Uvod:Industrije poput teške kemije, metalurgije, stakla, kemije i elektronike imaju veliku potražnju za visoko{0}}kisikom (O₂), dušikom (N₂) i argonom (Ar). Kako bi osigurali kontinuitet, čistoću i ekonomičnost opskrbe plinom, sve veći broj velikih postrojenja odlučuje instalirati jedinice za kriogenu separaciju zraka (ASU) na-licu mjesta umjesto oslanjanja na kupljene plinove. Odabir pravog ASU ključan je za osiguranje stabilne proizvodnje, uštedu operativnih troškova i optimiziranje povrata ulaganja.
U ovom će se članku detaljno raspravljati o tome kako odabrati ASU za određeni projekt iz tri ključne dimenzije-kapaciteta, potrošnje energije i OPEX-a te CAPEX-a i ukupnog ulaganja-i, u kombinaciji s NEWTEK-ovim modelom usluge EPC & ključ u ruke, ilustrirati kako postići učinkovito i pouzdano rješenje kroz-isporuku na jednom mjestu, obuhvaćajući inženjerski dizajn, nabavu opreme, izgradnju i montaža, puštanje u rad i operativna isporuka.
1. Osnovna načela ASU i primjenjivi scenariji
Prvo, ukratko razmotrimo osnovni princip rada kriogenog ASU-a. Kriogeni ASU radi komprimiranjem, pročišćavanjem (uklanjanjem vlage, CO₂ i nečistoća) zraka, hlađenjem na ekstremno niske temperature (približno -180 stupnjeva do -200 stupnjeva), a zatim odvajanjem komponenata na temelju njihovih razlika u vrelištu u frakcionoj koloni. Dušik (N₂), kisik (O₂) i argon (Ar) mogu izlaziti kao produkt plinovi (ili tekućine). Ovisno o mjerilu i konfiguraciji jedinice (jedno-kolona, dvostruka-kolona ili trostruka-kolona s povratom argona), ASU-ovi su naširoko primjenjivi u proizvodnji čelika (obogaćivanje kisikom u visokoj peći, puhanje u konverteru), petrokemiji/rasplinjavanju (zahtijevaju velike količine kisika za reakcije djelomične oksidacije), pećima za taljenje stakla (oksi-gorivo), kemijska sinteza, elektronika/poluvodiči (ultra-dušik/argon visoke čistoće), toplinska obrada velikih razmjera i peći u inertnoj atmosferi. Stoga su ASU-ovi često temeljna infrastruktura u velikim i srednjim industrijskim projektima, a njihov dizajn mora biti visoko prilagođen na temelju nizvodnih potreba (volumen proizvodnje plina, čistoća, pritisak) i lokalnih uvjeta.
2. Kapacitet: Određivanje ASU veličine na temelju zahtjeva.
Primarno razmatranje pri odabiru ASU je njegov kapacitet (tj. koliko tona/standardnih kubičnih metara O₂/N₂/Ar može proizvesti dnevno). Ovaj kapacitet mora odgovarati vršnoj potrošnji plina i očekivanom rastu nizvodnih procesa.
Raspon kapaciteta kriogenih ASU je vrlo širok. Prema industrijskim podacima, male jedinice s jednom-kolonom mogu proizvesti desetke do stotine tona kisika dnevno; dvo-stupac/srednje{3}}sustavi mogu doseći stotine do dvije tisuće tona dnevno; dok velike jedinice s više-kolonama (uključujući rekuperaciju argona) mogu postići proizvodnju tisuća do nekoliko tisuća tona O₂ dnevno. Konkretno, podaci pokazuju da raspon kapaciteta tipičnog velikog industrijskog ASU može pokriti približno 100 do više od 5000 tona O₂/dan. Prilikom odabira kapaciteta, potrebno je uzeti u obzir vršno opterećenje (visoke peći, pretvarači, rasplinjači i peći mogu zahtijevati velike količine kisika tijekom razdoblja visokog -opterećenja), zahtjeve za kontinuirani rad (24/7) i budući potencijal proširenja (npr. dodavanje proizvodnih linija, povećanje kapaciteta i sigurnosnu rezervu/redundanciju).
Stoga se za velike -metalurške, petrokemijske ili staklene projekte općenito preporučuje konfiguriranje srednjih do velikih ASU-ova (stotine do tisuća tona/dan O₂) kako bi se osigurala stabilna opskrba i smanjila uska grla. Za manje-razmjere ili pomoćne plinske primjene (npr. gnijezda za toplinsku obradu, lokalizirane inertne atmosfere, rezervni kapacitet), također se mogu razmotriti male/modularne jedinice.
3. Potrošnja energije & OPEX: ključni pokretači
Nakon što se odredi kapacitet, izračun operativnih troškova (posebno potrošnje električne energije) sljedeći je kritični korak u procesu odabira, budući da OPEX često određuje dugoročnu{0}}ekonomiju.
- Raspon potrošnje energije
Tipična specifična potrošnja energije kriogenog ASU-a općenito je unutar raspona od približno 250-500 kWh/toni O₂ (ili približno 0,3-0,6 kWh/Nm³ O₂).
Neki stariji ili manji dizajni mogu imati nešto veću (i lošiju) potrošnju energije, dok moderni dizajni-štede energije koji koriste naprednu rekuperaciju topline, turbo-ekspander i vrhunske sustave izmjene topline mogu značajno smanjiti potrošnju energije.
Na stvarnu potrošnju energije također utječu čimbenici kao što su izlazni tlak, čistoća proizvoda i struktura proizvodnje plina (je li argon/N₂ obnovljen). Na primjer, povećanje omjera tlaka isporuke/kompresije ili zahtijevanje veće čistoće može povećati potrošnju energije.
- Sastav operativnih troškova
Ovisno o izvoru, troškovi električne energije obično čine ≈70–80% operativnih troškova (OPEX). Ostali troškovi uključuju osoblje (operateri, menadžment), održavanje (remont kompresora, održavanje rashladne komore, zamjena ladica/pakiranja), zamjenu katalizatora/adsorbenta/rashladnog sredstva (ako je primjenjivo), kao i podmazivanje, potrošni materijal, osiguranje/poreze itd. Sve u svemu, ove razne stavke čine približno 10-20% OPEX-a. Stoga, u područjima s visokim troškovima električne energije (ili visokim lokalnim industrijskim cijenama električne energije), operativni troškovi ASU mogu biti ekonomski teret. Nasuprot tome, ako se projekt nalazi u području s niskim cijenama električne energije i jeftinom/namjenskom strujom (npr. blizina elektrana, korištenje otpadne topline/vlastite energije), radna ekonomija ASU bit će znatno poboljšana.
Ekonomska vrijednost nus{0}}plinova (N₂/Ar/Argon)
Mnogi ASU-ovi ne proizvode samo kisik (O₂), već i dušik (N₂) i (po izboru) argon (Ar). Oporabom i prodajom (ili korištenjem unutar postrojenja)-nusproizvodnih plinova, operativni troškovi/troškovi električne energije ASU-a mogu se djelomično nadoknaditi. Uzimajući argon kao primjer, budući da je sadržaj argona u zraku približno 0,93%, ekonomska vrijednost obnovljenog argona (ili tekućeg argona) može značajno smanjiti neto troškove O₂ ako za to postoji tržište (npr. u lijevanju metala, elektronici, inertnim zaštitnim plinovima itd.). Stoga, pri odabiru i donošenju investicijskih odluka, proizvodnju kisika, istovremenu proizvodnju dušika/argona i korištenje (interna ili tržišna prodaja) treba sveobuhvatno razmotriti kako bi se maksimizirala ukupna ekonomska učinkovitost.
4. Troškovi ulaganja (CAPEX i ukupni troškovi projekta): Razmjer i metoda isporuke imaju značajan utjecaj
Osim operativnih troškova, kapitalna ulaganja (CAPEX) ključni su čimbenik u odlukama o odabiru ASU. Troškovi instalacije i izgradnje ASU-ova različitih veličina/dizajna/konfiguracija (bez obzira je li uključena rekuperacija argona, višestruki nizovi, višestruki stupovi) uvelike variraju.
Neka industrijska izvješća pokazuju da trošak nabave (PEC) malog/-montiranog ASU-a može biti u milijunima dolara; ukupni trošak instalacije (TPC) nakon instalacije i puštanja u rad bit će još veći. Prema podacima o ASU od 200 tona/dan (TPD), približno 75% troškova njegovog životnog ciklusa dolazi od energije; stoga, čak i s niskim CAPEX-om, operativni OPEX može odrediti konačnu ekonomsku održivost. Na temelju javno dostupnih industrijskih procjena, za ASU srednje-veličine (stotine–tisuće tona/dan), početna ulaganja (postrojenje, instalacija, puštanje u rad, infrastruktura, cjevovodne veze, plinske mreže, elektroenergetska postrojenja, izolacijske kutije itd.) obično se kreću od desetaka milijuna do stotina milijuna američkih dolara.
Osobito za-složene sustave velikih razmjera s povratom argona, višestrukim nizovima i više izlaza plina (O₂/N₂/Ar), CAPEX je veći, ali jedinični trošak proizvodnje plina (nakon amortizacije CAPEX + OPEX) često je niži, pokazujući ekonomiju razmjera.
Stoga, u ranim fazama projekta (faza FEED/procjena ulaganja), sljedeće mora biti jasno definirano:
Projektirani kapacitet (trenutačni + potencijalno buduće proširenje)
Zahtijevana čistoća (O₂, N₂, Ar) i izlazni tlak/brzina protoka
Varijacije u korištenju plina (kontinuirano 24/7 ili špica + izvan-sezone)
Da li je argon/dušik potreban kao nusproizvod i da li postoje kanali za korištenje/prodaju
Lokalne cijene električne energije, stabilnost opskrbe električnom energijom/struktura troškova/ugovori o snazi (npr. dostupnost jeftine-industrijske električne energije)
Složenost inženjerskih konstrukcija (niskogradnja, temelji, cjevovod, instalacije, energija/hlađenje/izolacija/sigurnost/instrumentacija)
Samo sveobuhvatnim razmatranjem ovih faktora mogu se razumno procijeniti ukupna ulaganja u projekt (CAPEX) i buduća operativna ekonomija (jedinični trošak plina).
5. Kombinacija NEWTEK-ovog EPC i modela ključ u ruke - Pružanje-rješenja na jednom mjestu za klijente
Kada se suočite s gore-složenim izazovima donošenja odluka i inženjeringa, odabir dobavljača sa širokim mogućnostima integracije sustava i sposobnošću pružanja usluga EPC (inženjering, nabava, izgradnja) + ključ u ruke (od dizajna do puštanja u pogon i rada) ključan je za uspjeh projekta. Upravo to je NEWTEK-ovo pozicioniranje.
Zašto su EPC i ključ u ruke važni
Unificirani dizajn i upravljanje inženjeringom: ASU projekti uključuju zračne kompresore, rashladne kutije, frakcionirajuće tornjeve, izmjenjivače topline, cjevovode, izolaciju, upravljačke sustave, sigurnosne objekte, električne sustave i infrastrukturu. Putem EPC-a, generalni izvođači (kao što je NEWTEK) mogu koordinirati sve discipline (proces, strukturu, elektriku, instrumente, građevinarstvo i instalacije), izbjegavajući probleme sa sučeljem više-dobavljača, troškove komunikacije/koordinacije i potencijalne mrtve točke u odgovornosti.
Integracija nabave i lanca opskrbe: NEWTEK-ove mogućnosti integracije resursa (plinski inženjering + globalna nabava) osiguravaju pravovremenu isporuku opreme (kompresori, rashladne kutije, tornjevi za frakcioniranje), materijala (specijalni čelik, izolacijski materijali) i sustava kontrole instrumenata, izbjegavajući kašnjenja isporuke ili rizike kompatibilnosti uzrokovane višestrukim kanalima nabave.
Konstrukcija, instalacija i puštanje u rad: Instalacija i puštanje u rad ASU (izolacija rashladne kutije, puštanje u rad rashladnog sustava, ispitivanje nepropusnosti zraka, toplinska cirkulacija, povezivanje sustava upravljanja i pregled sigurnosnog sustava) ključni su. Model EPC + ključ u ruke jamči kvalitetu instalacije, skraćuje-rokove izgradnje na gradilištu i omogućuje brzo pokretanje-.
Sučelje i nizvodna integracija procesa: za-projekte velikih razmjera kao što su metalurgija, kemijsko inženjerstvo, proizvodnja stakla i rasplinjavanje, ASU je samo jedan dio cjelokupnog sustava opskrbe plinom postrojenja. NEWTEK može pomoći u besprijekornoj integraciji ASU-a s nizvodnim procesima (peći za izgaranje, uređaji za rasplinjavanje, cjevovodi, spremnici za skladištenje i sustavi kompresije plina) kako bi se postigla raspodjela, skladištenje i isporuka O₂/N₂/Ar na-zahtjev.
Isporuka projekta i operativna podrška: Od puštanja u pogon, prihvaćanja i operativne obuke do naknadnog održavanja i jamstva, model "Ključ u ruke" korisnicima pruža iskustvo "-na jednom mjestu,-bezbrižno"-osobito prikladno za nova postrojenja bez velikog iskustva u sustavima za odvajanje zraka.
Stoga, za klijente koji traže visoku-učinkovitost, visoku{1}}pouzdanost i opskrbu plinom visoke-čistoće, te žele ublažiti upravljanje projektom i tehničke rizike (kao što su čeličane, petrokemijske tvornice, tvornice stakla i kemijske tvornice), usvajanje NEWTEK-ovog modela EPC + ključ u ruke može značajno smanjiti složenost projekta, skratiti rokove projekta i optimizirati troškove.
6. Kako odabrati odgovarajući ASU u stvarnom-svjetskom projektu - korak-po-korak preporuke
1. Na temelju prethodne analize, sljedeći je preporučeni proces odabira/ulaganja/implementacije ASU-a, prikladan za inženjerske menadžere, investitore u projekte ili-donositelje odluka u postrojenju:
1.1 Odredite potražnju za plinom
1.1.1 Izračunajte potrošnju O₂/N₂/Ar za svaku procesnu jedinicu u projektu (postojeća + predviđena ekspanzija) (brzina protoka, tlak, čistoća, vremenska distribucija)
1.1.2 Procijenite vršnu i prosječnu potražnju te rezervnu redundanciju/sigurnosne granice
1.2 Pojasnite zahtjeve za kvalitetu plina
1.2.1 Čistoća O₂ (npr. 99,5%–99,9%), zahtjevi čistoće N₂/Ar
1.2.2 Izlazni tlak, plinoviti ili tekući (npr. ako je potrebno skladištenje tekućeg kisika/tekućeg dušika)
1.3 Procijenite lokalne cijene električne energije/energetske uvjete
1.3.1 Dobiti industrijske cijene električne energije (dan/noć/vršna cijena/cijena po dogovoru), stabilnost električne energije, dostupnost jeftine/vlastite/otpadne toplinske energije
1.3.2 Izračunajte operativne troškove po jedinici plina (O₂/N₂) na temelju troškova energije
1.4 Odaberite ASU skalu i konfiguraciju
1.4.1 Odredite konfiguraciju jednog/dvostrukog/trostrukog niza (uključujući regeneraciju argona) na temelju potražnje za plinom; jednostruki niz prikladan je za malu-upotrebu/pomoćni plin, dvostruki/trostruki niz prikladan je za velike i srednje-/više-proizvode
1.4.2 Razmotriti buduće proširenje i redundanciju (npr. više vlakova paralelno)
1.5 Odaberite model nabave/ugovaranja
1.5.1 Dajte prioritet dobavljačima sustava koji su sposobni pružiti usluge EPC + ključ u ruke (npr. NEWTEK)
1.5.2 Zahtijevati od dobavljača pružanje-usluga na jednom mjestu od inženjerskog projektiranja, nabave opreme, niskogradnje/temelja, instalacije, puštanja u rad, probnog rada, operativne obuke do isporuke i rada
1.6 Provođenje ekonomske procjene (CAPEX + OPEX + prihod od nus-proizvoda plina)
1.6.1 Procjena ukupne investicije (CAPEX), operativni troškovi godišnje/životnog ciklusa (uglavnom električna energija + održavanje + (ljudski resursi)
1.6.2 Procijenite prihod od korištenja/prodaje plina nusproizvoda (N₂/Ar) i neto trošak u usporedbi s kupljenim plinom/opcijama pomoćne opskrbe.
1.7 Procjena rizika i upravljanje projektom
1.7.1 Razmotrite vrijeme isporuke opreme, razdoblje izgradnje, složenost puštanja u pogon, radnu stabilnost, pogodnost održavanja, sigurnosne i regulatorne zahtjeve (posuda pod tlakom/hlađenje/sigurnost).
1.7.2 Ako potrošnja plina varira ili se potražnja povećava, razmislite o dizajnu modularnog/faznog proširenja (više-strojeva) kako biste smanjili-jednokratni rizik ulaganja.
7. Sažetak - Balansiranje kapaciteta, potrošnje energije, ulaganja i mogućnosti usluge
Odabir prikladnog ASU-a sveobuhvatan je kompromis-između kapaciteta (zadovoljavanje potražnje), potrošnje energije (operativna ekonomija), investicijskih troškova (CAPEX i troškovi financiranja), implementacije projekta te podrške radu i održavanju.
Za male ili srednje-korisnike (pomoćni plin, lokalizirana upotreba, fleksibilna potražnja), mogu biti dovoljni jedno-redni/modularni mali ASU-ovi ili PSA/membranski sustavi. Međutim, kada je potražnja stabilna, opseg velik, a zahtjevi za čistoćom, raznolikošću proizvoda i pouzdanošću visoki, kriogeni ASU-ovi su najbolji izbor.
Unutar kriogenih ASU, odgovarajući odabir (kapacitet/broj stupaca/povrat topline) je ključan.
Konfiguracija nusproizvoda plina i očuvanje energije (odličan dizajn kompresije/hlađenja/izmjene topline) ključni su za smanjenje jediničnih troškova plina (O₂/N₂/Ar).
Dok kapitalni izdaci nisu niski, uz pravilan dizajn, visoku iskorištenost opreme (24/7 kontinuirani rad) i punu iskorištenost vrijednosti nusproizvoda (dušik, argon), jednostavno je kontrolirati jedinične troškove plina unutar konkurentnog raspona kroz više-godišnju operativnu amortizaciju.
Konačno, odabir dobavljača s potpunim mogućnostima usluge EPC + ključ u ruke (kao što je NEWTEK) može značajno smanjiti složenost projekta, poteškoće u izgradnji i puštanju u pogon, troškove i rizike međudisciplinarnog-koordiniranja, pružajući klijentima doista "dizajn-za-upravljanje-integriranim-bezbrižnim" rješenjem.
Za tvrtke koje planiraju izgraditi ili proširiti velike -projekte kemije/metalurške/stakla/plinjenja/energetike, točan odabir, razuman dizajn i profesionalno ugovaranje EPC + ključ u ruke ključni su za osiguranje uspješnog, ekonomičnog i učinkovitog rada ASU projekata.
