Виробництво сталі завжди було балансуванням між ефективністю та вартістю. У основних процесах, таких як вдування вугілля, збагаченого-киснем у доменній печі, виробництво сталі в електродуговій печі та покращення спікання, чистота, тиск і стабільність подачі кисню безпосередньо визначають споживання енергії на тонну та максимальні обсяги виробництва. Серед усіх технологій виробництва кисню кріогенне розділення повітря стало основою для постачання газу на інтегрованих металургійних заводах завдяки його великим масштабам, високій чистоті та економічним перевагам.
Протягом багатьох років обслуговування металургійної та хімічної промисловості Shenger Gas помітила, що багато металургійних проектів, як правило, надто сильно зосереджуються на початкових інвестиціях у обладнання під час вибору рішення для постачання кисню, не звертаючи уваги на відповідність між кріогенним відділенням повітря та ритмом виробництва сталі. У цій статті розглядається інженерний погляд, щоб зрозуміти, як кріогенне відділення повітря справді служить безперервності та коливанням виробництва сталі.
Чому сталеливарна промисловість не може обійтися без кріогенної сепарації повітря
Потреба в кисні на металургійних заводах має дві відмінні характеристики: безперервне високе-базове навантаження та періодичні короткочасні-піки. Доменні печі вимагають безперервного збагачення киснем 24/7, тоді як конвертери потребують миттєвого високого потоку протягом періодів видування.
Хоча мембранне розділення й адсорбція коливань тиску (PSA/VPSA) забезпечують гнучкість у малих-масштабах, середніх-сценаріях-чистоти, кріогенне розділення повітря залишається єдиним інженерно-зрілим варіантом із найнижчою вартістю одиниці кисню, коли потреби в кисні становлять десятки тисяч Нм³/год і вимоги до чистоти понад 90%. Використовуючи низько{5}}температурну дистиляцію, кріогенне розділення повітря розділяє повітря на кисень, азот і аргон, при цьому продуктивність одного-потока досягає понад 100 000 Нм³/год, а чистота кисню стабільно перевищує 99,6%, що повністю відповідає вимогам сталеплавильного процесу.
Технічне узгодження між кріогенним розділенням повітря та ритмом виробництва сталі
Інженерів на місці-справді турбує рідко те, чи здатне обладнання виробляти кисень, а радше його здатність зменшувати. Виробництво сталі не є постійним навантаженням-Технічне обслуговування доменної печі, зупинка конвертера та налаштування прокатної лінії можуть спричинити коливання потреби в кисні на 20%-40% протягом годин.
Сучасні кріогенні системи поділу повітря зазвичай застосовують зрілий процес очищення молекулярних сит + додатковий турбодетандер + структурована насадкова колона. Структурована набивна колона в поєднанні з системою керування DCS дозволяє плавно регулювати навантаження в діапазоні 30%-105%, тоді як резервна система рідини (резервуар для зберігання рідкого кисню + випарник) може реагувати на пікові навантаження за лічені хвилини. Ця комбінована робоча модель «виробництво газу + запас рідини» наразі представляє найкращий баланс між безпекою та економічністю в кисневих системах металургійного заводу.
З інженерної точки зору, у добре-спроектованій кріогенній системі розділення повітря виробництво газоподібного кисню має покривати приблизно 80% середньої потреби металургійного заводу в кисні, а решта пікового проміжку доповнюється випаровуванням рідкого кисню. Такий підхід дозволяє уникнути збільшення енергоспоживання, спричиненого частою зміною навантаження на повітророзділювальну установку, і зменшити ризик втоми обладнання.
Приховані технічні переваги кріогенного розділення повітря
Крім самого постачання кисню, кріогенне розділення повітря пропонує дві цінності, які легко пропустити.
По-перше, значення-спільного виробництва азоту й аргону. Металургійній промисловості потрібен не тільки кисень, але й азот для захисту процесу, продувки та повітря приладів. Кріогенне розділення повітря може одночасно виробляти азот різної чистоти під час відділення кисню. Для виробництва нержавіючої сталі аргон є важливим захисним газом. Кріогенне розділення повітря може доставляти кисень, азот і аргон одночасно-з потужністю «один--три» із загальною енергоефективністю, що значно перевищує ефективність окремого виробництва кисню та придбаних газів.
По-друге, стійкість пропозиції через ліквідні запаси. Багато металургійних проектів зосереджені лише на трубопровідному газі під час планування джерела газу, ігноруючи зниження ризику, яке забезпечують рідкі запаси. Якщо повітророзділювальний блок зазнає незапланованої зупинки без достатнього сховища рідкого кисню на місці, весь завод зіткнеться із зупинкою виробництва. Зрілі проекти кріогенного розділення повітря зазвичай налаштовують резервну потужність рідкого кисню на 48-72 години, мінімізуючи економічні втрати від незапланованих простоїв.
Три проблеми, які легко недооцінити у виборі та експлуатації
Наступні типи проблем часто повторюються в реальних проектах і заслуговують на те, щоб металургійні компанії звернули увагу на етапі розробки рішення:
1. Надійність системи циркуляції води: кріогенне відділення повітря залежить від циркуляції охолоджувальної води набагато більше, ніж більшість людей уявляють. Жорсткість води, коливання температури та резервування насоса-будь-яка проблема в цих областях може безпосередньо спричинити відключення повітророзділювального пристрою. На етапі проектування рекомендується прийняти конфігурацію «подвійне водопостачання + незалежний модуль градирні».
2. Гармоніки системи живлення та вплив стрибків напруги: великий запуск повітряного компресора впливає на електромережу заводу, тоді як широке використання приводів змінної частоти створює проблеми з гармоніками. Металургійні заводи самі є-споживачами енергії зі складним енергетичним середовищем. Електричний проект блоку поділу повітря має бути інтегрований із розрахунком-енергетичної системи підприємства; в іншому випадку може виникнути неправильна робота захисного пристрою.
3. Запасні частини та цикли технічного обслуговування: цикли заміни молекулярних сит, термін служби підшипників турбодетандера та темпи збільшення падіння тиску в головному теплообміннику-ці, здавалося б, звичайні параметри, якщо вони не відповідають вікнам щорічного технічного обслуговування металургійного заводу, можуть спровокувати каскадні незаплановані зупинки. Доцільно змінити-розклад технічного обслуговування основного процесу виробництва сталі на основі циклів технічного обслуговування блоку повітророзділення.
Кріогенне розділення повітря не є новою технологією, але її інженерні глибини в постачанні киснем для сталеливарної промисловості залишаються далеко не повністю вивченими. Добре-спроектовану систему кріогенного поділу повітря не слід закуповувати та керувати як «частину обладнання чорної скриньки», а слід розглядати як технологічну одиницю, таку ж важливу, як доменні печі та конвертери.
Компанія Shenger Gas завжди вважала, що цінність технічних статей полягає не в рекламі, а в тому, щоб допомогти інженерам уникнути обхідних шляхів. Точкою інтеграції між кріогенним поділом повітря та виробництвом сталі є не цифри в технічному паспорті обладнання, а стабільний тиск кисню протягом кожної зміни, своєчасна додаткова подача газу під час кожного піку та надійна робота протягом кожного циклу технічного обслуговування.
Для металургійних компаній, які планують або модернізують свої системи постачання кисню, замість того, щоб захоплюватися окремими-брендами обладнання, набагато вигідніше докласти зусиль у відповідність системи та проектування резервної потужності-це часто є справжнім ключем до визначення довгострокових-експлуатаційних витрат.
