Cách giảm mức tiêu thụ năng lượng trong thiết bị tách khí

Tiêu thụ năng lượng quyết định khả năng tài chính của việc sản xuất khí đông lạnh. Việc rút điện chiếm từ 70% đến 80% tổng chi phí vận hành ở hầu hết các cơ sở. Các nhà khai thác phải đối mặt với một thách thức kép ngày hôm nay. Chi phí điện công nghiệp toàn cầu tăng khó lường trong khi các yêu cầu về tính bền vững ngày càng khắt khe hơn. Sự kết hợp này làm giảm đáng kể lợi nhuận hoạt động của các cơ sở dựa vào cơ sở hạ tầng truyền thống. Bạn không thể dựa vào bảo trì cơ bản để duy trì tính cạnh tranh. Bạn cần một quy trình đánh giá có cấu trúc để xác định mức tăng hiệu quả thực sự. Chúng ta sẽ khám phá cách trang bị thêm phần cứng, kiểm soát quy trình nâng cao, tối ưu hóa nhiệt động lực học và chiến lược đáp ứng nhu cầu mang lại lợi nhuận có thể kiểm chứng được. Bạn sẽ học cách đánh giá một cách có hệ thống nhà máy của mình, nhắm mục tiêu vào các nguồn năng lượng lớn nhất và thực hiện các nâng cấp nhằm trực tiếp giảm mức tiêu thụ điện năng cụ thể.

• Tối ưu hóa Máy nén khí chính (MAC) và máy nén sản phẩm, cùng với các bộ truyền động tốc độ thay đổi (VSD), mang lại tác động tức thời cao nhất trong việc giảm công suất tải cơ bản.

• Phần mềm Kiểm soát quy trình nâng cao (APC) và Kiểm soát dự đoán mô hình (MPC) có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng cụ thể từ 2% đến 5% mà không yêu cầu chi phí vốn lớn (CAPEX).

• Tối ưu hóa các hệ thống phụ trợ, chẳng hạn như Bộ lọc trước (PPU) và mạng lưới nước làm mát, mang lại hiệu quả nhiệt động tổng hợp.

• Việc đánh giá nâng cấp đòi hỏi phải cân bằng mức tăng hiệu suất nhiệt động với các hạn chế về độ tinh khiết của sản phẩm, biến động giá lưới và thời gian ngừng hoạt động của nhà máy có thể xảy ra.

• Việc đảm bảo hiệu suất và kiểm tra cơ bản nghiêm ngặt là rất quan trọng khi đưa vào danh sách rút gọn các nhà cung cấp cho các dự án tối ưu hóa năng lượng trong Nhà máy Tách khí.

Những thách thức về năng lượng đối với các thiết bị tách khí

Giảm mức tiêu thụ năng lượng của bộ tách khí (ASU) bắt đầu bằng việc xác định những người sử dụng điện chính và thiết lập các tiêu chuẩn hiệu suất đáng tin cậy. Máy nén, thiết bị lọc và hệ thống làm lạnh là những lĩnh vực quan trọng để nâng cao hiệu quả.

1. Tiêu thụ năng lượng chính trong các nhà máy tách khí

Máy nén khí chính (MAC) thường là một trong những thiết bị tiêu thụ điện lớn nhất trong nhà máy tách khí đông lạnh.

Những người sử dụng năng lượng lớn khác bao gồm:

• Máy nén khí tăng áp (BAC): Cung cấp khả năng nén bổ sung khi được yêu cầu.

• Máy nén sản phẩm: Cung cấp oxy hoặc nitơ ở áp suất xác định.

• Hệ thống lạnh: Cung cấp khả năng làm mát cho quá trình tách đông lạnh và sản xuất chất lỏng.

Ưu đãi của Kim Hoa Gas Thiết bị tách không khí đông lạnh tiên tiến để sản xuất oxy và nitơ công nghiệp.

2. Thiết bị phụ trợ và tổn thất năng lượng tiềm ẩn

Thiết bị hỗ trợ cũng góp phần vào tổng chi phí vận hành.

Máy sưởi tái sinh tiền lọc, máy bơm nước làm mát và hệ thống thông gió tiêu thụ năng lượng trong quá trình hoạt động liên tục.

Tối ưu hóa các hệ thống này có thể giảm mức tiêu thụ tiện ích mà không yêu cầu sửa đổi lớn về nhà máy.

3. Đo mức tiêu thụ điện năng cụ thể

Mức tiêu thụ năng lượng cụ thể (SPC) đo lượng điện cần thiết để sản xuất một đơn vị khí đốt, thường được biểu thị bằng kWh/Nm³.

Người vận hành nên theo dõi:

• Tổng lượng điện tiêu thụ.

• Sản xuất oxy và nitơ.

• Độ tinh khiết của sản phẩm và áp suất giao hàng.

• Nước làm mát và tiêu thụ tiện ích khác.

• Hiệu suất thiết bị dưới các tải vận hành khác nhau.

Việc so sánh nên sử dụng các điều kiện sản xuất và ranh giới đo lường nhất quán.

4. Tiến hành Kiểm toán Năng lượng ASU

Kiểm toán năng lượng có cấu trúc giúp xác định sự thiếu hiệu quả của thiết bị trước khi đầu tư nâng cấp.

Kiểm toán năng lượng nên so sánh dữ liệu vận hành hiện tại với thông số kỹ thuật thiết kế thiết bị và hiệu suất trước đây.

Nâng cấp thiết bị và điều chỉnh máy nén

Tối ưu hóa máy nén mang đến những cơ hội quan trọng để giảm mức tiêu thụ điện năng trong các nhà máy tách khí hiện có. Việc nâng cấp hiệu quả nhất phụ thuộc vào tình trạng thiết bị, tải trọng vận hành và yêu cầu sản xuất.

1. Nâng cấp máy nén khí chính

Cánh quạt máy nén, bộ khuếch tán và hệ thống điều khiển đầu vào được cải tiến có thể làm tăng hiệu suất nén.

Đối với các cơ sở đã cũ, người vận hành nên đánh giá tình trạng cơ học và hiệu suất thực tế trước khi xem xét thay thế thiết bị.

Mức tiết kiệm năng lượng dự kiến ​​đòi hỏi phải tính toán kỹ thuật cho từng dự án cụ thể.

2. Tối ưu hóa ổ đĩa tốc độ biến thiên (VSD)

Bộ truyền động tốc độ thay đổi điều chỉnh tốc độ động cơ máy nén theo nhu cầu vận hành.

Chúng có thể cải thiện hiệu quả tải từng phần trong các ứng dụng phù hợp, đặc biệt khi yêu cầu sản xuất thay đổi.

Tuy nhiên, VSD không phù hợp với mọi cấu hình máy nén. Giới hạn hoạt động, khả năng chống đột biến và khả năng tương thích của hệ thống phải được đánh giá.

3. Bảo dưỡng bộ làm mát và bộ trao đổi nhiệt

Bộ làm mát liên động loại bỏ nhiệt giữa các giai đoạn nén , giảm năng lượng cần thiết cho quá trình nén tiếp theo.

Hiệu suất làm mát kém hoặc bám bẩn có thể làm tăng mức tiêu thụ điện năng của máy nén.

Thường xuyên vệ sinh, theo dõi nhiệt độ và quản lý nước làm mát giúp duy trì hiệu quả vận hành.

4. Tối ưu hóa máy nén sản phẩm oxy và nitơ

Máy nén sản phẩm phải hoạt động hiệu quả ở áp suất phân phối và tốc độ dòng chảy yêu cầu.

Những cải tiến tiềm năng bao gồm kiểm soát công suất phù hợp, bảo trì hệ thống làm mát và kiểm tra cơ khí.

Máy nén oxy cũng yêu cầu khả năng tương thích vật liệu nghiêm ngặt, độ sạch và kiểm soát an toàn.

Đối với những người mua công nghiệp đang đánh giá các giải pháp thiết bị hoàn chỉnh, hãy khám phá Jinhua Gas's Phạm vi nhà máy tách không khí .

Danh sách kiểm tra tối ưu hóa máy nén

Hệ thống điều khiển tiên tiến và vận hành tự động

Tự động hóa tiên tiến giúp các nhà máy tách không khí giảm mức tiêu thụ năng lượng, cải thiện độ ổn định của quy trình và đáp ứng nhu cầu khí đốt thay đổi. Các công nghệ như Điều khiển quy trình nâng cao (APC) và Điều khiển dự đoán mô hình (MPC) có thể tối ưu hóa các thông số vận hành mà không cần sửa đổi cơ học nhiều.

Kiểm soát quy trình nâng cao (APC) và MPC

Hệ thống APC và MPC sử dụng dữ liệu quy trình để tối ưu hóa hiệu suất của nhà máy.

Không giống như điều khiển PID truyền thống, MPC có thể dự đoán hành vi của quy trình và phối hợp nhiều thông số vận hành. Điều này có thể giúp giảm áp suất máy nén không cần thiết, ổn định độ tinh khiết của khí và cải thiện hiệu suất tổng thể.

Đối với các ứng dụng công nghiệp, Jinhua Gas cung cấp Thiết bị tách không khí đông lạnh tiên tiến với khả năng giám sát và kiểm soát quy trình tự động.

Tối ưu hóa phục hồi áp suất máy nén và Argon

Tối ưu hóa áp suất máy nén và điều kiện chưng cất có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng không cần thiết.

Hệ thống điều khiển tiên tiến có thể điều chỉnh áp suất xả của máy nén, hồi lưu cột và lưu lượng xử lý theo nhu cầu vận hành.

Để thu hồi argon, điều kiện cấp liệu ổn định và kiểm soát hồi lưu phù hợp giúp duy trì chất lượng sản phẩm và hiệu quả tách.

Kiểm soát tải theo sau tự động

Hệ thống theo dõi tải điều chỉnh sản lượng của cây theo sự thay đổi nhu cầu oxy và nitơ.

Điều khiển phối hợp máy nén, cột chưng cất và hệ thống làm lạnh giúp duy trì hoạt động ổn định ở các tốc độ sản xuất khác nhau.

Tuy nhiên, những thay đổi tải tự động phải nằm trong giới hạn của thiết bị và quy trình đã được xác nhận.

Cải tiến thiết bị hỗ trợ và thiết bị tiền lọc

Thiết bị phụ trợ có thể tiêu thụ ít điện năng riêng lẻ hơn so với máy nén chính, nhưng hoạt động liên tục khiến thiết bị này trở thành một phần quan trọng trong hiệu suất tổng thể của nhà máy.

Tối ưu hóa tái tạo sàng phân tử

Bộ phận tiền lọc (PPU) loại bỏ độ ẩm và carbon dioxide trước khi tách đông lạnh.

Chu trình tái sinh phải phù hợp với hiệu suất hấp phụ và điều kiện vận hành.

Khi được hỗ trợ bởi thiết kế hệ thống, việc tái tạo được giám sát hoặc thích ứng có thể giảm mức tiêu thụ khí đốt và làm sạch không cần thiết.

Tuy nhiên, quá trình tái sinh phải diễn ra trước khi chất gây ô nhiễm đạt đến mức đột phá không an toàn.

Thời gian cố định và tái tạo thích ứng

Tối ưu hóa máy bơm nước làm mát

Máy bơm nước làm mát phải phù hợp với yêu cầu làm mát thực tế.

Bộ truyền động tốc độ thay đổi (VSD) có thể giảm mức tiêu thụ điện khi điều kiện vận hành cho phép tốc độ bơm thấp hơn.

Người vận hành nên theo dõi lưu lượng nước, nhiệt độ và các yêu cầu làm mát thiết bị để duy trì hoạt động đáng tin cậy.

Điều khiển quạt tháp giải nhiệt

Quạt tháp giải nhiệt có thể sử dụng điều khiển tốc độ tự động để đáp ứng với các điều kiện môi trường thay đổi.

Hoạt động tối ưu của quạt có thể giảm mức tiêu thụ điện trong thời gian mát hơn trong khi vẫn duy trì nhiệt độ nước làm mát cần thiết.

Hiệu suất nhiệt và điều chỉnh chu trình quy trình

Hiệu suất trao đổi nhiệt chính

Bộ trao đổi nhiệt đông lạnh chính truyền nhiệt giữa không khí đi vào và dòng khí đi ra.

Giám sát chênh lệch nhiệt độ và giảm áp suất giúp người vận hành xác định việc truyền nhiệt không hiệu quả.

Duy trì phân phối dòng chảy thích hợp và độ sạch của thiết bị hỗ trợ hiệu suất nhiệt ổn định.

Hiệu quả giãn nở và phục hồi lạnh

Turboexpanders cung cấp khả năng làm lạnh cần thiết để tách không khí đông lạnh.

Hiệu suất của chúng phụ thuộc vào tình trạng thiết bị, áp suất vận hành và quy trình xử lý.

Kiểm tra thường xuyên và kiểm soát vận hành phù hợp giúp duy trì hiệu quả làm lạnh.

của Kim Hoa Gas Nhà máy tách không khí đông lạnh hiệu suất cao dành cho sản xuất thép kết hợp trao đổi nhiệt đông lạnh, giãn nở và giám sát tự động để sản xuất khí công nghiệp liên tục.

Giảm áp suất giảm

Giảm tổn thất áp suất không cần thiết có thể cải thiện hiệu quả tách khí tổng thể.

Các điểm kiểm tra quan trọng bao gồm:

• Bộ lọc không khí đầu vào.

• Thiết bị thanh lọc.

• Bộ trao đổi nhiệt.

• Van điều khiển và đường ống.

Người vận hành nên xác định sự sụt giảm áp suất quá mức và khắc phục chúng mà không ảnh hưởng đến an toàn quy trình hoặc hiệu suất phân tách.

Thực hành bảo trì để duy trì hiệu quả

Bảo trì phòng ngừa giúp duy trì hiệu quả năng lượng và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Bảo trì bộ lọc không khí

Theo dõi chênh lệch áp suất của bộ lọc và kiểm tra hiệu suất lọc thường xuyên.

Thay thế bộ lọc dựa trên thông số kỹ thuật của thiết bị và điều kiện vận hành thực tế thay vì chỉ dựa trên hình thức bên ngoài.

Giám sát tình trạng máy nén

Độ rung của máy nén, tình trạng ổ trục và chất lượng bôi trơn ảnh hưởng đến độ tin cậy của thiết bị.

Giám sát độ rung và phân tích dầu thường xuyên có thể giúp phát hiện các sự cố cơ học trước khi xảy ra hư hỏng nghiêm trọng.

Phát hiện và sửa chữa rò rỉ

Rò rỉ gas làm tăng tổn thất năng lượng và có thể tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn.

Tiến hành kiểm tra định kỳ hệ thống khí nén, kết nối khí của thiết bị, van và đường ống.

Việc kiểm tra rò rỉ trên thiết bị đông lạnh hoặc cung cấp oxy phải tuân theo các quy trình đã được phê duyệt.

Bảo trì cách nhiệt hộp lạnh

Cách nhiệt hộp lạnh hạn chế rò rỉ nhiệt vào quá trình đông lạnh.

Kiểm tra vỏ hộp lạnh, tình trạng cách nhiệt và hệ thống thanh lọc hoặc kiểm soát áp suất hiện hành.

Sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc hư hỏng cách điện phải được nhân viên có chuyên môn điều tra kịp thời.

Danh sách kiểm tra bảo trì nhà máy tách khí

Điều chỉnh phụ tải điện và phối hợp lưới điện

Dịch chuyển tải bằng kho đông lạnh

Chuyển tải có thể giúp giảm chi phí điện khi giá điện thay đổi trong ngày.

Các nhà máy có nơi lưu trữ oxy hoặc nitơ lỏng phù hợp có thể điều chỉnh lịch trình sản xuất để tận dụng giá điện thấp hơn.

Tuy nhiên, phải xem xét khả năng lưu trữ, tải trọng vận hành tối thiểu, nhu cầu khí đốt và yêu cầu cung cấp sản phẩm.

Đáp ứng nhu cầu lưới điện

Một số nhà máy tách khí công nghiệp có thể tham gia vào các chương trình đáp ứng nhu cầu điện.

Các chương trình này thưởng cho các cơ sở đủ điều kiện vì đã giảm hoặc điều chỉnh việc sử dụng điện trong những khoảng thời gian nhất định.

Việc tham gia phụ thuộc vào các quy định của thị trường điện địa phương, tính linh hoạt của nhà máy và nghĩa vụ cung cấp khí đốt theo hợp đồng.

Tích hợp năng lượng tái tạo

Mua sắm điện tái tạo có thể hỗ trợ sản xuất khí công nghiệp có hàm lượng carbon thấp hơn.

Các nhà khai thác tách khí có thể đánh giá các hợp đồng mua bán năng lượng tái tạo hoặc lập kế hoạch sản xuất dựa trên nguồn điện sẵn có.

Tuy nhiên, việc cung cấp khí đốt liên tục và vận hành nhà máy an toàn vẫn phải là những yêu cầu hàng đầu.

Chọn nhà máy tách khí tiết kiệm năng lượng

Đối với người mua công nghiệp, giải pháp tốt nhất nên cân bằng:

• Năng lực sản xuất và độ tinh khiết của khí.

• Tiêu thụ điện năng cụ thể.

• Khả năng điều khiển tự động.

• Tải linh hoạt và hoạt động ổn định.

• Yêu cầu bảo trì.

• Chi phí điện và vận hành dài hạn.

Khám phá Kim Hoa Gas's Giải pháp Nhà máy tách khí để sản xuất oxy, nitơ và argon tùy chỉnh.

Liên hệ với Jinhua Gas để thảo luận về công suất nhà máy, độ tinh khiết của khí, các yêu cầu tự động hóa và mục tiêu tiết kiệm năng lượng.

Tổng quan về các phương pháp tiết kiệm năng lượng

Xem lại sự so sánh sau đây của các chiến lược tối ưu hóa phổ biến. Ma trận này cân bằng mức giảm năng lượng dự kiến ​​với thời gian thực hiện và vốn cần thiết.

Phần kết luận

1. Lắp đặt đồng hồ đo công suất có độ chính xác cao trên tất cả các nguồn cấp dữ liệu máy nén chính để thiết lập đường cơ sở năng lượng chính xác.

2. Triển khai phần mềm Điều khiển dự đoán mô hình để tự động giảm áp suất động và thắt chặt tỷ lệ hồi lưu cột argon.

3. Nâng cấp Thiết bị tiền lọc của bạn lên chu trình tái tạo theo nhu cầu bằng cách sử dụng máy phân tích đột phá CO2 và độ ẩm.

4. Đánh giá Máy nén khí chính của bạn để biết các cải tiến khí động học cho cánh quạt hoặc tích hợp Bộ truyền động biến tốc.

5. Thực hiện quy trình giám sát chênh lệch áp suất hàng ngày cho các bộ lọc khí vào để tránh tình trạng máy nén bị thiếu.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi: Mục tiêu tiêu thụ năng lượng cụ thể tốt là gì?

Đáp: Các mục tiêu rất khác nhau dựa trên cơ cấu sản phẩm và quy mô nhà máy. Một nhà máy hiện đại sản xuất khí oxy thường đạt được từ 0,35 đến 0,45 kWh/Nm3. Các nhà máy sản xuất khối lượng lớn sản phẩm lỏng sẽ có mức tiêu thụ điện năng riêng cao hơn đáng kể do yêu cầu năng lượng hóa lỏng.

Hỏi: Chúng ta nên tiến hành kiểm toán năng lượng toàn diện bao lâu một lần?

Đáp: Bạn nên tiến hành kiểm toán năng lượng toàn diện từ ba đến năm năm một lần. Bạn phải liên tục theo dõi các chỉ số hiệu suất chính như mức tiêu thụ điện năng cụ thể và hiệu suất đa hướng của máy nén thông qua hệ thống điều khiển phân tán của mình.

Hỏi: Chúng tôi có thể lắp đặt VSD trên máy nén tốc độ cố định hiện có không?

Đ: Có, việc trang bị thêm VSD là điều bình thường. Trước tiên, bạn phải tiến hành phân tích rung động xoắn. Việc thay đổi tốc độ vận hành có thể kích thích các tần số riêng trong động lực học của rôto, có khả năng gây ra hư hỏng cơ học nghiêm trọng cho bộ truyền động máy nén.

Hỏi: Tại sao thời tiết mùa hè lại làm tăng mức tiêu thụ điện năng của chúng ta?

A: Không khí xung quanh ấm hơn thì ít đậm đặc hơn. Máy nén khí chính phải di chuyển một lượng không khí thực tế lớn hơn để cung cấp cùng một lượng oxy hoặc nitơ. Nhiệt độ nước làm mát cao hơn làm giảm hiệu suất của bộ làm mát khí nạp, làm tăng công việc cụ thể của máy nén.

Câu hỏi: Kiểm soát quy trình nâng cao có thay thế người vận hành con người của chúng ta không?

Đáp: Không. Phần mềm APC hoạt động như một máy lái tự động, xử lý các điều chỉnh nhiệt động từng phút. Điều này giúp người vận hành của bạn có thể tập trung vào các nhiệm vụ cấp cao hơn, an toàn nhà máy, giám sát thiết bị và lập kế hoạch sản xuất chiến lược thay vì liên tục điều chỉnh vòng lặp PID.

Hỏi: Làm thế nào để chúng tôi đo lường hiệu suất của tuabin mở rộng?

A: Bạn đo nó bằng cách tính hiệu suất đẳng entropy. So sánh độ giảm nhiệt độ thực tế qua tuabin với độ giảm nhiệt độ tối đa theo lý thuyết đối với áp suất đầu vào và đầu ra đã cho. Hiệu suất đẳng entropy giảm cho thấy sự hao mòn bên trong hoặc rò rỉ vòng đệm.