с 01.01.2014 по 01.01.2019
Волжский, Россия
Волгоградская область, Россия
В статье описана автоматизация процесса удаления вредных примесей из технологического газа производства сероуглерода. Предлагается актуальная на сегодняшний день система управления технологическим действием, обеспечивающая гибкость, многофункциональность управления технологическим процессом, максимальную безопасность, и значительный уровень безопасности труда. Плюсами предлагаемой АСУ считаются приобретаемый экономический результат, повышение информативности о состоянии процесса, уменьшение трудозатрат в спецобслуживание, большие межремонтные интервалы. Использование новых средств управления и внедрения их в уже имеющиеся позволяет существенно повысить производительность, снизить затраты на производство, уменьшает время простоев, повышает информированность персонала, существенно повышает безопасность производства, а также позволяет сократить или контролировать степень загрязнения окружающей среды. Система построена по модульному принципу, допускающему модернизацию и изменение системы при изменении технологического режима. Применение предложенной системы автоматизации значительно увеличивает корректность и качество исполнения технологических мероприятий, таким образом, делает лучше качество готового продукта. Достоинствами считаются подходящая система с целью сигнальных модулей с наилучшей возможностью коммуникации и организации в сеть, комфортное введение систем интерфейса с оператором, а параметры для абсолютно всех модулей настраиваются через программное обеспечение.
сероуглерод, абсорбция, десорбция, колонна
Введение. С интенсивным развитием технологий развиваются потребности человечества в новых видах сырья и увеличении объёма производства уже имеющегося.
Существующие технологические процессы подвергаются существенной модернизации или заменяются новыми с учётом современных технологий. Внедрение современных методов и средств производства позволяет повысить производительность, сократить экономические издержки, а также повысить безопасность производственного процесса. Зачастую ручное управление при таких методах и средствах невозможно или нецелесообразно.
Эффективными современными средствами контроля и управления производственными процессами являются средства, основанные на вычислительной технике. Эти средства получили название автоматизированных систем управления технологическим процессом или АСУТП. Благодаря этим средствам и методам появляются новые возможности управления и наблюдения за технологическим процессом с разной степенью освобождения человека от управления.
В задачи разработки современных систем автоматического управления входит разработка средств на основании требований и свойств управления объектами и требований к системам безопасности.
Использование новых средств управления и внедрения их в уже имеющиеся позволяет существенно повысить производительность, снизить затраты на производство, уменьшает время простоев, повышает информированность персонала, существенно повышает безопасность производства, а также позволяет сократить или контролировать степень загрязнения окружающей среды.
Одной из таких является автоматизированная система управления технологическим процессом удаления вредных примесей из технологического газа при производстве сероуглерода.
Цель работы: изучить технологический процесс удаления вредных примесей из технологического газа при производстве сероуглерода и разработать АСУ.
Материалы и методы исследования: сероуглерод CS2 – это соединение серы с углеродом.
Сероуглерод выглядит как бесцветная жидкость со специфическим запахом. Технический продукт, полученный сульфидированием угля, имеет неприятный резкий запах. Молекулы CS2 линейны, длина связи С—S = 0,15529 нм; энергия диссоциации 1149 кДж/моль.
Сероуглерод огнеопасен, токсичен, обладает наиболее обширным спектром концентрационных границ взрываемости.
Точно как двуокись углерода, CS2 считается кислотным ангидридом и при взаимодействии с отдельными сульфидами способен формировать соли тиоугольной кислоты (Н2СS3). При взаимодействии с щелочами возникают соли дитиоугольной кислоты и продукты их диспропорционирования.
Однако сероуглерод, в отличие от диоксида углерода, показывает значительную реакционную способность по касательству к нуклеофилам и проще восстанавливается.
Так, сероуглерод способен реагировать с C-нуклеофилами, его связь с активированными метиларилкетонами проходит с образованием бистиолятоварилвинилкетонов, каковые имеют все шансы являться проалкилированы вплоть до бисалкилтиоарилвинилкетонов.
Сероуглерод хорошо растворяет жиры, масла, смолы, полимеры, применяют как экстрагент; растворяет серу, фосфор, йод, нитрат серебра.
Большая доля (80%) изготавливаемого сероуглерода распространяется в изготовление вискозы – сырья в изготовлении вискозного волокна («синтетического шелка»). Его используют с целью извлечения разных химических элементов (ксантогенатов, четырёххлористого углерода, роданидов).
Сероуглерод опасен. Летальная порция при поступлении внутрь является 3188 мг/кг. Высокотоксичная концентрация в воздухе – больше 10 мг/л. Проявляет местное раздражающее, резорбтивное воздействие. Обладает психотропными, нейротоксическими качествами, какие объединены с его газонаркотическим влиянием на центральную нервную систему.
При отравлении появляются головная боль, головокружение, судороги, потеря сознания. Бессознательное состояние способно чередоваться с психологическим и моторной возбужденностью. Могут отслеживаться рецидивы конвульсий с утратой сознания, подавление дыхания. При приёме внутрь наступают рвота, тошнота, недомогания в животе. При контакте с кожей прослеживаются гиперемия и химические ожоги.
Требования к хранилищам сероуглерода
Склады сероуглерода обязаны располагаться в отдельно стоящих постройках, принадлежащих к категории А пожарной опасности, с соблюдением разрывов с абсолютно всех строений и сооружений завода, предусмотренных нормами.
Для хранения сероуглерода могут устраиваться наземные, подземные и полуподземные хранилища.
При размещении под землей баки обязаны размещаться таким образом, для того чтобы возможно было осуществлять их внешний осмотр. Хранилища обязаны разделяться в единичные отсеки, каждый из которых рассчитывается для сохранения никак не больше 100 т сероуглерода. При крупных масштабах изготовления склады сероуглерода-сырца и ректификата делаются отдельными. Дистанция между баками в рабочих ходах должна быть никак не меньше 0,7 м, а в нерабочих проходах – никак не меньше 0,4 м.
Склады сероуглерода-сырца и ректификата состоят из отсеков с целью размещения баков, отделы отстойников канализационных вод, отделы управления запорной арматурой и в некоторых случаях специального помещения с целью отгонки сероуглерода с шлама.
Складские здания допускаются кирпичные либо железобетонные с легкой несгораемой крышей. Все без исключения здания поделены между собой и имеют раздельные внешние входные двери. Оба склада оборудуются камерами приточной и дымовытяжной вентиляции, которая обязана гарантировать содержание вредоносных элементов в атмосфере в границах нормы, а в зимнее время сохранять температуру 4–6° С. В летний период низкая температура в комнатах удерживается из-за результата подземного размещения баков и маленьких габаритов оконных проемов.
Емкости с целью сохранения сероуглерода
Сероуглерод держат под слоем воды в горизонтальных цилиндрических баках (цистернах) объемом 50–100 м3 каждый. Данный метод сохранения на сегодняшний день приобрел вездесущее распространение как более легкий и надежный и вытеснил раньше применявшееся хранение сероуглерода под инертным газом.
Баки обязаны отвечать условиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» и приниматься инспекцией Росстехнадзора, так как регулярно функционируют под давлением вплоть до 3 am, а в случае если из них жидкость подается напрямую в дозирующие приборы химического корпуса, в таком случае вплоть до 5 am.
Баки производятся сварными с бойлерного железа толщиной никак не меньше 10 мм. Свойство сплава и сварные швы обязаны соответствовать условиям инспекции Росстехнадзора.
По трубе, идущей вплоть до низа резервуара, сероуглерод поступает в бак, вытесняя с него воду в канализацию либо в емкость с целью циркуляционной воды. По данной же трубе сероуглерод выгоняется, в случае если в резервуар запустить воду под давлением. Через гидрокран промеряется уровень сероуглерода. Для этого вплоть до дна бака спускают раскладную либо прямую рейку с делениями, обмазанную краской либо мазутом, которые растворяются в сероуглероде в степени области его с водой. Достоверность замера находится в зависимости от точности геометральной фигуры резервуара и правильности расчета цены каждого деления при его калибровке. В сырцевых баках с течением времени скапливается осадок, то, что необходимо принимать во внимание при замерах. Непосредственное определение степени сероуглерода посредством гидрокран приводит к повышению загазованности пакгаузных комнат, по этой причине убедительно необходимо скорое создание достоверных и конкретных уровнемеров.
Наверху бака располагается отверстие с целью осмотра состояния внутренних стен. В нижней части есть спускной патрубок с задвижкой диаметром никак не меньше 100 мм, посредством которой удаляется осадок. При монтаже баков в фундаменте учитывается незначительный наклон в сторону спускового отверстия.
Для процесса абсорбции начальной значимостью обладает подбор должного поглотителя – абсорбента. Абсорбент обязан по возможности избирательно впитывать высшие углеводороды, никак не создавая с ними химических взаимосвязей. Он обязан обладать небольшой летучестью и никак не видоизменяться при нагревании вплоть до 160°C. Вязкость должна оставаться невысокой и никак не должен растворяться в воде. Абсорбция газообразных элементов жидкими абсорбентами улучшается с повышением давления и снижением температуры процесса [1]. По этой причине газ, идущий в абсорбцию, подвергается компримированию до 0,9–1,2 МПа, а температура процесса никак не должна быть выше 40 °C. Десорбция растворенных элементов проходит тем правильнее, чем ниже давление и больше температура процесса. По этой причине десорбцию ведут при давлении 0,2 – 2,5 МПа и температуре t =150 °C. В качестве абсорбента применяется специально предназначенный керосин – растворитель [2]. Природный газ под давлением 0,9–1,2 МПа поступает в нижнюю часть абсорбционной колонны 1, наполненной кольцами Рашига. Давление газа на входе в колонну контролируется прибором 2 а[3], температура газа на входе в колонну контролируется термопарой 1а [4], расход газа на входе в колонну контролируется прибором 3а [5]. В верхнюю часть колонны из емкости 7 противотоком подается абсорбент. Соотношение абсорбент / газ поддерживается в пределах 9–12 масс.ч. абсорбента на 1 масс. ч. газа. Число подаваемого абсорбента регулируется регулятором подачи масла 6а [5] с мониторов в зависимости от требуемой производительности установки, а также объёма и состава газа, подходящего в очистку в границах 3200–22 000 кг/ч. Потребление газа во входе в колонну контролируется устройством 3б [11] [12] в границах 320–2800 кг/ч.
Абсорбент, проходя через насадку и контактируя с природным газом, улавливает высшие углеводороды, насыщается (С3–С6) и стекает в куб колонны, где он собирается. Уровень в колонне контролируется и регулируется регулятором уровня 4а [6] в пределах 40–60% высоты кубовой части колонны 1. Регулирующий клапан расположен на линии слива абсорбента из колонны 1. Температура насыщенного углеводородами абсорбента на выходе из куба колонны 1 контролируется термопарой 8а [4]. Перемещение керосина с колонны 1 для десорбции исполняется за счет разницы давлений среди абсорбционной колонны 1 и десорбционной колонны 4.
Процесс десорбции совершается при большой температуре, по этой причине насыщенный абсорбент, поступающий в десорбцию, сперва подогревается в горизонтальном трубчатом теплообменнике 6 теплым абсорбентом, прибывающим с куба десорбционной колонны 4. С теплообменника 6 насыщенный абсорбент поступает в нагреватель 5, что в качестве теплоносителя подается пар 2,0 МПа.
Температура насыщенного абсорбента после подогревателя 5 поддерживается в пределах 145 –155 °C регулятором температуры 11а [5]. Регулирующий клапан установлен на трубопроводе подачи 2,0 МПа пара в подогреватель 5. Горячий, насыщенный высшими углеводородами абсорбент подаётся в верхнюю часть десорбционной колонны 4 выше насадки. Туда же поступает абсорбент из фазоразделителя 9.
Десорбционная колонна 4 представляет собой аппарат насадочного типа. Десорбция высших углеводородов из абсорбента ведется острым паром, полученным путем дросселирования пара с давлением 2,0 МПа. Расход острого пара на десорбцию от 300 до 1100 кг/ч регулируется автоматически посредством регулятора 15а [4], в зависимости от количества, подаваемого в колонну 4 абсорбента на десорбцию. Расход абсорбента на десорбцию контролируется прибором 10б [5]. Острый пар подается в нижнюю часть колонны 4 под слой насадки.
В результате контакта насыщенного абсорбента с острым паром происходит десорбция высших углеводородов из абсорбента. Температура верха десорбционной колонны 4 поддерживается в пределах 143–153°C, контролируется термопарой 14а [4]. Парогазовая смесь, состоящая из высших углеводородов, водяного пара, незначительных количеств метана и уносимого с десорбера 4 абсорбента, следует в теплообменник 8, где она охлаждается. Теплообменник 8 предполагает из себя трубчатое устройство.
Охлажденная парогазовая смесь с температурой не больше 50 °C поступает в разграничитель фаз 9. Температура до теплообменника 8 контролируется термопарой 16а [4]. Температура уже после теплообменника 8 контролируется термопарой 20а [4]. В фазоразделителе 9 совершается разделение газа, конденсата, абсорбента. Конденсат в фазоразделителе 9 расслаивается в 2 слоя. Верхняя прослойка – насыщенный высшими углеводородами абсорбент возвращается насосом 10 в верхнюю часть десорбционной колонны 4. Нижний слой – вода, насыщенная углеводородами, сводится в химически нечистую канализацию и затем поступает на очистку канализационных вод.
Уровень абсорбента, насыщенного углеводородами в фазоразделителе 9, контролируется и регулируется автоматически регулятором уровня 19а [6]. Уровень воды, насыщенной углеводородами, контролируется и регулируется автоматически регулятором уровня 18а [6]. Высшие углеводороды, не сконденсированные в фазоразделителе 9 из верха аппарата, поступают в теплообменник 12, охлаждаются и отправляются на сжигание. Расход высших углеводородов на сжигание контролируется прибором 21б [5]. Давление в фазоразделителе 9 контролируется прибором17б [3].
Сконденсированная вода после теплообменника 12 возвращается в фазоразделитель 9. Регенерированный в десорбционной колонне 4 абсорбент стекает в куб колонны 4. Уровень в колонне 4 контролируется и автоматически поддерживается в пределах 40–60% регулятором уровня 12а [6]. Температура на выходе из куба десорбционной колонны 4 контролируется термопарой 13а [4]. Из куба колонны 4 регенерированный абсорбент через теплообменник 6 и холодильник 13 с температурой не более 40°C возвращается в сборник 7. Сборник абсорбента 7 представляет собой горизонтальный аппарат, в который принимается из хранилища жидких нефтепродуктов абсорбент, который затем циркулирует на стадии. Уровень абсорбента в сборнике 7 поддерживается не более 125 см.
В процессе десорбции абсорбент насыщается водой, поэтому возвращаемый из куба десорбционной колонны 4 абсорбент разделяется в сборнике 7 на два слоя. Верхний слой, состоящий из абсорбента, поступает на всас насоса 11, который подает его в верхнюю часть абсорбционной колонны 1. Температура подаваемого в абсорбционную колонну 1 абсорбента контролируется термопарой 5а [4].
Нижний слой, состоящий из воды со следами абсорбента в сборнике 7, сливается в химически грязную канализацию и далее поступает на очистку сточных вод. Уровень водного слоя в сборнике 7 поддерживается автоматически регулятором уровня 7а [6] в пределах 10–20%. Очищенный от высших углеводородов природный газ из верха абсорбционной колонны 1 поступает в брызгоотделитель 2 для удаления из него капель абсорбента. Из брызгоотделителя 2 природный газ направляется в вертикальный адсорбер 3, заполненный активированным углем, для удаления из него абсорбента, оставшегося газа в виде тумана. Далее полностью очищенный природный газ поступает к печам синтеза. Расход природного газа к печам синтеза контролируется по прибору 22б [5]. Давление природного газа к печам синтеза контролируется по прибору 23б [3], температура природного газа к печам синтеза контролируется по прибору 24а [4].
Контроль и регулирование стадии очистки технологического газа от высших углеводородов осуществляется посредством системы MicroTDC 3000, на мониторы которой выведены контролируемые параметры, сигнализации о минимальном и максимальном значении параметров, сигнализации о положении регулирующих клапанов, а также предусмотрена возможность управления регулирующими клапанами дистанционно в ручном режиме.
Заключение. Предлагается актуальная на сегодняшний день система управления технологическим процессом, обеспечивающая гибкость, многофункциональность управления технологическим процессом, максимальную долговечность, и значительный уровень безопасности труда. Плюсами предлагаемой АСУ представляются получаемый экономический результат, повышение информативности о состоянии процесса, снижение трудозатрат в обслуживание, большие межремонтные интервалы.
Система построена по модульному принципу, допускающему модернизацию и изменение системы при изменении технологического режима. Использование предложенной системы автоматизации значительно увеличивает точность и качество исполнения технологических операций, таким образом, делает лучше качество готовой продукции. Достоинствами считаются комфортная система для сигнальных модулей с наилучшей вероятностью коммуникации и организации в сеть, комфортное подключение систем интерфейса с оператором, а параметры для абсолютно всех модулей настраиваются с поддержкой программного обеспечения.
Использование контроллеров и иных компонентов АСУ даст возможность эффективно обнаруживать неполадки, контролировать уровни настроенных характеристик и, таким образом, уменьшать период ремонтов.
1. Горбатенко Ю.А. Адсорбция примесей токсичного газа из загрязненного воздуха. - Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2014. - 48 с.
2. Кембел Д.М. Очистка и переработка природных газов. / Д.М. Кембел. - М.: Недра, 1977. - 349 с.
3. Датчик давления Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания SiemensURL: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/ 10087455?activeTab=ProductInformation (дата обращения 8.12.2018)
4. Датчик температуры Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/10038181?activeTab=ProductInformation (дата обращения 8.12.2018)
5. Датчик расхода Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/ 10017349?activeTab=ProductInformation (дата обращения 08.12.2018)
6. Датчик уровня Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/ 10017349?activeTab=ProductInformation (дата обращения 08.12.2018)
7. Трушников М.А., Медведева Л.И., Гольцов А.С., Носенко В.А. Автоматизированные системы управления в промышленности: учебное пособие, Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2010. 100 с.
8. Горбатенко Ю.А. Адсорбция примесей токсичного газа из загрязненного воздуха. - Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2014. - 48 с.
9. Кембел Д.М. Очистка и переработка природных газов. / Д.М. Кембел. - М.: Недра, 1977. - 349 с.
10. Датчик давления Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания SiemensURL: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/ 10087455?activeTab=ProductInformation (дата обращения 8.12.2018)
11. Датчик температуры Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/10038181?activeTab=ProductInformation (дата обращения 8.12.2018)
12. Датчик расхода Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/ 10017349?activeTab=ProductInformation (дата обращения 08.12.2018)
13. Датчик уровня Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/ 10017349?activeTab=ProductInformation (дата обращения 08.12.2018)
14. Трушников М.А., Медведева Л.И., Гольцов А.С., Носенко В.А. Автоматизированные системы управления в промышленности: учебное пособие, Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2010. 100 с.
15. Горбатенко Ю.А. Адсорбция примесей токсичного газа из загрязненного воздуха. - Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2014. - 48 с.
16. Кембел Д.М. Очистка и переработка природных газов. / Д.М. Кембел. - М.: Недра, 1977. - 349 с.
17. Датчик давления Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания SiemensURL: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/ 10087455?activeTab=ProductInformation (дата обращения 8.12.2018)
18. Датчик температуры Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/10038181?activeTab=ProductInformation (дата обращения 8.12.2018)
19. Датчик расхода Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/ 10017349?activeTab=ProductInformation (дата обращения 08.12.2018)
20. Датчик уровня Siemens [Электронный ресурс]// Производственная компания Siemens URL: https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/ 10017349?activeTab=ProductInformation (дата обращения 08.12.2018)
21. Трушников М.А., Медведева Л.И., Гольцов А.С., Носенко В.А. Автоматизированные системы управления в промышленности: учебное пособие, Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2010. 100 с.
