בניית מודל זרימת תהליכים של יחידת הפרדת אוויר

1.1 זרימת תהליכים
מפעל לייצור גז משתמש ביחידת הפרדת אוויר קריוגנית של 60,000 m3 לשעה. בתהליך הייצור בפועל, AIR נכנסת למערכת הזיקוק דרך מערכת הדחיסה, מערכת קירור והתרחבות מראש כדי להשיג הפרדת גז. מאמר זה מנתח בעיקר את תהליך ייצור החנקן, וזרימת תהליך הייצור שלו היא כדלקמן:
1) האוויר עובר דרך המסנן ונכנס למדחס האוויר. האוויר הדחוס מופנה דרך מחליף החום של סנפיר הצלחת, חלק אחד נכנס למערכת דחיסת הגז בשלב הבא, והחלק השני מחליף חום עם מדיום הקירור ונכנס למגדל הזיקוק;
2) קצב זרימת האוויר הנכנס למערכת דחיסת הגז בשלב הבא הוא כ -5,000 קמ"ש לשעה. חלק זה של הגז נכנס למרחב לאחר חילופי חום, והטמפרטורה היא בערך -120 מעלות. לאחר מכן, הוא מדכא על ידי המרחיב, הלחץ הוא בערך 0.14 מגפ"ס, ומבוצע חילופי חום והטמפרטורה מצטמצמת לכ -170 מעלות
הזן את מגדל הזיקוק;
3) מגדל הזיקוק מחולק לשני חלקים, החלקים העליונים והתחתונים, שאינם תלויים זה בזה ומחוברים זה לזה דרך שסתומים וצינורות. המגדל העליון הוא מגדל בלחץ נמוך עם לחץ של כ -140 ק"פ, והמגדל התחתון הוא מגדל בלחץ גבוה עם לחץ של 550 kPa הגז לאחר חילופי החום והגז מההרחבה נשלחים בהתאמה לאמצע ותחתית המגדל התחתון של מגדל הזיקוק. הגז מומר בחלקו לחנקן נוזלי דרך הקבל העליון ונשמר במיכל החנקן הנוזלי, והחלק השני נכנס למגדל העליון להמשך זיקוק.

1.2 בניית מודל זרימת תהליכים

ניתן לראות מתהליך הפרדת האוויר לעיל כי תהליך הייצור בפועל כולל דחיסה, הרחבה, הפרדה ותהליכים אחרים. בעת שימוש בתוכנת Aspen Plus להדמיית תהליכים, המודולים והפונקציות המשמשים הם כדלקמן:
1) מדחס האוויר משתמש במודול Comp-ICON2;
2) המרחיב משתמש במודול Comp-ICON3;
3) מחליף החום משתמש במודול Heatx;
4) מגדל הזיקוק משתמש במודול RadFrac;
5) המשאבה משתמשת במודול המשאבה;
6) המפצל משתמש במודול faplit.
במהלך תהליך הדמיית המודל, זרימת החומר מחוברת זה לזה בהתאם לפונקציות של מודולי יחידה שונים, והתהליך מבוצע על פי תהליך הייצור של החמצן. במהלך ההדמיה, פרמטרי הציוד נקבעו על פי ערכי העיצוב, שם הלחץ העליון של מגדל הזיקוק נקבע ל- 0.558 MPa, הלחץ התחתון הוגדר ל- 0.564 MPa, הטמפרטורה העליונה הוגדרה ל -177.62 מעלות, הטמפרטורה התחתונה הוגדרה ל- -173.
65 מעלות, ומספר הצלחות היה 49. לאחר ניתוח סימולציה, התוצאות מוצגות בטבלה 1.

מתוצאות הסימולציה של המודל בטבלה 1, ניתן לראות כי המדדים השונים של המודל תואמים בעיקר את מדדי העיצוב של יחידת הפרדת האוויר הקריוגנית. ההבדל בין טוהר האוויר הנוזלי של המגדל הנמוך לערך התכנון הוא 0.9%, ותנודת ערך הסימולציה היא בטווח המותר. תפוקת החנקן המדומה קרובה גם לערך התכנון, והשגיאה נמצאת בטווח המותר. ניתן לראות כי המודל שנקבע בפעם יכול לשמש לניתוח אימות אופטימיזציה של תהליכים 1.

2 ניתוח אופטימיזציה של תהליכים

בתהליך הפרדת הגז של יחידת הפרדת האוויר הקריוגנית, המגדל התחתון של מגדל הזיקוק הוא ציוד הליבה. על פי המחקר על הציוד והניתוח התיאורטי העזר, ניתן להשיג את מטרת חיסכון באנרגיה והפחתת צריכה על ידי שינוי פרמטרי התהליך של המגדל התחתון של מגדל הזיקוק. הפעם, מודול הרגישות של Aspen Plus שימש לניהול ניתוח מפורט של פרמטרי התהליך השונים של המגדל התחתון של מגדל הזיקוק, ותוכנית הפעולה האופטימלית של התהליך הושגה.
2.1
קשר בין מיקום הזנה לעומס חום
במהלך תהליך הסימולציה, פרמטרים אחרים הוחזקו ללא שינוי, מיקום ההזנה שונה ועומס החום בחלקו העליון של המגדל השתנה. התוצאות מוצגות באיור 1. כפי שמוצג באיור 1, כאשר הפרמטרים האחרים נשארים ללא שינוי, על ידי שינוי מיקום ההזנה של המגדל התחתון של מגדל הזיקוק, עומס החום בחלקו העליון של המגדל יקטן בהדרגה עד שמצב ההזנה ייקבע לצלחת המגדל ה -33, ועומס החום בחלקו העליון של המגדל בסיסי נותר קבוע. ניתן לראות כי לוחית המגדל ה -33 היא מיקום ההזנה הטוב ביותר.
2.2 הקשר בין קצב זרימת ההזנה לייצור חנקן וטהרה על ידי שינוי קצב זרימת ההזנה של המגדל הנמוך יותר ושמירה על פרמטרים אחרים ללא שינוי, השינויים בייצור וטהרתו של חנקן נוזלי בחלקו העליון של מגדל הזיקוק מוצגים באיור 2. כפי שמוצג באיור 2, עם עליית זרימת ההזנה של המגדל התחתון, הייצור של חנקן נוזל, עם זאת, עם טיהור, כאשר הוא נוגע גם בטהור, אך הדבר, אך עם זאת, בהרבה, זהה, אך עם זאת, בהשוואה, בהשוואה, אך עם זאת, בהשוואה, תיאוריה. כפי שמוצג באיור, כאשר קצב זרימת ההזנה של המגדל הנמוך הוא מתחת ל 804 קמ"ש לשעה, טוהר החנקן הנוזלי הוא מעל 99.999%, העונה על דרישת הגז של התעשייה המתכתית. בשלב זה, הפלט הוא 3,230 קמ"ש לשעה, השונה בתכלית מקצב זרימת הזנה הראשוני של 761.3 קמ"ש/שעה ומפלט החנקן הנוזל של 3,187.38 קמ"ש/שעה. ניתן לראות כי יש לשלוט בקצב זרימת ההזנה ל 804 קמ"ש לשעה, מה שיכול להגדיל את התפוקה תוך הבטחת טוהר החנקן.
2.3 השפעת הטמפרטורה על המוצרים
שמירה על פרמטרים אחרים ללא שינוי, השינוי בקצב זרימת החנקן הנוזלי נבדק על ידי שינוי הטמפרטורה והתוצאות מוצגות באיור 3. כפי שמוצג באיור 3, קצב זרימת החנקן הנוזל מתואם באופן חיובי עם טמפרטורת ההזנה, אך עם שינוי הטמפרטורה, שינוי תפוקת החנקן הנוזל הוא קטן יחסית, ויש לו השפעה מועטה על תוצאות הייצור בפועל. לכן, מתאים יותר להגדיר את טמפרטורת ההזנה ל -173 מעלות. אם הטמפרטורה גבוהה מדי, היא תשפיע על מכשיר הפרדת האוויר שלאחר מכן להפרדת חמצן, ארגון וכו '; אם הטמפרטורה נמוכה מדי, צריכת האנרגיה גדולה יחסית, שאינה עומדת במטרה לחיסכון באנרגיה והפחתת צריכה.

3 יישום מעשי של תוכנית אופטימיזציה של תהליכים

הגז המיוצר על ידי מפעל מסוים נמכר בעיקר למפעלים מטלורגיים, והחנקן המיוצר מסופק ישירות למפעלים מתכתיים כגז מגן. בשנים האחרונות, עם ירידת כלכלת השוק ועליית עלויות העבודה, היתרונות הכלכליים של המפעל הפכו נמוכים יותר ונמוכים. בנסיבות כאלה, המפעל הציע לשנות את מצב תהליך הייצור כדי להפחית את צריכת האנרגיה הקינטית של הציוד ובכך להגדיל את היתרונות הכלכליים. לאחר מחקר וניתוח, המפעל ביצע שיפורי תהליכים במרץ 2022. תוכנית השיפור היא: לחץ מגדל הזיקוק מוגדר כ- 0.56 מגה -בתים, טמפרטורת הזנת המגדל התחתונה מוגדרת כ -173 מעלות, כמות ההזנה של המגדל התחתון מותאמת ל 804 קמ"ש לשעה, ומצב ההזנה מוגדר בלוח המגדל 33. עקב שיפור התהליכים, עומס החום של מגדל הזיקוק יופחת, כך שניתן יהיה להגדיל את יכולת הטיפול באוויר של יחידת ההפרדה באוויר הקריוגנית, ובכך להגדיל את תפוקת החנקן. לפיכך, במהלך שיפור התהליך, קצב זרימת ההזנה של מערכת דחיסת האוויר משתנה בו זמנית, והשפעת היישום של יחידת הפרדת האוויר הקריוגנית מנותחת תחת עומסים שונים. מחזור האימות של כל עומס הוא 10 ימים, ומצב הייצור מוצג בטבלה 2.
מטבלה 2 ניתן לראות כי לאחר אופטימיזציה של התהליך, העומס המרבי של מצב העבודה המשתנה יכול להגיע ל 120% מהעומס המקורי, והתפוקה של חנקן וחנקן נוזלי מוגברת במקרה זה. יתר על כן, בעומס של 120%, עומס החום בראש מגדל הזיקוק השתנה מ- -8.29 מגוואט ל -7.67 מגוואט, וחוסך 7.48% מהאנרגיה. לאחר ניתוח כוחו של הציוד, ניתן לראות כי כוחו של הציוד מתחת לגיל 120% מופחת ב- 132 קילוואט. עלות החשמל התעשייתית באזור בו נמצא המפעל היא 0.69 יואן (/ קילוואט · h). על פי פעולת הציוד למשך 330 יום, ניתן לחסוך את עלות החשמל השנתית על ידי 721,000 יואן. מבחינת תפוקת המוצר, לאחר אופטימיזציה של תהליכים, תפוקת החנקן עלתה ב -450.54 קילוגרם לשעה, תפוקת החנקן הנוזלית בלחץ בינוני עלתה ב- 625.48 קילוגרם לשעה, ותפוקת החנקן הנוזלית הנמוכה עלתה ב- 281.34 קילוגרם לשעה. לאחר החישוב ניתן להגדיל את הרווח ב -3.876 מיליון יואן לאורך כל השנה. ניתן לראות כי שיפור התהליך יכול ליצור 4.597 מיליון יואן של הכנסה עבור הארגון לאורך כל השנה.