تحليل اقتصادي لمحطة أكسجين VPSA بسعة 6,000 نيوتن متر مكعب³/ساعة، بنسبة 100% لدعم الاحتراق المحسن بالأكسجين في الأفران العالية في مصانع الصلب

تستخدم وحدات الامتزاز بتغيير الضغط التفريغي لإنتاج الأكسجين بنقاوة تتراوح بين 80%-94%. المبدأ التقني هو فصل الأكسجين في الهواء باستخدام الانتقائية المختلفة للمواد المازة للأكسجين والنيتروجين. قد يشار إلى الوحدات التي تستخدم هذا النوع من عملية إنتاج الأكسجين غير المبردة باسم أنظمة VPSA (الامتزاز بتغيير الضغط التفريغي) أو VSA (الامتزاز بتغيير الضغط التفريغي) أو PVSA (الامتزاز بالضغط والتفريغ). تقنية الامتزاز بتغيير الضغط التفريغي المذكورة في هذه المقالة يتم تمثيلها جميعًا بـ VPSA.

أصبحت عملية تقنية إنتاج الأكسجين VPSA ناضجة نسبيًا بعد تطورها لعقود. تم تحقيق التحول من الممتز ذو الطبقة المحورية الأصلي مع مادة مازة قائمة على الكالسيوم إلى وعاء امتزاز شعاعي مع مادة مازة قائمة على الليثيوم. الآن تصل السعة القصوى لمحطات الوعاءين إلى 6,000 نيوتن متر مكعب³/ساعة لمنتج أكسجين بنسبة 100%. هذه المحطات مناسبة بشكل خاص لتزويد الأكسجين كمعدات داعمة للأفران العالية أو الأفران الكهربائية لمصانع الصلب بسبب تكلفتها المنخفضة نسبيًا، وسلامتها العالية، وفترة البناء القصيرة، وسهولة الصيانة. في الوقت نفسه، بالنسبة لقطاعات الطاقة، يتمتع سهولة بدء التشغيل والتعديل السريع للحمل لتقنية VPSA بمزايا كبيرة في تنظيم الطلب الكلي على الأكسجين، وتقليل إطلاق الأكسجين، وخفض تكاليف الإنتاج بشكل أكبر. باختصار، تقنية VPSA هي الخيار الأول لمؤسسات الحديد والصلب لتكملة الأكسجين في حالة توفير النيتروجين بشكل كافٍ عن طريق الفصل الهو

في عام 2008، أبرمت شركة آنشان بودي للحديد والصلب المحدودة اتفاقية شراء لمحطة أكسجين VPSA (7,500 نيوتن متر مكعب³/ساعة، 80%) مع شركة بكين بيكينغ يونيفرسيتي بايونير للتكنولوجيا المحدودة لفرن صهر الحديد. دخلت الوحدة حيز الإنتاج بنجاح ولا تزال تعمل بثبات حتى الآن. يُحقق الفرن العالي معدل إثراء بالأكسجين بنسبة 2.38%، ونموًا في الإنتاج بحوالي 8.5%، ونسبة حقن فحم تبلغ 145 كجم/طن من الحديد، وانخفاضًا في نسبة الكوك بنسبة 5%. في أغسطس 2017 وسبتمبر 2018، تم تجهيز الفرن العالي بوحدة أكسجين VPSA بسعة 7,500 نيوتن متر مكعب³/ساعة ونقاوة 80% (6,000 نيوتن متر مكعب³/ساعة، 100%) تباعًا، بينما ارتفع معدل إثراء الأكسجين للفرن العالي إلى 4.38%، وانخفضت نسبة الكوك بنسبة 10%، مما حقق فوائد اقتصادية مذهلة.

في السنوات الأخيرة، شهدت تقنية توليد الأكسجين VPSA تطورًا سريعًا في الصين، مما أظهر مزايا واضحة تتمثل فيما يلي:

أولاً، إن موثوقية وعمر الخدمة الطويل لتقنية إنتاج الأكسجين VPSA يتحمل اختبار الزمن. لم تضعف وحدة الأكسجين VPSA التي طبقتها شركة آنشان بودي للحديد والصلب في عام 2008 حتى الآن، وبقي استهلاكها للطاقة عند المستوى الأصلي.

ثانيًا، تتطلب تقنية إنتاج الأكسجين VPSA فقط معدات طاقة تشمل منفاخًا ومضخة تفريغ ومحركًا كهربائيًا وصمامات هوائية، وبالتالي لا حاجة لموظفين إضافيين لأن المكونات الفعالة من حيث التكلفة سهلة الصيانة نسبيًا.

ثالثًا، يتم ضمان أمان عالٍ. تحقن محطة الأكسجين VPSA الأكسجين المثرى قبل المنفاخ دون ضغط إلى الفرن العالي. مع بيئة تشغيل مريحة نسبيًا، يتم تجنب المخاطر الخفية للأمان وتبسط الإدارة.

المجموعتان من مولدات الأكسجين VPSA قبل حوالي عشر سنوات خضعتا لتعديلات في التكوين وتغييرات رئيسية أخرى كما يُرى من التشغيل الفعلي. المواصفات المحددة موضحة في الجدول أدناه:

مع تطورها السريع على مدى أكثر من عشر سنوات، تحسنت تقنية إنتاج الأكسجين VPSA بشكل ملحوظ في تكوينها وعمليتها. وفقًا لتحليل الجدول أعلاه، ينعكس تحسين عمليتها في:

1. تقليل عدد المعدات الدوارة

مقارنة بالمحطات السابقة ذات السعة نفسها، تحتوي على عدد أقل بكثير من معدات الطاقة والمحركات الكهربائية والصمامات، مما يقلل بشكل كبير من عبء الصيانة وبشكل غير مباشر، من تكلفة العمالة والصيانة أيضًا. بسبب تحسين أداء المادة المازة، زادت السعة لكل طن بأكثر من 20%. بالإضافة إلى ذلك، تم تحويل وعاء الامتصاص المحوري إلى وعاء تدفق شعاعي، لذا تغيرت بنية المساحة الداخلية بأكملها بشكل شامل. أصبح تصنيع المواد المازة والممتزات على مستوى عالمي، وكل التحسينات تؤدي إلى تبسيط اختيار التكوين وتقليل المدخلات.

2. تقليل معدل الفشل وزيادة عمر الخدمة

في الوحدة بأكملها، يُعد التشغيل الطبيعي للصمامات شرطًا مهمًا لضمان استمرارية تشغيل النظام، بينما تُعد الصمامات الأجزاء الرئيسية الأكثر عرضة للأعطال. يتركز العمل الأساسي لصيانة مصنع الأكسجين بنظام VPSA الذي أُنتج في عام 2008 في الصمامات. بشكل عام، يلزم استبدال حلقات الختم مرة واحدة سنويًا في المتوسط. انخفض عدد الصمامات في مصانع الأكسجين المصنعة في عام 2017 بنسبة 30% مع زيادة السعة، مما قلل بشكل كبير من الصيانة الإجمالية. وأخيرًا وليس آخرًا، هو الانخفاض الإضافي في معدل الفشل. وفي الوقت نفسه، أدت المادة المحسنة لحلقات الختم إلى إطالة تواتر استبدال الصمامات إلى مرة واحدة كل 18 شهرًا تقريبًا في المتوسط (أي على الرغم من مضاعفة عدد مرات تشغيل حلقات الختم، إلا أن دورة الامتصاص قُصِرت وازداد عدد مرات الفتح والإغلاق).

3. تقليل استهلاك الطاقة

يُعد استهلاك الطاقة المؤشر الأكثر أهمية لقياس الأداء المتقدم لمولدات الأكسجين بنظام VPSA. مع اعتماد المادة المازة الجديدة والممتص الشعاعي، انخفض استهلاك الطاقة بنسبة 10%. 1 نانومتر مكعب³ من الأكسجين النقي يمكن أن يوفر حوالي 0.04 كيلوواط/ساعة من الكهرباء بناءً على حساب 6000 نانومتر مكعب³/ساعة. مع افتراض مدة تشغيل سنوية تبلغ 8400 ساعة، يمكن تحقيق توفير كبير في التكاليف يبلغ حوالي 29 مليون دولار.

4. الخدمة عن بُعد

عزز اقتراح "التصنيع الذكي" دمج تكنولوجيا التصنيع المتقدمة في الصين مع المعلوماتية. نظام تحليل البيانات عن بُعد، خدمة Pioneer Cloud، هو وظيفة عملية جديدة تم تحميلها على مصنع الأكسجين. تنتقل بيانات التشغيل إلى العميل عبر النظام المحدد في الوقت الفعلي، ثم يقارن النظام تلك البيانات مع المنحنى القياسي في ظل ظروف التشغيل العادية ويقدم تقرير نتائج مرئي. في حالة حدوث أي خلل، سيتم إطلاق إنذار فوري لتوجيه المشغلين لإجراء التعديلات والصيانة، مما يعزز استقراره بشكل أكبر، ويتجنب المخاطر غير المعروفة ويزيل المشاكل الخفية في أقرب وقت ممكن.

5. أخرى

يتم أيضًا تحقيق التخفيض في أوعية الامتصاص والمساحة المغطاة وكذلك المادة المازة. يصبح تعديل التحميل أسهل وأسرع.

باختصار، تتميز تقنية إنتاج الأكسجين بامتصاص الضغط المتأرجح بالتفريغ بمزايا انخفاض استهلاك الطاقة، والموثوقية العالية، وسهولة التشغيل والصيانة، والتعديل السريع للتحميل، وما إلى ذلك. لذلك، سيتوسع نطاق تطبيقها بشكل كبير. يساعد الإحالة الكاملة للتطبيقات التكنولوجية لـ VPSA من قبل مصانع الصلب في مختلف البلدان صناعة الصلب في الصين على خفض تكاليف الإنتاج بشكل أفضل وتحسين أرباح المؤسسات، وبالتالي تعزيز وزيادة القدرة التنافسية السوقية لشركات الصلب.