Optimizacija potrošnje energije u jedinici za odvajanje vazduha

Napredne strategije kontrole Jedinice za odvajanje vazduha

Dinamičko usklađivanje opterećenja pomoću adaptivnih kontrolnih sistema

Jedinice za odvajanje vazduha (ASU) imaju tendenciju da troše dosta energije kada rade na fiksnim podešavanjima dok potražnja za gasom fluktuira oko njih. Šta je rešenje? Adaptivni sistemi kontrole interveniraju da bi riješili ovaj problem, radeći stalna prilagođavanja stvari poput brzine kompresora, pozicije ventila i raznih faktora destilacije na osnovu informacija živih senzora. To uključuje praćenje onoga što se događa sa potrebama za kisikom i dušikom, vanjskim temperaturama, pa čak i kvalitetom ulaznog zraka. Kada potražnja padne, ovi pametni sistemi smanjuju protok vazduha koji ulazi u te destilacijske stupce, ali i dalje održavaju čistoću proizvoda na prihvatljivom nivou. Prema nedavnim istraživanjima iz 2023. godine o kriogenskim procesima, ovaj pristup može smanjiti radni opterećenje kompresora za između 12% i 18%. To je u suprotnosti sa standardnom praksom u industriji koja često rezultira gubitkom troškova energije u rasponu od 20% do 30% zbog proizvodnje više nego što je potrebno. Plus, postoje algoritmi za samopouzdanje koji se prilagođavaju opremi, plus promjene sezone, tako da operatori ne moraju stalno ručno mijenjati podešavanja da bi održali dobre performanse.

Model predviđanja kontrole za rad ASU-a koji je osviješten energijom u realnom vremenu

Model prediktivne kontrole (MPC) prevazilazi reaktivno podešavanje koristeći fizičke digitalne blizanke za simulaciju ASU ponašanja 1530 minuta naprijed. Procesira dinamičke ulazne podatke vlažnost vazduha u infuziji, temperature izduvnih gasova turbine i tarife energije u vremenu upotrebe kako bi izračunao optimalne postavke za:

• Krio-energetski pritisak
• Pozicije ventila za pomicanje ekspandera
• Razlozi proizvodnje tečnosti

Pogledajte 37 industrijskih jedinica za odvajanje vazduha u 2022. pokazalo je da model predviđanja kontrole smanjuje potrošnju energije za oko 0,12 do 0,25 kWh po Nm3 proizvedenog kisika. Ista studija je takođe primetila da se promjene proizvodnje dešavale otprilike 40% brže kada se koristi ovaj pristup. Ono što čini MPC izuzetan je to kako predviđa probleme prije nego se oni dogode. Na primjer, tokom onih iznenadnih povećanja potražnje za kiseonikom iz visokih peći, tradicionalni sistemi često imaju problema da održe čistoću proizvoda stabilnom. Ali MPC se bez problema nosi sa ovim situacijama, izbjegavajući potrebu za procesima oporavka koji troše energiju. Ova vrsta naprednog razmišljanja daje operateru nešto što obični PID kontroleri jednostavno ne mogu nadmašiti kada je u pitanju upravljanje ukupnom efikasnošću sistema.

Poboljšanje efikasnosti kompresora vazduha u jedinicama za odvajanje vazduha

Kompresni sistemi vazduha čine do 70% ukupnih troškova energije ASU-a, što čini optimizaciju kompresora osnovnom za povećanje efikasnosti. Tri dokazana strategija daju mjerljivi uticaj:

Uređaji za promjenjivu brzinu i smanjenje gubitka pritiska u cijelom sistemu

Prelazak sa fiksnih kompresora na pogone sa promenljivim brzinama omogućava motorima da prilagode svoju snagu prema tome što je zapravo potrebno u svakom trenutku. Kada se kombinuje sa naporima da se smanji gubitak pritiska u cijelom sistemu, ovaj pristup čini veliku razliku. Na primjer, postavljanje visoko efikasnih aluminijumskih cijevi pomaže da se brzina vazduha drži ispod 6 metara u sekundi. Također, vrijedno je spomenuti ultrazvučni programi za otkrivanje curenja koji se bave tim skrivenim gubicima odgovornim za oko 25% potrošene energije u sistemima koji nisu pravilno optimizovani. Malo, ali pametno podešavanje pritiska na osnovu onoga što svaka aplikacija zaista zahteva, dovršava sliku. Prema nedavnim studijama iz 2023. godine o efikasnosti kompresora, ove kombinovane strategije mogu smanjiti potrošnju energije za između 12% i 18%.

Studija slučaja: Nadogradnja kompresora sa dva vijka postiže uštedu energije od 22%

Jedan vodeći industrijski proizvođač je zamenio stare jedinice sa VSD opremljenim kompresorima sa dva vijka, integrisanim sa centralnim kontrolerima koji omogućavaju IoT. Poslijevenje isporučeno:

Projekat potvrđuje da strateška nadogradnja može da prevaziđe inherentnu energetsku intenzitet ASU-a bez ugrožavanja čistoće ili pouzdanosti proizvoda.

Optimizacija hladnjaka i hlađenja za jedinice za odvajanje vazduha

Poboljšanje Džul-Thomson efekta putem preciznog podešavanja profila temperature

Efikasnost hlađenja zavisi od upravljanja nečim što se zove Joule-Thomson efekt, koji u osnovi opisuje kako se gasovi hlade kada se šire bez promjene ukupnog toplotnog sadržaja. Kada postoje neravnomerne razlike u temperaturi između dijelova hladne kutije, kompresori moraju raditi više nego što je potrebno, što dovodi do veće potrošnje energije negde oko 15 do možda čak 30 posto više. Noviji uređaji za hlađenje rešavaju ove probleme kroz kontinuirane kontrole temperature i pametne ventile koji se prilagođavaju na osnovu onoga što se dešava unutra. Ovi sistemi konstantno podudaraju odnose pritiska i temperature u različitim dijelovima kao što su razmenjivači toplote i tornjevi za destilaciju. Šta je sa time? Manje hlađenja nego što je potrebno za područja bogata dušikom, uz održavanje odgovarajuće temperature za putanje kiseonika, što održava cjelokupni sistem glatkim radom bez potrebe za stalnim podešavanjima za održavanje čistoće proizvoda.

Rezultati uključuju smanjenje opterećenja kompresora, produžen životni vijek opreme smanjenim toplotnim ciklusima i doslednu kvalitetu proizvoda. Precizno podešavanje smanjuje potražnju za rashladnom energijom za 18-22%, dok kontinuirano kalibracija održava vrhunske performanse na fluktuirajućim opterećenjima direktno smanjuje troškove energije i emisije ugljenika.

Holističko praćenje energije i mjerenje kvaliteta za jedinice za odvajanje vazduha

Energetsko praćenje u ASU-ima pomera operacije od samo rešavanja problema kada se dešavaju prema njihovom sprječavanju kroz bolje planiranje. Kada kompanije instaliraju podmjere na važnu opremu kao što su kompresori, ekspanzori i te velike destilacijske kolone, stvaraju detaljne evidencije performansi koje pokazuju gdje se energija troši bez da je itko primijeti. Pomislite na stvari kao što su mašine koje se previše uključuju i isključuju ili toplotni izmenjivači koji se prljaju tokom vremena. Kontrolne table u realnom vremenu omogućavaju operateru da vidi tačno koliko energije troše različiti procesi u poređenju sa proizvodima koji iz njih izlaze, tako da se mogu izvršiti prilagođavanja u vrijeme kada se troškovi električne energije povećavaju. Gledajući u prošlost podataka pomaže uočiti redovne promjene tokom sezone, i pametni softver počinje upozoriti na moguće kvarove dugo prije nego što bi ovi problemi iznenada izazvali masovno povećanje potrošnje energije.

Proučavanje koliko dobro funkcionišu objekti u poređenju sa ISO 50001 standardima ili njihovim sopstvenim dosadašnjim podacima pomaže u mjerenju stvarnih poboljšanja. Većina postrojenja vidi oko 15 do možda 20 posto pada u potrošnji energije kada sprovedu ove promjene, i obično dobiju svoj novac natrag u roku od oko 18 mjeseci. Studije Instituta Ponemon pokazuju da slijediti ove vrste protokola može smanjiti neočekivane kvarove opreme za otprilike 30%, štedeći kompanije skoro sedam stotina četrdeset hiljada dolara svake godine samo na računu za struju. Ako kompanije žele da se ova poboljšanja zadrže, moraju da nauče operatore šta najbolje funkcioniše tokom obuka. Postavljanje jasnih ciljeva kao što je praćenje kilovat sati potrebnih za proizvodnju svake tone tečnog kiseonika daje svima nešto konkretno za ciljanje i olakšava da se vidi gdje ima prostora za bolju izvedbu tokom vremena.

Često se postavljaju pitanja

Zašto je energetska efikasnost kritična u ASU-ima?

Energetska efikasnost je od vitalnog značaja jer smanjuje operativne troškove, minimizira uticaj na životnu sredinu i povećava održivost procesa separacije vazduha.

Kako adaptivni sistemi kontrole optimiziraju ASU operacije?

Adaptivni sistemi kontrole prave podešavanja brzina kompresora i drugih operativnih postavki u realnom vremenu na osnovu podataka senzorskog sistema kako bi se održala čistoća proizvoda i smanjila potrošnja energije.

Kako Model Predictive Control (MPC) koristi ASU?

MPC predviđa operativne probleme simuliranjem ponašanja sistema i optimizacijom operativnih postavki kako bi se smanjila potrošnja energije i povećala odzivnost procesa.

Koju ulogu imaju pogoni sa promenljivim brzinama u efikasnosti kompresora?

Pogoni s promenljivom brzinom omogućavaju kompresorima da prilagode izlaz motora u skladu sa potražnjom, smanjujući gubitak energije i optimizirajući efikasnost kompresora.

Šta su Jedinice za odvajanje vazduha - Šta je?

Jedinice za odvajanje vazduha su industrijski objekti koji odvajaju atmosferski zrak na njegove primarne komponente, uglavnom kisik i dušik, kroz kriogene procese destilacije.