उन कारखानों के लिए जो प्रतिदिन ऑक्सीजन की खपत करते हैं, वितरित सिलेंडर और ऑन-साइट ऑक्सीजन उत्पादन के बीच लागत का अंतर उद्धृत गैस मूल्य से अधिक पर निर्भर करता है। एक सिलेंडर-आधारित प्रणाली ऑक्सीजन उत्पादन, संपीड़न, भंडारण और परिवहन को कारखाने के बाहर ले जाती है, जबकि एक ऑन-साइट पीएसए प्रणाली इनमें से अधिकांश कार्यों को उत्पादन सुविधा में ले जाती है। परिणामी लागत संरचना खरीद-और-डिलीवरी मॉडल से बिजली, कंप्रेसर, रखरखाव और उपकरण-उपयोग मॉडल में बदल जाती है।
सिलेंडर ऑक्सीजन: पारंपरिक आपूर्ति श्रृंखला कैसे काम करती है
औद्योगिक सिलेंडर ऑक्सीजन आम तौर पर उत्पादन, संपीड़न, भरने, परिवहन, भंडारण और दबाव में कमी के अनुक्रम के माध्यम से उपयोगकर्ता तक पहुंचता है। ऑक्सीजन का उत्पादन एक केंद्रीय गैस संयंत्र में किया जाता है और स्टील या एल्यूमीनियम सिलेंडरों में संपीड़ित किया जाता है। सिलेंडर डिजाइन और स्थानीय नियमों के आधार पर, फिलिंग स्टेशन पर औद्योगिक सिलेंडर लगभग 150-200 बार तक भरे जा सकते हैं।
कारखाने में, सिलेंडरों को व्यक्तिगत रूप से या एक मैनिफो मैनिफोल्ड समूह के माध्यम से कई सिलेंडरों को बैंकों में जोड़ा जाता है ताकि ऑपरेटर प्रक्रिया को तुरंत बाधित किए बिना एक खाली बैंक से एक भरे हुए बैंक में स्विच कर सकें। दबाव नियामक तब सिलेंडर के दबाव को बर्नर, काटने वाले उपकरण, वातन प्रणाली, या अन्य ऑक्सीजन-खपत वाले उपकरणों के लिए आवश्यक ऑपरेटिंग दबाव तक कम कर देते हैं।
प्रयोग करने योग्य ऑक्सीजन की मात्रा केवल नाममात्र सिलेंडर दबाव से निर्धारित नहीं होती है। सिलेंडर में पानी की मात्रा, भरने का दबाव, गैस का तापमान और सिलेंडर प्रतिस्थापन पर अवशिष्ट दबाव सभी वास्तविक उपयोग को प्रभावित करते हैं। यदि सिलेंडर का आदान-प्रदान किया जाता है जबकि गैस की एक महत्वपूर्ण मात्रा अंदर रहती है, तो कारखाने ने उस गैस के लिए भुगतान किया है जो उत्पादन प्रक्रिया में प्रवेश नहीं किया है।
ऑन-साइट पीएसए ऑक्सीजन उत्पादन: सिस्टम संरचना
एक ऑन-साइटपीएसए ऑक्सीजन प्रणालीसंपीड़ित वायुमंडलीय वायु से ऑक्सीजन उत्पन्न करता है। एक विशिष्ट इंस्टॉलेशन में एक एयर कंप्रेसर, एयर रिसीवर, पार्टिकुलेट और कोलेसिंग फिल्टर, सोखना वाहिकाएं, स्विचिंग वाल्व, ऑक्सीजन रिसीवर, ऑक्सीजन विश्लेषक, पीएलसी नियंत्रण प्रणाली, दबाव नियामक और ऑक्सीजन वितरण पाइपिंग शामिल हैं।
सोखने वाले जहाजों में आणविक छलनी सामग्री होती है, आमतौर पर जिओलाइट। दबाव की स्थिति में सामग्री नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के साथ अलग-अलग तरह से संपर्क करती है। सोखने के चरण के दौरान, संपीड़ित हवा एक बर्तन में प्रवेश करती है, नाइट्रोजन को आणविक छलनी द्वारा अधिमानतः बरकरार रखा जाता है, और एक ऑक्सीजन-समृद्ध गैस धारा ऑक्सीजन रिसीवर की ओर निकलती है।
सिस्टम आम तौर पर दो या दो से अधिक सोखने वाले जहाजों का उपयोग करता है। जहां एक पोत ऑक्सीजन का उत्पादन करता है, वहीं दूसरा पोत अवसादन और पुनर्जनन से गुजरता है। स्विचिंग वाल्व एक क्रमादेशित चक्र के अनुसार गैस पथ को नियंत्रित करते हैं। यह व्यवस्था एक बर्तन को नाइट्रोजन सोखने की अनुमति देती है जबकि दूसरा पहले से बरकरार नाइट्रोजन को छोड़ देता है।
ऑक्सीजन रिसीवर उत्पादन को तात्कालिक प्रक्रिया मांग से अलग करता है। यह अल्पकालिक प्रवाह के उतार-चढ़ाव को अवशोषित कर सकता है और ऑक्सीजन की खपत में हर बदलाव का पालन करने के लिए सोखने वाले बिस्तरों की आवश्यकता के बजाय डाउनस्ट्रीम दबाव को स्थिर कर सकता है।
पीएसएचक्र में मुख्य रूप से दबाव, सोखना, अवसादन और पुनर्जनन चरण शामिल होते हैं। संपीड़ित हवा सबसे पहले वायु-उपचार अनुभाग से गुजरती है, जहां हवा के आणविक छलनी तक पहुंचने से पहले पानी, तेल एरोसोल और कण पदार्थ हटा दिए जाते हैं।
सोखने के दौरान, ऑपरेटिंग पोत दबाव में रहता है जबकि नाइट्रोजन अधिमानतः सोख लिया जाता है। ऑक्सीजन और आर्गन बिस्तर से गुजरते हैं और उत्पाद गैस बनाते हैं। जैसे ही सोखने की क्षमता अपनी परिचालन सीमा के करीब पहुंचती है, नियंत्रण प्रणाली गैस पथ को बदल देती है और पोत को पुनर्जनन में भेज देती है।
पुनर्जनन के दौरान, पोत का दबाव कम हो जाता है और अधिशोषित नाइट्रोजन आणविक छलनी को छोड़ देता है। कुछ पीएसए कॉन्फ़िगरेशन शुद्धिकरण या समीकरण के लिए उत्पाद ऑक्सीजन के एक हिस्से का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य कॉन्फ़िगरेशन गैस के नुकसान को कम करने के लिए जहाजों के बीच दबाव समीकरण का उपयोग करते हैं। सटीक चक्र पोत के आकार, आणविक छलनी विशेषताओं, लक्ष्य शुद्धता, पुनर्प्राप्ति और आवश्यक ऑक्सीजन प्रवाह पर निर्भर करता है।
खरीद उद्देश्यों के लिए, ऑक्सीजन की शुद्धता का मूल्यांकन ऑक्सीजन रिकवरी और विशिष्ट बिजली खपत के साथ किया जाना चाहिए। आवश्यक ऑक्सीजन शुद्धता बढ़ाने से उत्पाद ऑक्सीजन की प्रति यूनिट आवश्यक संपीड़ित हवा की मात्रा बढ़ सकती है, जिससे कंप्रेसर ऊर्जा की खपत बढ़ सकती है।
लागत संरचना: सिलेंडर भरना बनाम पीएसए उत्पादन
सिलेंडर ऑक्सीजन कई आवर्ती लागत घटक बनाता है। फ़ैक्टरी स्वयं ऑक्सीजन, सिलेंडर किराया या सेवा शुल्क, परिवहन, लोडिंग और अनलोडिंग, भंडारण और सिलेंडर प्रतिस्थापन के लिए ऑपरेटर श्रम का भुगतान कर सकती है। ये लागत डिलीवरी आवृत्ति और ऑक्सीजन की खपत के साथ बढ़ती है।
पीएसए उत्पादन आवर्ती व्यय को बिजली और उपकरण रखरखाव की ओर स्थानांतरित कर देता है। कंप्रेसर आम तौर पर विद्युत खपत के एक बड़े हिस्से का प्रतिनिधित्व करता है क्योंकि वायुमंडलीय हवा को सोखने वाले जहाजों में प्रवेश करने से पहले संपीड़ित किया जाना चाहिए। फिल्टर, वाल्व, ऑक्सीजन विश्लेषक, सील और आणविक छलनी सामग्री भी जीवनचक्र लागत में योगदान करते हैं।
| लागत घटक | सिलेंडर आपूर्ति | ऑन-साइट पीएसए |
|---|---|---|
| ऑक्सीजन खरीद | आवर्ती गैस चार्ज | सामान्य उत्पादन के लिए आवश्यक नहीं है |
| परिवहन | आवश्यक | सामान्य रूप से हटा दिया गया |
| सिलेंडर संभालना | आवश्यक | निकाला गया |
| कंप्रेसर बिजली | आपूर्तिकर्ता साइड | कारखाने में पक्ष |
| उपकरण निवेश | कारखाने में कम | आवश्यक |
| वायु उपचार | आपूर्तिकर्ता साइड | साइट पर आवश्यक |
| भंडारण | सिलेंडर सूची | ऑक्सीजन रिसीवर |
| रखरखाव | नियामक, वाल्व, मैनिफोल्ड | कंप्रेसर, वाल्व, फिल्टर, विश्लेषक |
| बैकअप आपूर्ति | अतिरिक्त सिलेंडर | सिलेंडर या अन्य बैकअप स्रोत |
तुलना में समान ऑक्सीजन मात्रा, शुद्धता, दबाव और संचालन अवधि का उपयोग करना चाहिए। उपयोग योग्य ऑक्सीजन की प्रति एनएम³ लागत में दोनों प्रणालियों को परिवर्तित किए बिना $/सिलेंडर में एक सिलेंडर कोटेशन की तुलना $/kWh में पीएसए बिजली के साथ करने से गलत निष्कर्ष निकल सकता है।
ऑक्सीजन की खपत दर लागत समीकरण को क्यों बदलती है?
आर्थिक तुलना में ऑक्सीजन की खपत सबसे मजबूत चर में से एक है। लघु उत्पादन शिफ्ट के लिए 10 एनएम³/घंटा का उपयोग करने वाली एक फैक्ट्री की परिचालन प्रोफ़ाइल 24 घंटों तक लगातार 100 एनएम³/घंटा की खपत करने वाली सुविधा से बहुत अलग होती है।
सिलेंडर आपूर्ति के लिए, अधिक खपत से सीधे तौर पर सिलेंडरों की संख्या बढ़ जाती है जिन्हें वितरित, संग्रहीत, कनेक्ट और प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। यदि दैनिक खपत मौजूदा क्षमता से अधिक बढ़ जाती है, तो अतिरिक्त सिलेंडर बैंकों या अधिक लगातार डिलीवरी की आवश्यकता हो सकती है।
पीएसए उत्पादन के लिए, एक उच्च निरंतर भार उपकरण के उपयोग को बढ़ा सकता है और ऑक्सीजन की बड़ी मात्रा में निश्चित पूंजी लागत को वितरित कर सकता है। हालाँकि, कंप्रेसर और सोखने वाले जहाजों का आकार आवश्यक प्रवाह के लिए होना चाहिए, और अधिकतम क्षमता के निकट संचालन विशिष्ट ऊर्जा खपत और ऑक्सीजन पुनर्प्राप्ति को बदल सकता है।
इसलिए एक व्यावहारिक तुलना में ऑक्सीजन की खपत की गणना इस प्रकार की जानी चाहिए:
वार्षिक ऑक्सीजन मांग=ऑक्सीजन प्रवाह × परिचालन घंटे × परिचालन दिन
परिणामी वार्षिक एनएम³ आंकड़ा साइट पर उत्पादन के साथ वितरित ऑक्सीजन की तुलना करने के लिए एक सामान्य आधार प्रदान करता है।
बिजली और संपीड़ित-वायु की खपत
ऑन-साइट सिस्टम में, बिजली की खपत कंप्रेसर दबाव, इनलेट-एयर तापमान, कंप्रेसर दक्षता, वायु-उपचार दबाव ड्रॉप, सोखना-चक्र कॉन्फ़िगरेशन और ऑक्सीजन रिकवरी से काफी प्रभावित होती है।
उदाहरण के लिए, यदि कोई सिस्टम 0.8 kWh/Nm³ ऑक्सीजन की खपत करता है और औद्योगिक बिजली की लागत $0.10/kWh है, तो बिजली घटक लगभग $0.08/Nm³ है। इस आंकड़े में कंप्रेसर रखरखाव, फिल्टर, वाल्व प्रतिस्थापन, ऑक्सीजन विश्लेषण, या पूंजी वसूली शामिल नहीं है।
संपीड़ित-वायु गुणवत्ता भी परिचालन लागत को प्रभावित करती है। सोखना बिस्तरों में प्रवेश करने वाला पानी आणविक छलनी के प्रदर्शन को बदल सकता है, जबकि तेल संदूषण सोखने वाली सतह को नुकसान पहुंचा सकता है। इसलिए एयर फिल्टर डाउनस्ट्रीम घटकों की सुरक्षा से कहीं अधिक करते हैं; वे सोखने वाली सामग्री की स्थिति को भी नियंत्रित करते हैं।
खरीद इंजीनियरों को ऑक्सीजन उत्पादन लागत के रूप में कंप्रेसर मोटर के रेटेड किलोवाट का उपयोग करने के बजाय निर्दिष्ट ऑक्सीजन प्रवाह और शुद्धता पर आपूर्तिकर्ता की विशिष्ट बिजली खपत का अनुरोध करना चाहिए।
दबाव, शुद्धता और प्रवाह आवश्यकताएँ
ऑक्सीजन की शुद्धता और वितरण दबाव को एक साथ निर्दिष्ट किया जाना चाहिए क्योंकि वे सिस्टम डिज़ाइन को प्रभावित करते हैं। लगभग 90-93% ऑक्सीजन की आवश्यकता वाली प्रक्रिया 95% से ऊपर ऑक्सीजन की आवश्यकता वाली प्रक्रिया से भिन्न पीएसए कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग कर सकती है।
सिलेंडर ऑक्सीजन उच्च दबाव पर बड़ी मात्रा में संग्रहीत गैस प्रदान करता है, जबकि पीएसए सिस्टम आम तौर पर प्रत्यक्ष प्रक्रिया उपयोग या डाउनस्ट्रीम दबाव बढ़ाने के लिए उपयुक्त कम दबाव पर ऑक्सीजन उत्पन्न करता है। यदि किसी प्रक्रिया के लिए काफी अधिक दबाव की आवश्यकता होती है, तो अतिरिक्त ऑक्सीजन कंप्रेसर की आवश्यकता हो सकती है।
प्रवाह स्थिरता एक और विचार है. एक बर्नर या कटिंग मशीन ऑक्सीजन की मांग में तेजी से बदलाव का अनुभव कर सकती है, जबकि अपशिष्ट जल वातन विस्तारित अवधि के लिए अपेक्षाकृत स्थिर प्रवाह बनाए रख सकता है। ऑक्सीजन रिसीवर अल्पकालिक मांग परिवर्तनों को बफर कर सकता है, लेकिन इसकी मात्रा पीएसए आउटपुट और प्रक्रिया खपत के बीच के अंतर से मेल खाना चाहिए।
ऑक्सीजन की मांग और भार में उतार-चढ़ाव
हर फ़ैक्टरी में ऑक्सीजन की खपत स्थिर दर से नहीं होती। एक उत्पादन लाइन काटने या दहन के दौरान उच्च ऑक्सीजन मांग पर काम कर सकती है और लोडिंग, रखरखाव, या शिफ्ट परिवर्तन के दौरान कम मांग पर आ सकती है।
सिलेंडरों के साथ, आपूर्ति क्षमता जुड़े सिलेंडरों की संख्या और उनके शेष दबाव से निर्धारित होती है। जब खपत अप्रत्याशित रूप से बढ़ जाती है, तो ऑपरेटर को दूसरा सिलेंडर बैंक जोड़ने की आवश्यकता हो सकती है।
पीएसए उत्पादन के साथ, सोखना इकाई आम तौर पर एक क्रमादेशित चक्र के अनुसार संचालित होती है जबकि ऑक्सीजन रिसीवर उत्पादन और खपत के बीच अल्पकालिक अंतर को अवशोषित करता है। यदि मांग लंबे समय तक निर्धारित उत्पादन क्षमता से ऊपर बनी रहती है, तो अंततः प्राप्तकर्ता का दबाव कम हो जाएगा। इसलिए सिस्टम को केवल औसत-प्रवाह गणना के बजाय एक परिभाषित शिखर-प्रवाह क्षमता की आवश्यकता होती है।
खरीद के लिए, महत्वपूर्ण आंकड़े न केवल औसत एनएम³/घंटा हैं बल्कि न्यूनतम प्रवाह, सामान्य प्रवाह, चरम प्रवाह, चरम अवधि और दैनिक लोड प्रोफ़ाइल भी हैं।
भंडारण एवं आपूर्ति निरंतरता
सिलेंडर सिस्टम ऑक्सीजन को सीधे दबाव वाहिकाओं के अंदर संग्रहीत करते हैं। यदि साइट पर पर्याप्त सिलेंडर रखे जाएं तो एक फैक्ट्री कई दिनों तक आपूर्ति बनाए रख सकती है, लेकिन इससे आवश्यक भंडारण क्षेत्र और हैंडलिंग कार्यभार बढ़ जाता है। आपूर्तिकर्ता प्रक्रियाओं और लागू दबाव-पोत आवश्यकताओं के अनुसार सिलेंडर सूची को भी घुमाया जाना चाहिए।
एकऑन-साइट पीएसएसिस्टम आमतौर पर भरे हुए सिलेंडरों की एक बड़ी सूची बनाए रखने के बजाय एक रिसीवर में ऑक्सीजन संग्रहीत करता है। रिसीवर सोखना चक्र और प्रक्रिया लाइन के बीच एक गैस बफर प्रदान करता है।
निरंतर उत्पादन के लिए, एक बैकअप ऑक्सीजन स्रोत महत्वपूर्ण रहता है। यदि पीएसए कंप्रेसर विद्युत विफलता, अति ताप, रखरखाव, या नियंत्रण दोष के कारण बंद हो जाता है, तो संग्रहीत ऑक्सीजन केवल सीमित अवधि के लिए प्रक्रिया का समर्थन कर सकती है। इसलिए एक बैकअप सिलेंडर मैनिफोल्ड को डाउनस्ट्रीम से जोड़ा जा सकता है ताकि पीएसए उपकरण के निरीक्षण के दौरान उत्पादन जारी रह सके।
स्थापना और सिस्टम एकीकरण
पीएसए उत्पादन के साथ सिलेंडरों को बदलने के लिए कारखाने के गैस बुनियादी ढांचे में बदलाव की आवश्यकता है। इंस्टॉलेशन में कंप्रेसर, एयर रिसीवर, निस्पंदन असेंबली, सोखना वाहिकाओं, ऑक्सीजन रिसीवर, नियंत्रण कैबिनेट और संबंधित पाइपिंग के लिए जगह प्रदान की जानी चाहिए।
सोखना वाहिकाओं में प्रवेश करने से पहले संपीड़ित हवा को निर्दिष्ट निस्पंदन चरणों से गुजरना चाहिए। तरल पानी को आणविक छलनी तक पहुंचने से रोकने के लिए कंडेनसेट को वायु रिसीवर और फिल्टर से निकाला जाना चाहिए। ऑक्सीजन पाइपिंग फिर रिसीवर को दबाव विनियमन और प्रक्रिया वितरण प्रणाली से जोड़ती है।
विद्युत प्रणाली को निर्माता के रेटेड वोल्टेज और करंट के अनुसार कंप्रेसर और नियंत्रण उपकरण की आपूर्ति करनी चाहिए। वेंटिलेशन पर भी विचार किया जाना चाहिए क्योंकि कंप्रेसर निरंतर संचालन के दौरान गर्मी उत्पन्न करते हैं, जबकि पीएसए निकास पुनर्जनन के दौरान नाइट्रोजन युक्त गैस छोड़ता है।
कमीशनिंग से पहले, इंजीनियर आमतौर पर पाइपिंग की सफाई, दबाव अखंडता, वाल्व संचालन, ऑक्सीजन शुद्धता, आउटलेट दबाव, प्रवाह क्षमता और अलार्म कार्यों को सत्यापित करते हैं। प्रक्रिया उपकरण को गैस प्राप्त होने से पहले ऑक्सीजन विश्लेषक को यह पुष्टि करनी चाहिए कि उत्पन्न गैस निर्दिष्ट शुद्धता को पूरा करती है।
रखरखाव और विफलता मोड
सिलेंडर सिस्टम को मुख्य रूप से सिलेंडर वाल्व, नियामक, लचीली होसेस, मैनिफोल्ड कनेक्शन और सील के निरीक्षण की आवश्यकता होती है। वाल्व या कनेक्शन में रिसाव लगातार ऑक्सीजन जारी कर सकता है और उत्पादन उत्पादन में वृद्धि किए बिना खपत बढ़ा सकता है।
पीएसए सिस्टम में यांत्रिक और प्रक्रिया-संबंधित विफलता मोड की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। कंप्रेसर के अधिक गर्म होने से वायु वितरण कम हो सकता है, बंद फिल्टर दबाव में गिरावट को बढ़ा सकते हैं, स्विचिंग-वाल्व घिसाव सोखने के क्रम को बिगाड़ सकता है, और आणविक छलनी संदूषण नाइट्रोजन सोखने की क्षमता को कम कर सकता है।
ऑक्सीजन की शुद्धता में कमी सोखना चक्र, फ़ीड-वायु स्थिति, वाल्व समय, आणविक छलनी स्थिति या अत्यधिक उत्पाद मांग के साथ समस्याओं का संकेत दे सकती है। फिल्टरों में दबाव में गिरावट संदूषण का संकेत दे सकती है, जबकि असामान्य कंप्रेसर डिस्चार्ज तापमान शीतलन या यांत्रिक समस्याओं का संकेत दे सकता है।
इसलिए रखरखाव में कंप्रेसर निरीक्षण, फिल्टर प्रतिस्थापन, कंडेनसेट निष्कासन, वाल्व-चक्र निगरानी, ऑक्सीजन विश्लेषक अंशांकन, दबाव-ड्रॉप माप, और ऑपरेटिंग घंटों और निर्माता की आवश्यकताओं के अनुसार सोखना प्रणाली का निरीक्षण शामिल होना चाहिए।
