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

2NO + O₂ = 2NO₂ + Q

2NO₂ + H₂O= HNO₂ + HNO₃ + Q

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O + Q

Процес абсорбції діоксиду азоту - екзотермічний. Для відведення теплоти, яка виділяється в процесі абсорбції, на тарілках розміщено змійовики, по яких проходить оборотна вода. Підведення і відведення оборотної води виконано індивідуально для кожної тарілки.

Верхня частина стояків всіх агрегатів на рівні 21 тарілки має  підживлення оборотною водою  під тиском не вище ніж 0,5 МПа (5,0 кгс/см²). Змійовики виконані суцільнотягнутими в середині колони. Оборотна вода надходить в змійовики абсорбційної колони з температурою не вище ніж 28 ⁰С.

Після абсорбційної колони оборотна вода з температурою не  вище ніж 30 ⁰С направляється в холодильники-конденсатори. Далі оборотна вода з температурою не вище ніж 35 ⁰С направляється в оборотний цикл № 3. Завдяки пінному режиму на тарілках колони забезпечується хороший теплообмін. Для поліпшення режиму абсорбції з метою підвищення ступеня абсорбції в абсорбційній колоні агрегату № 3 над 14 і 22 тарілками розміщена металева насадка на додаткових сітчастих тарілках. Ступінь абсорбції оксидів азоту в абсорбційній колоні має бути не менше ніж 99,0 %.

В процесі утворення азотної  кислоти в абсорбційній колоні накопичуються хлориди, які посилюють корозію металу. З метою запобігання їх накопиченню і зменшення  корозійної дії на матеріал колони схемою передбачено відвід хлоридів з тарілок абсорбційної колони в цеховий колектор азотної кислоти з 9-19 тарілки;

Допустима масова концентрація хлоридів на тарілках абсорбційної колони становить не більше ніж 500 мг/дм³. З метою підвищення ступеня абсорбції схемою  передбачено подачу додаткового повітря для доокислення нітрозних газів в трубопровід нітрозних газів після підігрівача хвостових газів поз.6. З абсорбційної колони азотна кислота з температурою від 40⁰С до 60⁰С надходить в віддувну колону поз.12 , де на тарілках сітчастого типу гарячим повітрям з нагнітача азотна кислота віддувається від оксидів азоту до масової частки оксидів азоту не більше ніж  0,1%.

Прояснена азотна кислота після віддувної колони направляється на склад в сховище кислоти або безпосередньо на виробництво адипінової кислоти. Рівень кислоти в віддувній колоні підтримується автоматично регулятором рівня. Віддуті  гази із віддувної колони  надходять в трубопровід нітрозних газів перед  абсорбційною колоною. Неабсорбовані хвостові гази після абсорбційної колони з об'ємною часткою оксидів азоту не більше ніж 0,11% (в період з 1.05 до 1.10 - не більше ніж 0,15%) і об'ємною часткою кисню не більше ніж 4,0 % надходять в підігрівач хвостових газів першого ступеня поз.6 , де за рахунок теплоти нітрозних газів підігріваються до температури від 110⁰С до 140 ⁰С.

Схемою передбачено відведення в дренажний бак поз.19 два рази на зміну азотної кислоти, яка  накопичується в трубному та міжтрубному просторі підігрівача хвостових газів першого ступеня поз.6 .

Схемою автоматизації вузла  абсорбції передбачено:

- регулювання рівня кислоти  в віддувній колоні видачею  її на склад (контур поз. LIRCALH-105);

- регулювання витрати  повітря  в віддувну колону і трубопровід нітрозних газів (контур поз. QIR-103);

- регулювання витрати знесоленої  води на зрошення абсорбційної  колони (контур поз. QIRCA-109).

Відхилення від норм технологічного режиму вузла абсорбції сигналізується відповідними світловими та звуковими сигналами на щиті керування агрегатом.

Селективне  очищення хвостових газів від  залишкових оксидів азоту  [1]

Хвостові гази після  підігрівача хвостових газів  першого ступеня поз.6  надходять в міжтрубний простір підігрівача хвостових газів другого ступеня поз.1 , де за рахунок охолодження нітрозних газів підігріваються до температури від 240⁰С до 300 ⁰С і направляються в реактор селективного очищення. В якості  реактора селективного очищення використовується реконструйований окислювач. В реакторі на алюмованадієвомарганцевому каталізаторі АВК-10М відбувається відновлення оксидів азоту за реакціями:

6NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O + Q;

6NO₂ + 8NH₃ = 7N₂ + 12H₂O + Q;

4NH₃ +3O₂ = 2N₂ + 6H₂O + Q;

Газоподібний аміак подається  безпосередньо в трубопровід  хвостових газів перед реактором по трубопроводу, який змонтований після відсікачів поз. HA 270-6C-115 на лінії подачі аміаку в змішувач. Така конструкція забезпечує автоматичне припинення подачі аміаку в реактор селективного очищення у разі зупинки технологічної частини агрегату або повністю агрегату виробництва азотної кислоти. Схемою передбачено автоматичне регулювання об’ємної витрати газоподібного аміаку.

Співвідношення аміак-оксиди азоту складає 1,5:1, процес очищення проходить за температури від  250⁰С до310⁰С.

Рекуперація енергії  тиску і теплоти очищених хвостових  газів [1]

Очищені хвостові гази після  реактора селективного очищення проходять  між зовнішнім і внутрішнім корпусами  універсальної камери згоряння турбіни, змішуються з паливними газами, які виходять з камери згоряння турбіни, і з температурою не вище ніж 700 ⁰С надходять в газову турбіну.

 В якості універсальної  камери згоряння турбіни використовується  реконструйована камера згоряння  реактора каталітичної очистки.

Сталість температури  газової суміші на вході в турбіну забезпечується відповідним режимом роботи камери згоряння турбіни газотурбінної установки  ГТТ-3М.

Відпрацьовані в турбіні  гази з температурою не вище ніж 410 ⁰С надходять в котел-утилізатор хвостових газів КУГ-66 або Г-400 ПЕ поз.V . Котел-утилізатор включає в себе: випарник (барабан) - одноходовий теплообмінник, пароперегрівач трубчастого типу, стальний економайзер на лінії подачі живильної води в котел. В котлі виробляється пара під тиском не вище ніж 1,5 МПа і з температурою від 230⁰С до 250 ⁰С за рахунок теплоти хвостових газів .

Для живлення котлів-утилізаторів КУГ-66 або Г-400 ПЕ використовується нагріта до температури 102⁰С - 104 ⁰С деаерована хімочищена вода.

Хвостові гази після  котлів-утилізаторів хвостових газів  КУГ-66 або Г-400ПЕ проходять через економайзер котла-утилізатора нітрозних газів Г-420БПЕ і викидаються в атмосферу через викидні труби висотою 151м і 153м.

 

 

2. Проектування автоматизованої системи керування процесом

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

 

Для розробки функціональної схеми автоматизації передусім  потрібно знати які параметри  технологічного процесу будуть контролюватися. Для цього складемо технологічну карту контрольованих параметрів. На технологічній карті показані параметри , які контролюються у наступних апаратах і обладнанні :

Таблиця 1

• Контактний апарат КА-3;
• Котел-утилізатор нітрозних газів КУН-4;
• Підігрівач хвостових газів ІІ ступеня ПХГ-2;
• Підігрівач хвостових газів І ступеня ПХГ-1;
• Холодильники-конденсатори ХК-7/7а;
• Віддувна колона ВК-12;
• Абсорбційна колона АК-8;
• Збірник знесоленої води 15 (не зображено);
• Насос подачі знесоленої води (не зображено).

2.2. Норми технологічного режиму

Занесемо усі номінальні параметри технологічного процесу у таблицю .2

Таблиця 2

Найменування стадій і потоків  реагентів	Найменування параметра  і одиниця вимірювання	Межі допустимих значень  параметрів
Конверсія аміаку та охолодження нітрозних  газів
1 Окислення аміаку  в контактному апараті поз.3	Температура, оС Ступінь конверсії, %	850 – 910 Не менше 93,5
2 Нітрозні гази на  виході з котла      Г-420БПЕ  поз.4	Температура, оС	300 – 380
3 Нітрозні гази на  вході в котел                   Г-420БПЕ поз.4	Об’ємна частка аміаку, %	Не більше 0,03
4 Прогрівання металу  газових камер котлів Г-420БПЕ  поз.4 перед пуском технологічної  частини агрегату та після  її зупинки	Температура, оС	130 – 150
5 Нітрозні гази на  виході з підігрівача хвостових  газів ІІ ступеня  поз.1	Температура, оС	210 – 260
6 Пара на виході  з котла Г-420БПЕ поз.4	Температура, оС Тиск, МПа (кгс/см2)	210 – 250 Не вище 1,5 (15,0)
7 Живильна вода на  виході з де аераційного бака	Температура, оС Масова концентрація кисню, мкг/дм3	102 – 104 Не більше 30

 

Абсорбція оксидів азоту
1 Нітрозні гази на  виході з підігрівача хвостових  газів першого ступеня: поз. 6	Температура, оС	140 – 190
2 Нітрозні гази на  вході в абсорбційну колону поз.8	Температура, оС	Не вище 80
3 Азотна кислота на  виході з холодильників-конденсаторів поз.7,поз.7а	Масова частка азотної кислоти, %	40 – 50
4  Кислота на виході  з абсорбційної колони поз.8	Температура, оС Масова частка азотної  кислоти, %	40 – 60 не менше 57
5 Хвостові гази на  виході з абсорбційної колони поз.8	Температура, оС Ступінь абсорбції оксидів  азоту, % Об’ємна частка оксидів  азоту, % Об’ємна частка кисню, %	25 – 35 Не менше 99,0 Не більше 0,11 (з 1.05 до  1.10 не більше 1,15) Не більше 4,0
6 Хвостові гази на  виході з підігрівача хвостових газів І ступеня поз.6	Температура, оС	110 – 140
7  Знесолена вода  на вході в абсорбційну колону поз.8	Об’ємна витрата, м3/год Температура, оС	Не більше 8,0 Не вище 35
8 Знесолена вода на  нагнітанні насосів поз.16	Тиск, МПа (кгс/см2)	1,75 – 2,0 (17,5 – 20,0)
9 Оборотна вода на вході в абсорбційну колону поз.8. Перший ввід	Об’ємна витрата, м3/год Температура, оС Тиск, МПа (кгс/см2)	1200 – 1900 Не вище 28 Не нижче 0,35 (3,5)

 

 

 

 

 

3. Вибір технічних засобів системи автоматизації

3.1.Обгрунтування вибору ТЗА

В якості давачів температури використаємо термопари для швидкого реагування на зміни температур потоків. Для контура регулювання температури виберемо універсальний мікропроцесорний регулятор МИК-12. Для здійснення керуючого впливу на витрату теплоносія використаємо регулюючий клапан з електроприводом. Для індикації температур теплоносія і температури технологічного потоку використаємо багатоканальний цифровий індикатор. Для індикації тисків використаємо манометри з трубчатою пружиною. Також у системі необхідний  сигналізатор потоку продукту, який подаватиме сигнал в схему захисту і блокування при зниженні витрати продукту.

Таблиця 3

Специфікація  на технічні засоби автоматизації

 

3.2. Характеристика та принцип дії обраних ТЗА

 

ПЛК МІК-51

МІК-51 - це компактний малоканальні багатофункціональний мікропроцесорний контролер, призначений для автоматичного регулювання та логічного управління технологічними процесами. Він призначений для застосування в електротехнічній, енергетичній, хімічній, металургійній, харчовій, цементної, скляної та інших галузях промисловості.

МІК-51 ефективно вирішує  як порівняно прості, так і складні  завдання управління. Завдяки малоканальном  МІК-51 дозволяє, з одного боку, економічно управляти невеликим агрегатом  і, з іншого, забезпечити високу живучість великих систем управління.

Контролер МІК-51 дозволяє вести локальне, каскадне, програмне, супервизорного, багатозв'язних регулювання.

Архітектура контролера забезпечує можливість вручну або автоматично  включати, відключати, перемикати і  реконфигурировать контури регулювання, причому всі ці операції виконуються безударно незалежно від складності структури управління. У поєднанні з обробкою аналогових сигналів контролер МІК-51 дозволяє виконувати також логічні перетворення сигналів і виробляти не тільки аналогові або імпульсні, а й дискретні команди управління. Логічні функціональні блоки формують логічний програму крокового управління із завданням контрольного часу на кожному кроці. У поєднанні з обробкою дискретних сигналів контролер дозволяє виконувати також різноманітні функціональні перетворення аналогових сигналів і виробляти не тільки дискретні, але і аналогові сигнали. 
МІК-51 містить засоби оперативного управління, розташовані на лицьовій панелі контролера. Ці засоби дозволяють вручну змінювати режими роботи, встановлювати завдання, управляти ходом виконання програми, вручну управляти виконавчими пристроями, контролювати сигнали і индицировать помилки. Стандартні аналогові й дискретні датчики та виконавчі пристрої підключаються до контролера МІК-51 за допомогою індивідуальних кабельних зв'язків. Усередині контролера сигнали обробляються в цифровій формі.

Контролери МІК-51 можуть об'єднуватися в локальну керуючу  мережу шинної конфігурації. Для такого об'єднання ніяких додаткових пристроїв  не потрібно. Через мережу контролери можуть обмінюватися інформацією в цифровій формі. 
Програмування контролера виконується за допомогою клавіш передньої панелі або по інтерфейсу за допомогою спеціального програмного забезпечення - візуального редактора FBD-програм АЛЬФА. Програмний пакет редактор FВD-програм АЛЬФА поширюється безкоштовно.

Система програмування  реалізована відповідно до вимог  стандарту Міжнародної Електротехнічної Комісії (МЕК) IЕС 1131-3 і призначена для розробки прикладного програмного забезпечення збору даних і управління технологічними процесами, що виконуються на програмованих контролерах.