การผลิตเหล็กเป็นการกระทำที่สมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุนมาโดยตลอด ในกระบวนการหลัก เช่น การฉีดถ่านหินด้วยออกซิเจนในเตาหลอมเหล็ก- การผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์คไฟฟ้า และการปรับปรุงการเผาผนึก ความบริสุทธิ์ ความดัน และความเสถียรในการจ่ายออกซิเจนจะกำหนดการใช้พลังงานต่อตันและเพดานการผลิตโดยตรง ในบรรดาเทคโนโลยีการผลิตออกซิเจนทั้งหมด การแยกอากาศด้วยความเย็นจัดได้กลายเป็นเหตุผลพื้นฐานสำหรับการจัดหาก๊าซในโรงงานเหล็กแบบครบวงจร เนื่องจากมีขนาดใหญ่ มีความบริสุทธิ์สูง และมีความได้เปรียบทางเศรษฐกิจ
ตลอดหลายปีที่ผ่านมาในการให้บริการแก่อุตสาหกรรมโลหะและเคมี Shenger Gas สังเกตว่าโครงการเหล็กจำนวนมากมีแนวโน้มที่จะมุ่งเน้นการลงทุนอุปกรณ์เริ่มต้นมากเกินไปในระหว่างการเลือกโซลูชันการจ่ายออกซิเจน ขณะเดียวกันก็มองข้ามความสัมพันธ์ที่ตรงกันระหว่างการแยกอากาศแบบแช่แข็งและจังหวะการผลิตเหล็ก บทความนี้ใช้มุมมองทางวิศวกรรมเพื่อแจกแจงว่าการแยกอากาศด้วยความเย็นเยือกแข็งช่วยให้การผลิตเหล็กมีความต่อเนื่องและผันผวนได้อย่างไร
เหตุใดอุตสาหกรรมเหล็กจึงไม่สามารถทำได้หากไม่มีการแยกอากาศด้วยความเย็นจัด
ความต้องการออกซิเจนในโรงงานเหล็กมีลักษณะเฉพาะสองประการ: โหลดฐานปริมาณสูง-อย่างต่อเนื่อง และจุดสูงสุด-ในระยะสั้นเป็นระยะๆ เตาถลุงต้องการการเสริมออกซิเจนอย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน ในขณะที่คอนเวอร์เตอร์ต้องการการไหลสูงทันทีในระหว่างช่วงเป่า
แม้ว่าการแยกเมมเบรนและการดูดซับแบบแกว่งด้วยแรงดัน (PSA/VPSA) จะให้ความยืดหยุ่นในสถานการณ์ที่มีความบริสุทธิ์ขนาดเล็ก-ขนาด กลาง- แต่การแยกอากาศด้วยความเย็นเยือกแข็งยังคงเป็นทางเลือกทางวิศวกรรมเพียงทางเดียว-ที่มีต้นทุนออกซิเจนต่อหน่วยต่ำที่สุด เมื่อเผชิญกับความต้องการออกซิเจนนับหมื่น Nm³/ชม. และความต้องการความบริสุทธิ์ที่สูงกว่า 90% การใช้การกลั่นด้วยอุณหภูมิต่ำ- การแยกอากาศด้วยความเย็นจัดจะแยกอากาศออกเป็นออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอน โดยที่-สมรรถนะขบวนเดี่ยวสูงถึง 100,000 Nm³/h และความบริสุทธิ์ของออกซิเจนคงที่สูงกว่า 99.6% ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการผลิตเหล็กอย่างครบถ้วน
การจับคู่ทางวิศวกรรมระหว่างการแยกอากาศด้วยความเย็นจัดและจังหวะการผลิตเหล็ก
ปัญหาที่แท้จริงสำหรับ-วิศวกรประจำไซต์งานไม่ค่อยอยู่ที่ว่าอุปกรณ์สามารถผลิตออกซิเจนได้หรือไม่ แต่อยู่ที่ความสามารถในการพลิกกลับของอุปกรณ์ การผลิตเหล็กไม่ใช่ภาระที่คงที่-การบำรุงรักษาเตาถลุงเหล็ก การปิดเครื่องแปลง และการปรับสายการผลิตอาจทำให้ความต้องการออกซิเจนผันผวน 20%-40% ภายในไม่กี่ชั่วโมง
โดยทั่วไประบบแยกอากาศแบบไครโอเจนิกส์สมัยใหม่จะใช้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ด้วยตะแกรงโมเลกุล + บูสเตอร์เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ + คอลัมน์การบรรจุที่มีโครงสร้าง คอลัมน์การบรรจุที่มีโครงสร้างรวมกับระบบควบคุม DCS ช่วยให้สามารถปรับโหลดได้อย่างราบรื่นภายในช่วง 30%-105% ในขณะที่ระบบสำรองของเหลว (ถังเก็บออกซิเจนเหลว + เครื่องสร้างไอ) สามารถตอบสนองความต้องการสูงสุดได้ภายในไม่กี่นาที รูปแบบการดำเนินงานแบบผสมผสานของ "การผลิตก๊าซ + การสำรองของเหลว" ปัจจุบันแสดงถึงความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างความปลอดภัยและความประหยัดในระบบออกซิเจนในโรงงานเหล็ก
จากมุมมองทางวิศวกรรม ในระบบแยกอากาศแบบไครโอเจนิกที่ออกแบบอย่างดี- การผลิตออกซิเจนแบบก๊าซควรครอบคลุมประมาณ 80% ของความต้องการออกซิเจนโดยเฉลี่ยของโรงงานเหล็ก โดยที่ช่องว่างสูงสุดที่เหลือจะเสริมด้วยการระเหยของออกซิเจนเหลว แนวทางนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโหลดบ่อยครั้งในชุดแยกอากาศ และลดความเสี่ยงต่อความล้าของอุปกรณ์
ข้อดีทางวิศวกรรมที่ซ่อนอยู่ของการแยกอากาศด้วยความเย็นจัด
นอกเหนือจากการจ่ายออกซิเจนแล้ว การแยกอากาศด้วยความเย็นจัดยังมีค่าสองค่าที่มองข้ามได้ง่าย
ประการแรก มูลค่าการผลิตร่วม-ของไนโตรเจนและอาร์กอน อุตสาหกรรมเหล็กไม่เพียงแต่ต้องการออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังต้องการไนโตรเจนในการปกป้องกระบวนการ การไล่อากาศ และอากาศในเครื่องมืออีกด้วย การแยกอากาศด้วยความเย็นสามารถผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ต่างกันไปพร้อมๆ กันในขณะที่แยกออกซิเจน สำหรับการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม อาร์กอนเป็นก๊าซป้องกันที่จำเป็น การแยกอากาศด้วยความเย็นสามารถส่งออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอนได้พร้อมกัน-ความสามารถ "หนึ่ง-ถึง- สาม" โดยมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมสูงกว่าการผลิตออกซิเจนแยกกันบวกกับก๊าซที่ซื้อมามาก
ประการที่สอง จัดหาความยืดหยุ่นผ่านแหล่งสำรองของเหลว โครงการเหล็กจำนวนมากมุ่งเน้นเฉพาะก๊าซในท่อในระหว่างการวางแผนแหล่งก๊าซ โดยไม่สนใจการลดความเสี่ยงที่เกิดจากปริมาณสำรองของเหลว หากหน่วยแยกอากาศประสบกับการปิดระบบโดยไม่ได้วางแผนโดยไม่มีการกักเก็บออกซิเจนเหลวที่เพียงพอในไซต์งาน โรงงานทั้งหมดจะเผชิญกับการหยุดการผลิต โดยทั่วไปโครงการแยกอากาศด้วยอุณหภูมิเย็นจัดจะกำหนดความสามารถในการสำรองออกซิเจนเหลวเป็นเวลา 48-72 ชั่วโมง ซึ่งช่วยลดความสูญเสียทางเศรษฐกิจจากการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้
ปัญหาสามประการที่ประเมินต่ำเกินไปได้อย่างง่ายดายในการเลือกและการใช้งาน
ปัญหาประเภทต่อไปนี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งในโครงการจริง และสมควรได้รับความสนใจจากบริษัทเหล็กในระหว่างขั้นตอนการออกแบบโซลูชัน:
1. ความน่าเชื่อถือของระบบน้ำหมุนเวียน: การแยกอากาศแบบไครโอเจนิกอาศัยน้ำหล่อเย็นหมุนเวียนมากกว่าที่คนส่วนใหญ่จินตนาการ ความกระด้างของน้ำ ความผันผวนของอุณหภูมิ และความซ้ำซ้อนของปั๊ม-ปัญหาใดๆ ในพื้นที่เหล่านี้สามารถทำให้เกิดการปิดหน่วยแยกอากาศได้โดยตรง ขอแนะนำให้ใช้การกำหนดค่า "การจ่ายน้ำคู่ + โมดูลหอทำความเย็นอิสระ" ในขั้นตอนการออกแบบ
2. ฮาร์โมนิคของระบบไฟฟ้าและผลกระทบจากไฟกระชาก: การสตาร์ทเครื่องอัดอากาศขนาดใหญ่ส่งผลกระทบต่อโครงข่ายไฟฟ้าของโรงงาน ในขณะที่การใช้ไดรฟ์ความถี่แปรผันอย่างกว้างขวางทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิก โรงงานเหล็กเองเป็นผู้ใช้พลังงานสูง-และมีสภาพแวดล้อมด้านพลังงานที่ซับซ้อน การออกแบบทางไฟฟ้าสำหรับหน่วยแยกอากาศต้องบูรณาการเข้ากับการคำนวณระบบไฟฟ้าทั่วทั้งโรงงาน- มิฉะนั้นอาจเกิดการทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์ป้องกันได้
3. ชิ้นส่วนอะไหล่และรอบการบำรุงรักษา: รอบการเปลี่ยนตะแกรงโมเลกุล อายุการใช้งานของแบริ่งเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ และความดันลดลงของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนหลักเพิ่มขึ้น-พารามิเตอร์ที่ดูเหมือนเป็นกิจวัตรเหล่านี้ หากไม่ตรงกับช่วงการบำรุงรักษาประจำปีของโรงงานเหล็ก ก็อาจทำให้เกิดการปิดระบบโดยไม่ได้วางแผนแบบเรียงซ้อนได้ ขอแนะนำให้ทำวิศวกรรมย้อนกลับ-ตารางการบำรุงรักษากระบวนการหลักของเหล็กตามรอบการบำรุงรักษาของหน่วยแยกอากาศ
การแยกอากาศด้วยความเย็นจัดไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ แต่ความลึกทางวิศวกรรมในด้านการจัดหาออกซิเจนสำหรับอุตสาหกรรมเหล็กยังห่างไกลจากการสำรวจอย่างสมบูรณ์ ระบบแยกอากาศแบบแช่แข็งที่ออกแบบอย่างดี-ไม่ควรได้รับและจัดการเสมือนเป็น "อุปกรณ์กล่องดำ" แต่ควรถือเป็นหน่วยกระบวนการที่มีความสำคัญพอๆ กันกับเตาถลุงเหล็กและเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า
Shenger Gas เชื่อมาโดยตลอดว่าคุณค่าของบทความด้านเทคนิคไม่ได้อยู่ที่การส่งเสริม แต่ในการช่วยให้วิศวกรหลีกเลี่ยงการออกนอกเส้นทาง จุดบูรณาการระหว่างการแยกอากาศด้วยความเย็นจัดและการผลิตเหล็กไม่ใช่ตัวเลขในเอกสารข้อมูลอุปกรณ์ แต่เป็นความดันออกซิเจนที่เสถียรในทุกกะ ก๊าซเสริมที่ทันเวลาในทุกจุดสูงสุด และการทำงานที่เชื่อถือได้ตลอดทุกรอบการบำรุงรักษา
สำหรับบริษัทเหล็กที่วางแผนหรืออัปเกรดระบบจ่ายออกซิเจน แทนที่จะหมกมุ่นอยู่กับ-อุปกรณ์ยี่ห้อเดียว จะคุ้มค่ากว่ามากที่จะทุ่มความพยายามในการจับคู่ระบบและการออกแบบความจุสำรอง-ซึ่งมักจะเป็นกุญแจสำคัญที่แท้จริงในการกำหนด-ต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาว
