انرژی-عملیات بهینه‌سازی صرفه‌جویی برای یک واحد جداسازی هوا با سرعت 45000 M³/h

واحد جداسازی هوا (ASU) از پیش تصفیه دمای محیط{0}}الک مولکولی، خنک‌سازی انبساط توربین تقویت‌کننده هوا، تقطیر دو ستونی-و فشرده‌سازی داخلی دوگانه-پمپ برای اکسیژن مایع و نیتروژن مایع استفاده می‌کند. ظرفیت تولید اکسیژن طراحی شده 45000 مترمکعب در ساعت است که کمپرسور هوا و تقویت کننده توسط یک توربین بخار در پیکربندی "یک-به-دو" هدایت می شود. با فرض اطمینان از تامین اکسیژن و نیتروژن پایدار به واحدهای گازی سازی و سنتز پایین دست، این مطالعه راهبردهای کاهش-صرفه‌جویی و مصرف{10}} انرژی را از طریق تجزیه و تحلیل مصرف انرژی و اقدامات عملیاتی بهینه بررسی می‌کند. هدف بهبود کارایی کلی سیستم و کاهش هزینه های عملیاتی است.

 

 

 

تجزیه و تحلیل مصرف انرژی فعلی

 

ASU برای ظرفیت تولید اکسیژن 45000 مترمکعب بر ساعت، با یک توربین بخار پشتیبان جریان طراحی بخار با فشار بالا 168 تن در ساعت، شامل جریان استخراج تقریباً 28 تن در ساعت، طراحی شده است. کمپرسور هوا دارای توان شفت 21000 کیلووات و بوستر دارای توان شفت 18000 کیلووات می باشد. محاسبات بهره وری انرژی نشان می دهد که واحد کمپرسور هوا حدود 95 درصد از کل انرژی مصرفی را به خود اختصاص می دهد.

در عمل، ASU معمولاً با سرعتی در حدود 36000 متر مکعب بر ساعت، تقریباً 80 درصد بار طراحی، کار می کند، در حالی که مصرف توربین بخار تقریباً 160 تن در ساعت، نزدیک به سطح طراحی، باقی می ماند. این عدم تطابق بین بار و مصرف انرژی نشان می دهد که کلید صرفه جویی در انرژی در بهینه سازی عملکرد واحد کمپرسور هوا نهفته است.

 

اقدامات بهینه سازی

 

●بهینه سازی عملیات توسعه دهنده توربین

منحنی ضد{0}}غالب اولیه منبسط کننده بیش از حد بالا تنظیم شد و دریچه رفلاکس در 15% باز ماند و در نتیجه راندمان خنک کننده پایینی داشت. با تنظیم منحنی ضد-سرج، بستن شیر برگشتی، و افزایش باز شدن پره راهنما برای افزایش سرعت منبسط کننده، ظرفیت خنک کننده دستگاه تضمین می شود، فشار خروجی بوستر کاهش می یابد و مصرف بخار با فشار بالا توسط توربین کاهش می یابد.

● بهبود مبدل حرارتی

کیفیت پایین آب در گردش، کارایی مبدل حرارتی را کاهش می دهد. با نصب شیرهای بای پس و اجرای شستشوی معکوس آنلاین معمولی، دمای مبدل حرارتی تقویت کننده{1}پایان 4 تا 5 کلوین کاهش یافت که به طور قابل توجهی عملکرد خنک کننده منبسط کننده را بهبود بخشید. علاوه بر این، نظارت بر اختلاف دما در انتهای حرارتی مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با فشار پایین- از اتلاف خنک‌کننده جلوگیری می‌کند.

●هماهنگی کمپرسور هوا و بوستر

بار کمپرسور هوا را به طور مناسب کاهش دهید و سرعت پایین‌تر را در حین حفظ فشار ستون پایین- پایدار نگه دارید. زاویه پره راهنمای ورودی را کاهش دهید.

از فیلترهای هوای تمیز برای کاهش مقاومت ورودی و بهبود راندمان تراکم اطمینان حاصل کنید.

برای حفظ پایداری فشارهای مرحله دوم- و-در مرحله دوم-باز شدن سوپاپ ضد افزایش را روی 5% تنظیم کنید.

فشار تخلیه کمپرسور هوا را برای تطبیق بهتر خروجی ASU با تقاضای پایین دست بهینه کنید.

● تنظیم ستون تقطیر

با تنظیم نسبت رفلاکس، محتوای اکسیژن موجود در ضایعات نیتروژن به 2-3٪ کاهش می یابد، خلوص نیتروژن مایع در ستون پایینی تضمین می شود و بازیابی اکسیژن بهبود می یابد، که بار کمپرسور هوا را کاهش می دهد.

●بهینه سازی عملیات جاذب الک مولکولی

برای کاهش نوسانات جریان هوا و به حداقل رساندن تأثیر سوئیچینگ بر روی سیستم تقطیر، زمان فشار غربال مولکولی را تا 25 دقیقه افزایش دهید. دمای تصفیه سرد را بالای 125 درجه نگه دارید و چرخه سوئیچینگ را از 4 ساعت به 6 ساعت افزایش دهید تا در مصرف بخار صرفه جویی شود و هزینه های عملیاتی کاهش یابد.

 

اثرات بهینه سازی

پس از بهینه سازی، ASU به طور پایدار کار می کند و مصرف کلی انرژی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. مقایسه شاخص های عملیاتی قبل و بعد از بهینه سازی در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1. مقایسه شاخص های عملیاتی ASU قبل و بعد از بهینه سازی

 

پارامتر عملیاتی	قبل از بهینه سازی	پس از بهینه سازی
توربین بخار{0}}مصرف بخار با فشار بالا، t/h	135	125
فشار تخلیه کمپرسور هوا، MPa	0.498	0.490
فشار خروجی مرحله دوم بوستر، MPa	2.70	2.55
فشار خروجی مرحله سوم تقویت کننده، MPa	6.6	6.3
باز شدن دریچه رفلاکس اکسپندر، %	15	0
سرعت توربین بخار، r/min	4450	4250

 

محاسبات نشان می‌دهد که تقریباً 70000 تن بخار-فشار بالا می‌تواند سالانه ذخیره شود، که نشان‌دهنده صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مزایای اقتصادی قابل توجهی است.

 

نتیجه گیری

با بهینه سازی منبسط کننده، مبدل های حرارتی، کمپرسور هوا و هماهنگی تقویت کننده، ستون های تقطیر، و جاذب های غربال مولکولی، ASU به طور قابل توجهی بازده انرژی بهبود یافته و هزینه های عملیاتی کاهش می یابد. اقدامات صرفه‌جویی در مصرف انرژی پیشنهاد شده در این مطالعه برای ASU‌های فشرده‌سازی داخلی-توربین‌محرکه-کاربرد دارد و ارزش تبلیغاتی گسترده‌ای برای شرکت‌های تولید آمونیاک در مقیاس بزرگ و شرکت‌های شیمیایی زغال‌سنگ دارد و به طور موثر مصرف انرژی جامع در هر تن آمونیاک را کاهش می‌دهد.