Модульная конструкция на раме в оборудовании VPSA/PSA для генерации кислорода

В машиностроении интеграция оборудования все чаще становится стандартным требованием для новых строящихся установок. Модульная сборка на раме — один из различных методов достижения такой интеграции.

1. Концепция модульности и монтажа на раме в VPSA/PSA-кислородной установке

Монтаж на раме означает закрепление набора VPSA (вакуумная адсорбция при переменном давлении) и PSA (адсорбция при переменном давлении) кислородного оборудования на основании из уголка или двутавровых балок. Вся кислородная установка может перемещаться с помощью подъемного устройства или крана. Кислородное оборудование на раме широко используется в промышленных областях.

Модульность, с другой стороны, предполагает эффективную интеграцию процесса производства кислорода и оборудования, так что каждая рама имеет свою независимую функцию. В то же время это позволяет совместную работу между разными рамами, облегчая децентрализованное проектирование, изготовление и транспортировку, а также снижая сложность подъема. Примеры таких модулей включают рамы входа/выхода адсорберов, рамы компрессии кислорода и рамы сброса и измерения.

Модульная конструкция на раме в VPSA/PSA-кислородной системе обеспечивает высокую интеграцию, детализированное проектирование, короткие сроки строительства, малую площадь, передовые системы управления, надежную работу и т. д., эффективно решая технические проблемы при строительстве кислородных установок на месте.

В данном контексте «модуль» означает функциональную интеграцию, а «рама» — пространственную интеграцию. Один модуль может содержать несколько рам, и аналогично, одна рама может состоять из нескольких модулей.

2. Модульная конструкция на раме VPSA/PSA-O2 установки

(1) Подход к проектированию

A. Модульная конструкция VPSA/PSA-кислородной установки

a. На основе функциональных блоков процесса генерации кислорода, технологии VPSA/PSA-кислородной Генерирующая система разделена на несколько однофункциональных блоков, образующих серию модульных единиц.

b. На основе модульного кислородного блока в целом, с учетом максимальных размеров и веса компонентов внутри одного модуля, а также практической осуществимости транспортировки и простоты монтажа на месте. Окончательный проект объединяет трубопроводы, оборудование, электрические приборы и другие компоненты внутри модульного блока, завершая общую компоновку модуля.

c. Трубопроводные компоненты внутри модуля, особенно приборы, следует по возможности включать в модуль при проектировании.

d. Проектирование сосредоточено на ключевом оборудовании, с включением вспомогательных компонентов. Все трубопроводы, приборы и клапаны объединены в один блок, что облегчает последующий процесс сборки на раме.

e. Соединительные провода, электрические и приборные цепи модульного блока предварительно разведены и упорядоченно подключены к шкафам управления кислородной генерирующей системы. После подачи питания на месте кислородный генератор может быть быстро введен в эксплуатацию после простой отладки.

B. Блочно-модульная конструкция кислородной установки VPSA/PSA

a. На основе процесса производства кислорода все оборудование, трубопроводы, приборы и другие компоненты внутри каждого модульного блока собираются на раме, образуя несколько блочных единиц.

b. Габаритные размеры основания, расположение несущих балок и спецификации стальной конструкции определяются на основе общей компоновки и веса кислородного генератора VPSA/PSA.

c. Используя схему трубопроводов и технологический поток, определяются положения опор трубопроводов на стальном основании, с целью минимизации соединений между блоками.

d. В ходе общего процесса проектирования блочной конструкции следует тщательно учитывать такие факторы, как подъем и транспортировка, монтаж на месте, удобство эксплуатации и обслуживания, чтобы обеспечить практичность и эффективность использования.

(2) Ключевые моменты компоновки кислородного оборудования VPSA/PSA

Компоновка оборудования следует техническому принципу модульного блочного проектирования. На основе предварительно определенных модульных блоков компоненты кислородного оборудования в основном размещаются на единой платформе с соблюдением норм расстояний, обеспечивая компактное расположение при удовлетворении требований к пространству для эксплуатации, осмотра и технического обслуживания. Кроме того, все трубопроводы, приборы и другие компоненты в составе кислородного блока изготавливаются и устанавливаются заранее, так что по прибытии на место для завершения монтажа кислородной генерирующей системы достаточно сварить соединения трубопроводов между блоками.

Принципы компоновки трубопроводов в блоках следующие:

• Соответствует требованиям технологического процесса и удовлетворяет спецификациям по размерам и весу блока.

• Облегчает эксплуатацию и управление при обеспечении безопасности производства.

• Обеспечивает удобное техническое обслуживание трубопроводов и работу клапанов.

• Общая конструкция должна быть гармоничной и эстетичной, при этом минимизируя расход материалов.

При моделировании блоков кислородной установки проектировщики должны строго следовать принципам прокладки трубопроводов и уделять внимание расположению оборудования. Относительно высокое оборудование следует располагать в центре, а более низкое и клапаны — по периферии. Это позволяет обслуживающему персоналу и их инструментам легко добираться до компонентов, что важно для повседневной эксплуатации, технического обслуживания, ремонта и демонтажа установки VPSA/PSA-O2.

Для обеспечения быстрого и надежного соединения на месте в будущем трубопроводы между блоками следует по возможности соединять фланцами. Если внутри блока требуются проходы для персонала, ширина должна быть не менее 900 мм, а высота — не ниже 2150 мм.

(3) Выбор кислородного оборудования VPSA/PSA

При условии разумной и контролируемой стоимости необходимо по возможности выбирать эффективное и многофункциональное оборудование. Модульное блочное проектирование должно начинаться с интеграции функций оборудования, а не с простого «нагромождения» процессов и оборудования для генерации кислорода.

(4) Испытание давлением и транспортировка блоков

После завершения чертежей блочной конструкции начинается процесс изготовления и монтажа на заводе. По завершении каждый блок проходит дефектоскопию, гидравлические испытания, испытания на герметичность, продувку и антикоррозийную обработку в соответствии с национальными стандартами. Эти испытания обеспечивают качество и надежность блока, гарантируя готовность кислородной установки к использованию при поставке.

Учитывая сложность морских и наземных перевозок, крайне важно обеспечить сохранность блоков кислородной установки при транспортировке. Блоки и другие компоненты следует упаковывать отдельно, помещать в водонепроницаемые контейнеры и четко маркировать упаковочным листом с указанием их наименований, номеров, перечня оборудования и ссылок на чертежи для удобства размещения и распаковки на месте.

3. Проблемы модульной блочной технологии VPSA/PSA

Модульная блочная технология установки VPSA/PSA разделяет производственные блоки крупных кислородных установок на несколько модулей в зависимости от функциональных требований и транспортных ограничений. Каждый модуль проектируется отдельно, а оборудование, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и другие компоненты изготавливаются и устанавливаются в заводских условиях. После начальной интеграции и простой отладки модули разбираются, транспортируются на площадку и собираются заново. Наконец, вся кислородная система проходит комплексную отладку и испытание давлением перед эксплуатацией. Хотя эта технология имеет значительные преимущества в плане безопасности, охраны окружающей среды, соблюдения графика проекта, стоимости и качества, она также сталкивается с рядом проблем и препятствий на практике.

(1) Технические проблемы

Внедрение модульной блочной технологии требует преодоления ряда технических проблем, включая точность модульного проектирования VPSA/ установка PSA по производству кислорода, точность изготовления модульных компонентов VPSA/PSA и осуществимость транспортировки и монтажа этих компонентов VPSA/PSA.

• Многодисциплинарное совместное проектирование: Модульное блочное кислородное оборудование VPSA/PSA включает несколько дисциплин, таких как технология, оборудование, трубопроводы, конструкции и электротехника. Необходимы эффективное совместное проектирование и точное планирование строительства.

• Большой объем работ по 3D-моделированию: Из-за сложности конструкции блочного оборудования требуется детальное 3D-моделирование для обеспечения рационального проектирования и предотвращения возможных конфликтов.

• Сборка и разборка на месте: Многоярусные блочные установки должны собираться по ярусам на заводе. С учетом необходимости подъема, транспортировки и повторной сборки на месте необходимо разработать подробный план этих процессов.

Кроме того, модульное проектирование должно учитывать физические условия, квалификационные требования, человеческие и организационные условия, а также применение интеллектуального программного обеспечения — все это необходимо для успешного внедрения модульного проектирования установок VPSA/PSA.

(2) Стандартизация и масштабируемость

В настоящее время как в стране, так и за рубежом модульное проектирование все еще находится на ранних стадиях развития, и стандартизированная, масштабируемая цепочка поставок для модульного блочного производства еще не создана. Это означает, что при внедрении модульной блочной технологии может не хватать единых стандартов и спецификаций, что приводит к проблемам совместимости и взаимозаменяемости между различными проектами.

(3) Факторы окружающей среды и безопасности

В некоторых особых условиях, таких как экстремальные погодные условия или сложный рельеф, внедрение модульной блочной технологии может столкнуться с дополнительными трудностями.

Основываясь на преимуществах модульной блочной технологии, PKU Pioneer предлагает высокоэффективные модульные кислородные генераторы VPSA/PSA, которые отличаются экономической эффективностью, уменьшенной занимаемой площадью и сокращенными сроками поставки. Система генерации кислорода специально спроектирована и установлена в контейнере, что делает ее идеальной для клиентов с ограниченным пространством и низкими потребностями в потоке кислорода (обычно <450 Нм³/ч).

В 2023 году компания PKU Pioneer успешно поставила контейнерные установки PSA по производству кислорода заказчикам в Италии и Малайзии для очистки сточных вод и пищевой промышленности. С момента своего основания в 1999 году PKU Pioneer предлагает адаптируемые решения по генерации кислорода для различных международных потребностей более чем в 20 промышленных областях, что делает нас надежным и предпочтительным поставщиком в мировой отрасли VPSA и PSA.