極低温空気分離コールドボックスユニット

大規模な空気分離プラントの調達では、コンプレッサーやエキスパンダーなどの回転機器が中心となることがよくあります。しかし、実際に分離効率と長期運転コストを決定する要素である極低温空気分離コールド ボックス ユニットには可動部品がまったくありません。-その仕事は単純です。狭い空間内に冷エネルギーを閉じ込め、沸点によって酸素と窒素を分離させます。しかし、カラム内の温度勾配が変動したり、冷エネルギーが漏れたり、分配器の設計が不十分になったりすると、上流での精製と圧縮の取り組みがすべて無効になり始めます。

 

仕組み: 「冷却」ではなく、閉ループ冷エネルギー制御-

極低温空気分離コールドボックスユニットは、それ自体では冷エネルギーを生成しません。ターボエキスパンダーまたは外部冷凍システムから冷エネルギーを受け取り、断熱された筐体内で安定した極低温場 (通常 -170 度から -190 度) を維持します。空気は精留塔に入る前に主熱交換器で液化点近くまで冷却され、そこで酸素と窒素が沸点の差に基づいて分離されます。

本当の問題は低温に達していないことです-温度を安定させているのです。カラム内の 2 点間の温度差が 2 度を超えると、層間の純度汚染が発生します。-そのため、コールドボックスの設計の中心となるのは断熱材の厚さではなく、内部配管の応力分布とパーライトの沈下制御です。

 

性能表

パラメータ	代表的な範囲	エンジニアリングノート
酸素純度	99.6% – 99.8%	純度が高くなるほど、より多くのトレイまたはより高いカラムが必要になります
窒素純度	1ppm以下のO₂	電子グレードは 0.1 ppm 以下の O₂ に達する可能性があります
単一列車の定員-	500 – 60,000 Nm3/h (O₂ として)	モジュラー並列接続により拡張が可能
内部温度範囲	-185度～-175度	定常状態の温度差 2 度以下
比消費電力	0.38 – 0.45 kWh/Nm3 O₂	内部圧縮プロセス、主要な冷気損失を含む
初回{0}}起動時間-	36～72時間	コールド リスタート 8 時間以内
年間リーク率	0.05%以下	ヘリウム質量分析標準

 

テクニカルパラメータ: 購入前にチェックすべき4つの隠れた指標

• 主熱交換器チャネル圧力降下 : 新品ユニット 15 kPa 以下。それを超えて 5 kPa 増加するごとに、エネルギー消費量は約 3% 増加します。

• カラム圧力降下の低下 : 通常範囲 15 ～ 20 kPa。継続的に 25 kPa を超える場合は、パーライトの沈降やトレイの汚れの確認を優先してください。

• コールド ボックス シール ガス圧: 湿った空気の侵入と氷の形成を防ぐために、窒素を使用してわずかな正圧 (50 ～ 150 Pa) を維持します。

• パッキング タイプ: 構造化ワイヤー メッシュ パッキング (Mellapak など) は、ランダム パッキングよりも 25 ～ 30% 高い理論効率を提供します。

 

エネルギー指標

サプライヤーが見積もる具体的な消費電力は、通常、定格負荷と設計周囲条件に基づいています。プロのバイヤーは、2 つの追加曲線をリクエストする必要があります。

• 負荷対電力曲線: 定格点に対して 70% の負荷での電力増加は、適切に設計されたユニットでは 5% 以内に収まります。-。-。

• 冷却水温度感度：冷却水温度が25度から32度に上昇した場合、出力増加は8％以下でなければなりません。

設計が不十分だと、暑い季節には消費電力が 15 ～ 18% 急増する可能性があります。年間 8,000 時間の稼働時間に基づくと、さらに 100 万キロワット時になります。-

 

産業用途: 技術的焦点が異なる 4 つの典型的なシナリオ

• 鉄鋼および冶金: 2.0 MPa 以上の酸素が必要で、急速再起動をサポートしています - コールド ボックスは 6 時間以内に再起動を処理する必要があります。

• 石炭化学産業: 高圧窒素 (6～8 MPa) の需要が高い- - 内部圧縮により、外部圧縮と比較して設置面積と圧縮段階が節約されます。

• エレクトロニクスおよび太陽光発電 : 0.1 ppm 以下の窒素純度が必要 O₂ - コールド ボックスには、純窒素カラムと全炭化水素監視ポートが含まれている必要があります。

• LNG 冷エネルギーの統合:-LNG 気化冷気による空気の事前冷却により、消費電力を約 25% 削減できますが、コールド ボックスは -160 度以下の供給温度を受け入れる必要があります。

 

カスタマイズ機能

標準のコールドボックス製品は、ほとんどの動作条件をカバーします。ただし、次の 3 つの項目は調整可能な設計段階の変数です。-

1. ノズルの方向: 現場の既存のコンプレッサーとパイプラックのインターフェイスの位置に基づいて、コールドボックス上のプロセスノズルの方向を調整し、追加のスプールピースを避けます。

2. メンテナンスのためのアクセス : シェル上のマンホールと内部の取り外し可能なトレイへのアクセスを確保し、故障時の切断と補充の作業を軽減します。

3. 機器の差別化 : 購入者は、応答時間を 1.5 秒以下に保つために、コールド ボックスの機器ウェルの深さに合わせて調整して、送信機のブランド (Rosemount / 横河 / E+H) を指定できます。

 

サービスの提供

• 設計段階: コールド ボックスの内部配管の 3D 熱応力解析レポートを提供します (起動-および停止-のシナリオの熱応力マップを含む)。

• コミッショニング段階: エンジニアをただコミッショニングするのではなく、認知された資格（ASME 溶接認定など）を持つ技術者を現場に配置します。{0}

• -保証後: 年に一度の赤外線サーモグラフィーによる漏れ検出とレーダー-ベースのパーライト沈下スキャン、および前年比-対-傾向比較レポート。

 

Shenger Gas では、異なる点が 1 つあります。それは、お客様の予想される負荷変動と年間の冷却水温度曲線に基づいて、下部カラム液体ディストリビューターのバッフルを調整することです。追加コストはかかりませんが、部分負荷時の純度の安定性が向上します。各極低温空気分離コールド ボックス ユニットには、エネルギー使用量と純度がどのように変化するかを正確に示す性能エンベロープ チャート - が同梱されています。これらの詳細が気になる場合は、技術的な話をしましょう。

 

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