Proizvodnja čelika uvijek je bila balansiranje između učinkovitosti i troškova. U osnovnim procesima kao što je ubrizgavanje ugljena-obogaćenog kisikom u visokim pećima, proizvodnja čelika u elektrolučnim pećima i poboljšanje sinteriranja, čistoća, tlak i stabilnost opskrbe kisikom izravno određuju potrošnju energije po toni i gornje granice proizvodnje. Među svim tehnologijama proizvodnje kisika, kriogeno odvajanje zraka postalo je temeljna logika za opskrbu plinom u integriranim čeličanama zbog svojih velikih razmjera, visoke čistoće i ekonomskih prednosti.
Tijekom godina opsluživanja metalurške i kemijske industrije, Shenger Gas primijetio je da se mnogi čelični projekti previše fokusiraju na početno ulaganje u opremu tijekom odabira rješenja za opskrbu kisikom, dok zanemaruju odgovarajući odnos između kriogenog odvajanja zraka i ritma proizvodnje čelika. Ovaj članak koristi inženjersku perspektivu kako bi razjasnio kako kriogeno odvajanje zraka uistinu služi kontinuitetu i fluktuaciji proizvodnje čelika.
Zašto industrija čelika ne može bez kriogene separacije zraka
Potražnja za kisikom u čeličanama ima dvije različite karakteristike: kontinuirano visoko-volumensko osnovno opterećenje i periodične kratkoročne-vrhove. Visoke peći zahtijevaju neprekinuto obogaćivanje kisikom 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu, dok pretvarači trebaju trenutni visoki protok tijekom razdoblja puhanja.
Iako membransko odvajanje i adsorpcija s promjenom tlaka (PSA/VPSA) nude fleksibilnost u scenarijima male -veličine, srednje-čistoće, kriogeno odvajanje zraka ostaje jedina inženjerski-zrela opcija s najnižom jediničnom cijenom kisika kada se suoči sa zahtjevima za kisikom od desetaka tisuća Nm³/h i zahtjevima čistoće iznad 90%. Korištenjem destilacije na niskim-temperaturama, kriogeno odvajanje zraka razdvaja zrak na kisik, dušik i argon, s kapacitetom jednog-niza koji doseže preko 100 000 Nm³/h i čistoćom kisika stabilnom iznad 99,6%, u potpunosti zadovoljavajući zahtjeve procesa proizvodnje čelika.
Inženjersko usklađivanje između kriogenog odvajanja zraka i ritma proizvodnje čelika
Ono što uistinu muči-inženjere na gradilištu rijetko je može li oprema proizvoditi kisik, već njezina sposobnost smanjivanja. Proizvodnja čelika nije stalno opterećenje-održavanje visoke peći, gašenje pretvarača i prilagodba linije valjanja mogu uzrokovati fluktuaciju potražnje za kisikom za 20%-40% unutar nekoliko sati.
Moderni kriogeni sustavi za odvajanje zraka obično usvajaju zreli proces pročišćavanja molekularnim sitom + booster turboexpander + strukturirana kolona za pakiranje. Strukturirani stup za pakiranje, u kombinaciji s DCS kontrolnim sustavom, omogućuje glatku prilagodbu opterećenja unutar raspona od 30%-105%, dok tekući pomoćni sustav (spremnik tekućeg kisika + isparivač) može odgovoriti na vršne zahtjeve za nekoliko minuta. Ovaj kombinirani operativni model "proizvodnje plina + pričuva tekućine" trenutno predstavlja najbolju ravnotežu između sigurnosti i ekonomičnosti u sustavima kisika u čeličanama.
S inženjerskog stajališta, u dobro-projektiranom kriogenom sustavu za odvajanje zraka, proizvodnja plinovitog kisika trebala bi pokriti približno 80% prosječne potrebe željezare za kisikom, s preostalim vršnim jazom nadopunjenim isparavanjem tekućeg kisika. Ovim pristupom izbjegava se povećanje potrošnje energije uzrokovano čestim promjenama opterećenja na jedinici za odvajanje zraka i smanjuje rizik od zamora opreme.
Skrivene inženjerske prednosti kriogene separacije zraka
Osim same opskrbe kisikom, kriogeno odvajanje zraka nudi dvije vrijednosti koje se lako zanemaruju.
Prvo, ko-vrijednost proizvodnje dušika i argona. Industrija čelika zahtijeva ne samo kisik nego i dušik za procesnu zaštitu, pročišćavanje i zrak za instrumente. Kriogeno odvajanje zraka može istovremeno proizvoditi dušik različite čistoće dok se odvaja kisik. Za proizvodnju nehrđajućeg čelika, argon je bitan zaštitni plin. Kriogeno odvajanje zraka može isporučiti kisik, dušik i argon istovremeno-sposobnošću "jedan-do-tri" s ukupnom energetskom učinkovitošću koja daleko premašuje onu odvojene proizvodnje kisika plus kupljenih plinova.
Drugo, otpornost opskrbe putem tekućih rezervi. Mnogi čelični projekti fokusiraju se samo na plin iz cjevovoda tijekom planiranja izvora plina, zanemarujući smanjenje rizika koje pružaju tekuće rezerve. Ako jedinica za odvajanje zraka doživi neplanirano gašenje bez dovoljnog skladišta tekućeg kisika na licu mjesta, cijelo postrojenje se suočava s prekidom proizvodnje. Zreli projekti kriogene separacije zraka obično konfiguriraju 48-72 sata rezervnog kapaciteta tekućeg kisika, minimizirajući ekonomske gubitke od neplaniranih zastoja.
Tri lako podcijenjena problema u odabiru i radu
Sljedeće vrste problema često se ponavljaju u stvarnim projektima i zaslužuju usredotočenu pozornost čeličana tijekom faze dizajna rješenja:
1. Pouzdanost sustava cirkulirajuće vode: Kriogeno odvajanje zraka oslanja se na cirkulirajuću vodu za hlađenje daleko više nego što većina ljudi zamišlja. Tvrdoća vode, temperaturne fluktuacije i redundancija crpke-svaki problem u tim područjima može izravno uzrokovati isključivanje jedinice za odvajanje zraka. Preporuča se usvojiti konfiguraciju "dvostruka opskrba vodom + neovisni modul rashladnog tornja" u fazi projektiranja.
2. Harmonici u elektroenergetskom sustavu i utjecaj prenapona: veliko pokretanje zračnog kompresora utječe na elektroenergetsku mrežu postrojenja, dok ekstenzivna uporaba pogona s promjenjivom frekvencijom uvodi probleme s harmonicima. Same čeličane su veliki-korisnici energije sa složenim energetskim okruženjima. Električni dizajn za jedinicu za odvajanje zraka mora biti integriran s-proračunom elektroenergetskog sustava cijele tvornice; u protivnom može doći do pogrešnog rada zaštitnih uređaja.
3. Rezervni dijelovi i ciklusi održavanja: Ciklusi zamjene molekularnih sita, životni vijek ležajeva turboekspandera i stope povećanja pada tlaka u glavnom izmjenjivaču topline-ovi naizgled rutinski parametri, ako nisu usklađeni s vremenskim okvirima godišnjeg održavanja čeličane, mogu izazvati kaskadna neplanirana gašenja. Preporučljivo je obrnuti-inženjering rasporeda održavanja glavnog procesa čelika na temelju ciklusa održavanja jedinice za odvajanje zraka.
Kriogeno odvajanje zraka nije nova tehnologija, ali njezina inženjerska dubina u opskrbi kisikom za industriju čelika još je daleko od potpunog istraživanja. Dobro-projektiran kriogeni sustav za odvajanje zraka ne bi se trebao nabavljati i njime se upravljati kao s "komotom crne kutije", već bi se s njim trebalo postupati kao s procesnom jedinicom jednako važnom kao visoke peći i pretvarači.
Shenger Gas je oduvijek vjerovao da vrijednost tehničkih članaka nije u promociji, već u pomaganju inženjerima da izbjegnu zaobilaznice. Točka integracije između kriogenog odvajanja zraka i proizvodnje čelika nisu brojke na podatkovnoj tablici opreme, već stabilan tlak kisika tijekom svake smjene, pravovremeni dodatni plin tijekom svakog vrhunca i pouzdan rad tijekom svakog ciklusa održavanja.
Čeličanama koje planiraju ili nadograđuju svoje sustave opskrbe kisikom, umjesto da budu opsjednute jednom-markom opreme, mnogo se više isplati uložiti trud u usklađivanje sustava i projektiranje rezervnog kapaciteta-to je često pravi ključ za određivanje dugoročnih-operativnih troškova.
