Optimisasyon ng Pagkonsumo ng Enerhiya ng Air Separation Unit

Mga Advanced na Estratehiya sa Control para sa Mga yunit sa paghihiwalay ng hangin

Dynamic na Pagtutugma ng Load Gamit ang mga Sistema ng Adaptive Control

Mga yunit sa paghihiwalay ng hangin (ASUs) ay madalas na nag-aaksaya ng malaking bahagi ng enerhiya kapag tumatakbo sa mga nakatakda nang mga setting habang ang demand sa gas ay nagbabago nang paligid sa kanila. Ang solusyon? Ang mga sistemang adaptibo sa kontrol ay sumisikat upang resolbahin ang problemang ito sa pamamagitan ng patuloy na pag-aayos sa mga bagay tulad ng bilis ng kompressor, posisyon ng mga valve, at iba’t ibang mga kadahilanan sa distilyasyon batay sa real-time na impormasyon mula sa mga sensor. Kasali rito ang pagsubaybay sa pangangailangan sa oksiheno at nitrogen, temperatura sa labas, at kahit sa kalidad ng papasok na hangin. Kapag bumaba ang demand, ang mga matalinong sistemang ito ay binabawasan ang daloy ng hangin papasok sa mga kolom ng distilyasyon ngunit panatilihin pa rin ang kalinisan ng produkto sa katanggap-tanggap na antas. Ayon sa kamakailang pananaliksik noong 2023 tungkol sa mga prosesong kriogeniko, ang paraan na ito ay maaaring bawasan ang workload ng kompressor sa pagitan ng 12% at 18%. Ito ay mas mahusay kaysa sa karaniwang gawain sa industriya na madalas na nagreresulta sa pag-aaksaya ng enerhiya na umaabot sa 20% hanggang 30% dahil sa sobrang produksyon. Bukod dito, mayroon ding mga sariling nag-aadjust na algorithm na isinama nang direkta upang harapin ang pagsuot at pagkasira ng kagamitan pati na rin ang mga pagbabago sa panahon, kaya hindi na kailangang palagi’y i-adjust ng mga operator ang mga setting nang manu-mano upang mapanatili ang mabuting pagganap.

Pangkontrol na Batay sa Model para sa Tunay-na-Panahong Operasyon ng ASU na May Kamalayan sa Enerhiya

Ang Pangkontrol na Batay sa Model (MPC) ay umaabot pa sa likas na pag-aadjust sa pamamagitan ng paggamit ng mga digital twin na batay sa pisika upang isimula ang pag-uugali ng ASU 15–30 minuto pa ang darating. Ito ay nagsisiproseso ng mga dinamikong input—kabilang ang kahalumigan ng hangin na ipinapadala, temperatura ng hangin mula sa turbine exhaust, at mga taripa ng kuryente batay sa oras ng paggamit—upang kalkulahin ang pinakamainam na mga setpoint para sa:

• Presyon ng labas ng cryogenic compressor
• Mga posisyon ng expander bypass valve
• Mga ratio ng produksyon ng likido

Ang pagsusuri sa 37 na pang-industriyang yunit ng paghihiwalay ng hangin noong 2022 ay nagpakita na ang model predictive control (pagkontrol batay sa prediksyon ng modelo) ay nabawasan ang paggamit ng enerhiya ng humigit-kumulang 0.12 hanggang 0.25 kWh bawat Nm³ ng oksiheno na nalilikha. Ang parehong pag-aaral ay tinalakay din na ang mga pagbabago sa produksyon ay nangyayari nang humigit-kumulang 40% na mas mabilis kapag ginagamit ang pamamaraang ito. Ang kakaibang katangian ng MPC ay ang kakayahang mag-antisipate ng mga problema bago pa man ito mangyari. Halimbawa, sa panahon ng mga biglang pagtaas sa demand ng oksiheno mula sa mga blast furnace, ang mga tradisyonal na sistema ay madalas na nahihirapan na panatilihin ang katumpakan ng kalidad ng produkto. Ngunit ang MPC ay nakakapagpamaneho ng mga ganitong sitwasyon nang maayos, na maiiwasan ang pangangailangan ng mga prosesong kumuha ng maraming enerhiya para sa pagbangon mula sa anumang pagkabigo. Ang ganitong uri ng pag-iisip na may abante ay nagbibigay sa mga operator ng isang kakayahan na hindi kayang taglayin ng karaniwang PID controller kapag tinutukoy ang pangkalahatang kahusayan ng sistema.

Mga Pagpapabuti sa Kahusayan ng Air Compressor sa mga Yunit ng Paghihiwalay ng Hangin

Ang mga sistemang naka-compress na hangin ay nagkakataon ng hanggang 70% ng kabuuang gastos sa enerhiya ng ASU—kaya ang pag-optimize ng kompressor ay pundamental sa pagkamit ng kahusayan. Tatlong estratehiyang na-probi ang nagbibigay ng makukuhang epekto:

Mga Variable-Speed Drive at Pagbawas ng Pressure Loss sa Buong Sistema

Ang paglipat mula sa mga kompresor na may takdang bilis patungo sa mga variable speed drive ay nagpapahintulot sa mga motor na i-adjust ang kanilang output batay sa aktwal na kailangan sa anumang oras. Kapag pinagsama ito sa mga hakbang upang bawasan ang mga pressure loss sa buong sistema, napakalaki ng naidudulot nitong epekto. Halimbawa, ang pag-install ng mataas na kahusayan na aluminum pipes ay tumutulong na panatilihin ang bilis ng hangin sa ilalim ng 6 metro kada segundo. Dapat ding banggitin ang mga programa sa ultrasonic leak detection na nakatuon sa mga 'nakatagong' pagkawala na responsable sa humigit-kumulang 25% ng nabubulok na enerhiya sa mga sistemang hindi sapat na in-optimize. Ang paggawa ng maliit ngunit matalinong mga adjustment sa presyon batay sa tunay na pangangailangan ng bawat aplikasyon ay kumukumpleto sa larawan. Ayon sa mga kamakailang pag-aaral noong 2023 tungkol sa kahusayan ng mga kompresor, ang pagsasama-sama ng mga estratehiyang ito ay maaaring bawasan ang pagkonsumo ng kuryente sa pagitan ng 12% at 18%.

Kasong Pag-aaral: Pagpapalit ng Twin-Screw Compressor na Nagresulta sa 22% na Pagtitipid sa Enerhiya

Isang nangungunang tagagawa ng industriya ang pinalitan ang mga lumang yunit ng mga twin-screw na kompresor na may Variable Speed Drive (VSD), na isinama sa mga sentral na controller na may kakayahang IoT. Ang retrofit ay nagbigay ng:

Ang proyekto ay nagpapatunay na ang mga estratehikong retrofit ay maaaring labanan ang likas na mataas na kailangan ng enerhiya ng mga Air Separation Unit (ASU)—nang hindi kinokompromiso ang kalinisan o katiyakan ng produkto.

Optimisasyon ng Cold Box at Refrigeration para sa mga Air Separation Unit

Pagpapahusay ng Epekto ng Joule-Thomson sa pamamagitan ng Tumpak na Pag-aayos ng Profile ng Temperatura

Ang kahusayan ng pagpapalamig ay talagang nakasalalay sa epektibong pamamahala ng isang bagay na tinatawag na epekto ng Joule-Thomson, na pangkalahatang naglalarawan kung paano ang mga gas ay lumalamig kapag lumalawak nang hindi binabago ang kabuuang nilalaman ng init nito. Kapag mayroong hindi pantay na pagkakaiba ng temperatura sa iba’t ibang bahagi ng malamig na kahon, ang mga kompressor ay kailangang gumana nang mas mahirap kaysa sa kinakailangan, na humahantong sa mas mataas na pagkonsumo ng enerhiya—mga 15 hanggang 30 porsyento nang labis. Ang mga bagong sistema ng pagpapalamig ay hinaharap ang mga isyung ito sa pamamagitan ng patuloy na pagsubaybay sa temperatura at mga matalinong balb na awtomatikong umaangkop batay sa nangyayari sa loob. Ang mga sistemang ito ay patuloy na inaayos ang ugnayan ng presyon at temperatura sa iba’t ibang bahagi tulad ng mga heat exchanger at distillation tower. Ano ang resulta? Mas kaunti ang pagpapalamig na kailangan sa mga lugar na may mataas na nitroheno, habang pinapanatili ang tamang temperatura sa mga daanan ng oksiheno—na nagpapanatili ng maayos na paggana ng buong sistema nang walang pangangailangan ng paulit-ulit na pag-aayos upang mapanatili ang kalinisan ng produkto.

Ang mga resulta ay kasama ang nabawasan na pagkarga sa kompressor, napahabang buhay ng kagamitan dahil sa nabawasang thermal cycling, at pare-parehong kalidad ng produkto. Ang eksaktong pag-aayos ay binabawasan ang pangangailangan ng enerhiya para sa refrigeration ng 18–22%, habang ang patuloy na kalibrasyon ay nagpapanatili ng pinakamataas na pagganap sa iba’t ibang antas ng karga—na direktang nababawasan ang gastos sa kuryente at mga emisyon ng carbon.

Holistic na Pagsusuri at Pagtatakda ng Pamantayan sa Enerhiya para sa mga Air Separation Unit

Ang pagsubaybay sa enerhiya sa ASU ay nagbabago ng operasyon mula sa simpleng pag-aayos ng mga problema kapag nangyayari na sila patungo sa aktwal na pag-iwas sa kanila sa pamamagitan ng mas mahusay na pagpaplano. Kapag inilalagay ng mga kumpanya ang mga submeter sa mahahalagang kagamitan tulad ng mga compressor, expander, at malalaking distillation column, lumilikha ito ng detalyadong rekord ng pagganap na nagpapakita kung saan nawawala ang enerhiya nang hindi napapansin ng sinuman. Isipin ang mga bagay tulad ng mga makina na madalas na pinapagana at pinapatigil o ng mga heat exchanger na dumudumi habang tumatagal ng panahon. Ang mga real-time dashboard ay nagpapakita sa mga operator kung gaano karaming kuryente ang ginagamit ng iba't ibang proseso kumpara sa dami ng produkto na nalilikha, kaya maaaring gawin ang mga pag-aadjust sa mga oras kung saan tumaas ang presyo ng kuryente. Ang pagsusuri sa nakaraang datos ay tumutulong upang matukoy ang mga regular na pagbabago sa buong mga panahon, at ang mga matalinong software ay nagsisimulang magbigay ng babala tungkol sa posibleng pagkabigo nang maaga pa—mga ilang araw o linggo bago pa man magdulot ang mga isyung ito ng biglaang malaking pagtaas sa pagkonsumo ng enerhiya.

Ang pagsusuri sa kung gaano kahusay ang pagganap ng mga pasilidad kumpara sa mga pamantayan ng ISO 50001 o sa kanilang sariling nakaraang rekord ay tumutulong sa pagsukat ng tunay na mga pagpapabuti. Ang karamihan sa mga planta ay nakakakita ng humigit-kumulang 15 hanggang 20 porsyento na pagbaba sa paggamit ng enerhiya kapag isinasagawa ang mga pagbabagong ito, at karaniwang nababalik ang kanilang pamumuhunan sa loob ng humigit-kumulang 18 buwan. Ayon sa mga pag-aaral ng Ponemon Institute, ang pagsunod sa mga ganitong uri ng protokol ay maaaring bawasan ang hindi inaasahang pagkabigo ng kagamitan ng humigit-kumulang 30 porsyento, na nag-iispares sa mga kumpanya ng halos pitong daan at apatnapu’t libong dolyar bawat taon sa mga singil sa kuryente lamang. Kung gustong panatilihin ng mga kumpanya ang mga pagpapabuting ito, kailangan nilang turuan ang mga operator tungkol sa pinakaepektibong paraan sa loob ng mga sesyon ng pagsasanay. Ang pagtakda ng malinaw na mga layunin—tulad ng pagsubaybay sa kilowatt-oras na kailangan upang makagawa ng bawat tonelada ng likidong oksiheno—ay nagbibigay ng isang tiyak na layunin para sa lahat at ginagawang mas madali ang pagkilala sa mga lugar kung saan may puwang pa para sa mas mahusay na pagganap sa paglipas ng panahon.

FAQ

Bakit mahalaga ang kahusayan sa paggamit ng enerhiya sa mga ASU?

Ang kahusayan sa enerhiya ay napakahalaga dahil binabawasan nito ang mga gastos sa operasyon, pinakukontrol ang epekto sa kapaligiran, at pinauunlad ang pagkamapagkakatiwalaan sa mga proseso ng paghihiwalay ng hangin.

Paano ino-optimize ng mga sistemang adaptive control ang mga operasyon ng ASU?

Ang mga sistemang adaptive control ay gumagawa ng mga real-time na pag-aadjust sa bilis ng mga compressor at sa iba pang mga setting ng operasyon batay sa live na data mula sa mga sensor upang mapanatili ang kalinisan ng produkto at bawasan ang pag-aaksaya ng enerhiya.

Paano nakikinabang ang mga ASU mula sa Model Predictive Control (MPC)?

Ang MPC ay umaantispipate sa mga isyu sa operasyon sa pamamagitan ng simulasyon sa pag-uugali ng sistema at pag-o-optimize ng mga operational setpoints upang bawasan ang konsumo ng enerhiya at pataasin ang responsiveness ng proseso.

Ano ang papel ng mga variable-speed drive sa kahusayan ng compressor?

Ang mga variable-speed drive ay nagpapahintulot sa mga compressor na i-adjust ang output ng motor ayon sa demand, kaya nababawasan ang pag-aaksaya ng enerhiya at nao-optimize ang kahusayan ng compressor.

Ano ang Mga yunit sa paghihiwalay ng hangin (ASU)?

Ang Air Separation Units (ASU) ay mga pasilidad sa industriya na naghihiwalay sa hangin sa atmospera sa mga pangunahing sangkap nito—lalo na ang oxygen at nitrogen—sa pamamagitan ng mga prosesong cryogenic distillation.