Diseño modular montado en patín en equipos de generación de oxígeno VPSA/PSA

En la industria de la ingeniería, la integración de equipos se ha convertido cada vez más en un requisito estándar para las instalaciones recién construidas. El montaje modular en patín es uno de los diversos métodos para lograr dicha integración.

1. Concepto de modularización y montaje en patín en plantas de oxígeno VPSA/PSA

El montaje en patín se refiere a fijar un conjunto de equipos de oxígeno VPSA (Adsorción por Cambio de Presión al Vacío) y PSA (Adsorción por Cambio de Presión) sobre una base hecha de ángulo o vigas I. Toda la unidad de oxígeno se puede mover utilizando un dispositivo de elevación o grúa. Los equipos de oxígeno montados en patín se utilizan ampliamente en campos industriales.

La modularización, por otro lado, implica la integración eficiente del proceso de producción de oxígeno y el equipo para que cada patín tenga su propia función independiente. Al mismo tiempo, permite la operación colaborativa entre diferentes patines, facilitando el diseño, fabricación y transporte descentralizados, y reduciendo la dificultad de elevación. Ejemplos de estos módulos incluyen patines de entrada/salida del adsorbedor, patines de compresión de oxígeno y patines de ventilación y medición.

El diseño modular montado en patín en el sistema de oxígeno VPSA/PSA ofrece alta integración, diseño detallado, períodos de construcción cortos, huella pequeña, sistemas de control avanzados, operación confiable, etc., resolviendo eficazmente los desafíos técnicos en la construcción in situ de unidades de oxígeno.

En este contexto, un "módulo" se refiere a la integración funcional, mientras que un "patín" se refiere a la integración espacial. Un solo módulo puede contener múltiples patines, y de manera similar, un patín puede consistir en varios módulos.

2. El diseño modular montado en patín de la planta VPSA/PSA-O2

(1) Enfoque de diseño

A. El diseño modular de la planta de oxígeno VPSA/PSA

a. Basándose en las unidades funcionales del proceso de generación de oxígeno, el sistema de generación de oxígeno VPSA/PSA se divide en múltiples unidades de función única para formar series de unidades modulares.

b. Sobre la base de la unidad modular de oxígeno en su conjunto, teniendo en cuenta el tamaño máximo y el peso de los componentes dentro de un solo módulo, junto con la viabilidad práctica del transporte y la facilidad de instalación in situ. El diseño final integra tuberías, equipos, instrumentos eléctricos y otros componentes dentro de la unidad modular, finalizando el diseño general del módulo.

c. Los componentes de tuberías dentro del módulo, especialmente los instrumentos, deben incorporarse dentro del módulo tanto como sea posible durante el diseño.

d. El diseño se centra en los equipos clave, incluyendo también los componentes auxiliares. Todas las tuberías, instrumentos y válvulas se integran en una sola unidad, facilitando el proceso de montaje en patín posterior.

e. El cableado de control, los circuitos eléctricos y de instrumentos para la unidad modular se precablean y conectan ordenadamente a los armarios de control del sistema de generación de oxígeno. Una vez que se suministra energía en el sitio, el generador de oxígeno se puede poner en funcionamiento rápidamente después de una simple puesta a punto.

B. Diseño montado en patín de la planta de oxígeno VPSA/PSA

a. Basándose en el proceso de producción de oxígeno, todos los equipos, tuberías, instrumentos y otros componentes dentro de cada unidad modular se ensamblan en un patín para formar múltiples unidades de patín.

b. Las dimensiones de la base, las ubicaciones de las vigas de soporte de carga y las especificaciones de la estructura de acero se determinan en función del diseño general y el peso del generador de oxígeno VPSA/PSA.

c. Utilizando el diseño de tuberías y el flujo del proceso, se definen las posiciones de los soportes de tuberías en la base de la estructura de acero, con el objetivo de minimizar las conexiones entre patines.

d. Durante el proceso de diseño general del patín, se deben considerar a fondo factores como la elevación y el transporte, la instalación in situ, la facilidad de operación y mantenimiento para garantizar una usabilidad práctica y eficiente.

(2) Puntos clave de la disposición de equipos de oxígeno VPSA/PSA

La disposición de los equipos sigue el principio técnico del diseño modular en patín. Basándose en las unidades modulares predefinidas, los componentes del equipo de oxígeno se disponen principalmente en una plataforma unificada para cumplir con las regulaciones de espaciado, asegurando una disposición compacta mientras se satisfacen los requisitos de espacio para operación, inspección y mantenimiento. Además, todas las tuberías, instrumentos y otros componentes dentro de la unidad de oxígeno se prefabrican e instalan, de modo que al llegar al sitio, solo se necesita soldar las conexiones de tuberías entre patines para completar la instalación del sistema de generación de oxígeno.

Los principios para el diseño de tuberías en patín son los siguientes:

• Cumple con los requisitos del flujo de proceso y satisface las especificaciones de tamaño y peso del skid.

• Facilita la operación y la gestión, garantizando al mismo tiempo una producción segura.

• Permite un mantenimiento conveniente de las tuberías y la operación de válvulas.

• El diseño general debe ser armonioso y estéticamente agradable, minimizando el uso de materiales.

Al modelar los skids de la planta de oxígeno, los diseñadores deben cumplir estrictamente con los principios de tuberías y centrarse en la disposición de los equipos. Los equipos relativamente altos deben colocarse en el centro, mientras que los más bajos y las válvulas deben colocarse alrededor. Esto permite que el personal de mantenimiento y sus herramientas accedan fácilmente a los componentes, lo cual es crucial para las operaciones diarias, mantenimiento, reparaciones y desmontaje de la planta VPSA/PSA-O2.

Para garantizar conexiones rápidas y fiables en el sitio en el futuro, las tuberías entre skids deben conectarse con bridas siempre que sea posible. Si se requieren pasillos para el personal dentro del skid, el ancho no debe ser inferior a 900 mm y la altura no debe ser inferior a 2150 mm.

（3）Selección de Equipos de Oxígeno VPSA/PSA

Bajo la premisa de costos razonables y controlables, es esencial seleccionar equipos eficientes y multifuncionales siempre que sea posible. El diseño modular montado en skid debe comenzar con la integración de las funciones del equipo, en lugar de simplemente “apilar” procesos y equipos de generación de oxígeno.

（4）Prue

Una vez completados los diseños de los bastidores, comienza el proceso de fabricación e instalación en la fábrica. Tras la finalización, cada bastidor se somete a detección de defectos, pruebas de presión hidráulica, pruebas de estanqueidad al aire, purga y protección contra la corrosión, todo en cumplimiento con las normas nacionales. Estas pruebas garantizan la calidad y fiabilidad del bastidor, asegurando que la planta de oxígeno esté lista para su uso al momento de la entrega.

Dada la complejidad del transporte marítimo y terrestre, es crucial garantizar que los bastidores de la unidad de oxígeno no sufran daños durante el tránsito. Los bastidores y otros componentes deben empaquetarse por separado, colocarse en contenedores impermeables y etiquetarse claramente con una lista de empaque que incluya sus nombres, números, lista de equipos y referencias de planos para facilitar la disposición y el desmontaje en el sitio.

3. Desafíos de la tecnología modular sobre bastidores de VPSA/PSA

La tecnología modular sobre bastidores de la planta de oxígeno VPSA/PSA divide las unidades de producción de las plantas de oxígeno a gran escala en múltiples módulos según los requisitos funcionales y las limitaciones de transporte. Cada módulo se diseña por separado, y los equipos, tuberías, instrumentación y otros componentes se completan e instalan en una fábrica de prefabricación. Tras una integración inicial y una depuración simple, los módulos se desmontan, transportan al sitio y se vuelven a ensamblar. Finalmente, todo el sistema de oxígeno se somete a una depuración general y pruebas de presión antes de su operación. Aunque esta tecnología ofrece ventajas significativas en seguridad, protección ambiental, cronograma del proyecto, costo y calidad, también enfrenta varios desafíos y obstáculos en su aplicación práctica.

（1）Desafíos técnicos

La implementación de la tecnología modular sobre bastidores requiere superar una serie de desafíos técnicos, incluida la precisión del diseño modular del VPSA/ de oxígeno PSA, la precisión de fabricación de los componentes modulares de VPSA/PSA y la viabilidad del transporte e instalación de dichos componentes de VPSA/PSA.

• Diseño colaborativo multidisciplinario: Los equipos de oxígeno VPSA/PSA modulares sobre bastidores involucran múltiples disciplinas como procesos, equipos, tuberías, estructuras e ingeniería eléctrica. Es esencial contar con un diseño colaborativo eficiente y una planificación de construcción precisa.

• Gran carga de trabajo en modelado 3D: Debido a la complejidad de la estructura del equipo sobre bastidores, es necesario un modelado 3D detallado para garantizar un diseño racional y evitar posibles conflictos.

• Montaje y desmontaje en sitio: Las unidades sobre bastidores de múltiples capas deben ensamblarse por capas en la fábrica. Considerando la necesidad de izaje, transporte y reensamblaje en el sitio, se debe desarrollar un plan detallado para estos procesos.

Además, el diseño modular debe considerar las condiciones físicas, los requisitos de calificación, las condiciones humanas y organizativas, así como la aplicación de software inteligente, todo lo cual es esencial para la implementación exitosa del diseño modular de plantas VPSA/PSA.

（2）Estandarización y escalabilidad

Actualmente, tanto a nivel nacional como internacional, el diseño modular se encuentra todavía en sus primeras etapas de desarrollo, y no se ha establecido aún una cadena de suministro de fabricación modular sobre bastidores estandarizada y escalable. Esto significa que, al implementar la tecnología modular sobre bastidores, puede haber una falta de estándares y especificaciones unificadas, lo que provoca problemas de compatibilidad e intercambiabilidad entre diferentes proyectos.

（3）Factores ambientales y de seguridad

En ciertos entornos especiales, como condiciones climáticas extremas o terrenos complejos, la implementación de la tecnología modular sobre bastidores puede enfrentar desafíos adicionales.

Basándose en las ventajas de la tecnología modular sobre bastidores, PKU Pioneer ofrece generadores de oxígeno VPSA/PSA modulares altamente eficientes que se destacan por su rentabilidad, huella reducida y plazo de entrega acortado. El sistema generador de oxígeno está especialmente diseñado e instalado en un contenedor, lo que lo hace ideal para clientes con limitaciones de espacio y necesidades de bajo flujo de oxígeno (generalmente <450 Nm³/h).

En 2023, PKU Pioneer entregó con éxito una planta de oxígeno PSA en contenedor a usuarios en Italia y Malasia para tratamiento de aguas residuales e industria alimentaria. Desde su fundación en 1999, PKU Pioneer ha ofrecido soluciones adaptables de generación de oxígeno para diversas necesidades internacionales en más de 20 áreas industriales, lo que nos convierte en un proveedor confiable y preferido en la industria VPSA y PSA a nivel mundial.