Producția de oțel a fost întotdeauna un act de echilibru între eficiență și cost. În procesele de bază, cum ar fi injecția de cărbune îmbogățit cu oxigen-de furnal, fabricarea oțelului în cuptorul cu arc electric și îmbunătățirea sinterizării, puritatea, presiunea și stabilitatea furnizării de oxigen determină direct consumul de energie pe tonă și plafoanele de producție. Printre toate tehnologiile de producere a oxigenului, separarea criogenică a aerului a devenit logica de bază pentru furnizarea de gaz în fabricile integrate de oțel, datorită avantajelor sale mari, purității ridicate și economice.
De-a lungul anilor în care a servit industria metalurgică și chimică, Shenger Gas a observat că multe proiecte din oțel tind să se concentreze prea mult pe investiția inițială în echipamente în timpul selecției soluției de alimentare cu oxigen, trecând în același timp cu vederea relația de potrivire dintre separarea aerului criogenic și ritmul producției de oțel. Acest articol are o perspectivă inginerească pentru a detalia modul în care separarea criogenică a aerului servește cu adevărat continuității și fluctuațiilor producției de oțel.
De ce industria siderurgică nu se poate descurca fără separarea criogenică a aerului
Cererea de oxigen din fabricile siderurgice are două caracteristici distincte: încărcare de bază continuă de{0}}volum mare și vârfuri periodice pe termen scurt-. Furnalele necesită îmbogățire neîntreruptă cu oxigen 24/7, în timp ce convertoarele au nevoie de un debit mare instantaneu în timpul perioadelor de suflare.
Deși separarea prin membrană și adsorbția variabilă a presiunii (PSA/VPSA) oferă flexibilitate în scenarii de puritate-mică, medie-, separarea criogenică a aerului rămâne singura opțiune de inginerie-matură cu cel mai mic cost unitar al oxigenului atunci când se confruntă cu cerințe de oxigen de zeci de mii de Nm³/h și cerințe de puritate de peste 90%. Folosind distilarea la temperatură joasă-, separarea criogenică a aerului separă aerul în oxigen, azot și argon, cu capacități ale unui singur-tren care ating peste 100.000 Nm³/h și puritatea oxigenului stabilă peste 99,6%, îndeplinind pe deplin cerințele procesului de fabricare a oțelului.
Potrivirea tehnică între separarea criogenică a aerului și ritmul producției de oțel
Ceea ce îi deranjează cu adevărat pe-inginerii de șantier este rareori dacă echipamentul poate produce oxigen, ci mai degrabă capacitatea sa de turndown. Producția de oțel nu este o sarcină constantă-întreținerea furnalului, opririle convertoarelor și ajustările liniei de laminare pot determina fluctuația cererii de oxigen cu 20%-40% în câteva ore.
Sistemele moderne de separare a aerului criogenic adoptă de obicei procesul matur de purificare prin sită moleculară + turboexpansor de rapel + coloană de ambalare structurată. Coloana de ambalare structurată, combinată cu un sistem de control DCS, permite reglarea lină a sarcinii într-un interval de 30%-105%, în timp ce sistemul de rezervă lichid (rezervor de oxigen lichid + vaporizator) poate răspunde solicitărilor de vârf în câteva minute. Acest model de operare combinat de „producție gazoasă + rezervă de lichid” reprezintă în prezent cel mai bun echilibru între siguranță și economie în sistemele de oxigen din oțel.
Din punct de vedere ingineresc, într-un sistem de separare a aerului criogenic bine proiectat-, producția de oxigen gazos ar trebui să acopere aproximativ 80% din necesarul mediu de oxigen al fabricii de oțel, cu decalajul de vârf rămas completat de vaporizarea oxigenului lichid. Această abordare evită creșterea consumului de energie cauzată de schimbările frecvente ale sarcinii la unitatea de separare a aerului și reduce riscul de oboseală a echipamentului.
Avantajele ingineriei ascunse ale separării criogenice a aerului
Dincolo de furnizarea de oxigen în sine, separarea criogenică a aerului oferă două valori ușor de trecut cu vederea.
În primul rând, valoarea de co-producție a azotului și argonului. Industria siderurgică necesită nu numai oxigen, ci și azot pentru protecția procesului, purjare și aer pentru instrumente. Separarea criogenică a aerului poate produce simultan azot la diferite purități în timp ce se separă oxigenul. Pentru producția de oțel inoxidabil, argonul este un gaz de protecție esențial. Separarea criogenică a aerului poate furniza simultan oxigen, azot și argon-o capacitate „unu-la{-trei”, cu o eficiență energetică globală care o depășește cu mult pe cea a producției separate de oxigen plus gazele achiziționate.
În al doilea rând, rezistența furnizării prin rezerve lichide. Multe proiecte siderurgice se concentrează doar pe gazul conductelor în timpul planificării sursei de gaze, ignorând diminuarea riscului oferit de rezervele lichide. Dacă unitatea de separare a aerului se confruntă cu o oprire neplanificată fără stocare suficientă a oxigenului lichid la fața locului, întreaga fabrică se confruntă cu oprirea producției. Proiectele mature de separare a aerului criogenic configurează în mod obișnuit 48-72 de ore de capacitate de rezervă de oxigen lichid, reducând la minimum pierderile economice din timpul neplanificat.
Trei probleme ușor subestimate în selecție și operare
Următoarele tipuri de probleme apar frecvent în proiectele reale și merită o atenție concentrată din partea companiilor siderurgice în timpul fazei de proiectare a soluției:
1. Fiabilitatea sistemului de circulație a apei: Separarea criogenică a aerului se bazează pe circulația apei de răcire mult mai mult decât își imaginează majoritatea oamenilor. Duritatea apei, fluctuațiile de temperatură și redundanța pompei-orice problemă în aceste zone poate cauza în mod direct oprirea unității de separare a aerului. Se recomandă adoptarea unei configurații „alimentare dublă cu apă + modul independent turn de răcire” în faza de proiectare.
2. Armonice ale sistemului de alimentare și impact de supratensiune: pornirea compresorului de aer mare are un impact asupra rețelei electrice a centralei, în timp ce utilizarea pe scară largă a variatoarelor de frecvență introduce probleme armonice. Instalațiile siderurgice în sine sunt utilizatori-de energie, cu medii energetice complexe. Proiectarea electrică a unității de separare a aerului trebuie să fie integrată cu calculul sistemului de putere la nivel de instalație-; în caz contrar, pot apărea defecțiuni ale dispozitivului de protecție.
3. Piese de schimb și cicluri de întreținere: ciclurile de înlocuire a sitelor moleculare, durata de viață a rulmentului turboexpandtorului și ratele de scădere a presiunii schimbătorului de căldură principal cresc-acești parametri aparent de rutină, dacă nu se potrivesc cu ferestrele anuale de întreținere a fabricii de oțel, pot declanșa opriri neplanificate în cascadă. Este recomandabil să faceți-proiectarea inversă a programului de întreținere a procesului principal de oțel pe baza ciclurilor de întreținere ale unității de separare a aerului.
Separarea criogenică a aerului nu este o tehnologie nouă, dar adâncimea sa de inginerie în furnizarea de oxigen pentru industria siderurgică rămâne departe de a fi pe deplin explorată. Un sistem de separare a aerului criogenic bine proiectat-nu ar trebui să fie achiziționat și gestionat ca un „echipament cutie neagră”, ci ar trebui tratat ca o unitate de proces la fel de importantă ca furnalele și convertizoarele.
Shenger Gas a crezut întotdeauna că valoarea articolelor tehnice nu constă în promovare, ci în a ajuta inginerii să evite ocolurile. Punctul de integrare dintre separarea criogenică a aerului și producția de oțel nu sunt numerele de pe fișa tehnică a echipamentului, ci presiunea stabilă a oxigenului în timpul fiecărei ture, gazul suplimentar în timp util în fiecare vârf și funcționarea fiabilă pe parcursul fiecărui ciclu de întreținere.
Pentru companiile siderurgice care își planifică sau își modernizează sistemele de alimentare cu oxigen, mai degrabă decât să fie obsedați de mărci unice de echipamente-, este mult mai util să investească efort în potrivirea sistemelor și proiectarea capacității de rezervă-aceasta este adesea cheia reală pentru determinarea costurilor de operare pe termen lung-.
