חיסכון באנרגיה-פעולות אופטימיזציה עבור יחידת הפרדת אוויר של 45,000 M³/h

יחידת הפרדת האוויר (ASU) מאמצת טיפול מקדים בטמפרטורת- הסביבה של מסננת מולקולרית, קירור התפשטות טורבינת הגברת אוויר, זיקוק כפול-עמודה ודחיסה פנימית-כפולה של משאבה לחמצן נוזלי וחנקן נוזלי. קיבולת ייצור החמצן המתוכננת היא 45,000 מ"ק לשעה, כאשר מדחס האוויר והמאיץ מונעים על ידי טורבינת קיטור בתצורת "אחד-עד-שתיים". תחת הנחת היסוד של הבטחת אספקת חמצן וחנקן יציבה ליחידות הגיזוז והסינתזה במורד הזרם, מחקר זה בוחן אסטרטגיות -חיסכון וצריכה{10}} באנרגיה באמצעות ניתוח צריכת אנרגיה ואמצעים תפעוליים אופטימליים. המטרה היא לשפר את יעילות המערכת הכוללת ולהפחית את עלויות התפעול.

 

 

 

ניתוח צריכת האנרגיה הנוכחית

 

ה-ASU מיועד ליכולת ייצור חמצן של 45,000 מ"ק לשעה, עם זרימת קיטור בלחץ גבוה-תומכת בעיצוב קיטור של 168 ט'/שעה, כולל זרימת מיצוי של כ-28 ט'/שעה. מדחס האוויר הוא בעל הספק גל של 21,000 קילוואט, ולבוסטר הספק גל של 18,000 קילוואט. חישובי יעילות אנרגטית מצביעים על כך שיחידת מדחס האוויר מהווה כ-95% מכלל צריכת האנרגיה.

בפועל, ה-ASU פועל בדרך כלל בסביבות 36,000 m³/h, כ-80% מהעומס המתוכנן, בעוד שצריכת טורבינת הקיטור נשארת בערך 160 t/h, קרוב לרמת התכנון. חוסר התאמה זה בין עומס וצריכת אנרגיה מדגיש שהמפתח לחיסכון באנרגיה טמון באופטימיזציה של פעולת יחידת מדחס האוויר.

 

אמצעי אופטימיזציה

 

● מיטוב תפעול מרחיב טורבינות

עקומת האנטי- המקורית של המרחיב הוגדרה גבוה מדי, ושסתום הריפלוקס נשאר פתוח ב-15%, וכתוצאה מכך יעילות קירור נמוכה. על ידי כוונון עקומת -הנחשולים, סגירת שסתום הריפלוקס והגדלת פתח שבשבת ההדרכה כדי להעלות את מהירות הרחבה, מובטחת יכולת הקירור של היחידה, לחץ מוצא המאיץ יורד וצריכת קיטור בלחץ גבוה- על ידי הטורבינה מופחתת.

●שיפור מחליף חום

איכות מים ירודה במחזור מפחיתה את יעילות מחליף החום. על ידי התקנת שסתומי עוקף והטמעת שטיפה לאחור מקוונת רגילה, טמפרטורת מחליף החום של קצה המאיץ ירדה ב-4-5 K, מה ששיפר משמעותית את ביצועי קירור המרחיב. בנוסף, ניטור הפרש הטמפרטורה בקצה התרמי של מחליפי חום לוחות בלחץ נמוך- מונע אובדן קירור.

●תיאום מדחס אוויר ומגבר

הפחת כראוי את עומס מדחס האוויר והורדת מהירות תוך שמירה על לחץ עמודה נמוך- יציב; להפחית את זווית שבשבת מוביל הכניסה.

ודא מסנני אוויר נקיים כדי להוריד את התנגדות הכניסה ולשפר את יעילות הדחיסה.

כוונן את פתיחת השסתום נגד-התגברות ל-5% כדי לשמור על לחצים יציבים בשלב השני- ושלישי{{3}.

מטב את לחץ פריקת מדחס האוויר כדי להתאים טוב יותר את תפוקת ASU לביקוש במורד הזרם.

● התאמת עמודת זיקוק

על ידי התאמת יחס הריפלוקס, תכולת החמצן בפסולת החנקן מצטמצמת ל-2-3%, מה שמבטיח טוהר חנקן נוזלי בעמודה התחתונה ומשפר את התאוששות החמצן, מה שמפחית את עומס מדחס האוויר.

●אופטימיזציה של תפעול מסננת מולקולרית

הארך את זמן הלחץ של מסננת מולקולרית ל-25 דקות כדי להפחית את תנודות זרימת האוויר ולמזער את השפעת המיתוג על מערכת הזיקוק. שמור על טמפרטורת טיהור קר מעל 125 מעלות והארך את מחזור ההחלפה מ-4 שעות ל-6 שעות כדי לחסוך בצריכת קיטור ולהפחית את עלויות התפעול.

 

אפקטי אופטימיזציה

לאחר אופטימיזציה, ה-ASU פועל ביציבות, וצריכת האנרגיה הכוללת יורדת באופן משמעותי. השוואה של אינדיקטורים תפעוליים לפני ואחרי אופטימיזציה מוצגת בטבלה 1.

טבלה 1. השוואה של אינדיקטורים תפעוליים של ASU לפני ואחרי אופטימיזציה

 

פרמטר הפעלה	לפני אופטימיזציה	לאחר אופטימיזציה
טורבינת קיטור בלחץ גבוה-צריכת קיטור, t/h	135	125
לחץ פריקת מדחס אוויר, MPa	0.498	0.490
מגבר לחץ יציאה-שני, MPa	2.70	2.55
דחף לחץ יציאה-שלישי, MPa	6.6	6.3
פתיחת שסתום ריפלוקס מרחיב, %	15	0
מהירות טורבינת קיטור, ר/דקה	4450	4250

 

חישובים מצביעים על כך שניתן לחסוך כ-70,000 ט' של קיטור-בלחץ גבוה מדי שנה, מה שמוכיח חיסכון משמעותי באנרגיה ויתרונות כלכליים.

 

מַסְקָנָה

על ידי אופטימיזציה של המרחיב, מחליפי החום, תיאום מדחס האוויר והמאיץ, עמודות זיקוק וסופחי מסננות מולקולריות, ה-ASU משיגה יעילות אנרגטית משופרת משמעותית והפחתת עלויות תפעול. אמצעי החיסכון באנרגיה- המוצעים במחקר זה חלים על ASUs פנימיים-מונעים בדחיסה-טורבינות ויש להם ערך קידום רחב עבור מפעלים של סינתזת אמוניה ופחם בקנה מידה גדול, ובכך מפחיתים למעשה את צריכת האנרגיה המקיפה לטון אמוניה.