Modulares Skid-Mounted-Design in VPSA/PSA-Sauerstofferzeugungsanlagen

In der Verfahrenstechnik wird die Geräteintegration zunehmend zur Standardanforderung für neu errichtete Anlagen. Die modulare Skid-Montage ist eine der verschiedenen Methoden, um eine solche Integration zu erreichen.

1. Konzept der Modularisierung und Skid-Montage in VPSA/PSA-Sauerstoffanlagen

Unter Skid-Montage versteht man die Befestigung einer Reihe von VPSA- (Vakuum-Druckwechsel-Adsorption) und PSA- (Druckwechsel-Adsorption) Sauerstoffanlagen auf einer Basis aus Winkelstahl oder I-Trägern. Die gesamte Sauerstoffeinheit kann mit einem Hebezeug oder Kran bewegt werden. Skid-montierte Sauerstoffanlagen werden in industriellen Bereichen weit verbreitet eingesetzt.

Die Modularisierung hingegen beinhaltet die effiziente Integration von Sauerstoffproduktionsprozess und -ausrüstung, sodass jeder Skid seine eigene unabhängige Funktion hat. Gleichzeitig ermöglicht sie den kooperativen Betrieb zwischen verschiedenen Skids, erleichtert dezentrales Design, Fertigung und Transport und reduziert zudem die Schwierigkeit des Hebens. Beispiele für solche Module sind Adsorber-Einlass-/Auslass-Skids, Sauerstoffverdichtungs-Skids sowie Entlüftungs- und Mess-Skids.

Das modulare Skid-Design in VPSA/PSA-Sauerstoffanlagen bietet hohe Integration, detaillierte Planung, kurze Bauzeiten, geringen Platzbedarf, fortschrittliche Steuerungssysteme, zuverlässigen Betrieb usw. und löst effektiv die technischen Herausforderungen bei der Vor-Ort-Errichtung von Sauerstoffanlagen.

In diesem Zusammenhang bezieht sich ein "Modul" auf die funktionale Integration, während ein "Skid" die räumliche Integration bezeichnet. Ein einzelnes Modul kann mehrere Skids enthalten, und ebenso kann ein Skid aus mehreren Modulen bestehen.

2. Das modulare Skid-Design der VPSA/PSA-O2-Anlage

(1) Planungsansatz

A. Das modulare Design der VPSA/PSA-Sauerstoffanlage

a. Basierend auf den funktionalen Einheiten des Sauerstofferzeugungsprozesses wird das VPSA/PSA-Sauerstoff -erzeugungssystem in mehrere Einzelfunktionseinheiten unterteilt, um modulare Einheitenserien zu bilden.

b. Auf der Grundlage der modularen Sauerstoffeinheit als Ganzes werden die maximalen Abmessungen und das Gewicht der Komponenten innerhalb eines einzelnen Moduls sowie die praktische Durchführbarkeit des Transports und die einfache Vor-Ort-Installation berücksichtigt. Das endgültige Design integriert Rohrleitungen, Ausrüstung, elektrische Instrumente und andere Komponenten innerhalb der modularen Einheit und schließt das Gesamtlayout des Moduls ab.

c. Die Rohrleitungskomponenten innerhalb des Moduls, insbesondere die Instrumente, sollten während der Planung so weit wie möglich in das Modul integriert werden.

d. Das Design konzentriert sich auf Schlüsselausrüstungen, wobei auch Hilfskomponenten einbezogen werden. Alle Rohrleitungen, Instrumente und Ventile sind in einer Einheit integriert, was den nachfolgenden Skid-Montageprozess erleichtert.

e. Die Steuerungsverkabelung, elektrischen und instrumentellen Schaltkreise der modularen Einheit sind vorverdrahtet und ordnungsgemäß mit den Steuerschränken des Sauerstofferzeugungssystems verbunden. Sobald die Stromversorgung vor Ort besteht, kann der Sauerstoffgenerator nach einfacher Inbetriebnahme schnell in Betrieb genommen werden.

B. Skid-Design der VPSA/PSA-Sauerstoffanlage

a. Basierend auf dem Sauerstofferzeugungsprozess werden alle Geräte, Rohrleitungen, Instrumente und andere Komponenten innerhalb jeder Moduleinheit zu einem Skid zusammengebaut, um mehrere Skid-Einheiten zu bilden.

b. Die Grundabmessungen, die Positionen der lasttragenden Träger und die Stahlstrukturspezifikationen werden basierend auf dem Gesamtlayout und dem Gewicht des VPSA/PSA-Sauerstoffgenerators bestimmt.

c. Unter Verwendung des Rohrleitungslayouts und des Prozessflusses werden die Positionen der Rohrleitungsstützen auf dem Stahlstrukturfundament definiert, um die Verbindungen zwischen den Skids zu minimieren.

d. Während des gesamten Skid-Designprozesses sollten Faktoren wie Heben und Transport, Vor-Ort-Installation, einfache Bedienung und Wartung gründlich berücksichtigt werden, um eine praktische und effiziente Nutzbarkeit zu gewährleisten.

(2) Wichtige Punkte des VPSA/PSA-Sauerstoffausrüstungslayouts

Das Ausrüstungslayout folgt dem technischen Prinzip des modularen Skid-Designs. Basierend auf den vordefinierten modularen Einheiten werden die Sauerstoffausrüstungskomponenten hauptsächlich auf einer einheitlichen Plattform angeordnet, um Abstandsvorschriften einzuhalten und eine kompakte Anordnung zu gewährleisten, während gleichzeitig ausreichend Platz für Betrieb, Inspektion und Wartung vorhanden ist. Darüber hinaus werden alle Rohrleitungen, Instrumente und andere Komponenten innerhalb der Sauerstoffeinheit vorgefertigt und installiert, sodass nach der Ankunft vor Ort nur noch die Rohrleitungsverbindungen zwischen den Skids geschweißt werden müssen, um die Installation des Sauerstofferzeugungssystems abzuschließen.

Die Prinzipien für das Skid-Rohrleitungslayout sind wie folgt:

• Entspricht den Prozessflussanforderungen und erfüllt die Spezifikationen für Skid-Größe und Gewicht.

• Erleichtert Betrieb und Management bei gleichzeitiger Gewährleistung der Produktionssicherheit.

• Ermöglicht eine bequeme Rohrleitungswartung und Ventilbedienung.

• Das Gesamtdesign sollte harmonisch und ästhetisch ansprechend sein und gleichzeitig den Materialverbrauch minimieren.

Bei der Modellierung der Sauerstoffanlagen-Skids sollten die Konstrukteure strikt den Rohrleitungsprinzipien folgen und sich auf die Geräteanordnung konzentrieren. Relativ hohe Geräte sollten in der Mitte positioniert werden, während niedrigere und Ventile rundherum platziert werden. Dadurch können Wartungspersonal und deren Werkzeuge leicht auf die Komponenten zugreifen, was für den täglichen Betrieb, die Wartung, Reparaturen und die Demontage der VPSA/PSA-O2-Anlage entscheidend ist.

Um zukünftig schnelle und zuverlässige Verbindungen vor Ort zu gewährleisten, sollten die Rohrleitungen zwischen den Skids nach Möglichkeit mit Flanschen verbunden werden. Wenn innerhalb des Skids Personendurchgänge erforderlich sind, sollte die Breite nicht weniger als 900 mm und die Höhe nicht weniger als 2150 mm betragen.

(3) VPSA/PSA-Sauerstoffausrüstungsauswahl

Unter der Voraussetzung angemessener und kontrollierbarer Kosten ist es unerlässlich, wann immer möglich effiziente und multifunktionale Geräte auszuwählen. Das modulare Skid-Design sollte mit der Integration von Gerätefunktionen beginnen, anstatt lediglich Sauerstofferzeugungsprozesse und -geräte zu "stapeln".

(4) Skid-Druckprüfung und Transport

Sobald die Skid-Designzeichnungen fertiggestellt sind, beginnt der Fertigungs- und Installationsprozess im Werk. Nach Abschluss werden die Skids einer Fehlerprüfung, Wasserdruckprüfung, Dichtheitsprüfung, Spülung und Korrosionsschutzbehandlung unterzogen, alles in Übereinstimmung mit nationalen Normen. Diese Tests gewährleisten die Qualität und Zuverlässigkeit des Skids und stellen sicher, dass die Sauerstoffanlage bei Lieferung einsatzbereit ist.

Angesichts der Komplexität des See- und Landtransports ist es entscheidend, sicherzustellen, dass die Sauerstoffanlagen-Skids während des Transports nicht beschädigt werden. Skids und andere Komponenten sollten separat verpackt, in wasserdichten Behältern untergebracht und mit einem Packzettel versehen werden, der deren Namen, Nummern, Ausrüstungsliste und Zeichnungsreferenzen enthält, um die Vor-Ort-Anordnung und Demontage zu erleichtern.

3. Herausforderungen der modularen Skid-Technologie für VPSA/PSA

Die modulare Skid-Technologie der VPSA/PSA-Sauerstoffanlage unterteilt die Produktionseinheiten großer Sauerstoffanlagen basierend auf funktionalen Anforderungen und Transportbeschränkungen in mehrere Module. Jedes Modul wird separat entworfen, mit Ausrüstung, Rohrleitungen, Instrumentierung und anderen Komponenten, die in einer Vorfertigungsfabrik fertiggestellt und installiert werden. Nach anfänglicher Integration und einfacher Inbetriebnahme werden die Module zerlegt, zum Standort transportiert und wieder zusammengebaut. Schließlich wird das gesamte Sauerstoffsystem vor dem Betrieb einer Gesamtinbetriebnahme und Druckprüfung unterzogen. Während diese Technologie erhebliche Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Umweltschutz, Projektzeitplan, Kosten und Qualität bietet, steht sie in der praktischen Anwendung auch vor mehreren Herausforderungen und Hindernissen.

(1) Technische Herausforderungen

Die Implementierung der modularen Skid-Technologie erfordert die Bewältigung einer Reihe technischer Herausforderungen, darunter die Präzision des modularen Designs der VPSA/ zur PSA-Sauerstofferzeugung, die Fertigungsgenauigkeit der modularen VPSA/PSA-Komponenten und die Durchführbarkeit des Transports und der Installation dieser VPSA/PSA-Komponenten.

• Multidisziplinäres kollaboratives Design: Modulare Skid-VPSA/PSA-Sauerstoffausrüstung umfasst mehrere Disziplinen wie Verfahrenstechnik, Ausrüstung, Rohrleitungen, Struktur und Elektrotechnik. Effizientes kollaboratives Design und präzise Bauplanung sind unerlässlich.

• Hoher Arbeitsaufwand bei der 3D-Modellierung: Aufgrund der Komplexität der Skid-Montageausrüstungsstruktur ist eine detaillierte 3D-Modellierung erforderlich, um ein rationales Design sicherzustellen und potenzielle Konflikte zu vermeiden.

• Vor-Ort-Montage und Demontage: Mehrschichtige Skid-Einheiten müssen werkseitig schichtweise montiert werden. Unter Berücksichtigung des Hebens, Transports und der Wiederzusammenführung vor Ort muss ein detaillierter Plan für diese Prozesse entwickelt werden.

Darüber hinaus muss das modulare Design physikalische Bedingungen, Qualifikationsanforderungen, personelle und organisatorische Bedingungen sowie die Anwendung intelligenter Software berücksichtigen, die alle für die erfolgreiche Implementierung des modularen Designs von VPSA/PSA-Anlagen wesentlich sind.

(2) Standardisierung und Skalierbarkeit

Derzeit befindet sich das modulare Design sowohl national als auch international noch in einem frühen Entwicklungsstadium, und eine standardisierte, skalierbare Lieferkette für modulare Skid-Montagefertigung wurde noch nicht etabliert. Dies bedeutet, dass bei der Implementierung modularer Skid-Technologie möglicherweise einheitliche Standards und Spezifikationen fehlen, was zu Kompatibilitäts- und Austauschbarkeitsproblemen zwischen verschiedenen Projekten führt.

(3) Umwelt- und Sicherheitsfaktoren

In bestimmten besonderen Umgebungen, wie extremen Wetterbedingungen oder komplexem Gelände, kann die Implementierung modularer Skid-Technologie zusätzliche Herausforderungen mit sich bringen.

Aufbauend auf den Vorteilen der modularen Skid-Technologiebietet PKU Pioneer hocheffiziente modulare VPSA/PSA-Sauerstoffgeneratoren, die sich durch ihre Kosteneffizienz, reduzierte Stellfläche und verkürzte Lieferzeit auszeichnen. Das Sauerstofferzeugungssystem ist speziell ausgelegt und in einem Container installiert, was es ideal für Kunden mit Platzbeschränkungen und geringem Sauerstoffbedarf (normalerweise <450 Nm³/h) macht.³/h).

Im Jahr 2023 lieferte PKU Pioneer erfolgreich containerisierte PSA-Sauerstoffanlagen an Kunden in Italien und Malaysia für Abwasserbehandlung und Lebensmittelindustrie. Seit seiner Gründung im Jahr 1999 bietet PKU Pioneer anpassungsfähige Sauerstofferzeugungslösungen für unterschiedliche internationale Anforderungen in über 20 Industriebereichen und ist damit ein vertrauenswürdiger und bevorzugter Anbieter in der VPSA- und PSA-Branche weltweit.