Sản xuất thép luôn là sự cân bằng giữa hiệu quả và chi phí. Trong các quy trình cốt lõi như phun than làm giàu oxy trong lò cao, sản xuất thép bằng lò hồ quang điện và tăng cường thiêu kết, độ tinh khiết, áp suất và độ ổn định cung cấp oxy quyết định trực tiếp mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi tấn và trần sản xuất. Trong số tất cả các công nghệ sản xuất oxy, tách không khí đông lạnh đã trở thành logic cơ bản để cung cấp khí trong các nhà máy thép tích hợp do quy mô lớn, độ tinh khiết cao và lợi thế kinh tế.
Qua nhiều năm phục vụ ngành luyện kim và hóa chất, Shenger Gas nhận thấy nhiều dự án thép có xu hướng tập trung quá nhiều vào đầu tư thiết bị ban đầu trong quá trình lựa chọn giải pháp cung cấp oxy, đồng thời bỏ qua mối quan hệ phù hợp giữa tách không khí đông lạnh và nhịp độ sản xuất thép. Bài viết này sử dụng góc độ kỹ thuật để phân tích cách tách không khí đông lạnh thực sự phục vụ cho tính liên tục và biến động của quá trình sản xuất thép.
Tại sao ngành thép không thể làm được nếu không có quá trình tách khí lạnh
Nhu cầu oxy trong các nhà máy thép có hai đặc điểm riêng biệt: tải trọng cơ bản thể tích-cao liên tục và các đỉnh-ngắn hạn định kỳ. Lò cao yêu cầu làm giàu oxy liên tục 24/7, trong khi các bộ chuyển đổi cần lưu lượng cao tức thời trong thời gian thổi khí.
Mặc dù khả năng tách màng và hấp phụ dao động áp suất (PSA/VPSA) mang lại tính linh hoạt trong các kịch bản có độ tinh khiết-trung bình-quy mô nhỏ, nhưng việc tách không khí đông lạnh vẫn là lựa chọn kỹ thuật-hoàn thiện duy nhất với chi phí oxy đơn vị thấp nhất khi phải đối mặt với nhu cầu oxy hàng chục nghìn Nm³/h và yêu cầu về độ tinh khiết trên 90%. Bằng cách sử dụng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ-thấp, quá trình tách không khí đông lạnh sẽ tách không khí thành oxy, nitơ và argon, với công suất-đoạn đơn lẻ đạt trên 100.000 Nm³/h và độ tinh khiết oxy ổn định trên 99,6%, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về quy trình sản xuất thép.
Sự kết hợp kỹ thuật giữa quá trình tách không khí đông lạnh và nhịp độ sản xuất thép
Điều thực sự gây khó khăn cho-các kỹ sư tại hiện trường là liệu thiết bị có thể tạo ra oxy hay không mà là khả năng tắt máy của nó. Quá trình sản xuất thép không phải là việc bảo trì lò cao-tải liên tục, việc tắt máy chuyển đổi và điều chỉnh dây chuyền cán có thể khiến nhu cầu oxy dao động 20%-40% trong vòng vài giờ.
Các hệ thống tách không khí đông lạnh hiện đại thường áp dụng quy trình tinh chế rây phân tử + bộ tăng áp turbo tăng áp + cột đóng gói có cấu trúc. Cột đóng gói có cấu trúc, kết hợp với hệ thống điều khiển DCS, cho phép điều chỉnh tải trơn tru trong phạm vi 30%-105%, trong khi hệ thống dự phòng chất lỏng (bể chứa oxy lỏng + bình hóa hơi) có thể đáp ứng nhu cầu cao nhất trong vài phút. Mô hình vận hành kết hợp "sản xuất khí + dự trữ chất lỏng" này hiện thể hiện sự cân bằng tốt nhất giữa an toàn và kinh tế trong hệ thống oxy của nhà máy thép.
Từ quan điểm kỹ thuật, trong một-hệ thống tách khí đông lạnh được thiết kế tốt, việc sản xuất oxy ở dạng khí sẽ đáp ứng khoảng 80% nhu cầu oxy trung bình của nhà máy thép, với khoảng trống cao nhất còn lại được bổ sung bằng quá trình bay hơi oxy lỏng. Cách tiếp cận này tránh được việc tăng mức tiêu thụ năng lượng do thay đổi tải thường xuyên trên bộ phận tách khí và giảm nguy cơ mỏi thiết bị.
Ưu điểm kỹ thuật tiềm ẩn của việc tách không khí đông lạnh
Ngoài việc cung cấp oxy, việc tách không khí đông lạnh còn mang lại hai giá trị dễ bị bỏ qua.
Đầu tiên,-giá trị đồng sản xuất nitơ và argon. Ngành công nghiệp thép không chỉ cần oxy mà còn cả nitơ để bảo vệ quá trình, thanh lọc và không khí cho dụng cụ. Việc tách không khí đông lạnh có thể đồng thời tạo ra nitơ ở các độ tinh khiết khác nhau trong khi tách oxy. Đối với sản xuất thép không gỉ, argon là loại khí bảo vệ thiết yếu. Quá trình tách không khí đông lạnh có thể cung cấp oxy, nitơ và argon đồng thời-khả năng "một{6}}đến-ba" với hiệu suất năng lượng tổng thể vượt xa so với việc sản xuất oxy riêng biệt cộng với khí mua.
Thứ hai, cung cấp khả năng phục hồi thông qua dự trữ lỏng. Nhiều dự án thép chỉ tập trung vào khí đốt qua đường ống trong quá trình quy hoạch nguồn khí mà bỏ qua việc giảm thiểu rủi ro do trữ lượng lỏng mang lại. Nếu bộ phận tách khí bị ngừng hoạt động ngoài kế hoạch mà không có đủ lượng oxy lỏng được lưu trữ tại chỗ thì toàn bộ nhà máy sẽ phải ngừng sản xuất. Các dự án tách khí đông lạnh trưởng thành thường có công suất dự phòng oxy lỏng trong 48-72 giờ, giảm thiểu thiệt hại kinh tế do thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.
Ba vấn đề dễ bị đánh giá thấp trong việc lựa chọn và vận hành
Các loại vấn đề sau đây thường xuyên tái diễn trong các dự án thực tế và đáng được các công ty thép chú ý trong giai đoạn thiết kế giải pháp:
1. Độ tin cậy của hệ thống nước tuần hoàn: Việc tách không khí đông lạnh phụ thuộc vào nước làm mát tuần hoàn nhiều hơn hầu hết mọi người tưởng tượng. Độ cứng của nước, biến động nhiệt độ và tình trạng dự phòng của máy bơm-bất kỳ vấn đề nào ở những khu vực này đều có thể trực tiếp khiến bộ phận tách khí ngừng hoạt động. Nên áp dụng cấu hình "mô-đun cấp nước kép + tháp giải nhiệt độc lập" ở giai đoạn thiết kế.
2. Sóng hài và tác động đột biến của hệ thống điện: Việc khởi động máy nén khí lớn sẽ ảnh hưởng đến lưới điện của nhà máy, trong khi việc sử dụng rộng rãi các bộ truyền động tần số thay đổi sẽ gây ra các vấn đề về sóng hài. Bản thân các nhà máy thép là những nơi sử dụng-năng lượng cao với môi trường năng lượng phức tạp. Thiết kế điện cho thiết bị tách khí phải được tích hợp với tính toán-hệ thống điện toàn nhà máy; nếu không, hoạt động sai của thiết bị bảo vệ có thể xảy ra.
3. Phụ tùng thay thế và chu kỳ bảo trì: Chu kỳ thay thế sàng phân tử, tuổi thọ ổ trục giãn nở và tốc độ tăng giảm áp suất của bộ trao đổi nhiệt chính-các thông số dường như thông thường này, nếu không khớp với thời hạn bảo trì hàng năm của nhà máy thép, có thể gây ra tình trạng ngừng hoạt động ngoài kế hoạch theo tầng. Bạn nên đảo ngược-lịch trình bảo trì quy trình chính của thép dựa trên chu kỳ bảo trì của bộ phận tách khí.
Tách không khí đông lạnh không phải là một công nghệ mới, nhưng chiều sâu kỹ thuật của nó trong việc cung cấp oxy cho ngành thép vẫn chưa được khám phá đầy đủ. Không nên mua sắm và quản lý một-hệ thống tách khí đông lạnh được thiết kế tốt như một "thiết bị hộp đen" mà phải được coi là một đơn vị xử lý quan trọng không kém lò cao và bộ chuyển đổi.
Shenger Gas luôn tin rằng giá trị của các bài viết kỹ thuật không nằm ở việc thăng tiến mà nằm ở việc giúp các kỹ sư tránh đi đường vòng. Điểm tích hợp giữa tách không khí đông lạnh và sản xuất thép không phải là những con số trên bảng dữ liệu thiết bị mà là áp suất oxy ổn định trong mỗi ca, bổ sung khí kịp thời trong mỗi giờ cao điểm và hoạt động đáng tin cậy trong mỗi chu kỳ bảo trì.
Đối với các công ty thép đang lên kế hoạch hoặc nâng cấp hệ thống cung cấp oxy, thay vì bị ám ảnh bởi-các thương hiệu thiết bị đơn lẻ, việc đầu tư nỗ lực vào việc kết hợp hệ thống và thiết kế công suất dự phòng sẽ đáng giá hơn nhiều-đây thường là chìa khóa thực sự để xác định chi phí vận hành-dài hạn.
