Design Modular Montado em Skid em Equipamentos de Geração de Oxigênio VPSA/PSA

Na indústria de engenharia, a integração de equipamentos tornou-se cada vez mais um requisito padrão para novas instalações construídas. A montagem modular em skid é um dos vários métodos para alcançar tal integração.

1. Conceito de Modularização e Montagem em Skid em Usina de Oxigênio VPSA/PSA

Montagem em skid refere-se a fixar um conjunto de equipamento de oxigênio VPSA (Adsorção por Oscilação de Pressão a Vácuo) e PSA (Adsorção por Oscilação de Pressão) em uma base feita de cantoneira de aço ou vigas I. Toda a unidade de oxigênio pode ser movida usando um dispositivo de elevação ou guindaste. Equipamentos de oxigênio montados em skid são amplamente utilizados em campos industriais.

A modularização, por outro lado, envolve a integração eficiente do processo e equipamento de produção de oxigênio de modo que cada skid tenha sua própria função independente. Ao mesmo tempo, permite a operação colaborativa entre diferentes skids, facilitando o design, fabricação e transporte descentralizados, além de reduzir a dificuldade de elevação. Exemplos desses módulos incluem skids de entrada/saída do adsorvedor, skids de compressão de oxigênio e skids de ventilação e medição.

O design modular montado em skid em sistema de oxigênio VPSA/PSA oferece alta integração, design detalhado, períodos de construção curtos, pequena pegada, sistemas de controle avançados, operação confiável, etc., resolvendo efetivamente os desafios técnicos na construção no local de unidades de oxigênio.

Neste contexto, um "módulo" refere-se à integração funcional, enquanto um "skid" refere-se à integração espacial. Um único módulo pode conter múltiplos skids, e similarmente, um skid pode consistir em vários módulos.

2. O Design Modular Montado em Skid da Usina VPSA/PSA-O2

(1) Abordagem de Design

A. O Design Modular da Usina de Oxigênio VPSA/PSA

a. Com base nas unidades funcionais do processo de geração de oxigênio, o sistema gerador de oxigênio VPSA/PSA é dividido em várias unidades de função única, formando séries de unidades modulares.

b. Considerando a unidade modular de oxigênio como um todo, leva-se em conta o tamanho máximo e o peso dos componentes dentro de um único módulo, juntamente com a viabilidade prática do transporte e a facilidade de instalação no local. O projeto final integra tubulações, equipamentos, instrumentos elétricos e outros componentes dentro da unidade modular, finalizando o layout geral do módulo.

c. Os componentes de tubulação dentro do módulo, especialmente os instrumentos, devem ser incorporados ao módulo tanto quanto possível durante o projeto.

d. O projeto concentra-se nos equipamentos-chave, incluindo também os componentes auxiliares. Todas as tubulações, instrumentos e válvulas são integrados em uma única unidade, facilitando o processo subsequente de montagem em skid.

e. A fiação de controle, os circuitos elétricos e de instrumentos para a unidade modular são pré-cablados e conectados de forma ordenada aos painéis de controle do sistema gerador de oxigênio. Uma vez que a energia é fornecida no local, o gerador de oxigênio pode ser rapidamente colocado em operação após uma simples depuração.

B. Projeto Montado em Skid da Planta de Oxigênio VPSA/PSA

a. Com base no processo de produção de oxigênio, todos os equipamentos, tubulações, instrumentos e outros componentes dentro de cada unidade modular são montados em um skid para formar múltiplas unidades de skid.

b. As dimensões da base, as localizações das vigas de suporte de carga e as especificações da estrutura de aço são determinadas com base no layout geral e no peso do gerador de oxigênio VPSA/PSA.

c. Usando o layout da tubulação e o fluxo do processo, as posições dos suportes de tubulação são definidas na base da estrutura de aço, visando minimizar as conexões entre os skids.

d. Durante o processo geral de projeto do skid, fatores como içamento e transporte, instalação no local, facilidade de operação e manutenção devem ser totalmente considerados para garantir usabilidade prática e eficiente.

(2) Pontos-chave do Layout do Equipamento de Oxigênio VPSA/PSA

O layout do equipamento segue o princípio técnico do projeto modular em skid. Com base nas unidades modulares pré-definidas, os componentes do equipamento de oxigênio são dispostos principalmente em uma plataforma unificada para atender aos regulamentos de espaçamento, garantindo um arranjo compacto enquanto satisfaz os requisitos de espaço para operação, inspeção e manutenção. Além disso, todas as tubulações, instrumentos e outros componentes dentro da unidade de oxigênio são pré-fabricados e instalados, de modo que, ao chegar ao local, apenas a soldagem das conexões de tubulação entre skids seja necessária para concluir a instalação do sistema gerador de oxigênio.

Os princípios para o layout da tubulação do skid são os seguintes:

• Está em conformidade com os requisitos do fluxo de processo e atende às especificações de tamanho e peso do skid.

• Facilita a operação e o gerenciamento, garantindo a produção segura.

• Permite manutenção conveniente da tubulação e operação das válvulas.

• O projeto geral deve ser harmonioso e esteticamente agradável, minimizando o uso de materiais.

Ao modelar os skids da planta de oxigênio, os projetistas devem aderir estritamente aos princípios de tubulação e focar no arranjo dos equipamentos. Equipamentos relativamente altos devem ser posicionados no centro, enquanto os mais baixos e as válvulas devem ser colocados ao redor. Isso permite que o pessoal de manutenção e suas ferramentas acessem facilmente os componentes, o que é crucial para as operações diárias, manutenção, reparos e desmontagem da planta VPSA/PSA-O2.

Para garantir conexões rápidas e confiáveis no local no futuro, a tubulação entre os skids deve ser conectada com flanges sempre que possível. Se forem necessárias passagens para pessoal dentro do skid, a largura não deve ser inferior a 900 mm e a altura não deve ser inferior a 2150 mm.

(3) Seleção de Equipamentos de Oxigênio VPSA/PSA

Sob a premissa de custos razoáveis e controláveis, é essencial selecionar equipamentos eficientes e multifuncionais sempre que possível. O projeto modular montado em skid deve começar com a integração das funções do equipamento, em vez de meramente "empilhar" processos e equipamentos de geração de oxigênio.

(4) Teste de Pressão e Transporte do Skid

Uma vez concluídos os desenhos de projeto do skid, o processo de fabricação e instalação começa na fábrica. Após a conclusão, cada skid passa por detecção de falhas, teste de pressão hidráulica, teste de estanqueidade, purga e proteção contra corrosão, todos em conformidade com as normas nacionais. Esses testes garantem a qualidade e confiabilidade do skid, assegurando que a planta de oxigênio esteja pronta para uso na entrega.

Dada a complexidade do transporte marítimo e terrestre, é crucial garantir que os skids da unidade de oxigênio não sejam danificados durante o trânsito. Os skids e outros componentes devem ser embalados separadamente, colocados em contêineres à prova d'água e claramente etiquetados com uma lista de embalagem que inclua seus nomes, números, lista de equipamentos e referências de desenho para facilitar a organização e desmontagem no local.

3. Desafios da Tecnologia Modular Montada em Skid VPSA/PSA

A tecnologia modular montada em skid da planta de oxigênio VPSA/PSA divide as unidades de produção de plantas de oxigênio de grande porte em vários módulos com base nos requisitos funcionais e nas restrições de transporte. Cada módulo é projetado separadamente, com equipamentos, tubulações, instrumentação e outros componentes concluídos e instalados em uma fábrica de pré-fabricação. Após integração inicial e depuração simples, os módulos são desmontados, transportados para o local e remontados. Finalmente, todo o sistema de oxigênio passa por depuração geral e teste de pressão antes da operação. Embora essa tecnologia ofereça vantagens significativas em segurança, proteção ambiental, cronograma do projeto, custo e qualidade, ela também enfrenta vários desafios e obstáculos na aplicação prática.

(1) Desafios Técnicos

A implementação da tecnologia modular montada em skid requer a superação de uma série de desafios técnicos, incluindo a precisão do projeto modular do VPSA/ de oxigênio PSA, precisão de fabricação dos componentes modulares VPSA/PSA e a viabilidade de transporte e instalação desses componentes VPSA/PSA.

• Projeto Colaborativo Multidisciplinar: O equipamento de oxigênio VPSA/PSA modular montado em skid envolve múltiplas disciplinas, como processo, equipamento, tubulação, estrutura e engenharia elétrica. Projeto colaborativo eficiente e planejamento de construção preciso são essenciais.

• Carga de Trabalho Pesada em Modelagem 3D: Devido à complexidade da estrutura do equipamento montado em skid, é necessária modelagem 3D detalhada para garantir um projeto racional e evitar potenciais conflitos.

• Montagem e Desmontagem no Local: Unidades montadas em skid de múltiplas camadas devem ser montadas em camadas na fábrica. Considerando a necessidade de içamento, transporte e remontagem no local, um plano detalhado deve ser desenvolvido para esses processos.

Além disso, o projeto modular deve considerar condições físicas, requisitos de qualificação, condições humanas e organizacionais, bem como a aplicação de software inteligente, todos essenciais para a implementação bem-sucedida do projeto modular de plantas VPSA/PSA.

(2) Padronização e Escalabilidade

Atualmente, tanto nacional quanto internacionalmente, o projeto modular ainda está em estágios iniciais de desenvolvimento, e uma cadeia de suprimentos de fabricação modular montada em skid padronizada e escalável ainda não foi estabelecida. Isso significa que, ao implementar a tecnologia modular montada em skid, pode haver falta de padrões e especificações unificados, levando a problemas de compatibilidade e intercambialidade entre diferentes projetos.

(3) Fatores Ambientais e de Segurança

Em certos ambientes especiais, como condições climáticas extremas ou terreno complexo, a implementação da tecnologia modular montada em skid pode enfrentar desafios adicionais.

Com base nas vantagens da tecnologia modular skid-mounted, a PKU Pioneer oferece geradores de oxigênio modulares VPSA/PSA de alta eficiência que se destacam pela relação custo-benefício, pegada reduzida e prazo de entrega encurtado. O sistema de geração de oxigênio é especialmente projetado e instalado em um contêiner, sendo ideal para clientes com limitações de espaço e baixas demandas de fluxo de oxigênio (geralmente <450Nm³/h).

Em 2023, a PKU Pioneer entregou com sucesso uma planta de PSA de oxigênio containerizada para usuários na Itália e na Malásia, para tratamento de esgoto e indústria alimentícia. Desde sua fundação em 1999, a PKU Pioneer oferece soluções adaptáveis de geração de oxigênio para diversas necessidades internacionais em mais de 20 áreas industriais, tornando-nos um fornecedor confiável e preferido na indústria de VPSA e PSA em todo o mundo.