مقدمه:صنایعی مانند مواد شیمیایی سنگین، متالورژی، شیشه، مواد شیمیایی و الکترونیک تقاضای زیادی برای اکسیژن{0} با خلوص بالا (O2)، نیتروژن (N2) و آرگون (Ar) دارند. برای اطمینان از تداوم، خلوص و صرفهجویی در عرضه گاز، تعداد فزایندهای از کارخانههای بزرگ به جای تکیه بر گازهای خریداریشده، واحدهای جداسازی هوای برودتی (ASU) را در سایت نصب میکنند. انتخاب ASU مناسب برای اطمینان از تولید پایدار، صرفه جویی در هزینه های عملیاتی و بهینه سازی بازگشت سرمایه بسیار مهم است.
این مقاله به تفصیل نحوه انتخاب یک ASU را برای یک پروژه خاص از سه بعد کلیدی بحث خواهد کرد-ظرفیت، مصرف انرژی و OPEX، و CAPEX و سرمایهگذاری کل-و، در ارتباط با مدل خدمات EPC و کلید در دست NEWTEK، نحوه دستیابی به یک راهحل کارآمد و قابل اعتماد از طریق یک موتور تحویل، ارائه یک موتور{2}} را نشان میدهد. تهیه، ساخت و نصب، راه اندازی و تحویل عملیاتی.
1. اصول اساسی ASU و سناریوهای کاربردی
ابتدا، اجازه دهید به طور خلاصه اصل کار اساسی یک ASU برودتی را بررسی کنیم. یک ASU برودتی با فشردهسازی، تصفیه (حذف رطوبت، CO2 و ناخالصیها) هوا، خنک کردن آن تا دمای بسیار پایین (تقریباً -180 درجه تا -200 درجه) و سپس جداسازی اجزا بر اساس اختلاف نقطه جوش آنها در یک ستون کسری کار میکند. نیتروژن (N2)، اکسیژن (O2) و آرگون (Ar) می توانند به ترتیب به عنوان گازهای محصول (یا مایعات) تولید شوند. بسته به مقیاس و پیکربندی واحد (تک ستون، دو ستون، یا سه ستون با بازیابی آرگون)، ASU ها به طور گسترده در فولادسازی (غنی سازی اکسیژن در کوره بلند، دمیدن مبدل)، واکنش پتروشیمیایی/گاززایی بزرگ برای واکنش های پتروشیمیایی/گاززایی بزرگ (requinification requisification) قابل استفاده هستند. کورههای ذوب (اکسی-سوخت)، سنتز شیمیایی، الکترونیک/نیمهرسانا (نیتروژن/آرگون با خلوص فوقالعاده{12})، عملیات حرارتی در مقیاس بزرگ، و کورههای اتمسفر بیاثر. بنابراین، ASU ها اغلب زیرساخت های اصلی در پروژه های صنعتی بزرگ و متوسط هستند و طراحی آنها باید بر اساس نیازهای پایین دستی (حجم تولید گاز، خلوص، فشار) و شرایط محلی بسیار سفارشی شود.
2. ظرفیت: تعیین اندازه ASU بر اساس تقاضا.
توجه اولیه هنگام انتخاب یک ASU ظرفیت آن است (یعنی چند تن/متر مکعب استاندارد O2/N2/Ar می تواند در روز تولید کند). این ظرفیت باید با پیک مصرف گاز و رشد مورد انتظار فرآیندهای پایین دستی مطابقت داشته باشد.
محدوده ظرفیت ASU های برودتی بسیار گسترده است. طبق دادههای صنعت، واحدهای تک ستونی کوچک ممکن است دهها تا صدها تن اکسیژن در روز تولید کنند. سیستمهای دو-ستون/متوسط-به صدها تا دو هزار تن در روز میرسند. در حالی که واحدهای چند ستونی بزرگ (از جمله بازیابی آرگون) می توانند هزاران تا چند هزار تن O2 در روز تولید کنند. به طور خاص، داده ها نشان می دهد که محدوده ظرفیت یک ASU صنعتی بزرگ معمولی می تواند تقریباً 100 تا بیش از 5000 تن در روز O2 را پوشش دهد. هنگام انتخاب ظرفیت، اوج بار (کورههای بلند، مبدلها، گازیکنندهها و کورهها ممکن است به مقادیر زیادی اکسیژن در طول دورههای بار{10}بالا نیاز داشته باشند)، الزامات عملیات مداوم (24 ساعته) و پتانسیل توسعه آینده (به عنوان مثال، افزودن خطوط تولید، افزایش ظرفیت، و پشتیبانگیری/اضافه شدن ایمنی) باید در نظر گرفته شود.
بنابراین، برای پروژههای متالورژی، پتروشیمی یا شیشهای در مقیاس بزرگ، به طور کلی توصیه میشود که ASUهای متوسط تا بزرگ (صدها تا هزاران تن در روز O2) را برای اطمینان از عرضه پایدار و کاهش تنگناها پیکربندی کنید. برای کاربردهای گازی در مقیاس کوچکتر- یا کمکی (مانند لانه های عملیات حرارتی، اتمسفرهای بی اثر موضعی، ظرفیت اضافی)، واحدهای کوچک/مژولار نیز می توانند در نظر گرفته شوند.
3. مصرف انرژی و OPEX: محرک های کلیدی
هنگامی که ظرفیت مشخص شد، محاسبه هزینه های عملیاتی (به ویژه مصرف برق) مرحله مهم بعدی در فرآیند انتخاب است، زیرا OPEX اغلب اقتصاد بلندمدت را تعیین می کند.
- محدوده مصرف انرژی
مصرف انرژی ویژه معمولی یک ASU برودتی معمولاً در محدوده تقریباً 250-500 کیلووات ساعت بر تن O2 (یا تقریباً 0.3-0.6 kWh/Nm³ O2) قرار می گیرد.
برخی از طرحهای قدیمی یا کوچکتر ممکن است مصرف انرژی کمی بالاتر (و بدتر) داشته باشند، در حالی که طرحهای مدرن{0}}صرفهجویی در انرژی با استفاده از بازیابی گرما پیشرفته، توربو-و سیستمهای تبادل حرارت برتر میتوانند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
مصرف واقعی انرژی نیز تحت تأثیر عواملی مانند فشار خروجی، خلوص محصول، و ساختار تولید گاز قرار میگیرد (این که آیا آرگون/N2 بازیافت میشود). به عنوان مثال، افزایش نسبت فشار تحویل/فشردگی یا نیاز به خلوص بالاتر ممکن است مصرف انرژی را افزایش دهد.
- ترکیب هزینه عملیاتی
بسته به منبع، هزینه های برق معمولاً 70 تا 80 درصد از هزینه عملیاتی (OPEX) را تشکیل می دهند. سایر هزینه ها شامل پرسنل (اپراتورها، مدیریت)، تعمیر و نگهداری (تعمیرات اساسی کمپرسور، تعمیر و نگهداری جعبه سرد، تعویض سینی/بسته)، تعویض کاتالیزور/جاذب/مبرد (در صورت وجود)، و همچنین روانکاری، مواد مصرفی، بیمه/مالیات و غیره است. به طور کلی، این موارد متفرقه تقریباً 10 تا 20 درصد از OP را تشکیل می دهند. بنابراین، در مناطقی با هزینه های برق بالا (یا قیمت های بالای برق صنعتی محلی)، هزینه های عملیاتی ASU می تواند یک بار اقتصادی باشد. برعکس، اگر پروژه در منطقه ای با قیمت برق پایین و توان ارزان/ اختصاصی (مثلاً نزدیکی به نیروگاه ها، استفاده از گرمای هدر رفته/نیروی شخصی) واقع شود، اقتصاد عملیاتی ASU به طور قابل توجهی بهبود می یابد.
ارزش اقتصادی گازهای جانبی-(N₂/Ar/Argon)
بسیاری از ASU ها نه تنها اکسیژن (O2) بلکه نیتروژن (N2) و (اختیاری) آرگون (Ar) را نیز تولید می کنند. با بازیابی و فروش (یا استفاده در داخل کارخانه) توسط گازهای-محصول، هزینههای عملیاتی/هزینههای برق ASU میتواند تا حدی جبران شود. با در نظر گرفتن آرگون به عنوان مثال، از آنجایی که محتوای آرگون در هوا تقریباً 0.93٪ است، ارزش اقتصادی آرگون بازیافت شده (یا آرگون مایع) می تواند به طور قابل توجهی هزینه های خالص O2 را کاهش دهد اگر بازاری برای آن وجود داشته باشد (به عنوان مثال، در ریخته گری فلز، الکترونیک، گازهای محافظ بی اثر و غیره). بنابراین، هنگام انتخاب و تصمیم گیری برای سرمایه گذاری، تولید اکسیژن، تولید و استفاده همزمان نیتروژن/آرگون (فروش داخلی یا بازار) باید به طور جامع در نظر گرفته شود تا بازده اقتصادی کلی را به حداکثر برساند.
4. هزینه های سرمایه گذاری (CAPEX و هزینه کل پروژه): مقیاس و روش تحویل تأثیر قابل توجهی دارد
علاوه بر هزینه های عملیاتی، مخارج سرمایه ای (CAPEX) یک عامل مهم در تصمیم گیری های انتخاب ASU است. هزینههای نصب و ساخت ASU با اندازهها/طراحیها/پیکربندیهای مختلف (خواه بازیابی آرگون، قطارهای متعدد، ستونهای متعدد) بسیار متفاوت است.
برخی از گزارشهای صنعت نشان میدهند که هزینه خرید (PEC) یک ASU کوچک/{0}}سوار شده میتواند میلیونها دلار باشد. کل هزینه نصب (TPC) پس از نصب و راه اندازی حتی بیشتر خواهد بود. طبق دادههای یک ASU 200 تن در روز (TPD)، تقریباً 75 درصد از هزینههای چرخه حیات آن از انرژی تأمین میشود. بنابراین، حتی با CAPEX پایین، OPEX عملیاتی می تواند دوام اقتصادی نهایی را تعیین کند. بر اساس تخمینهای صنعتی در دسترس عموم، برای ASUهای اندازه متوسط (صدها تا هزار تن در روز)، سرمایهگذاری اولیه (کارخانه، نصب، راهاندازی، زیرساخت، اتصالات لولهکشی، شبکههای گاز، تأسیسات برق، جعبههای عایق و غیره) معمولاً از دهها میلیون تا صدها میلیون دلار آمریکا متغیر است.
مخصوصاً برای سیستمهای پیچیده{{0} در مقیاس بزرگ با بازیابی آرگون، قطارهای متعدد و خروجیهای گاز متعدد (O2/N2/Ar)، CAPEX بالاتر است، اما هزینه واحد تولید گاز (پس از استهلاک CAPEX + OPEX) اغلب کمتر است و صرفهجویی در مقیاس را نشان میدهد.
بنابراین، در مراحل اولیه یک پروژه (فاز FEED/Investment Assessment)، موارد زیر باید به وضوح تعریف شوند:
ظرفیت طراحی (فعالی + توسعه احتمالی آینده)
خلوص مورد نیاز (O2، N2، Ar) و فشار خروجی / نرخ جریان
تغییر در مصرف گاز (به طور مداوم 24/7 یا فصل اوج + خاموش{3}})
اینکه آیا آرگون/نیتروژن به عنوان یک محصول جانبی مورد نیاز است و آیا کانال های استفاده/فروش وجود دارد یا خیر
قیمت برق محلی، پایداری منبع تغذیه/ساختار هزینه/قراردادهای نیرو (مثلاً در دسترس بودن{2}}برق صنعتی کم هزینه)
پیچیدگی ساخت و ساز مهندسی (مهندسی عمران، فونداسیون، لوله کشی، نصب، نیرو/تبرید/عایق/ایمنی/ابزار ابزار دقیق)
تنها با در نظر گرفتن جامع این عوامل می توان کل سرمایه گذاری پروژه (CAPEX) و اقتصاد عملیاتی آینده (هزینه گاز واحد) را به طور منطقی تخمین زد.
5. ترکیب مدل EPC و کلید در دست NEWTEK - ارائه راه حل های یک-برای مشتریان
هنگام مواجهه با چالشهای پیچیده تصمیمگیری{0}}و مهندسی که در بالا ذکر شد، انتخاب تامینکنندهای با قابلیتهای گسترده یکپارچهسازی سیستم و توانایی ارائه خدمات EPC (مهندسی، تدارکات، ساختوساز) + کلید در دست (از طراحی تا راهاندازی و بهرهبرداری) برای موفقیت پروژه بسیار مهم است. این دقیقاً موقعیت یابی NEWTEK است.
چرا EPC و کلید در دست مهم است
یکپارچه طراحی و مدیریت مهندسی: پروژههای ASU شامل کمپرسورهای هوا، جعبههای سرد، برجهای تقسیمبندی، مبدلهای حرارتی، لولهکشی، عایقکاری، سیستمهای کنترل، امکانات ایمنی، سیستمهای الکتریکی و زیرساختها هستند. از طریق EPC، پیمانکاران عمومی (مانند NEWTEK) میتوانند همه رشتهها (فرایند، سازه، برق، ابزار دقیق، عمران، و نصب) را هماهنگ کنند، از مشکلات چند{1}}واسطه تأمینکننده، هزینههای ارتباطی/هماهنگی و نقاط کور احتمالی در مسئولیت اجتناب کنند.
تدارکات و یکپارچهسازی زنجیره تامین: قابلیتهای یکپارچهسازی منابع NEWTEK (مهندسی گاز + تدارکات جهانی) تحویل به موقع تجهیزات (کمپرسورها، جعبههای سرد، برجهای تقسیمبندی)، مواد (فولاد ویژه، مواد عایق) و سیستمهای کنترل ابزار دقیق را تضمین میکند، و از تأخیر در تحویل یا خطرات ناشی از چندین کانال سازگاری جلوگیری میکند.
ساخت، نصب و راه اندازی: نصب و راه اندازی ASU (عایق جعبه سرد، راه اندازی سیستم تبرید، تست هوابندی، گردش حرارتی، اتصال سیستم کنترل و بازرسی سیستم ایمنی) بسیار مهم است. مدل EPC + Turnkey کیفیت نصب را تضمین میکند،-زمانهای زمانی ساخت سایت را کوتاه میکند، و راهاندازی سریع-را ممکن میسازد.
یکپارچهسازی فرآیندهای واسط و پاییندستی: برای پروژههای-مقیاس بزرگ مانند متالورژی، مهندسی شیمی، تولید شیشه، و گازیسازی، ASU تنها بخشی از سیستم کلی تامین گاز کارخانه است. NEWTEK می تواند به ادغام یکپارچه ASU با فرآیندهای پایین دست (کوره های احتراق، گازیفایرها، خطوط لوله، مخازن ذخیره و سیستم های فشرده سازی گاز) برای دستیابی به{2}}تخصیص تقاضا، ذخیره سازی و تحویل O2/N2/Ar کمک کند.
تحویل پروژه و پشتیبانی عملیاتی: از راهاندازی، پذیرش و آموزش عملیاتی گرفته تا نگهداری و گارانتی بعدی، مدل «کلید در دست» تجربهای «یک -یک توقف، نگرانی{1}}رایگان»-بهویژه برای کارخانههای جدید بدون تجربه گسترده در سیستمهای جداسازی هوا مناسب است.
بنابراین، برای مشتریانی که به دنبال تامین گاز-بالا،-قابلیت اطمینان، و-با خلوص بالا هستند و میخواهند مدیریت پروژه و ریسکهای فنی را کاهش دهند (مانند کارخانههای فولاد، کارخانههای پتروشیمی، کارخانههای شیشه و کارخانههای شیمیایی)، اتخاذ مدل EPC + کلید در دست NEWTEK، میتواند هزینههای پیچیده پروژه را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
6. نحوه انتخاب یک ASU مناسب در یک پروژه واقعی-World Project - گام به گام-توصیههای گام به گام
1. بر اساس تجزیه و تحلیل فوق، موارد زیر یک فرآیند انتخاب/سرمایه گذاری/پیاده سازی ASU توصیه شده است که برای مدیران مهندسی، سرمایه گذاران پروژه، یا تصمیم گیرندگان{1}}کارخانه مناسب است:
1.1 تعیین تقاضای گاز
1.1.1 محاسبه مصرف O2/N2/Ar توسط هر واحد فرآیند در پروژه (موجود + انبساط پیش بینی شده) (سرعت جریان، فشار، خلوص، توزیع زمان)
1.1.2 تخمین اوج و متوسط تقاضا، و حاشیه افزونگی/ایمنی ذخیره
1.2 شفاف سازی الزامات کیفیت گاز
1.2.1 خلوص O2 (به عنوان مثال، 99.5٪ - 99.9٪)، مورد نیاز خلوص N2/Ar
1.2.2 فشار خروجی، گازی یا مایع (به عنوان مثال، اگر ذخیره اکسیژن مایع/نیتروژن مایع مورد نیاز باشد)
1.3 قیمت برق/شرایط انرژی محلی را ارزیابی کنید
1.3.1 به دست آوردن قیمت برق صنعتی (روز / شب / اوج / قیمت توافقی)، پایداری برق، در دسترس بودن ارزان/مالک/تلفیق انرژی حرارتی
1.3.2 محاسبه هزینه عملیاتی هر واحد گاز (O2/N2) بر اساس هزینه های انرژی
1.4 ASU Scale and Configuration را انتخاب کنید
1.4.1 تعیین پیکربندی قطار تک/دو/سهگانه (شامل بازیابی آرگون) بر اساس تقاضای گاز. قطار تک برای استفاده کوچک-مقیاس/گاز کمکی مناسب است، قطار دوبل/سهگانه برای تقاضای بزرگ و متوسط-اندازه/چند محصول-مناسب است
1.4.2 گسترش و افزونگی آینده را در نظر بگیرید (مثلاً چندین قطار به صورت موازی)
1.5 مدل تامین/قرارداد را انتخاب کنید
1.5.1 اولویت بندی تامین کنندگان سیستم که قادر به ارائه خدمات EPC + کلید در دست هستند (مانند NEWTEK)
1.5.2 تامین کنندگان را ملزم به ارائه خدمات یک-از طراحی مهندسی، تهیه تجهیزات، مهندسی عمران/پایه، نصب، راه اندازی، عملیات آزمایشی، آموزش عملیات تا تحویل و بهره برداری
1.6 انجام ارزیابی اقتصادی (CAPEX + OPEX + Gas By{3}}درآمد محصول)
1.6.1 برآورد کل سرمایه گذاری (CAPEX)، هزینه های عملیاتی سالانه / چرخه عمر (عمدتاً برق + تعمیر و نگهداری + (منابع انسانی)
1.6.2 درآمد استفاده/فروش گاز توسط محصول (N2/Ar) و هزینه خالص را در مقایسه با گاز خریداری شده/گزینه های عرضه کمکی تخمین بزنید.
1.7 ارزیابی ریسک و مدیریت پروژه
1.7.1 زمان تحویل تجهیزات، دوره ساخت، پیچیدگی راه اندازی، پایداری عملیاتی، راحتی تعمیر و نگهداری، ایمنی و الزامات نظارتی (مخزن تحت فشار/تبرید/ایمنی) را در نظر بگیرید.
1.7.2 اگر مصرف گاز در نوسان است یا تقاضا افزایش می یابد، طرح توسعه مدولار/مرحله ای (چند قطار) را برای کاهش ریسک سرمایه گذاری یک بار در نظر بگیرید.
7. خلاصه - توازن ظرفیت، مصرف انرژی، سرمایه گذاری و قابلیت خدمات
انتخاب یک ASU مناسب یک مبادله{0} جامع بین ظرفیت (تامین تقاضا)، مصرف انرژی (اقتصاد عملیاتی)، هزینه های سرمایه گذاری (CAPEX و هزینه های تامین مالی)، اجرای پروژه، و پشتیبانی عملیات و نگهداری است.
برای کاربران کوچک یا متوسط{0}}(گاز کمکی، استفاده محلی، تقاضای انعطافپذیر)، سیستمهای ASU کوچک تک ردیفی/مژولار یا سیستمهای PSA/غشایی ممکن است کافی باشد. با این حال، هنگامی که تقاضا پایدار است، مقیاس بزرگ است، و الزامات برای خلوص، تنوع محصول و قابلیت اطمینان بالا است، ASU های برودتی بهترین انتخاب هستند.
در ASU های برودتی، انتخاب مناسب (ظرفیت/تعداد ستون ها/بازیابی گرما) بسیار مهم است.
پیکربندی گاز فرعی و صرفه جویی در انرژی (طراحی عالی فشرده سازی / خنک کننده / تبادل حرارتی) کلید کاهش هزینه های گاز واحد (O2/N2/Ar) است.
در حالی که مخارج سرمایه کم نیست، با طراحی مناسب، استفاده زیاد از تجهیزات (عملکرد مداوم 24 ساعته) و استفاده کامل از ارزش محصولات جانبی (نیتروژن، آرگون)، کنترل هزینه های گاز واحد در محدوده رقابتی از طریق استهلاک عملیاتی چند ساله آسان است.
در نهایت، انتخاب تامینکنندهای با قابلیتهای کامل خدمات EPC + کلید در دست (مانند NEWTEK) میتواند پیچیدگی پروژه، دشواریهای ساخت و راهاندازی، هزینهها و ریسکهای هماهنگی متقابل{1} را کاهش دهد و یک راهحل واقعاً «طراحی-{3}برای کارکرد{4}یکپارچه، بدون نگرانی{5} را به مشتریان ارائه دهد.
برای شرکتهایی که قصد دارند پروژههای-شیمیایی/متالورژی/شیشهای/گازسازی/انرژی را بسازند یا توسعه دهند، انتخاب صحیح، طراحی معقول و قرارداد حرفهای EPC + کلید در دست برای اطمینان از عملکرد موفقیتآمیز، اقتصادی و کارآمد پروژههای ASU بسیار مهم است.
