рефераты скачать

МЕНЮ


Дипломная работа: Система управления узлом дегидрирования этилбензола

Дипломная работа: Система управления узлом дегидрирования этилбензола

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.  Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

1.2 Основные характеристики и особенности технологического объекта с точки зрения задач управления

1.3 Обобщенный критерий эффективности управления процессом

2. Анализ структуры существующей системы управления

2.1 Анализ организационно-технической структуры

2.2 Анализ существующей системы управления

2.3 Выводы по необходимости модернизации системы

3. Разработка и описание системы контроля, регулирования

и управления технологическим процессом

3.1 Выбор и описание структурной схемы системы управления

3.2 Техническое обеспечение. Спецификация на приборы и средства

автоматизации

3.3 Разработка и описание функциональной схемы технологического

объекта автоматизации

4. Разработка и описание сборочных чертежей

4.1 Описание схемы внешних электрических и трубных проводок 85

4.2 Описание плана трасс

4.3 Описание схемы подключения барьеров искробезопасности 89

4.4 Описание схемы измерительных цепей

5. Расчет цифровой АСР

5.1 Построение математической модели

5.2 Расчет оптимальных настроечных параметров цифровых

регуляторов

5.3 Расчёт переходных процессов в цифровых АСР 105

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Характеристика проектируемого объекта

6.2 Обоснование выбора системы автоматизации

6.3 Обеспечение безопасности технологического процесса

6.4 Производственная санитария

6.5 Электробезопасность

6.6 Пожарная профилактика и средства тушения пожара

6.7 Охрана окружающей среды и защита населения и территории

6.8 Чрезвычайная ситуация и методы защиты

7. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта

7.1 Расчет капитальных вложений на технические

средства автоматизации

7.2 Расчет дополнительных эксплуатационных издержек

7.3 Расчет экономических показателей от внедрения АСУ ТП

Заключение

Список использованной литературы

Список сокращений


Введение

В данном дипломном проекте будет проводиться анализ организационно-технической структуры, анализ существующей системы управления; исходя из требований, предъявляемых к современным автоматизированным системам управления технологических процессов и анализа объекта управления, будут выявлены недостатки и нерешённые задачи существующей системы управления.

Исходя из анализа, требуется сделать выводы о необходимости замены существующей системы управления и предложить пути модернизации, поставить задачу на дипломное проектирование. Общая задача управления технологическим процессом формируется обычно как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат) при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемые регламентом. Спецификой автоматизации тепловых процессов является то, что они очень энергоемки, поэтому система автоматизации должна способствовать снижению энергозатрат на обеспечение заданной степени превращения исходного вещества в конечный продукт при заданной максимально возможной интенсивности реакции.

В ходе работы будут разработаны: функциональная схема автоматизации и установлены параметры контроля, регулирования и блокировки, выбраны схемы регулирования; описана структурная схема системы управления и перечислены функции, выполняемые на каждом уровне системы управления.

Для реализации функций контроля, регулирования и управления будут выбраны технические средства автоматизации.

Будут разработаны: схема внешних электрических и трубных проводок, с указанием монтажных длин и типов проводов и кабелей; схема измерительных цепей, где будет наглядно представлена связь полевого оборудования и помещения управления, в виде указания барьеров искробезопасности, модулей ввода-вывода и модулей управления; схема подключения барьеров искробезопасности, на которой будет изображены терминальные панели для крепления барьеров искробезопасности.

Кроме того, в данной работе будут охвачены:

- раздел по безопасности жизнедеятельности, с рассмотрением взрывопожарной и пожарной опасности, санитарной характеристики производственных зданий и наружных установок, физико-химических и токсических свойств, применяемых продуктов;

- раздел технико-экономического обоснования проекта, где будет рассчитаны капитальные затраты на приобретение средств автоматизации, дополнительные эксплуатационные издержки, экономические показатели от внедрения АСУ ТП.

Необходимо будет сделать вывод о проделанной работе, решённых и нерешённых задачах управления и путях дальнейшего совершенствования системы управления.


1. Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

Технологическая цель производства. Процесс производства стирола включает в себя стадии: дегидрирование этилбензола и ректификация углеводородного конденсата. Целью управления процессом дегидрирования является получение заданного выхода стирола. Выход стирола определяется расходом и составом этилбензольной шихты, соотношением расходов шихты и перегретого водяного пара, температурой в реакторе и активностью катализатора [6].

В состав производства стирола методом каталитического дегидрирования этилбензола входят следующие установки:

-  печное отделение;

-  реакторный блок;

-  узел конденсации.

Печное отделение предназначено для перегрева водяного пара до температуры не более 750 0С.

Реакторный блок предназначен для получения контактного газа, содержание стирола в котором более 50%, путем каталитического дегидрирования этилбензола.

Для снижения парциального давления компонентов сырья в процессе дегидрирования вместе с этилбензолом вводится водяной пар. Водяной пар является также теплоносителем для эндотермической реакции дегидрирования.

Кроме того, за счет водяного пара происходит непрерывный процесс саморегенерации катализатора.

Основными показателями, характеризующими процесс дегидрирования, являются:

1. Выход стирола на пропущенный этилбензол - процентное отношение количества полученного стирола ко всему количеству этилбензола, пропущенного через реактор. Эта величина характеризует производительность реактора.

2. Выход стирола на разложенный этилбензол или селективность - процентное отношение количества полученного стирола к общему количеству разложенного этилбензола. Уменьшение селективности катализатора приводит к увеличению выхода побочных продуктов.

3. Конверсия этилбензола - процентное отношение разложенного этилбензола к общему количеству этилбензола, пропущенного через реактор. Конверсия показывает степень активности катализатора.

4. Объемная скорость подачи сырья - это расход этилбензольной шихты в м3/час, приходящийся на 1 м3 катализатора. Эта величина характеризует нагрузку реактора по сырью.

Дегидрирование этилбензола осуществляется на катализаторе при температуре 560÷630 0С по реакции:

С6Н5-СН2-СН3→С6Н5-СН=СН2+Н2 – 30000 ккал/ (кг/моль)

Кроме основной реакции, протекает ряд побочных реакций с получением бензола, толуола, этилена, а также тяжелокипящих:

1) С6Н5С2Н5 + Н2 → С6Н5СН3 + СН4

(этилбензол) (толуол) (метан)

2) С6Н5С2Н5 + Н2 → С6Н6 + С2Н6

(этилбензол) (бензол) (этан)

3) СН4 + Н2О → СО + 3 Н2

(метан)


4) 3 С6Н5С2Н5 → 4 С6Н6+3 Н2

(этилбензол) (бензол)

5) С+2 Н2О→ СО2+2 Н2

6) СО+Н2О→ СО2+Н2

7) 2 СО→ СО2+С

Катализаторами процесса дегидрирования этилбензола служат соединения на основе окиси железа и окиси хрома.

5. Влияние различных факторов на выход стирола: бензол, толуол практически не разлагаются в процессе контактирования, и являются разбавителями. Но увеличение их концентраций в сырье приводит к увеличению энергозатрат.

Стирол несколько снижает конверсию этилбензола. В процессе дегидрирования стирол разлагается, поэтому увеличение количества стирола нежелательно, во избежание излишней закоксованности катализатора. Изопропилбензол дегидрируется в - метилстирол. Наличие последнего ухудшает качество товарного стирола.

Диэтилбензол в сырье совершенно нежелателен, так как присутствие даже небольших количеств диэтилбензола в стироле приводит к получению нерастворимого полимера. Также нежелательно содержание в сырье растворенного хлорида, катализатора этилирования, который является ядом катализатора дегидрирования. Наличие ксилолов в сырье также нежелательно так как они ухудшают качество товарного стирола.

6. Разбавление водяным паром. Реакция дегидрирования этилбензола протекает с увеличением объема полученного газа. Процесс дегидрирования проводится при пониженных парциальных давлениях компонентов сырья, что осуществляется подачей перегретого водяного пара в реактор. При высоких температурах водяной пар взаимодействует с коксом, образующимся на поверхности катализатора.

Пар - является теплоносителем. Наиболее интенсивно реакция дегидрирования идет при температуре 600÷630 0С. Нагрев этилбензола до такой температуры приводит к его термическому разложению. Поэтому нагрев сырья до такой температуры производится непосредственно на вводе в реактор путем смешения с водяным паром.

При уменьшении количества пара по сравнению с режимным повышаются парциальные давления компонентов сырья, что уменьшает выход стирола. Кроме того, это приводит к увеличению закоксованности катализатора.

Увеличение количества водяного пара на разбавление также нежелательно, так как при этом возрастает давление в реакторах, увеличиваются энергозатраты.

Оптимальным считается разбавление сырья водяным паром в соотношении 1:2,4÷3,5 в том числе 10:15% пара от веса шихты смешивается в испарителе поз.Т-204 для улучшения процесса испарения.

7. Влияние температуры на выход стирола. Максимальный выход стирола получается при температуре контактирования 600÷630 0С. Поддерживание той или иной температуры зависит от следующих факторов:

- от активности катализатора;

- от срока работы;

- от качества загрузки катализатора и т.д.

Во всех случаях необходимо строго выдерживать температурный режим.

При понижении температуры ниже заданного уменьшается выход стирола.

Повышение температуры увеличивает термическое разложение сырья и повышает закоксованность катализатора.

Описание технологического процесса. Этилбензольная шихта, представляющая смесь этилбензола ректификата и возвратного этилбензола, поступает на дегидрирование со склада промежуточных продуктов (корпус 304) из емкости поз. Е-409 в теплообменник поз.Т-229 [8]. Постоянство подачи этилбензольной шихты поддерживается регулятором расхода (поз.48).

Этилбензольная шихта подогревается в теплообменнике поз.Т-229 до температуры 95 0С за счет тепла водного конденсата, подаваемого насосом поз.Н-224 из емкости поз.Е-223. Схемой предусмотрена подача этилбензольной шихты в испаритель поз.Т-204 помимо теплообменника поз.Т-229 при чистке последнего. В испарителе поз.Т-204 производится подогрев, испарение и частичный перегрев паров шихты до температуры не менее 160 0С за счет тепла конденсации пара 1600 кПа (16кгс/см2).

Для снижения температуры кипения этилбензола в трубное пространство испарителя поз.Т-204 подается водяной пар 600 кПа (6 кгс/см2), количество которого составляет 10-15% от веса этилбензола и поддерживается постоянным регулятором расхода (поз.49).

Давление пара 1600 кПа (16 кгс/см2), подаваемого в межтрубное пространство испарителя поз.Т-204, поддерживается регулятором давления (поз.51).

Конденсат пара 1600 кПа (16 кгс/см2) собирается в сборнике поз.Е-206, откуда самотеком поступает в сборник поз.Е-240.

Из испарителя поз.Т-204 пары этилбензольной шихты поступают в межтрубное пространство перегревателя поз.Т-203, где перегреваются до температуры 530 0С за счет тепла перегретого водяного пара, выходящего из межступенчатого подогревателя реактора поз.Р-202/2.

Перегретые пары этилбензольной шихты из перегревателя поз.Т-203 поступают в смесительную камеру реактора поз.Р-202/1, где смешиваются с перегретым водяным паром, поступающим из пароперегревательной печи поз.П-201/2 с температурой не более 750 0С.

Количество перегреваемого пара, поступающего на смешение с парами этилбензольной шихты в смесительную камеру реактора поз.Р-202/1, автоматически регулируются клапанами (поз.3-6,3-7), установленными на линии подачи пара с ТЭЦ, исходя из того, что конечное соотношение этилбензольной шихты и водяного пара на входе в реактор должно составлять 1:(2,4÷3,5) по весу. Давление пара, поступающего в ТЭЦ, автоматически регулируется клапаном (поз.2-5).

Водяной пар давления 200÷600 кПа (2÷6 кгс/см2), получаемый после редуцирования пара давления 1600 кПа (16 кгс/см2) и вторичный пар из котлов - утилизаторов поз.Пн-205 поступают в пароперегревательную печь поз.П-201/1, где перегреваются до температуры не более 750 0С и направляются в межступенчатый подогреватель, встроенный в верхней части реактора поз.Р-202/2 для подогрева контактного газа, выходящего из реактора поз.Р-202/1 до температуры 560÷630 0С

После межступенчатого подогрева водяной пар с температурой 600÷630 0С поступает в перегреватель поз.Т-203, где перегреваются пары этилбензольной шихты.

Из перегревателя поз.Т-203 водяной пар с температурой 450 0С поступает на повторный перегрев в пароперегревательную печь поз.П-201/2.

Блок пароперегревательных печей состоит из двух печей, объединенных в одном каркасе, имеющих общие дымовые трубы и обслуживающие площадки. В радиантных камерах каждой печи установлены вертикально по четыре радиантных змеевика. В конвективной камере печи поз.П-201/2 установлены горизонтально два конвективных змеевика и над ними два змеевика для утилизации тепла дымовых газов печи поз.П-201/2.

В средней части печи, между радиантной и конвективной камерами расположена зона, называемая перевалом.

Радиантная камера каждой печи представляет собой прямоугольную топку, имеющую две самостоятельные зоны с различной тепловой нагрузкой, обеспечивающей различные тепловые напряжения поверхности нагрева "холодных" и "горячих" змеевиков камеры радиации.

В верхней части боковых стен установлены взрывные окна. Блок пароперегревательных печей имеет две дымовые трубы, установленные на тройниках газоходов. Перед тройниками газоходов установлены шиберы ручного управления. Отметка верха дымовых труб - 30000 мм.

Обогрев змеевиков осуществляется беспламенными панельными горелками типа ГБП-140 мощностью 140000 ккал/час, которые размещены в шахматном порядке в боковых стенах радиантных камер печей. Количество панельных горелок для обеих печей - 506 шт.

Для дополнительного подогрева конвективных камер предусмотрено восемь горелок типа ГИК-2. В подовой части радиантной зоны обеих печей смонтированы по 24 штуки целевых горелок для сжигания несконденсированных газов дегидрирования. Общая тепловая нагрузка на печи - 63000000 ккал/час.

Давление топливного газа, поступающего из сети предприятия, поддерживается постоянным в пределах 280÷320 кПа (2,8÷3,2 кгс/см2) регулятором давления (поз.4).

Давление топливного газа перед горелками печей П-201/1,2 поддерживается регуляторами давления (поз.9,10) с коррекцией по температуре на выходе из печей и по температуре перед слоями катализатора в реакторах поз.Р-202/1, Р-202/2.

Панельные беспламенные горелки мари ГБП-140 размещены в кладке боковых стен радиантной зоны печей поз.П-201/1,2; кроме топливного газа на плоско-факельные подовые горелки печей поз.П-201/1,2 подается несконденсированная часть контактного газа (абгаз), давление которого регулируется клапаном (поз.6-5), установленным на линии подачи абгаза на установку.

Тепло дымовых газов, уходящих с печи поз.П-201/2 используется для получения водяного пара давлением 200÷300 кПа (2÷3 кгс/см2) и температурой 240÷260 0С в утилизаторах печи поз.П-201/2. Утилизаторы печи поз.П-201/2 состоят из двух отдельных змеевиков, на питание которых подается напорный паровой конденсат насосами поз.Н-241/1,2 (отделение ректификации).

Подача парового конденсата поддерживается постоянным регулятором расхода (поз.15,16) с коррекцией по температуре водяного пара на выходе из утилизаторов. Температура дымовых газов после утилизатора поддерживается в пределах 220÷3100С.

Пароэтилбензольная смесь на входе в реактор поз.Р-202/1 имеет температуру 560÷630 0С. За счет эндотермической реакции после первой ступени дегидрирования, температура контактного газа снижается до 550 0С.

Контактный газ из реактора поз.Р-202/1 поступает в межступенчатый подогреватель, где подогревается до температуры 560÷630 0С и затем направляется в реактор поз.Р-202/2. Контактный газ из реактора поз.Р-202/2 с температурой 550 0С поступает в котлы-утилизаторы поз.Пн-205.

В котлах-утилизаторах поз.Пн-205 тепло контактного газа используется для получения вторичного водяного пара давлением 200÷600 кПа (2÷6 кгс/см2). Питание котлов-утилизаторов поз.Пн-205/1,2 осуществляется подачей парового конденсата насосом поз.Н-241 (отделение ректификации).

Уровень жидкости в котлах-утилизаторах поддерживается постоянным регуляторами уровня (поз.38,40), клапаны которых установлены на линии подачи конденсата в котлы-утилизаторы поз.Пн-205/1,2.

Во избежание отложений нерастворимых солей на трубках котлов-утилизаторов при испарении конденсата производится постоянная и периодическая их продувка в химзагрязненную канализацию с разбавлением осветленной водой.

Охлажденный до температуры 2500С контактный газ из котлов-утилизаторов поз.Пн-205 направляется в пенный аппарат поз.Пн-209, где охлаждается до температуры 100÷1500С.

Одновременно в пенном аппарате поз.Пн-209 производится очистка контактного газа от катализаторной пыли. Охлаждение и очистка контактного газа осуществляется конденсатом, подаваемым насосом поз.Н-222 из емкости поз.Е-221. Расход конденсата поддерживается постоянным регулятором расхода (поз.44), клапан которого (поз.44-6) установлен на линии подачи конденсата в пенный аппарат поз.Пн-209.

Конденсат с температурой 950С из пенного аппарата поз.Пн-209 самотеком поступает в емкость поз.Е-223, откуда насосом поз.Н-224 через теплообменник поз.Т-229 сбрасывается в химзагрязненную канализацию с температурой не выше 400С.

Уровень в поз.Е-223 поддерживается регулятором уровня (поз.45), клапан которого установлен на линии сброса конденсата в химзагрязненную канализацию (поз.45-5).

Описание сырьевых и продуктовых потоков. Сырьевым потоком объекта автоматизации является этилбензольная шихта, поступающая на дегидрирования со склада промежуточных продуктов.

Энергетическими потоками являются: водяной пар, топливный газ и абгаз, которые сжигаются в печах поз.П-201/1,2 для перегрева водяного пара, а также напорный конденсат.

Конечным продуктовым потоком является контактный газ, содержание стирола в котором превышает 50 %.

К основным технологическим параметрам, подлежащим контролю и регулированию относятся: расход, давление, уровень и температура.

Таблица 1- Переменные, характеризующие ТП, как объект управления

Перечень наблюдаемых воздействий

Управляющие

воздействия (х)

Возмущающие воздействия (z) Регулируемые параметры (y)

1.Регулирование давления топливного газа в П-201/1,2

2.Регулирование давления абгаза в П-201/1,2

3.Регулирование давления водяного пара на вводе в корпус 303

4.Регулирование расхода водяного пара на вводе в корпус 303.

5.Регулирование расхода напорного конденсата а утилизаторы П-201/2

1. Изменение давления и расхода водяного пара на вводе в корпус 303

2. Изменение расхода напорного конденсата на вводе в корпус 303

3. Изменение расхода абгаза с узла компремирования

4. Изменение давления и расхода топливного газа на вводе в корпус 303

5.Изменение расхода ЭБШ на установку дегидрирования

1.Расход ЭБШ в Т-229

2.Температура водяного пара на выходе из утилизаторов

3.Расход водяного пара на вводе в корпус 303

4.Давление топливного газа на вводе корпус 303

5.Расход напорного

конденсата в утилизаторы П-201/2

6.Давление абгаза в П-201/1,2

6.Регулирование уровня жидкости в Пн-205/1,2

7.Регулирование расхода конденсата, подаваемого в Пн-209

8.Регулирование давления водяного пара, подаваемого в межтрубное пространство испарителя Т-204

9.Регулирование расхода водяного пара, подаваемого в трубное пространство испарителя Т-204

10.Регулирование уровня в емкости Е-223

11.Регулирование расхода ЭБШ в Т-229

6. Параметрические возмущения (закоксованность катализатора)

7.Давление водяного пара на вводе в корпус 303

8.Уровень жидкости в Пн-205/1,2

9.Расход конденсата в Пн-209

10.Давление водяного пара в межтрубном пространстве испарителя Т-204

11.Расход водяного пара в трубном пространстве испарителя Т-204

12.Уровень в емкости Е-223

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.