वायू विभाजन एककाचा ऊर्जा वापर अनुकूलन

प्रगत नियंत्रण रणनीती वायू पृथक्करण यंत्रे

अनुकूली नियंत्रण प्रणालींचा वापर करून गतिशील लोड मिलन

वायू पृथक्करण यंत्रे (एएसयू) स्थिर सेटिंग्जवर चालवताना बरीच ऊर्जा वाया घालवतात, तर त्यांच्या आसपासच्या गॅसची मागणी बदलते. उपाय काय? अनुकूली नियंत्रण यंत्रणा या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी या समस्येचे निराकरण करते. जसे की कंप्रेसर गती, वाल्व्ह स्थान आणि सजीव सेन्सर माहितीवर आधारित विविध डिस्टिलिंग घटकांमध्ये सतत सुधारणा करून. यामध्ये ऑक्सिजन आणि नायट्रोजनची गरज, बाहेरचे तापमान आणि अगदी आत येणाऱ्या हवेची गुणवत्ता यांचाही समावेश आहे. जेव्हा मागणी कमी होते, तेव्हा या स्मार्ट सिस्टिममध्ये डिस्टिलिंग कॉलममध्ये जाणारा हवा प्रवाह कमी होतो. पण तरीही उत्पादनाची शुद्धता स्वीकार्य पातळीवर राहते. क्रिओजेनिक प्रक्रियेवरच्या 2023 च्या अलीकडील संशोधनानुसार, हा दृष्टिकोन कंप्रेसरच्या कामाचा भार 12% ते 18% पर्यंत कमी करू शकतो. यामुळे उद्योगाच्या सामान्य पद्धतीला धक्का बसतो, ज्यामुळे गरजेपेक्षा जास्त उत्पादन झाल्यामुळे अनेकदा २०% ते ३०% पर्यंत ऊर्जा खर्च वाया जातो. याशिवाय स्वतः ची समायोजन करणारे अल्गोरिदम आहेत जे उपकरणाच्या पोशाखावर आणि हंगामाच्या बदलांवर नियंत्रण ठेवतात. त्यामुळे ऑपरेटरला चांगली कामगिरी राखण्यासाठी सतत सेटिंग्ज मॅन्युअल रीट्वीक करण्याची गरज नाही.

वास्तविक-वेळेत ऊर्जा-जागरूक ASU कार्यासाठी मॉडेल प्रीडिक्टिव्ह कंट्रोल

मॉडेल प्रीडिक्टिव्ह कंट्रोल (MPC) हे प्रतिक्रियाशील समायोजनापलीकडे जाते, आणि ASU च्या वर्तनाचे १५–३० मिनिटांपूर्वीचे सिम्युलेशन करण्यासाठी भौतिकी-आधारित डिजिटल ट्विन्सचा वापर करते. ते गतिशील इनपुट्स—फीड वायूची आर्द्रता, टर्बाईनच्या निसर्गाचे तापमान आणि वापराच्या वेळेनुसार वीज दर—यांचे प्रक्रियाकरण करून खालीलसाठी इष्टतम सेटपॉइंट्सची गणना करते:

• क्रायोजेनिक कंप्रेसरचा डिस्चार्ज दाब
• एक्सपॅंडर बायपास व्हाल्व्हची स्थिती
• द्रव उत्पादन गुणोत्तर

2022 मध्ये 37 औद्योगिक वायू पृथक्करण यंत्रणांचा अभ्यास करताना आढळले की मॉडेल प्रिडिक्टिव्ह कंट्रोल (MPC) ने उत्पादित ऑक्सिजनच्या प्रति Nm³ ला शक्ती वापर कमी करण्यात अंदाजे 0.12 ते 0.25 kWh ची कमतरता निर्माण केली. समान अभ्यासात हे सुद्धा नोंदवले गेले की या पद्धतीचा वापर करताना उत्पादनातील बदल अंदाजे 40% जास्त वेगाने घडतात. MPC ला वेगळे करणारी गोष्ट म्हणजे ते समस्या निर्माण होण्यापूर्वीच त्यांचा अंदाज लावते. उदाहरणार्थ, ब्लास्ट फर्नेसमधून ऑक्सिजनच्या मागणीत अचानक वाढ झाल्यावर पारंपारिक प्रणालींना उत्पादित वस्तूच्या शुद्धतेचे स्थिरत्व राखण्यात अडचण येते. परंतु MPC ह्या परिस्थितींना सहजपणे हाताळते आणि ऊर्जा-घेणाऱ्या पुनर्प्राप्ती प्रक्रियांची गरज टाळते. ही पुढच्या काळाची विचारसरणी ऑपरेटरांना संपूर्ण प्रणाली कार्यक्षमता व्यवस्थापित करण्यात सामान्य PID कंट्रोलर्स देऊ शकत नाहीत तशी काहीतरी देते.

वायू पृथक्करण यंत्रणांमध्ये वायू कंप्रेसरच्या कार्यक्षमतेतील सुधारणा

संकुचित वायू प्रणालींमुळे एएसयूच्या एकूण ऊर्जा खर्चात ७०% पर्यंत वाढ होते—म्हणून कंप्रेसरचे अनुकूलन हे कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी मूलभूत आहे. तीन प्रमाणित रणनीती उल्लेखनीय परिणाम देतात:

व्हेरिएबल-स्पीड ड्राइव्ह्स आणि सिस्टीम-वाइड दाब नुकसान कमी करणे

स्थिर वेगाच्या कंप्रेसर्सवरून चलन वेगाच्या ड्राइव्ह्सवर रूपांतरित करणे हे मोटर्सना कोणत्याही क्षणी खरोखरच आवश्यक असलेल्या निर्गमानुसार त्यांचे उत्पादन समायोजित करण्यास अनुमती देते. जेव्हा याला संपूर्ण प्रणालीमध्ये दाबाच्या नुकसानांमध्ये कपात करण्याच्या प्रयत्नांसोबत जोडले जाते, तेव्हा ही पद्धत खूप मोठा फरक घडवून आणते. उदाहरणार्थ, उच्च कार्यक्षमतेच्या अॅल्युमिनियम पाईप्सची स्थापना करणे हे वायूचा वेग ६ मीटर प्रति सेकंदापेक्षा कमी ठेवण्यास मदत करते. तसेच, अल्ट्रासोनिक लीक डिटेक्शन कार्यक्रमांचा उल्लेख करणे आवश्यक आहे, जे त्या लपलेल्या नुकसानांशी लढा देतात जे योग्यरित्या ऑप्टिमाइज केलेल्या प्रणालींमध्ये वाया जाणाऱ्या ऊर्जेच्या सुमारे २५% जबाबदार असतात. प्रत्येक अनुप्रयोगाच्या खरोखरच्या आवश्यकतांनुसार लहान पण बुद्धिमान दाब समायोजने करणे हे या प्रक्रियेचा शेवटचा भाग आहे. २०२३ मधील कंप्रेसर कार्यक्षमतेवरील अलीकडच्या अभ्यासानुसार, या संयुक्त रणनीतींमुळे वीज वापरात १२% ते १८% पर्यंत कपात करता येते.

प्रकरण अभ्यास: ट्विन-स्क्रू कंप्रेसर रूपांतरण ज्यामुळे २२% ऊर्जा बचत साधली गेली

एक प्रमुख औद्योगिक निर्माता ने पुरान्या युनिट्सची जागा VSD-सुसज्ज ट्विन-स्क्रू कंप्रेसर्सने घातली, जे IoT-सक्षम केंद्रीय नियंत्रकांसोबत एकत्रित करण्यात आले. ह्या रिट्रॉफिटमुळे खालील फायदे झाले:

हा प्रकल्प असे पुष्टी करतो की, रणनीतिक पुनर्संस्थापनांद्वारे वायू पृथक्करण एककांची (ASUs) स्वाभाविक ऊर्जा तीव्रता कमी करता येते—उत्पादनाच्या शुद्धतेचा किंवा विश्वसनीयतेचा तोटा न करता.

वायू पृथक्करण एककांसाठी कोल्ड बॉक्स आणि रेफ्रिजरेशनचे अनुकूलन

जूल-थॉमसन प्रभावाचे सूक्ष्म तापमान प्रोफाइल ट्यूनिंगद्वारे सुधारणा

शीतनाची कार्यक्षमता खरोखरच जौल-थॉमसन प्रभाव नियंत्रित करण्यावर अवलंबून असते, जो मूलतः वायूंच्या तापमानात घट होण्याचे वर्णन करतो जेव्हा ते त्यांच्या एकूण उष्णता सामग्रीत कोणताही बदल न करता प्रसारित होतात. जेव्हा थंड बॉक्सच्या विविध भागांमध्ये तापमानाचे असमान फरक असतात, तेव्हा कंप्रेसर्सना आवश्यकतेपेक्षा जास्त प्रयत्न करावा लागतो, ज्यामुळे ऊर्जा वापरात सुमारे १५ ते ३० टक्के पर्यंत अतिरिक्त वाढ होते. नवीन शीतन व्यवस्था हे प्रश्न निराकरणासाठी सतत तापमान तपासणी आणि आतील परिस्थितीनुसार स्वयं-समायोजित होणाऱ्या हुशार वाल्व्ह्सचा वापर करतात. ह्या प्रणाली उष्णता विनिमयक (हीट एक्सचेंजर्स) आणि आसवन टॉवर्स (डिस्टिलेशन टॉवर्स) सारख्या विविध विभागांमध्ये दबाव आणि तापमान यांच्या नात्यांना सतत जुळवून घेतात. याचा निकाल काय? नायट्रोजन-समृद्ध क्षेत्रांसाठी आवश्यक असलेल्यापेक्षा कमी शीतन, तर ऑक्सिजन मार्गांसाठी योग्य तापमान टिकवून ठेवणे — ज्यामुळे संपूर्ण प्रणाली निर्दोषपणे कार्यरत राहते आणि उत्पादनाच्या शुद्धतेचे रक्षण करण्यासाठी सतत समायोजनांची आवश्यकता भासत नाही.

परिणामात कंप्रेसरचा भार कमी होतो, थर्मल साइकलिंग कमी झाल्यामुळे उपकरणांचा आयुष्यवाढ होतो आणि उत्पादनाची गुणवत्ता स्थिर राहते. अचूक ट्यूनिंगद्वारे रेफ्रिजरेशनसाठीची ऊर्जा मागणी १८–२२% ने कमी केली जाते, तर सततची कॅलिब्रेशन बदलत्या भारांच्या परिस्थितीतही शिखर कामगिरी टिकवून ठेवते—ज्यामुळे विद्युत खर्च आणि कार्बन उत्सर्ज थेट कमी होतात.

वायु पृथक्करण एककांसाठी संपूर्ण ऊर्जा निरीक्षण आणि तुलनात्मक मापदंड निश्चिती

ASU मध्ये ऊर्जा निरीक्षण करण्यामुळे ऑपरेशन्सचा फोकस फक्त समस्या उद्भवल्यावर त्यांचे निराकरण करण्यावरून चांगल्या योजनेद्वारे त्यांचे प्रतिबंधन करण्याकडे वळतो. जेव्हा कंपन्या कंप्रेसर्स, एक्सपॅंडर्स आणि मोठ्या डिस्टिलेशन कॉलम्ससारख्या महत्त्वाच्या उपकरणांवर सबमीटर्स बसवतात, तेव्हा ऊर्जेचा वापर कोठे वाया जातो हे कोणालाही लक्षात येत नाही अशा प्रकारचे तपशीलवार कामगिरीचे रेकॉर्ड्स तयार होतात. उदाहरणार्थ, यंत्रांचे अतिशय वारंवार चालू-बंद होणे किंवा कालांतराने हीट एक्सचेंजर्सचे किरकोळ होणे याकडे लक्ष द्या. रिअल-टाइम डॅशबोर्ड्समुळे ऑपरेटर्स वेगवेगळ्या प्रक्रियांद्वारे किती वीज वापरली जात आहे आणि त्यातून कोणती उत्पादने बाहेर पडत आहेत याचे अचूक निरीक्षण करू शकतात, ज्यामुळे वीजेच्या किमती वाढल्यावेळी आवश्यक त्या सुधारणा करता येतात. मागील डेटाचे विश्लेषण करण्यामुळे हंगामानुसार नियमित बदलांचा शोध घेता येतो आणि हुशार सॉफ्टवेअर ऊर्जा वापरात मोठ्या प्रमाणावर वाढ होण्यापूर्वीच संभाव्य ब्रेकडाउन्सबाबत चेतावणी देण्यास सुरुवात करते.

सुविधांच्या कामगिरीचे मूल्यांकन ISO 50001 मानकांशी किंवा त्यांच्या स्वतःच्या इतिहासाशी तुलना करून करता येते, ज्यामुळे खरोखरच्या सुधारणांचे मापन करता येते. बहुतेक उद्योगांमध्ये हे बदल लागू केल्यानंतर ऊर्जा वापरात सुमारे १५ ते २० टक्के घट होते आणि सामान्यतः जवळपास १८ महिन्यांत गुंतवणूक परत मिळते. पोनेमॉन संस्थेच्या अभ्यासानुसार, या प्रकारच्या प्रोटोकॉल्सचे पालन करण्यामुळे अप्रत्याशित उपकरणांच्या निष्फलता जवळपास ३०% ने कमी होऊ शकतात, ज्यामुळे कंपन्यांना फक्त विद्युत बिलांवरच वार्षिक सुमारे सात लाख चाळीस हजार डॉलर्सची बचत होते. जर कंपन्या ह्या सुधारणा स्थायी ठेवू इच्छित असतील, तर त्यांनी प्रशिक्षण सत्रांदरम्यान ऑपरेटर्सना कोणती पद्धत सर्वोत्तम कार्य करते हे शिकविणे आवश्यक आहे. प्रत्येक टन द्रव ऑक्सिजन उत्पादित करण्यासाठी लागणाऱ्या किलोवॅट-तासांचे ट्रॅकिंग करणे यासारखे स्पष्ट उद्दिष्टे निश्चित करणे हे सर्वांना एक ठोस लक्ष्य देते आणि कालांतराने कोठे कामगिरी सुधारली जाऊ शकते हे पाहणे सोपे करते.

सामान्य प्रश्न

ASU मध्ये ऊर्जा कार्यक्षमता का महत्त्वाची आहे?

ऊर्जा कार्यक्षमता महत्त्वाची आहे, कारण ती चालविण्याच्या खर्चात कमतरता करते, पर्यावरणावरील परिणाम कमी करते आणि वायू पृथक्करण प्रक्रियेत टिकाऊपणा वाढवते.

अनुकूली नियंत्रण प्रणाली ASU कार्यांचे अनुकूलन कसे करतात?

अनुकूली नियंत्रण प्रणाली उत्पादनाच्या शुद्धतेचे राखण्यासाठी आणि ऊर्जेच्या अपव्ययात कमतरता करण्यासाठी जीवंत सेन्सर डेटावर आधारित कंप्रेसरच्या गती आणि इतर कार्यक्षमता सेटिंग्जमध्ये वास्तविक वेळेत सुधारणा करतात.

मॉडेल प्रिडिक्टिव्ह कंट्रोल (MPC) ASU ला कशी फायदेशीर ठरते?

MPC ही प्रणाली वास्तविक वेळेतील व्यवहारांची सादृश्ये तयार करून ऑपरेशनल समस्यांचा अंदाज लावते आणि ऊर्जा वापरात कमतरता करण्यासाठी आणि प्रक्रियेच्या प्रतिसादात सुधारणा करण्यासाठी कार्यक्षमता सेटपॉइंट्सचे अनुकूलन करते.

व्हेरिएबल-स्पीड ड्राइव्ह्जची कंप्रेसर कार्यक्षमतेत काय भूमिका आहे?

व्हेरिएबल-स्पीड ड्राइव्ह्ज कंप्रेसरला मोटरचे निर्गम आवश्यकतेनुसार समायोजित करण्याची परवानगी देतात, ज्यामुळे ऊर्जेचा अपव्यय कमी होतो आणि कंप्रेसरची कार्यक्षमता अनुकूलित होते.

काय आहेत वायू पृथक्करण यंत्रे (एएसयू)?

वायू पृथक्करण युनिट्स (ASU) ही औद्योगिक सुविधा आहेत ज्या वातावरणातील वायूला त्याच्या मुख्य घटकांमध्ये, मुख्यत्वे ऑक्सिजन आणि नायट्रोजनमध्ये, क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन प्रक्रियेद्वारे पृथक्कृत करतात.