55
ступенях сжатия, дожимающего (бустерного) тормозного колеса поз. С3420
турбодетандерного агрегата поз. Х3471 с охладителем бустерного воздуха поз.
Е3421, а так же шумоглушителем поз. N2653. [8]
Воздух из атмосферы в количестве 63650 нм3/час через воздушный
фильтр всасывания поз. S1146.1/2 и шумоглушитель всасывания поз. N1151
подаётся на вход основного воздушного компрессора поз. C1161, где в первых
трёх ступенях сжимается с промежуточным водяным охлаждением до давления
0,69 МПа (6,9 кгс/см2) и подаётся на охлаждение и первичную очистку снизу в
оросительный воздухоохладитель поз. E2416. [19]
Нагрузка компрессора регулируется лопаточным направляющим
аппаратом на всасывании первой ступени, а также сбросом воздуха на
глушитель поз. N2653 через управляемую заслонку поз. FV1110. [19]
В оросительном воздухоохладителе поз. E2416 воздух проходит снизу
вверх через насадку, омываемую поступающей сверху водой, и остывает
приблизительно до 13°C прежде, чем выходит из воздухоохладителя в верхней
его части. Процесс отмывания так же удаляет из воздуха вредные компоненты,
типа SO2, SO3 и NH3. В нижней секции воздухоохладителя воздух охлаждается
циркулирующей по замкнутому контуру охлажденной водой из градирни. В
верхнюю секцию воздухоохладителя подается вода из азотного скруббера-
водоохладителя поз. E2417, в котором она охлаждается за счет продувки её
азотом с низким влагосодержанием и температурой. [8]
После оросительного воздухоохладителя воздух через управляемые
затворы поворотные поз. КV2621/КV2622 на входе поступает в адсорберы поз.
А2626А/Б блока комплексной очисти. Проходя через блок комплексной
очистки, состоящий из двух адсорберов (А2626А/B), каждый из которых
заполнен адсорбентом – синтетическим цеолитом, и управляемые затворы
поворотные поз. КV2627/КV2628 на выходе, воздух очищается от водяного
пара, СО2, N2O и углеводородов. [8]
56
После блока комплексной очисти сухой и очищенный от примесей
воздух при температуре 19 °C и давлении 0,658 МПа (6,58 кгс/см2) разделяется
на три потока. [6]
Первый поток с расходом 5780 нм3/час подаётся в основной
теплообменник поз. Е3116А/Б блока разделения воздуха, где охлаждается до
температуры, близкой к температуре ожижения, далее смешивается с паровой
фазой после сепаратора поз. D3432 и поступает в нижнюю часть колонны
ректификационной нижней поз. Т3211. Другой поток с расходом 56450 нм3/час
подаётся на сжатие в дожимающий компрессор поз. С1261 (смонтирован на
общей раме и имеет единый привод с компрессором поз. C1161), где в трёх
ступенях сжимается с промежуточным водяным охлаждением до давления 4,1
МПа (41 кгс/см2) и при температуре 30°C подаётся на дальнейшее сжатие в
тормозной бустер-компрессор поз. С3420 турбодетандерного агрегата поз.
Х3471. [25]
Блок предварительного охлаждения воздуха состоит из оросительного
воздухоохладителя поз. E2416, азотного скруббера-водоохладителя поз. E2417
и насосов поз. Р2466 А/Б и Р2467 А/Б.
Охлаждённая вода из градирни при температуре 20°C и расходом 186
м3/час подаётся на блок предварительного в охлаждения воздуха, после чего
разделяется на два потока. [25]
Первый поток расходом 160 м3/час через затвор поворотный поз. 2411
А/Б, фильтр поз. 2412 А/Б, насос поз. Р2466 А/Б, затвор поворотный поз. 2416
А/Б и затвор управляемый поз. FV2411 с давлением 0,68 МПа (6,8 кгс/см2)
подаётся в среднюю часть оросительного воздухоохладителя поз. E2416, где,
стекая вниз по насадке, производит первичное охлаждение и отмывку воздуха,
поступающего из компрессора поз. C1161. [25]
Второй поток расходом 26 м3/час через клапан, управляемый LV2431
подаётся в верхнюю часть азотного скруббера-водоохладителя поз. E2417, где
стекает по насадке и охлаждается за счет тепломассообмена с потоком
отбросного азота расходом 36090 нм 3/час с низким влагосодержанием и
57
температурой 30°C, поступающим из блока разделения воздуха. После
прохождения водоохладителя поз. E2417 отбросной азот сбрасывается в
атмосферу. [25]
Из нижней части водоохладителя поз. E2417 вода при температуре 12°C
через затвор поворотный поз. 2421 А/Б, фильтр поз. 2422 А/Б, насос поз. Р2467
А/Б, затвор поворотный поз. 2426 А/Б и затвор управляемый поз. FV2421 с
давлением 0,68 МПа (6,8 кгс/см2) подаётся в верхнюю часть оросительного
воздухоохладителя поз. E2416, где, стекая вниз по насадке, производит
окончательное охлаждение воздуха, поступающего из компрессора поз.
C1161. [29]
Охлаждающаяся вода, как и влага, выделившаяся при сжатии воздуха,
собираются в кубе оросительного воздухоохладителя поз. E2416 и через
клапан, управляемый LV2401 возвращается в систему охлаждающей воды.
Блок комплексной очистки воздуха состоит из пары адсорберов
A2626A/Б и электронагревателя регенерационного газа поз. E2618.
Примеси, находящиеся в воздухе (водной пар, CO2, N2O, углеводороды)
адсорбируются при проходе воздуха через один из двух адсорберов,
заполненных синтетическими цеолитами A2626A/Б. Один адсорбер постоянно
находится в работе, в то время как другой находится на регенерации. [29]
Цикл регенерации в основном состоит из следующих стадий: нагрев,
охлаждение, набор давления, сброс давления. Регенерационный газ идет из
блока разделения воздуха как отбросной газ (азот). Он нагревается в
нагревателе регенерационного газа поз. E2618 (электрический нагреватель). В
конце цикла регенерации производится включение в работу
отрегенерированного адсорбера, а другой адсорбер переводится на новый цикл
регенерации. Циклы автоматически контролируются компьютером управления
производственным процессом. После прохождения адсорбера регенерирующий
газ (отбросной азот) сбрасывается в атмосферу на глушитель поз. N2653. [29]
Нагрев адсорбента при регенерации производится до температуры
200°C, охлаждение производится до температуры 30°C. Длительность работы
58
адсорбера при очистке воздуха зависит от объёма потока воздуха, подаваемого
на адсорбер. При меньшем потоке возможно удлинить время работы адсорбера
и соответственно необходимо увеличить время регенерации и последующего
охлаждения. Длительность работы адсорбера при гарантийном режиме
составляет 228 минут, нагрев 69 минут и охлаждение 131 минут. Общая
длительность цикла работы адсорбера составляет 456 минут. [29]
Адсорберы регенерируются после каждого цикла греющим азотом,
поступающим из блока разделения воздуха. В течение стадии нагрева азот
расходом 36090 нм3/час подогревается до температуры 200°C электрическим
нагревателем E2618. Охлаждение производится тем же потоком воздуха при
выключенном электроподогревателе.
Переключение адсорберов автоматически контролируются
компьютером управления производственным процессом. [30]
Сброс давления из адсорберов производится через управляемые клапаны
поз. КV2645 / КV2646, подача регенерирующего газа (азота) в адсорберы
производится через управляемые затворы поворотные поз. КV2641 / КV2642 на
входе, сброс регенерирующего газа (азота) в атмосферу на глушитель поз.
N2653 через управляемые затворы поворотные поз. КV2647 / КV2648 на
выходе. Набор давления воздуха в подключаемый адсорбер производится через
управляемый клапан поз. КV2625. [22]
Схема производства и рекуперации холода состоит из основного
теплообменника поз. Е3116 А/Б блока разделения воздуха и турбодетандера
поз. X3471 с сепаратором поз. D3432
Необходимость в постоянном охлаждении блока разделения воздуха
(постоянном производстве холода) вызвана потерями в изоляции, потерями
вследствие недорекуперации потоков на теплом конце основного
теплообменника поз. Е3116 А/Б, а также вследствие выведения криогенных
жидкостей из низкотемпературной секции. Эти потери компенсируются
изоэнтальпийным расширением потоков (дроссельные клапаны и т.д.) и
59
адиабатическим (изоэнтропийным) расширением воздуха в турбодетандере поз.
X3471. [22]
Для рекуперации холода, произведённого в криогенном цикле установки
разделения воздуха, холод, запасённый в потоках, отходящих из блока
разделения (обратные, отходящие потоки), в основном теплообменнике поз.
Е3116 А/Б передается потокам, направляемым в блок разделения воздуха
(прямые потоки). [22]
В основной теплообменник подаются следующие прямые потоки: [22]
Воздух при температуре 19°C и давлении 0,65 МПа (6,5 кгс/см2) с
расходом 5780 нм 3/час после блока комплексной очистки воздуха после
охлаждения до температуры, близкой к температуре ожижения, далее
смешивается с паровой фазой после сепаратора поз. D3432 и поступает в
нижнюю часть колонны ректификационной нижней поз. Т3211.
Воздух при температуре 30°C и давлении 5,75 МПа (57,5 кгс/см2) с
расходом 21690 нм3/час после охладителя бустерного воздуха поз. Е3421 после
охлаждения до температуры ожижения и почти полного ожижения через
дроссельный клапан FV3112 (ориентировочно 90% в зависимости от режима)
так же поступает в нижнюю часть колонны ректификационной нижней поз.
Т3211.
Воздух при температуре 30°C и давлении 5,75 МПа (57,5 кгс/см2) с
расходом 34425 нм3/час после охладителя бустерного воздуха поз. Е3421 после
охлаждения до температуры минус 77°C подаётся на расширение в
турбодетандерный агрегат поз. Х3471.
Из основного теплообменника отводятся следующие обратные потоки:
Азот газообразный отбросной промежуточной чистоты с концентрацией
по кислороду 0,8 % об. при температуре 28°C и давлении 0,122 МПа (1,22
кгс/см2) с расходом 20500 нм3/час.
Азот газообразный отбросной чистый с концентрацией по кислороду
0,0001 % об. при температуре 28°C и давлении 0,115МПа (1,15 кгс/см2) с
расходом 26288 нм3/час.
60
Азот газообразный чистый в качестве затворного газа с концентрацией
по кислороду 0,0001 % об. при температуре 28°C и давлении 0,61 МПа (6,1
кгс/см2) с расходом 200 нм3/час.
Кислород газообразный отбросной с концентрацией по кислороду 99,6
% об. При температуре 28°C и давлении 0,169 МПа (1,69 кгс/см2) расходом 225
нм3/час.
Кислород газообразный продукционный с концентрацией по кислороду
99,6 % об. при температуре 28°C и давлении 3,08 МПа (30,8 кгс/см2) с
расходом 8600 нм3/час (в зависимости от режима).
После расширения в турбодетандерном агрегате поз. Х3471 воздух при
давлении 0,65 МПа (6,5 кгс/см2) и температуре конденсации (минус162°C)
после частичного (ориентировочно 0,4% в зависимости от режима) ожижения
поступает в сепаратор поз. D3432. [28]
Жидкая фаза после сепаратора поз. D3432 расходом ориентировочно
0,03 нм3/час (гарантийный режим) или 123 нм3/час (режим 2) смешивается с
потоком кубовой жидкости после переохладителя поз. Е3316 и подаётся на 73
тарелку колонны ректификационной верхней поз. Т3212. [28]
Паровая фаза после сепаратора поз. D3432 с расходом 34424 нм3/час (в
зависимости от режима) смешивается с потоком воздуха после теплообменника
и поступает в нижнюю часть колонны ректификационной нижней поз.
Т3211. [28]
Разработаем техническое задание на проектирование АСУ ТП
разделения атмосферного воздуха:
1) Разрабатываемая АСУ ТП предназначена для:
− автоматического контроля и управления в реальном масштабе
времени технологическими процессами разделения атмосферного воздуха;
− обеспечения безопасности и управляемости, как в нормальных, так и в
переходных и предаварийных условиях функционирования, а также защиту или
остановку автоматизируемого производства при угрозе аварий;
61
− непрерывного автоматического контроля и сигнализации наличия
загазованности воздушной среды производственных зон по НКПР (20 % и 50
%).
2) Подлежащими автоматизации являются следующие функции:
− управляющие;
− информационные;
− вспомогательные;
− функции безопасности.
3) Конечной целью создания системы является создание
автоматизированной системы управления непрерывными технологическими
процессами разделения атмосферного воздуха с высоким уровнем
функциональной надежности.
4) Подцелями создания АСУ ТП разделения атмосферного воздуха:
− получение необходимых по количеству и качеству конечных
продуктов при минимизации технологических и трудовых затрат;
− надежность работы и безопасность эксплуатации;
− защита технологического оборудования от аварий;
− повышение стабильности ведения технологических процессов;
− повышение технического уровня и качества управления, улучшение
условий труда персонала.
5) Достижение цели обеспечивается благодаря:
− повышению точности поддержания технологических режимов при
помощи автоматических систем регулирования и применения современных
средств автоматизации и обработки информации;
− автоматическому контролю над действиями оперативно-
технологического персонала, запрету несанкционированных и ошибочных
действий персонала;
− минимизации вероятности развития аварийных ситуаций, их
распознавания и парирования с помощью системы противоаварийной защиты;
62
− аппаратной и программной избыточности, резервирования критичных
для функциональной безопасности компонентов системы;
− снижению трудозатрат оперативно-технологического персонала;
− автоматизации функций контроля и управления технологическими
процессами и оборудованием;
− улучшению условий труда за счет централизации управления
процессом с рабочих мест оперативно-технологического персонала,
разнообразного и удобного представления информации;
− стабилизация эксплуатационных показателей технологического
оборудования и режимных параметров технологического процесса.
6) Должна быть реализована функция программного и логического
управления технологическим процессом, осуществляемая за счет решения
задач программно-логического и дистанционного управления в реальном
масштабе времени, таких как минимизация вероятности развития аварийных
ситуаций, их распознавания и парирования с помощью системы
противоаварийной защиты.
7) Функция управления системой доступа, должна быть реализована
путем разграничения прав доступа, защитой от несанкционированного доступа
к базе данных и программному обеспечению, его порчи или останова работы в
результате некорректных действий оператора-технолога.
8) Функция распределения информационных потоков и сетевых
ресурсов, должна осуществляться за счет решения задачи организации
информационной связи между компонентами различных уровней АСУ ТП.
9) Функция управления базой данных, должна осуществляться за счет
решения следующих задач:
− хранение состава и структуры КТС АСУ ТП;
− хранение настроек и параметров программного обеспечения;
− хранение текущего состояния технологического оборудования и
параметров технологического процесса;
63
− хранение истории состояний технологического оборудования и
изменений параметров технологического процесса;
− надежное сохранение данных при авариях электроснабжения и отказе
блоков и модулей КТС.
10) Функция сбора и первичной обработки информации, должна
осуществляться за счет опроса аналоговых и дискретных датчиков с периодом
опроса переменных для системы управления (СУ) равным 1 с, и для системы
ПАЗ равным 0,1с, фильтрацию сигналов от высокочастотных помех и
выбросов, выделение достоверной входной информации, масштабирование и
перевод в действительные значения в соответствии с градировочными
характеристиками аналоговых измерительных элементов, с последующей
логической обработкой и анализом.
11) Диагностика состояния технических средств АСУ ТП:
− автоматическая диагностика состояния элементов системы;
− автоматическая диагностика измерительных каналов;
− автоматическая диагностика сетевых компонентов.
12) Функция представления информации оперативному персоналу и
руководству, удобной для восприятия оперативной информации о текущем
состоянии технологического процесса и оборудования должна осуществляться
в виде мнемосхем, графиков, гистограмм, таблиц.
13) Реализация функции представления информации оперативному
персоналу и руководству должна осуществляться за счет решения следующих
задач:
− вывод, по запросу оператора, удобной для восприятия оперативной
информации о текущем состоянии технологического процесса и оборудования
в виде мнемосхем, графиков, гистограмм, таблиц;
− формирование и печать системных отчетов, хронологических
перечней технологических и системных событий;
− формирование и печать отчетов о предаварийных ситуациях;
64
− выдача сигнализации достижения предаварийных и
предупредительных значений.
На видеокадрах отображается информация различного характера:
− о состоянии технологического оборудования;
− о состоянии технологических процессов;
− об изменении значений технологических параметров во времени на
заданном интервале;
− об отклонении технологических параметров от регламентных норм.
В отчетах в хронологической последовательности регистрируются
данные о состоянии технологического оборудования и технических средств,
действиях оператора, возникновении предаварийных ситуаций, нарушениях
технологического процесса, отклонениях параметров за допустимые пределы и
т.д.
Во второй главе выпускной квалификационной работы рассмотрены
структура, функции и особенности проектирования АСУ ТП разделения
атмосферного воздуха, получены следующие авторские выводы:
1) Технологический процесс разделения воздуха основан на методе
глубокого охлаждения (низкотемпературной ректификации);
2) Установка разделения воздуха работает по циклу среднего давления с
турбодетандером, колонной двукратной ректификации (получение азота и
кислорода) и блоком очистки аргона;
3) Технологическая схема производства разделения воздуха состоит из
узловых блоков и схем, для каждой из которых определен метод
автоматизации.
Проведенные исследования и полученные авторские выводы позволяют
перейти к разработке и внедрению системы управления технологического
процесса разделения атмосферного воздуха АО «Грасис».