Монтаж технічних засобів автоматизації процесу стадії підготовки аміаку до нейтралізатора у виробництві НАК

Міністерство  освіти і науки України

Національний  університет водного господарства та природокористування

Технічний коледж

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

до курсового проекту

з дисципліни:

"Монтаж технічних засобів автоматизованих систем"

на тему:

«Монтаж технічних засобів автоматизації процесу стадії підготовки аміаку до нейтралізатора у виробництві НАК»

 

 

 

 

                                                                                                   Виконав:

                                                                                         студент групи ІЕМ-4

Полюхович О.Г.

                                                                                         Керівник:

                                                                                         Климчук В.М.

 

 

 

 

                       

 

Рівне–2013 
Зміст

Вступ

1. Аналіз технологічного процесу

1.1. Опис технологічного процесу

2. Проектування автоматизованої системи керування процесом

2.1. Фактори, що впливають на процес виготовлення та номінальні значення параметрів технологічного процесу

2.2. Норми технологічного  режиму

3. Вибір технічних  засобів системи автоматизації

3.1. Обгрунтування вибору ТЗА

3.2. Характеристика та принцип дії обраних ТЗА

4. Монтаж основних ТЗА

4.1. Монтаж відбірних пристроїв для вимірювання витрати

4.2. Монтаж пристроїв для відбору тиску й розрідження

5. Монтажні схеми

5.1. Розробка схеми зовнішніх під'єднань ТЗА

5.2. Проектування пульта управління процесом

Висновок

Використана література

Додаток:

• Загальний вигляд щита автоматиції (А)
• Схема з'єднання зовнішних проводок (Б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Сучасні хіміко-технологічні процеси відзначаються складністю та високою швидкістю протікання, а також чутливістю до відхилення режимних параметрів від нормальних значень, шкідливістю умов роботи, вибухо-пожежно безпечністю перероблюваних речовин. Зі збільшенням навантаження апаратів, потужності машин виконувати технологічні процеси при високих і надвисоких тисках та температурах (близьких до критичних значень), а також швидкостях хімічних реакцій з використанням ручного керування неможливо. У таких умовах навіть досвідчений працівник не може своєчасно вплинути на процес у разі відхилення його від норми, а це може призвести до втрати якості готової продукції, псування сировини, допоміжних речовин, а також до аварійних ситуацій, включаючи пожежі, вибухи, викиди шкідливих речовин у навколишнє середовище. Деякі технологічні процеси можна виконувати лише при їх повній автоматизації.

Автоматизація – це застосування комплексу засобів, що дозволяють здійснювати виробничі процеси без особистої участі людини, але під її контролем . Автоматизація виробничих процесів приводить до збільшення випуску, зниженню собівартості і поліпшенню якості продукції, зменшує чисельність обслуговуючого персоналу, підвищує надійність і довговічність машин, дає економію матеріалів, поліпшує умови праці і техніки безпеки.

Автоматизація звільняє людину від  необхідності безпосереднього керування  механізмами. В автоматизованому процесі  виробництва роль людини  зводиться до налагодження, регулювання, обслуговування засобів автоматизації і спостереженняю за їхньою дією. Якщо механізація полегшує фізичну працю людини, то автоматизація має мету полегшити так само і розумову працю.

 

 

 

 

 

1. Аналіз технологічного процесу

1.1. Опис технологічного процесу

Виробництво неконцентрованої азотної  кислоти складається з наступних стадій [1]:

1. Підготовка і компримування повітря.
2. Підготовка газоподібного аміаку.
3. Підготовка аміачно-повітряної суміші.
4. Конверсія аміаку та охолодження нітрозного газу.
5. Абсорбція оксидів азоту.
6. Селективне очищення хвостових газів від залишкових оксидів азоту.
7. Рекуперація енергії тиску і теплоти очищених хвостових газів.
8. Видача та зберігання продукційної кислоти.

Підготовка  і компримування повітря [1]

Атмосферне повітря осьовим компресором газотурбінної установки ГТТ-3М всмоктується через повітрозабірну трубу в апарат очищення повітря, в якому проходить двоступінчасте очищення  від пилу і твердих домішок на касетних фільтрах:

тонке очищення - на фільтрі  Петрянова елемента Д-33КЛ;

грубе очищення - на лавсановому  фільтрі елемента Ф-1,8;

Стан фільтрів контролюється  їх опором, який повинен бути не більше ніж 2кПа (200 мм вод. ст.).

Із апарата поз. IX повітря  надходить в газотурбінну установку  ГТТ-3М, яка включає в себе:осьовий компресор; повітроохолоджувач; нагнітач; газову турбіну; камеру згоряння; редуктор; розгінний електродвигун.

Компресор і нагнітач приводяться в рух за допомогою  газової турбіни.Камера згоряння забезпечує роботу установки під час пуску  та в робочому режимі.

Редуктор використовується для приводу нагнітача і розгінного електродвигуна.

Електродвигун призначений  для розгону газотурбінної установки  ГТТ-3М під час пуску і забезпечення балансу потужності установки в робочому режимі.

Осьовий компресор стискує повітря до тиску від  0,250МПа до 0,293МПа (від2,50 кгс/см² до 2,93 кгс/см² ) з підвищенням температури не вище ніж 175 ⁰С. Потім повітря охолоджується в повітроохолоджувачі до температури не вище ніж 48 ⁰С оборотною водою. Для підвищення температури повітря після нагнітача передбачено байпас мимо повітроохолоджувача. Після повітроохолоджувача повітря надходить в нагнітач, в якому стискується до тиску не вище ніж  0,8 МПа (8,0 кгс/см²) з підвищенням температури не вище ніж 175 ⁰С.

Після нагнітача основна частина повітря направляється в технологічний цикл безпосередньо на окислення аміаку.

Крім того, повітря  використовується:

• в віддувній колоні поз. 12 вузла абсорбції оксидів азоту;
• в трубопроводі нітрозного газу після підігрівача хвостових газів поз. 6 для окислення оксиду азоту в діоксид азоту.

Підготовка  газоподібного аміаку [1]

Газоподібний аміак  утворюється в процесі випаровування  рідинного аміаку в випарнику  вузла підготовки газоподібного  аміаку. Випарник – це горизонтальна  циліндрична посудина з розміщеним в ній пучком U-подібних трубок.

Рідинний аміак під  тиском від 1,3 МПа до 1,5 МПа (від13 кгс/см² до 15 кгс/см²) надходить в випарник із мережі підприємства, попередньо очищений від механічних домішок і каталізаторного пилу на сітчастому фільтрі, який розміщений на лінії подачі рідинного аміаку в цех.

В міру випаровування  рідинного аміаку вміст оливи  і механічних домішок в кубовій  частині випарника збільшується. Для запобігання цьому передбачено  відведення частини рідинного аміаку (до 20% від кількості аміаку, яка надходить в випарник) із випарника в апарат підготовки аміаку КАПА-1.

Із випарника газоподібний аміак для очищення від оливи  і механічних домішок надходить  в фільтр. Після фільтра очищений газоподібний аміак надходить в  дистиляційну колону. В верхній частині дистиляційної колони розміщений фільтр.

Сконденсований рідинний аміак, олива і механічні домішки, які накопичуються в нижній частині дистиляційної колони, безперервно відводяться в апарат підготовки аміаку КАПА-1.

В апараті підготовки аміаку КАПА-1 рідинний аміак випаровується за рахунок теплоти пари, яка надходить в апарат під тиском не вище ніж 0,5МПа і з температурою від 180⁰С до 200⁰С.

Газоподібний аміак  із апарата підготовки аміаку КАПА-1 з температурою від 100⁰С до 110⁰С і під тиском не вище ніж 0,4МПа (4,0кгс/см²) видається в мережу підприємства.

Газоподібний аміак  після дистиляційної колони надходить  в трубний простір підігрівача, в якому підігрівається до температури від 100⁰С до 110⁰С за рахунок теплоти пари, яка надходить в міжтрубний простір підігрівача з температурою від 180⁰С до 200 ⁰С і під тиском не вище ніж 0,5 МПа.

Конденсат із випарника  і з підігрівача надходить  в збірник.

Після підігрівача газоподібний аміак з температурою від 100⁰С до 110⁰С направляється в змішувач. Частина газоподібного аміаку після вузла підготовки аміаку надходить в реактор селективного очищення поз.5.

Підготовка  аміачно-повітряної суміші [1]

Після нагнітача повітря  під тиском не вище ніж 0,8МПа і  з температурою не вище ніж 175 ⁰С надходить в змішувач, де змішується із газоподібним аміаком.

Газоподібний аміак надходить  в змішувач з підігрівача газоподібного  аміаку поз.11г під тиском не вище ніж 0,8МПа і з температурою від 100⁰С до 110 ⁰С.

Об’ємна частка газоподібного аміаку в аміачно-повітряній суміші підтримується автоматично регулятором в межах від 9,5% до 11,0%.

Після змішування аміаку і повітря  в змішувачі утворена аміачно-повітряна  суміш очищується  від пилу, механічних домішок, оливи на патронних фільтрах, розміщених в верхній частині  змішувача.

Конверсія аміаку та охолодження нітрозного газу [1]

Аміачно-повітряна суміш  із змішувача з температурою від 140⁰С до 230 ⁰С надходить в контактний апарат поз.3, в якому за  температури від  850⁰С до 910 ⁰С на каталізаторі відбувається окислення аміаку киснем, що знаходиться в аміачно-повітряній суміші, з утворенням оксиду азоту, водяної пари та елементарного азоту за реакціями:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O + 905,8 кДж (1)

4NH₃ + 4O₂ = 2N₂O + 6H₂O + 1103 кДж (2)

4NH₃ + 3O₂ = 4N₂ + 6H₂O + 1267 кДж (3)

Основною є перша реакція. Вихід оксиду азоту залежить від кількості аміаку, який іде на окислення.

Окислення аміаку відбувається на пакеті каталізаторних сіток з платинових сплавів, в якому є  від п’яти до 15 сіток в залежності від їх маси та структури. Під каталізаторними сітками встановлено пакет з чотирьох паладієвих сіток, призначених для вловлювання платини.

Над сітками розташований запальний  пристрій з стаціонарним пальником.

В верхній частині контактного  апарата розміщена вибухова пластина, яка запобігає руйнуванню контактного апарата у випадку вибуху аміачно-повітряної суміші. Викид газів після пластини здійснюється в атмосферу.

Для захисту каталізаторних сіток  від сплавлення передбачено захисне  блокування, яке зупиняє технологічну частину агрегату у разі підвищення температури на сітках контактного апарата до 950 ⁰С (контур TIRSAH-102).

Відхилення від нормального  технологічного режиму сигналізується світловим та звуковим сигналами  на щиті керування агрегатом.

Утворені на каталізаторі нітрозні гази (NO_X, N₂, H₂O) з температурою від 850⁰С до 910 ⁰С надходять в котел-утилізатор Г-420БПЕ поз.4, де охолоджуються до температури від 300⁰С до 380 ⁰С. За рахунок теплоти нітрозних газів в котлі відбувається випаровування деаерованої хімочищеної води з утворенням пари під тиском не вище ніж 1,5МПа і з температурою від 210⁰С до 250 ⁰С.

Котел Г-420БПЕ – це горизонтальний двоходовий теплообмінник  з прямими трубками. В об’ємі котла частково проходить реакція окислення оксиду азоту в діоксид азоту з виділенням теплоти. На лінії подачі живильної води в котел встановлено економайзер для попереднього підігрівання води очищеними хвостовими газами, які надходять від котла-утилізатора хвостових газів.

Після котла-утилізатора  поз.4 нітрозні гази надходять в міжтрубний простір підігрівача хвостових газів другого ступеня ПХГ-ІІ поз.1, в якому охолоджуються до температури від 210⁰С до 260 ⁰С хвостовими газами, що направляються в трубки підігрівача хвостових газів ПХГ-ІІ поз.1 із підігрівача хвостових газів ПХГ-І поз.6.

Після підігрівача хвостових газів другого ступеня ПХГ-ІІ поз.1 нітрозні гази надходять в трубки підігрівача хвостових газів першого ступеня ПХГ-І поз.6, в якому охолоджуються до температури від 140⁰С до 190⁰С хвостовими газами із абсорбційної колони поз.8.

Схемою автоматизації передбачено регулювання рівня живильної води в барабані котла-утилізатора Г-420БПЕ поз.4 (контур LIRCALH-131). У разі зниження рівня води в котлі нижче середнього значення на 130мм передбачено захисне блокування, яке зупиняє технологічну частину агрегату.

Абсорбція оксидів  азоту [1]

Після підігрівача хвостових  газів першого ступеня поз.6 нітрозні гази з температурою від 140⁰С до 190⁰С надходять в міжтрубний простір холодильників-конденсаторів поз.7, поз.7а, де охолоджуються до температури не вище ніж 80⁰С оборотною водою, яка подається в трубний простір з абсорбційної колони поз.8 . В холодильниках-конденсаторах в міжтрубному просторі відбувається конденсація водяної пари і утворення азотної кислоти з масовою часткою HNO₃ від 40% до 50 %.

Холодильники-конденсатори – це вертикальні одноходові кожухотрубні теплообмінники з водяною оболонкою. Перший за ходом газу холодильник-конденсатор, який працює в більш тяжких умовах, виготовлений із сталі 00Х23Н9Т, другий - із сталі Х18Н10Т.

Оборотна вода подається в холодильники-конденсатори після змійовиків абсорбційної колони поз.8 . Кислота з холодильників-конденсаторів подається на одну з тарілок абсорбційної колони з відповідною концентрацією.

Схемою передбачено  подачу кислоти на 6;8;10;12 тарілку.

Нітрозні гази після холодильників-конденсаторів з температурою не вище ніж 80⁰С надходять в кубову частину абсорбційної колони під першу тарілку і проходять вверх колони через 47 сітчастих тарілок. На 46 тарілку подається насосами поз.16_1-3 із збірника поз.15 знесолена вода з температурою не вище ніж 35 ⁰С, витрата якої регулюється автоматично регулятором. Утворена на верхній тарілці слабка азотна кислота перетікає на нижче розташовані тарілки, рухаючись назустріч нітрозним газам. Масова частка азотної кислоти збільшується в міру проходження кислоти через тарілки. На виході із колони температура азотної кислоти становить від 40⁰С до 60⁰С, а масова частка азотної кислоти – не менше ніж 57%. Процес утворення азотної кислоти відбувається за реакціями: