مقدمة:تشهد الصناعات مثل الكيماويات الثقيلة والمعادن والزجاج والكيماويات والإلكترونيات طلبًا كبيرًا على الأكسجين عالي النقاء -O₂ والنيتروجين (N₂) والأرجون (Ar). لضمان استمرارية إمدادات الغاز ونقاوتها واقتصادها، يختار عدد متزايد من المحطات الكبيرة تركيب وحدات فصل الهواء المبرد (ASUs) في-الموقع بدلاً من الاعتماد على الغازات المشتراة. يعد اختيار وحدة تخزين البيانات المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لضمان إنتاج مستقر، وتوفير تكاليف التشغيل، وتحسين العائد على الاستثمار.
ستناقش هذه المقالة بالتفصيل كيفية اختيار وحدة ASU لمشروع معين من ثلاثة أبعاد رئيسية-السعة، واستهلاك الطاقة والنفقات التشغيلية، والنفقات الرأسمالية وإجمالي الاستثمار-، وبالاشتراك مع نموذج خدمة EPC والجاهزية من NEWTEK، توضح كيفية تحقيق حل فعال وموثوق من خلال محطة واحدة- للتسليم، تشمل التصميم الهندسي، وشراء المعدات، والإنشاء والتركيب، والتشغيل، والتسليم التشغيلي.
1. المبادئ الأساسية لجامعة ولاية أريزونا والسيناريوهات القابلة للتطبيق
أولاً، دعونا نراجع بإيجاز مبدأ العمل الأساسي لوحدة ASU المبردة. تعمل وحدة ASU المبردة عن طريق ضغط الهواء وتنقيته (إزالة الرطوبة وثاني أكسيد الكربون والشوائب)، وتبريده إلى درجات حرارة منخفضة للغاية (حوالي -180 درجة إلى -200 درجة)، ثم فصل المكونات بناءً على اختلافات درجة غليانها في عمود التجزئة. يمكن إخراج النيتروجين (N₂)، والأكسجين (O₂)، والأرجون (Ar) كغازات منتجة (أو سوائل)، على التوالي. اعتمادًا على حجم الوحدة وتكوينها (عمود- فردي، عمود- مزدوج، أو عمود ثلاثي- مع استخلاص الأرجون)، يمكن استخدام وحدات ASU على نطاق واسع في صناعة الصلب (إثراء الأكسجين في فرن الصهر، نفخ المحولات)، والبتروكيماويات/التغويز (يتطلب كميات كبيرة من الأكسجين لتفاعلات الأكسدة الجزئية)، وأفران صهر الزجاج (الوقود-الأوكسي)، والتخليق الكيميائي، والإلكترونيات/أشباه الموصلات (نيتروجين/أرجون فائق النقاء-)، والمعالجة الحرارية على نطاق واسع، وأفران الغلاف الجوي الخامل. لذلك، غالبًا ما تكون وحدات تخزين الطاقة بنية تحتية أساسية في المشاريع الصناعية الكبيرة والمتوسطة الحجم، ويجب أن يكون تصميمها مخصصًا بدرجة كبيرة بناءً على احتياجات المصب (حجم إنتاج الغاز، والنقاء، والضغط) والظروف المحلية.
2. السعة: تحديد حجم وحدة التخزين حسب الطلب.
الاعتبار الأساسي عند اختيار وحدة ASU هو قدرتها (أي عدد الأطنان/المتر المكعب القياسي من O₂/N₂/Ar التي يمكنها إنتاجها يوميًا). ويجب أن تتوافق هذه القدرة مع ذروة استهلاك الغاز والنمو المتوقع للعمليات النهائية.
نطاق قدرة وحدات ASU المبردة واسع جدًا. وفقًا لبيانات الصناعة، قد تنتج وحدات العمود الفردية الصغيرة-عشرات إلى مئات الأطنان من الأكسجين يوميًا؛ يمكن للأنظمة ذات الحجم المزدوج-العمود/المتوسط- أن تصل إلى مئات إلى ألفي طن يوميًا؛ بينما يمكن لوحدات الأعمدة الكبيرة المتعددة- (بما في ذلك استخلاص الأرجون) تحقيق آلاف إلى عدة آلاف من الأطنان من إنتاج O₂ يوميًا. على وجه التحديد، تشير البيانات إلى أن نطاق قدرة وحدة ASU الصناعية الكبيرة النموذجية يمكن أن يغطي ما يقرب من 100 إلى أكثر من 5000 طن / يوم من O₂. عند تحديد السعة، يجب مراعاة الحمل الأقصى (قد تتطلب الأفران العالية والمحولات وأجهزة تحويل الغاز والأفران كميات كبيرة من الأكسجين أثناء فترات التحميل العالية)، ومتطلبات التشغيل المستمر (24 ساعة طوال أيام الأسبوع)، وإمكانية التوسع المستقبلي (على سبيل المثال، إضافة خطوط إنتاج، وزيادة السعة، والنسخ الاحتياطي/التكرار الآمن).
ولذلك، بالنسبة إلى -مشاريع التعدين أو البتروكيماويات أو الزجاج واسعة النطاق، يوصى عمومًا بتهيئة وحدات ASU متوسطة إلى كبيرة (مئات إلى آلاف الأطنان/يوم O₂) لضمان إمدادات مستقرة وتقليل الاختناقات. بالنسبة لتطبيقات الغاز الصغيرة أو تطبيقات الغاز المساعدة (على سبيل المثال، أعشاش المعالجة الحرارية، والأجواء الخاملة المحلية، والقدرة الاحتياطية)، يمكن أيضًا أخذ الوحدات الصغيرة/المعيارية في الاعتبار.
3. استهلاك الطاقة والنفقات التشغيلية: الدوافع الرئيسية
بمجرد تحديد السعة، يعد حساب تكاليف التشغيل (خاصة استهلاك الكهرباء) الخطوة الحاسمة التالية في عملية الاختيار، حيث تحدد النفقات التشغيلية غالبًا-الاقتصاديات طويلة المدى.
- نطاق استهلاك الطاقة
يقع استهلاك الطاقة النوعي النموذجي لوحدة ASU المبردة بشكل عام ضمن نطاق حوالي 250-500 كيلووات ساعة/طن O₂ (أو حوالي 0.3-0.6 كيلووات ساعة/Nm³O₂).
قد تكون بعض التصميمات القديمة أو الأصغر حجمًا تستهلك طاقة أعلى (وأسوأ) قليلاً، في حين أن التصميمات الحديثة الموفرة للطاقة-التي تستخدم نظام استرداد الحرارة المتقدم، والموسع التوربيني-، والأنظمة الفائقة للتبادل الحراري يمكن أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.
يتأثر استهلاك الطاقة الفعلي أيضًا بعوامل مثل ضغط الإخراج ونقاء المنتج وهيكل إنتاج الغاز (سواء تم استرداد الأرجون/N₂). على سبيل المثال، زيادة نسبة الضغط/الضغط أو طلب نقاء أعلى قد يزيد من استهلاك الطاقة.
- تكوين تكلفة التشغيل
اعتمادًا على المصدر، تمثل تكاليف الكهرباء عادةً ما يتراوح بين 70 إلى 80% من تكلفة التشغيل (OPEX). تشمل التكاليف الأخرى الموظفين (المشغلين، الإدارة)، والصيانة (إصلاح الضاغط، وصيانة صندوق التبريد، واستبدال الدرج/التعبئة)، واستبدال المحفز/الممتص/المبرد (إن أمكن)، بالإضافة إلى التشحيم والمواد الاستهلاكية والتأمين/الضرائب، وما إلى ذلك. بشكل عام، تمثل هذه العناصر المتنوعة حوالي 10-20% من النفقات التشغيلية. لذلك، في المناطق ذات تكاليف الكهرباء المرتفعة (أو أسعار الكهرباء الصناعية المحلية المرتفعة)، يمكن أن تشكل تكاليف تشغيل جامعة ولاية أريزونا عبئًا اقتصاديًا. على العكس من ذلك، إذا كان المشروع يقع في منطقة ذات أسعار كهرباء منخفضة وطاقة رخيصة/مخصصة (على سبيل المثال، القرب من محطات الطاقة، واستخدام الحرارة المهدرة/الطاقة الخاصة)، فسيتم تحسين اقتصاديات تشغيل وحدة تخزين الطاقة بشكل كبير.
القيمة الاقتصادية للغازات الثانوية-(N₂/Ar/أرجون)
العديد من وحدات ASU لا تنتج الأكسجين (O₂) فحسب، بل تنتج أيضًا النيتروجين (N₂) والأرجون (Ar). ومن خلال استرداد غازات المنتج وبيعها (أو استخدامها داخل المصنع)-، يمكن تعويض تكاليف التشغيل/نفقات الكهرباء لوحدة تخزين الطاقة جزئيًا. لنأخذ الأرجون كمثال، نظرًا لأن محتوى الأرجون في الهواء يبلغ حوالي 0.93%، فإن القيمة الاقتصادية للأرجون المستعاد (أو الأرجون السائل) يمكن أن تقلل بشكل كبير من صافي تكاليف O₂ إذا كان هناك سوق له (على سبيل المثال، في صب المعادن، والإلكترونيات، والغازات الواقية الخاملة، وما إلى ذلك). لذلك، عند اختيار واتخاذ قرارات الاستثمار، ينبغي النظر بشكل شامل في إنتاج الأكسجين وإنتاج النيتروجين/الأرجون المتزامن (المبيعات الداخلية أو السوق) لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة الاقتصادية الشاملة.
4. تكاليف الاستثمار (النفقات الرأسمالية والتكلفة الإجمالية للمشروع): الحجم وطريقة التنفيذ لهما تأثير كبير
إلى جانب تكاليف التشغيل، تعد النفقات الرأسمالية (CAPEX) عاملاً حاسماً في قرارات اختيار جامعة ولاية أريزونا. تختلف تكاليف تركيب وبناء وحدات ASU ذات الأحجام/التصميمات/التكوينات المختلفة (سواء تم تضمين استعادة الأرجون، أو القطارات المتعددة، أو الأعمدة المتعددة) بشكل كبير.
تشير بعض تقارير الصناعة إلى أن تكلفة الشراء (PEC) لوحدة ASU صغيرة/منزلقة- يمكن أن تصل إلى ملايين الدولارات؛ ستكون تكلفة التثبيت الإجمالية (TPC) بعد التثبيت والتشغيل أعلى. وفقًا للبيانات الخاصة بوحدة ASU بطاقة 200 طن/يوم، فإن ما يقرب من 75% من تكاليف دورة حياتها تأتي من الطاقة؛ ولذلك، حتى مع انخفاض النفقات الرأسمالية، يمكن للنفقات التشغيلية أن تحدد الجدوى الاقتصادية النهائية. استنادًا إلى تقديرات الصناعة المتاحة للعامة، بالنسبة لوحدات الإمداد بالطاقة المتوسطة الحجم (مئات-آلاف الأطنان/اليوم)، يتراوح الاستثمار الأولي (المصنع والتركيب والتشغيل والبنية التحتية ووصلات الأنابيب وشبكات الغاز ومنشآت الطاقة وصناديق العزل وما إلى ذلك) عادةً من عشرات الملايين إلى مئات الملايين من الدولارات الأمريكية.
خاصة بالنسبة للأنظمة الكبيرة والمعقدة-التي تحتوي على استخلاص الأرجون، والقطارات المتعددة، ومخرجات الغاز المتعددة (O₂/N₂/Ar)، تكون النفقات الرأسمالية أعلى، ولكن تكلفة إنتاج وحدة الغاز (بعد استهلاك النفقات الرأسمالية + النفقات التشغيلية) غالبًا ما تكون أقل، مما يظهر وفورات الحجم.
ولذلك، في المراحل الأولى من المشروع (مرحلة التغذية/مرحلة تقييم الاستثمار)، يجب تحديد ما يلي بوضوح:
القدرة التصميمية (الحالية + التوسع المستقبلي المحتمل)
النقاء المطلوب (O₂، N₂، Ar) ومعدل ضغط/تدفق الإخراج
التباين في استخدام الغاز (مستمر على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع أو موسم الذروة + إيقاف التشغيل-)
ما إذا كانت هناك حاجة إلى الأرجون/النيتروجين كمنتج ثانوي وما إذا كانت هناك قنوات استخدام/مبيعات
أسعار الكهرباء المحلية، واستقرار إمدادات الطاقة/هيكل التكلفة/عقود الطاقة (على سبيل المثال، توفر الكهرباء الصناعية منخفضة التكلفة-)
تعقيد الإنشاءات الهندسية (الهندسة المدنية، الأساسات، الأنابيب، التركيب، الطاقة/التبريد/العزل/السلامة/الأجهزة)
ولا يمكن تقدير إجمالي استثمار المشروع (CAPEX) واقتصاديات التشغيل المستقبلية (تكلفة وحدة الغاز) بشكل معقول إلا من خلال النظر بشكل شامل في هذه العوامل.
5. الجمع بين نموذج EPC والنموذج الجاهز - من NEWTEK لتوفير حلول توقف واحدة- للعملاء
عند مواجهة تحديات صنع القرار والهندسة المعقدة-المذكورة أعلاه، يعد اختيار مورد يتمتع بقدرات تكامل النظام الشاملة والقدرة على توفير خدمات EPC (الهندسة والمشتريات والإنشاء) + خدمات متكاملة (من التصميم إلى التشغيل والتشغيل) أمرًا بالغ الأهمية لنجاح المشروع. هذا هو بالضبط موقع NEWTEK.
لماذا تعتبر EPC والتسليم المفتاح أمرًا مهمًا
التصميم الموحد والإدارة الهندسية: تتضمن مشاريع جامعة ولاية أريزونا ضواغط الهواء، وصناديق التبريد، وأبراج التجزئة، والمبادلات الحرارية، والأنابيب، والعزل، وأنظمة التحكم، ومرافق السلامة، والأنظمة الكهربائية، والبنية التحتية. من خلال EPC، يمكن للمقاولين العامين (مثل NEWTEK) تنسيق جميع التخصصات (العملية والهيكلية والكهربائية والأجهزة والمدنية والتركيب)، وتجنب -مشكلات واجهة الموردين المتعددين، وتكاليف الاتصال/التنسيق، والنقاط العمياء المحتملة في المسؤولية.
تكامل المشتريات وسلسلة التوريد: تضمن قدرات تكامل الموارد لدى NEWTEK (هندسة الغاز + المشتريات العالمية) تسليم المعدات في الوقت المناسب (الضواغط، وصناديق التبريد، وأبراج التجزئة)، والمواد (الفولاذ الخاص، والمواد العازلة)، وأنظمة التحكم في الأجهزة، وتجنب تأخير التسليم أو مخاطر التوافق الناجمة عن قنوات المصادر المتعددة.
البناء والتركيب والتشغيل: يعد تركيب وتشغيل وحدة ASU (عزل صندوق التبريد، وتشغيل نظام التبريد، واختبار إحكام الهواء، والتدوير الحراري، وربط نظام التحكم، وفحص نظام السلامة) أمرًا بالغ الأهمية. يضمن نموذج EPC + Turnkey جودة التثبيت، ويختصر -الجداول الزمنية لإنشاء الموقع، ويتيح التشغيل السريع-.
تكامل الواجهة والعمليات النهائية: بالنسبة للمشاريع-الكبيرة الحجم مثل التعدين والهندسة الكيميائية وتصنيع الزجاج والتغويز، فإن وحدة ASU ليست سوى جزء واحد من نظام إمداد الغاز النباتي الشامل. يمكن لـ NEWTEK المساعدة في دمج وحدة تخزين الطاقة (ASU) بسلاسة مع العمليات النهائية (أفران الاحتراق، وأجهزة تحويل الغاز، وخطوط الأنابيب، وصهاريج التخزين، وأنظمة ضغط الغاز) لتحقيق التخصيص والتخزين والتسليم حسب الطلب -O₂/N₂/Ar.
تسليم المشروع والدعم التشغيلي: بدءًا من التشغيل والقبول والتدريب التشغيلي وحتى الصيانة اللاحقة والضمان، يوفر النموذج الجاهز للمستخدمين تجربة ""توقفة واحدة{0}}بدون قلق-مجانية"-مناسبة بشكل خاص للمحطات الجديدة التي لا تتمتع بخبرة واسعة في أنظمة فصل الهواء.
ولذلك، بالنسبة للعملاء الذين يبحثون عن إمدادات غاز ذات-عالية الكفاءة-وعالي{2}}عالي النقاء، ويرغبون في تخفيف إدارة المشروع والمخاطر الفنية (مثل مصانع الصلب، ومصانع البتروكيماويات، ومصانع الزجاج، ومصانع الكيماويات)، فإن اعتماد نموذج EPC + تسليم المفتاح من NEWTEK يمكن أن يقلل بشكل كبير من تعقيد المشروع، وتقصير الجداول الزمنية للمشروع، وتحسين التكاليف.
6. كيفية تحديد جامعة ولاية أريزونا مناسبة في -مشروع عالمي حقيقي - خطوة-بواسطة-توصيات الخطوات
1. بناءً على التحليل السابق، ما يلي هو عملية اختيار/استثمار/تنفيذ موصى بها لجامعة ولاية أريزونا، وهي مناسبة لمديري الهندسة، أو مستثمري المشاريع، أو صانعي القرار-في المصانع:
1.1 تحديد الطلب على الغاز
1.1.1 حساب استهلاك O₂/N₂/Ar لكل وحدة معالجة في المشروع (القائم + التوسع المتوقع) (معدل التدفق، الضغط، النقاء، التوزيع الزمني)
1.1.2 تقدير الذروة ومتوسط الطلب، واحتياطي هوامش التكرار/السلامة
1.2 توضيح متطلبات جودة الغاز
1.2.1 نقاء O₂ (على سبيل المثال، 99.5%–99.9%)، متطلبات نقاء N₂/Ar
1.2.2 ضغط الخرج، غازي أو سائل (على سبيل المثال، إذا كان تخزين الأكسجين السائل/النيتروجين السائل مطلوبًا)
1.3 تقييم أسعار الكهرباء المحلية وظروف الطاقة
1.3.1 الحصول على أسعار الكهرباء الصناعية (نهارًا/ليلاً/ذروة/سعرًا متفاوضًا عليه)، واستقرار الطاقة، وتوافر الطاقة الحرارية الرخيصة/المملوكة/المهدرة
1.3.2 حساب تكلفة التشغيل لكل وحدة غاز (O₂/N₂) بناءً على تكاليف الطاقة
1.4 حدد مقياس وتكوين ASU
1.4.1 تحديد تكوين القطار الفردي/المزدوج/الثلاثي (بما في ذلك استعادة الأرجون) بناءً على الطلب على الغاز؛ القطار الفردي مناسب لاستخدام الغاز-الصغير/المساعد، والقطار المزدوج/الثلاثي مناسب للطلب على المنتجات الكبيرة والمتوسطة-الحجم/المتعددة-
1.4.2 النظر في التوسع والتكرار المستقبلي (على سبيل المثال، قطارات متعددة بالتوازي)
1.5 حدد نموذج التوريد/التعاقد
1.5.1 إعطاء الأولوية لموردي النظام القادرين على توفير خدمات EPC + الجاهزة (على سبيل المثال، NEWTEK)
1.5.2 مطالبة الموردين بتقديم خدمات شاملة{{1} بدءًا من التصميم الهندسي وشراء المعدات والهندسة المدنية/الأساسات والتركيب والتشغيل والتشغيل التجريبي والتدريب على التشغيل وحتى التسليم والتشغيل
1.6 إجراء التقييم الاقتصادي (النفقات الرأسمالية + النفقات التشغيلية + الغاز حسب-إيرادات المنتج)
1.6.1 تقدير إجمالي الاستثمار (النفقات الرأسمالية)، وتكاليف التشغيل السنوية/دورة الحياة (أساسًا الكهرباء + الصيانة + (الموارد البشرية)
1.6.2 قم بتقدير إيرادات الاستخدام/المبيعات حسب-الغاز المنتج (N₂/Ar) وصافي التكلفة مقارنة بخيارات الإمداد المساعد/الغاز المشتراة.
1.7 تقييم المخاطر وإدارة المشاريع
1.7.1 خذ في الاعتبار وقت تسليم المعدات، وفترة البناء، وتعقيد التشغيل، والاستقرار التشغيلي، وسهولة الصيانة، والسلامة والمتطلبات التنظيمية (وعاء الضغط/التبريد/السلامة).
1.7.2 في حالة تقلب استهلاك الغاز أو زيادة الطلب، فكر في تصميم التوسعة المعيارية/المراحل (متعددة-القطارات) لتقليل مخاطر الاستثمار لمرة واحدة-.
7. ملخص - موازنة القدرة واستهلاك الطاقة والاستثمار وقدرة الخدمة
يعد اختيار وحدة تخزين مناسبة (ASU) بمثابة مقايضة شاملة بين السعة (تلبية الطلب)، واستهلاك الطاقة (اقتصاديات التشغيل)، وتكاليف الاستثمار (النفقات الرأسمالية وتكاليف التمويل)، وتنفيذ المشروع، ودعم التشغيل والصيانة.
بالنسبة للمستخدمين الصغار أو المتوسطين- (الغاز المساعد، الاستخدام الموضعي، الطلب المرن)، قد تكون وحدات ASU الصغيرة ذات الصف الواحد/وحدات ASU الصغيرة أو أنظمة PSA/الغشاء كافية. ومع ذلك، عندما يكون الطلب مستقرًا، يكون الحجم كبيرًا، وتكون متطلبات النقاء وتنوع المنتجات والموثوقية عالية، وتكون وحدات ASU المبردة هي الخيار الأفضل.
داخل وحدات ASU المبردة، يعد الاختيار المناسب (السعة / عدد الأعمدة / استعادة الحرارة) أمرًا بالغ الأهمية.
يعد تكوين الغاز الثانوي والحفاظ على الطاقة (تصميم ممتاز للضغط/التبريد/التبادل الحراري) أمرًا أساسيًا لتقليل تكاليف وحدة الغاز (O₂/N₂/Ar).
على الرغم من أن النفقات الرأسمالية ليست منخفضة، مع التصميم المناسب والاستخدام العالي للمعدات (التشغيل المستمر على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع) والاستفادة الكاملة من قيمة المنتجات الثانوية (النيتروجين والأرجون)، فمن السهل التحكم في تكاليف وحدة الغاز ضمن نطاق تنافسي من خلال الاستهلاك التشغيلي المتعدد -سنوات.
وأخيرًا، يمكن أن يؤدي اختيار مورد يتمتع بإمكانيات EPC + خدمة متكاملة (مثل NEWTEK) إلى تقليل تعقيد المشروع وصعوبات البناء والتشغيل بشكل كبير، و-تكاليف ومخاطر التنسيق التخصصات، مما يوفر للعملاء حلاً حقيقيًا "للتصميم-ل-التشغيل-متكامل وخالي من القلق-".
بالنسبة للشركات التي تخطط لبناء أو توسيع-مشاريع واسعة النطاق في مجالات المواد الكيميائية/التعدين/الزجاج/التغويز/الطاقة، يعد الاختيار الصحيح والتصميم المعقول والتعاقد الاحترافي EPC + التعاقد الجاهز أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل الناجح والاقتصادي والفعال لمشاريع ASU.
