekanan operasi yang diperlukan oleh penunu, peralatan pemotong, sistem pengudaraan, atau peralatan memakan oksigen yang lain.

Kuantiti oksigen yang boleh digunakan tidak hanya ditentukan oleh tekanan silinder nominal. Isipadu air silinder, tekanan pengisian, suhu gas, dan tekanan baki pada penggantian silinder semuanya mempengaruhi penggunaan sebenar. Jika silinder ditukar sementara sejumlah besar gas kekal di dalam, kilang telah membayar gas yang belum memasuki proses pengeluaran.

Sebuah di tapakSistem oksigen PSAmenjana oksigen daripada udara atmosfera termampat. Pemasangan biasa mengandungi pemampat udara, penerima udara, penapis zarah dan penggabungan, salur penjerapan, injap pensuisan, penerima oksigen, penganalisis oksigen, sistem kawalan PLC, pengatur tekanan dan paip pengagihan oksigen.

Bekas penjerapan mengandungi bahan ayak molekul, biasanya zeolit. Bahan berinteraksi secara berbeza dengan nitrogen dan oksigen dalam keadaan bertekanan. Semasa peringkat penjerapan, udara termampat memasuki satu vesel, nitrogen lebih disukai dikekalkan oleh penapis molekul, dan aliran gas yang diperkaya dengan oksigen keluar ke arah penerima oksigen.

Sistem ini biasanya menggunakan dua atau lebih bekas penjerapan. Semasa satu vesel menghasilkan oksigen, satu lagi vesel mengalami depressurization dan regenerasi. Injap pensuisan mengawal laluan gas mengikut kitaran yang diprogramkan. Susunan ini membolehkan satu vesel menyerap nitrogen manakala satu lagi membebaskan nitrogen yang tertahan sebelum ini.

Penerima oksigen memisahkan pengeluaran daripada permintaan proses serta-merta. Ia boleh menyerap turun naik aliran jangka pendek dan menstabilkan tekanan hiliran dan bukannya memerlukan katil penjerapan untuk mengikuti setiap perubahan dalam penggunaan oksigen.

Bagaimana Kitaran Pemisahan PSA Berfungsi

ThePSAkitaran terdiri terutamanya daripada langkah tekanan, penjerapan, penyahtekanan, dan penjanaan semula. Udara termampat mula-mula melalui bahagian rawatan udara, di mana air, aerosol minyak, dan bahan zarah dikeluarkan sebelum udara mencapai penapis molekul.

Semasa penjerapan, kapal yang beroperasi kekal bertekanan manakala nitrogen lebih disukai diserap. Oksigen dan argon melalui katil dan membentuk gas produk. Apabila kapasiti penjerapan menghampiri had operasinya, sistem kawalan menukar laluan gas dan menghantar vesel ke dalam penjanaan semula.

Semasa penjanaan semula, tekanan kapal dikurangkan dan nitrogen terjerap meninggalkan penapis molekul. Sesetengah konfigurasi PSA menggunakan sebahagian oksigen produk untuk pembersihan atau penyamaan, manakala konfigurasi lain menggunakan penyamaan tekanan antara vesel untuk mengurangkan kehilangan gas. Kitaran yang tepat bergantung pada saiz vesel, ciri ayak molekul, ketulenan sasaran, pemulihan, dan aliran oksigen yang diperlukan.

Untuk tujuan perolehan, ketulenan oksigen oleh itu hendaklah dinilai bersama dengan pemulihan oksigen dan penggunaan kuasa khusus. Meningkatkan ketulenan oksigen yang diperlukan boleh meningkatkan jumlah udara termampat yang diperlukan bagi setiap unit oksigen produk, yang boleh meningkatkan penggunaan tenaga pemampat.

Oksigen silinder mencipta beberapa komponen kos berulang. Kilang mungkin membayar oksigen itu sendiri, penyewaan silinder atau caj perkhidmatan, pengangkutan, pemunggahan dan pemunggahan, penyimpanan, dan buruh pengendali untuk penggantian silinder. Kos ini meningkat dengan kekerapan penghantaran dan penggunaan oksigen.

Pengeluaran PSA mengalihkan perbelanjaan berulang ke arah penyelenggaraan elektrik dan peralatan. Pemampat biasanya mewakili sebahagian besar penggunaan elektrik kerana udara atmosfera mesti dimampatkan sebelum memasuki saluran penjerapan. Penapis, injap, penganalisis oksigen, pengedap dan bahan ayak molekul turut menyumbang kepada kos kitaran hayat.

Komponen Kos	Bekalan Silinder	PSA Di Tapak
Pembelian oksigen	Caj gas berulang	Tidak diperlukan untuk pengeluaran biasa
Pengangkutan	Diperlukan	Biasanya dikeluarkan
Pengendalian silinder	Diperlukan	Dialih keluar
Elektrik pemampat	Bahagian pembekal	Sebelah kilang
Pelaburan peralatan	Rendah di kilang	Diperlukan
Rawatan udara	Bahagian pembekal	Diperlukan di tapak
Penyimpanan	Inventori silinder	Penerima oksigen
Penyelenggaraan	Pengawal selia, injap, manifold	Pemampat, injap, penapis, penganalisis
Bekalan sandaran	Silinder tambahan	Silinder atau sumber sandaran lain

Perbandingan harus menggunakan kuantiti oksigen, ketulenan, tekanan dan tempoh operasi yang sama. Membandingkan petikan silinder dalam $/silinder dengan elektrik PSA dalam $/kWj tanpa menukar kedua-dua sistem kepada kos per Nm³ oksigen boleh guna boleh menghasilkan kesimpulan yang salah.

Penggunaan oksigen adalah salah satu pembolehubah terkuat dalam perbandingan ekonomi. Sebuah kilang yang menggunakan 10 Nm³/j untuk anjakan pengeluaran yang singkat mempunyai profil operasi yang sangat berbeza daripada kemudahan yang menggunakan 100 Nm³/j secara berterusan selama 24 jam.

Untuk bekalan silinder, penggunaan yang lebih tinggi secara langsung meningkatkan bilangan silinder yang mesti dihantar, disimpan, disambungkan dan diganti. Jika penggunaan harian meningkat melebihi kapasiti manifold sedia ada, bank silinder tambahan atau penghantaran yang lebih kerap mungkin diperlukan.

Untuk pengeluaran PSA, beban berterusan yang lebih tinggi boleh meningkatkan penggunaan peralatan dan mengagihkan kos modal tetap merentasi jumlah oksigen yang lebih besar. Walau bagaimanapun, pemampat dan kapal penjerapan mesti bersaiz untuk aliran yang diperlukan, dan operasi berhampiran kapasiti maksimum boleh mengubah penggunaan tenaga tertentu dan pemulihan oksigen.

Oleh itu, perbandingan praktikal harus mengira penggunaan oksigen sebagai:

Permintaan Oksigen Tahunan=Aliran Oksigen × Waktu Operasi × Hari Operasi

Angka Nm³ tahunan yang terhasil menyediakan asas yang sama untuk membandingkan oksigen yang dihantar dengan pengeluaran di tapak.

Dalam sistem di tapak, penggunaan elektrik sangat dipengaruhi oleh tekanan pemampat, suhu udara masuk, kecekapan pemampat, penurunan tekanan rawatan udara, konfigurasi kitaran penjerapan dan pemulihan oksigen.

Sebagai contoh, jika sistem menggunakan 0.8 kWj/Nm³ oksigen dan kos elektrik industri $0.10/kWj, komponen elektrik adalah lebih kurang $0.08/Nm³. Angka ini tidak termasuk penyelenggaraan pemampat, penapis, penggantian injap, analisis oksigen atau pemulihan modal.

Kualiti udara termampat juga mempengaruhi kos operasi. Air yang memasuki katil penjerapan boleh mengubah prestasi penapis molekul, manakala pencemaran minyak boleh merosakkan permukaan penjerap. Oleh itu, penapis udara melakukan lebih daripada melindungi komponen hiliran; mereka juga mengawal keadaan bahan penjerapan.

Jurutera perolehan harus meminta penggunaan kuasa khusus pembekal pada aliran dan ketulenan oksigen yang ditentukan dan bukannya menggunakan kW berkadar motor pemampat sebagai kos pengeluaran oksigen.

Ketulenan oksigen dan tekanan penghantaran mesti dinyatakan bersama kerana ia mempengaruhi reka bentuk sistem. Proses yang memerlukan lebih kurang 90–93% oksigen boleh menggunakan konfigurasi PSA yang berbeza daripada proses yang memerlukan oksigen melebihi 95%.

Oksigen silinder membekalkan sejumlah besar gas tersimpan pada tekanan tinggi, manakala sistem PSA secara amnya menjana oksigen pada tekanan yang lebih rendah sesuai untuk penggunaan proses langsung atau peningkatan tekanan hiliran. Jika proses memerlukan tekanan yang jauh lebih tinggi, pemampat oksigen tambahan mungkin diperlukan.

Kestabilan aliran adalah satu lagi pertimbangan. Pembakar atau mesin pemotong mungkin mengalami perubahan pesat dalam permintaan oksigen, manakala pengudaraan air sisa boleh mengekalkan aliran yang agak stabil untuk tempoh yang lama. Penerima oksigen boleh menampan perubahan permintaan jangka pendek, tetapi volumnya mesti dipadankan dengan perbezaan antara output PSA dan penggunaan proses.

Tidak setiap kilang menggunakan oksigen pada kadar yang tetap. Barisan pengeluaran mungkin beroperasi pada permintaan oksigen yang tinggi semasa pemotongan atau pembakaran dan jatuh kepada permintaan yang lebih rendah semasa pemuatan, penyelenggaraan atau perubahan syif.

Dengan silinder, kapasiti bekalan ditentukan oleh bilangan silinder yang disambungkan dan baki tekanannya. Apabila penggunaan meningkat secara tidak dijangka, pengendali mungkin perlu menyambungkan bank silinder lain.

Dengan pengeluaran PSA, unit penjerapan biasanya beroperasi mengikut kitaran yang diprogramkan manakala penerima oksigen menyerap perbezaan jangka pendek antara pengeluaran dan penggunaan. Jika permintaan kekal melebihi kapasiti pengeluaran terkadar untuk tempoh yang panjang, tekanan penerima akhirnya akan jatuh. Oleh itu sistem memerlukan kapasiti aliran puncak yang ditentukan dan bukannya pengiraan aliran purata sahaja.

Untuk perolehan, angka penting bukan sahaja purata Nm³/j tetapi juga aliran minimum, aliran normal, aliran puncak, tempoh puncak dan profil beban harian.

Sistem silinder menyimpan oksigen terus di dalam bekas tekanan. Sebuah kilang boleh mengekalkan beberapa hari bekalan jika silinder yang mencukupi disimpan di tapak, tetapi ini meningkatkan kawasan penyimpanan yang diperlukan dan mengendalikan beban kerja. Inventori silinder juga mesti diputar mengikut prosedur pembekal dan keperluan kapal tekanan yang berkenaan.

AnPSA di tapaksistem biasanya menyimpan oksigen dalam penerima dan bukannya mengekalkan inventori besar silinder yang diisi. Penerima menyediakan penimbal gas antara kitaran penjerapan dan garisan proses.

Untuk pengeluaran berterusan, sumber oksigen sandaran kekal penting. Jika pemampat PSA berhenti kerana kegagalan elektrik, terlalu panas, penyelenggaraan atau kerosakan kawalan, oksigen yang disimpan mungkin hanya menyokong proses untuk tempoh terhad. Oleh itu, manifold silinder sandaran boleh disambungkan ke hiliran supaya pengeluaran dapat diteruskan semasa peralatan PSA diperiksa.

Menggantikan silinder dengan pengeluaran PSA memerlukan perubahan pada infrastruktur gas kilang. Pemasangan mesti menyediakan ruang untuk pemampat, penerima udara, pemasangan penapisan, salur penjerapan, penerima oksigen, kabinet kawalan dan paip yang berkaitan.

Udara termampat hendaklah melalui peringkat penapisan yang ditentukan sebelum memasuki bekas penjerapan. Kondensat mesti disalirkan dari penerima udara dan penapis untuk mengelakkan air cecair daripada sampai ke penapis molekul. Paip oksigen kemudian menyambungkan penerima kepada peraturan tekanan dan sistem pengedaran proses.

Sistem elektrik mesti membekalkan pemampat dan peralatan kawalan mengikut voltan dan arus terkadar pengeluar. Pengudaraan juga perlu dipertimbangkan kerana pemampat menjana haba semasa operasi berterusan, manakala ekzos PSA membebaskan gas kaya nitrogen semasa penjanaan semula.

Sebelum pentauliahan, jurutera biasanya mengesahkan kebersihan paip, integriti tekanan, operasi injap, ketulenan oksigen, tekanan alur keluar, kapasiti aliran dan fungsi penggera. Penganalisis oksigen harus mengesahkan bahawa gas yang dihasilkan memenuhi ketulenan yang ditentukan sebelum peralatan proses menerima gas.

Sistem silinder terutamanya memerlukan pemeriksaan injap silinder, pengawal selia, hos fleksibel, sambungan manifold, dan pengedap. Kebocoran pada injap atau sambungan boleh membebaskan oksigen secara berterusan dan meningkatkan penggunaan tanpa meningkatkan pengeluaran pengeluaran.

Sistem PSA mempunyai julat yang lebih luas bagi mod kegagalan mekanikal dan berkaitan proses. Pemampat terlalu panas boleh mengurangkan penghantaran udara, penapis tersumbat boleh meningkatkan penurunan tekanan, kehausan injap pensuisan boleh mengganggu urutan penjerapan, dan pencemaran ayak molekul boleh mengurangkan kapasiti penjerapan nitrogen.

Penurunan ketulenan oksigen boleh menunjukkan masalah dengan kitaran penjerapan, keadaan udara suapan, pemasaan injap, keadaan penapis molekul atau permintaan produk yang berlebihan. Penurunan tekanan merentasi penapis boleh menunjukkan pencemaran, manakala suhu pelepasan pemampat yang tidak normal boleh menunjukkan masalah penyejukan atau mekanikal.

Oleh itu, penyelenggaraan hendaklah termasuk pemeriksaan pemampat, penggantian penapis, penyingkiran kondensat, pemantauan kitaran injap, penentukuran penganalisis oksigen, pengukuran penurunan tekanan, dan pemeriksaan sistem penjerapan mengikut waktu operasi dan keperluan pengeluar.